CC BY
66
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.331:621.311.004.18 Д. Н. ЛАРИН
Омский государственный университет путей сообщения
КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В статье рассматриваются вопросы совершенствования контроля качества электрической энергии на электрифицированных железных дорогах переменного тока, выбор мест контроля и совершенствования приборной базы для измерений качества электроэнергии.
При контроле показателей качества электрической энергии (ПКЭ) на электрифицированных участках железных дорогах необходимо регулярно проводить измерения напряжения тока и анализ соответствия ПКЭ требованиям ГОСТ 13109-97. Это должно осуществляться в целях управления качеством электроэнергии, при котором поступление информации о контролируемых показателях и их оценка происходят периодически с интервалами, определяемыми в договоре между энергоснабжаю-щей организацией и потребителем, но в установленных пределах [ 1 ].
Для выбора пунктов контроля ПКЭ на железной дороге следует провести анализ схемы внешнего электроснабжения систем тягового и нетягового электроснабжения железной дороги. Согласно (2],
необходимо определить точки контроля ПКЭ по каждому измеряемому показателю.
В качестве пунктов контроля ПКЭ, по которым электроустановки потребителя ухудшают качество электроэнергии (КЭ), выбирают точки общего присоединения данного потребителя к сетям питающей организации [1, 2]. В качестве пункта контроля при допуске к эксплуатации электроустановки, ухудшающей КЭ, может быть выбрана точка в распределительных электросетях потребителя, максимально приближенная к точке общего присоединения (ТОП)
На первом этапе определяются пункты измерения показателей качества закупаемой электрической энергии, а на втором этапе необходимо определить пункты контроля установившегося отклонения напряжения.
Третьим этапом необходимо выбрать пункты контроля коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициентов п-ой гармонической составляющей напряжения и коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности.
В соответствии с требованиями нормативных документов [1, 2] контроль ПКЭ должен проводиться в ТОП системы внешнего электроснабжения 1Ю -220 кВ. Таким образом, для систем тягового и нетягового электроснабжения железной дороги ТОП являются шины районных подстанций и подстанций сторонних потребителей, получающих питание от сетей общего назначения напряжением 220 или 110 кВ, связанных с тяговыми подстанциями.
Для систем внешнего электроснабжения, питающих тяговые подстанции железных дорог, характерно, что в них в большинстве случаев отсутствуют мощные несимметричные и нелинейные нагрузки промышленных предприятий, соизмеримые по степени влияния на качество электроэнергии с тяговой нагрузкой. Соответственно на шинах центров питания напряжение в большинстве случаев не содержит искажений по таким ПКЭ, как коэффициент несимметрии напряжения и коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. Передающие сети, как правило, не вносят существенных искажений напряжения по данным показателям качества электрической энергии. Показателями качества электрической энергии, ухудшение которых происходит по вине систем внешнего электроснабжения, являются отклонение напряжения и частоты [3].
Для потребителей, которые получают питание от шин тяговых подстанций (10 — 35 кВ) виновником за отклонение напряжения являются режимы работы тягового электроснабжения.
Тяговые подстанции переменного тока в сети внешнего энергоснабжения являются нелинейной и несимметричной нагрузкой, поэтому кроме повышения несинусоидальности они вызывают несимметрию питающего напряжения, которая характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжения.
Ухудшение ПКЭ, обусловленное режимами работы системы тягового электроснабжения, может повлечь штрафные санкции со стороны питающих энергосистем по таким показателям, как:
— коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
— коэффициентов п-ой гармонической составляющей напряжения;
— коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности.
В этом случае степень искажения синусоидальности кривой напряжения, характеризующаяся коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения, зависит от множества факторов, основными из которых являются: мощность источника питания или установившийся ток трехфазного короткого замыкания на шинах; среднее значение полной потребляемой мощности на тягу за периодизмерений.
Кроме того, ухудшение ПКЭ оказывает негативное влияние на устройства автоматики, телемеханики и связи, а также электрооборудование стационарных объектов железнодорожного транспорта.
Основными факторами, определяющими степень несимметрии напряжения, являются мощность источ-
ника питания и среднее значение несимметричной нагрузки за период измерений ПКЭ. Оценка влияния тяговых подстанций на пКЭ должна определяться для группы тяговых подстанций, присоединенных к точке общего присоединения.
Сторонние потребители, получающ;1^ питание от тяговых подстанций на напряжении 10-35 кВ, подразделяются на дни категории: находящиеся в ведении энергосистем (граи;ч:т электроэнергии) и не находящиеся в ведении энергосистем (субабоненты). Для первой категории контроль ПКЭ должен осуществляться в т. 'к..< присоединения этих сетей к тяп,вым подстанциям, длч агорой — в точках, выбранных 11о согласованию между железной дорогой и субабонентами.
В результате выше перечисленного измерения ПКЭ на электрифицированных железных дорогах переменного тока проводятся на тяговых подстанциях наиболее приближенных к ТОП. Это можно осуществить с помощью приборов для измерения ПКЭ.
Для определения реальной картины изменений ПКЭ, как принятой, так и отпущенной электрической энергии; необходимо проводить одновременные замеры ПКЭ и снимать график нагрузки на всех трех вводах тяговой подстанции (на шинах высокого напряжения (110,220 кВ), на шинах 27,5 кВ и на шинах районной обмотки (10 — 35 кВ)).
В связи с этим автором совместно с производителем измерительно-вычислительного комплекса «ИВК Омск-М» проведена модернизация этого прибора с адоптацией его для работы на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог переменного тока. Для этих целей был разработан восемнадцати канальный прибор измерения ПКЭ.
Па тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог переменного тока очень сложная электромагнитная обстановка (напряженность электрического поля может достигать 15 кВ/м, а напряженность магнитного поля достигает 1 кА/м), в связи, с чем к прибору предъявляются повышенные требование по помехоустойчивости. Поэтому при модернизации ИВК «Омск-М» изменен входной дифференциальный каскад. Вместо дифференциального каскада, построенного на инструментальном усилителе, в модернизированном приборе используется дифференциальный каскад, построенный на прецизионном операционном усилителе, что в значительной мере позволило улучшить помехозащищенность прибора. Другие особенности модернизированного восемнадцати канального измерительно-вычислительного комплекса для измерения ПКЭ:
— внесены изменения в блок питания прибора (добавлен в конструкцию источника питания дополнительный фильтр), в результате чего обеспечена устойчивая работа комплекса при питании от сети с низким качеством;
— увеличена помехозащищенность прибора за счет изменения топологии заземляющего проводника и введением дополнительных элементов в плату счетчиков импульсов;
- улучшена характеристика работы активных фильтров исследуемого сигнала вследствие применения прецизионных элементов (резисторов С2-29 и конденсаторов КЮ-П-ЫРО) и операционных усилителей);
- для более четкой фиксации провалов напряжения изменена синхронизация в соответствующей плате;
— используются более современные АЦП, погрешность преобразования которых не превышает 2 ЬБВ;
— усовершенствование схем блока выбора пределов измерения;
— увеличено количество входных каналов до 18. Это связано с необходимость одновременного обследования трех систем напряжения (высокого, среднего и низкого напряжения) и трех отходящих фидеров от соответствующих систем напряжения. Это мероприятие привело к необходимости замены микросхем (один мультиплексор заменен на два прецизионных мультиплексора).
Модернизированный прибор полностью соответствует сертификату и имеет свидетельство о поверке в Государственной метрологической службе.
Восемнадцати канальный прибор измерения ПКЭ прошел апробацию и испытания на тяговых подстанциях Северной, Красноярской и Забайкальской железных дорог переменного тока.
С помощью этого прибора появилась возможность отслеживания изменений ПКЭ по всем трем вводам тяговой подстанции с учетом изменения нагрузок, что позволяет накапливать данные и корректировать изменение показателей в выходной информации (в протоколах), а также определить виновников ответственных за ухудшение ПКЭ.
Полученные полные данные по трем вводам тяговой подстанции с помощью модернизированного прибора позволяют в дальнейшем выбрать оптимальную модель для проведения моделирование системы тягового электроснабжения с учетом параметров ПКЭ и графиков нагрузки приближенных к достоверной картине [4]. Прогнозирование показателей качества с помощью моделирования позволяет оценивать изменения ПКЭ на шинах тяговых подстанций в зависимости от изменения токов нагрузки в межподстанционных зонах. Это в свою очередь позволит определить мероприятия по применению необходимых мер для поддержания этих показателей в пределах норм установленных [1], а также определить размеры предполагаемых надбавок к тарифам на электроэнергию, разработать мероприятия и средства повышения качества эле ктроэ н е р гии.
Проведение замеров ПКЭ на тяговых подстанциях и применение нового модернизированного прибора дает возможность разработки сетевой карты качества электрической энергии электрифицированной железной дороги [5|.
Выводы
I. Необходимо тщательным образом выбирать места контроля показателей качества электрической энергии на электрифицированных железных доро-
гах. В большинстве случаев контроль ПКЭ можно проводить на тяговых подстанциях наиболее приближенных к ТОП.
2. Применение восемнадцати канального прибора измерения показателей качества электрической энергии, дает возможность отслеживать изменения ПКЭ по всем трем вводам тяговой подстанции с учетом изменения нагрузок, что позволяет накапливать данные и корректировать изменение показателей в выходной информации, а также определить виновников ответственных за ухудшение ПКЭ.
3. Необходимо составлять сетевую карту качества электрической энергии электрифицированных железных дорог.
4. Необходимо проводить прогнозирование изменений ПКЭ на шинах тяговых подстанций в зависимости от изменений токов нагрузки в межподстанционных зонах и принятие своевременных мер для поддержания ПКЭ в пределах норм установленных ГОСТ 13109-97.
Библиографический список
1. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1999. 31 с.
2. РД 153-34.0-15.502-2002. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. В 2 ч. Ч. 2. М.: Изд-во стандартов, 2002, 48 с
3. Головкин П. И. Энергосистема и потребители электрической энергии. М.: Изд-во «Энергия», 1984. 368 с.
4. Ларин А. И. Влияние тяговой нагрузки на несимметрию напряжения на шинах тяговой подстанции/ Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях ЗападноСибирской железной дороги: Материал^ научно-практической конференции/Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2005. С. 202 -208.
5. Ларин А. Н. Методика разработки сетевой карты качества электрической энергии /Ресурсосберегающиетехнологии на железнодорожном транспорте: Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием: В 2 т. Т. |//отв. Ред. В. П. Суров. Красноярск: Изд-во «Гротеск», 2005. С. 131 - 136.
ЛАРИН Андрей Николаевич, младший научный сотрудник научно-исследовательской части.
Дата поступления статьи в редакцию: 29.06.06 г. © Ларин А.Н.
Книжная полка
Осика Л.К. Коммерческий и технический учет электрической энергии на оптовом и розничном рынках. -
СПб.: Политехника, 2006. - 360 с.
Освещено нормативно-правовое, метрологическое и организационное обеспечение коммерческого и технического учета электрической энергии в современных условиях развития электроэнергетики. Изложены основные требования к разработке учетной политики субъектов оптового и региональных (розничных) рынков. Приведены подходы к составлению системы материальных балансов рынка, к нормированию неопределенностей расчетных балансов. Даны рекомендации по определению погрешностей измерительных каналов, используемых для целей коммерческого учета, и их групп. Обсуждаются пути создания системы коммерческого учета платных дополнительных системных услуг и показателей качества электроэнергии.
