Расчет параметров устройств продольной компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

5. Черемисин, В. Т. Концепция Единой автоматизированной системы учета электрической энергии на тягу поездов [Текст] / В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов, С. Ю. Ушаков // Транспорт Урала. - 2013. - № 4 (39). - С. 83-87.

6. Скоков, Р. Б. Снижение влияния тяговой сети постоянного тока на автоблокировку с тональными рельсовыми цепями [Текст] : дис. ... канд. техн. наук / Р. Б. Скоков. - Омск, 2004. - 124 с.

КАШТАНОВ Алексей Леонидович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской части. Адрес для переписки: kesh-al@rambler.ru

КОМЯКОВ Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая электротехника».

Адрес для переписки: tskom@mail.ru КОМЯКОВА Татьяна Владимировна, кандидат технических наук, проректор по учебно-методической работе.

Адрес для переписки: komyakovatv@omgups.ru

Статья поступила в редакцию 01.07.2015 г. © А. Л. Каштанов, А. А. Комяков, Т. В. Комякова

УДК 6213315 Ю. В. КОНДРАТЬЕВ

А. В. ТАРАСЕНКО А. А. КОМЯКОВ В. Л. НЕЗЕВАК

Омский государственный университет путей сообщения

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрена методика определения параметров устройств продольной компенсации реактивной мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока электрических железных дорог.

Ключевые слова: тяговое электроснабжение, переменный ток, реактивная мощность, устройство продольной компенсации, параметры.

Высокое потребление реактивной мощности на электрифицированных железных дорогах переменного тока, обусловленное спецификой электроподвижного состава, приводит к повышенному уровню потерь напряжения и мощности и, как следствие, снижает энергетическую эффективность и потенциальную пропускную и провозную способность железных дорог. Для уменьшения потерь энергии и снижения коэффициента реактивной мощности применяют устройства компенсации реактивной мощности, которые могут включаться параллельно нагрузке (поперечная компенсация [1] или последовательно с ней (продольная компенсация), способствуя повышению напряжения в контактной сети, уровень которого определяется на основе проведения тяговых и электрических расчетов [2].

Устройства продольной компенсации реактивной мощности размещают в отсасывающей линии тяговой подстанции для системы тягового электроснабжения 25 кВ и в линиях «понижающий трансформатор — рельс» со стороны контактной сети и питающего провода для системы тягового электроснабжения 2x25 кВ (рис. 1).

Определение мощности устройств продольной компенсации реактивной мощности выполняют в следующем порядке:

1) оценивают целесообразность установки переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности;

2) определяют расчетные значения сопротивления и тока устройства продольной компенсации реактивной мощности и, при необходимости, ступеней его регулирования;

3) выбирают параметры устройства продольной компенсации реактивной мощности.

Целесообразность установки переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности [3] оценивают путем анализа режимов параллельной работы понижающих трансформаторов тяговой подстанции в зависимости от значения тяговой нагрузки:

— если на расчетном участке железной дороги на тяговую нагрузку постоянно работает только один понижающий трансформатор, то целесообразна установка непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности;

— если на тяговую нагрузку постоянно работают два понижающих трансформатора или же второй понижающий трансформатор включают при кратковременном увеличении тяговой нагрузки, или в периоды с интенсивным движением, то целесообразна установка переключаемого устройства

Рис. 1. Включение устройств продольной компенсации реактивной мощности на тяговых подстанциях в системе тягового электроснабжения 25 кВ (а) и 2*25 кВ (б)

продольной компенсации реактивнои мощности с двухступенчатым регулированием; при этом постоянно в работу введена первая ступень, а вторую подключают при включении в работу второго понижающего трансформатора.

Расчетное значение номинального сопротивления непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют по выражению:

ХУПК (неперекл) Хтр + Хс ,

(1)

где Хтр — индуктивное сопротивление понижающего трансформатора; Х — индуктивное сопротивление системы внешнего электроснабжения, Ом.

В случае, если на рассматриваемой тяговой подстанции установлены понижающие трансформаторы различной мощности, то расчет Хтр выполняют для трансформатора с наибольшей мощностью.

Для системы тягового электроснабжения 25 кВ значения сопротивлений трансформатора и системы внешнего электроснабжения приводят к номинальному напряжению 27,5 кВ, а для системы тягового электроснабжения 2Ч25 кВ — к номинальному напряжению 55 кВ.

Расчетное значение номинального тока непере-ключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют исходя из допустимого тока отсасывающей линии понижающего трансформатора с учетом 1,5-кратной перегрузки:

— для системы тягового электроснабжения 25 кВ с трехфазными трансформаторами:

И

= l,5kJ ^

УПК (неперекл) •\f3lj

* ном пер

(2)

2x25 кВ с однофазными трансформаторами:

т'

УПК (неперекл)

и к

ноя пер

(3)

принимаемое равным 27,5 кВ для системы тягового электроснабжения 25 кВ, 55 кВ — для системы тягового электроснабжения 2x25 кВ; кз — коэффициент запаса (принимают равным 1,3); кпер — коэффициент перегрузки конденсаторов за 10 мин (определяют исходя из технических характеристик конденсаторов, применяемых в устройстве продольной компенсации реактивной мощности).

Результирующее расчетное сопротивление переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности, складывающееся из сопротивлений первой и второй ступени, определяют по выражению:

у

ЛУПК (перекл) '

Х • Х

тр\ тр2 ^

V I V с '

лтр1 тр2

(4)

где Хтр1, Хтр2 — сопротивление первого и второго понижающего трансформатора тяговой подстанции.

Расчетное сопротивление первой ступени переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности совпадает с расчетным сопротивлением для непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности:

У = У

УПК (перекл)! УПК (неперекл)'

(5)

Расчетное сопротивление второй ступени переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности:

у' __

^ УПК (перекл) 2 тл,

Х „

Х' ■ Х'

^ УПК (перекл) УПК (перекл)!

- Х'

УПК (перекл)! ^ УПК (перекл)

(6)

для системы тягового электроснабжения

Результирующий расчетный ток для переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют исходя из максимального 10-минутного тока тяговой нагрузки

I „т:

где 5ндм — номинальная мощность понижающего трансформатора; и — номинальное напряжение,

^УПК (перекл)

кз1макс(10)

(7)

к

Для системы тягового электроснабжения 25 кВ значение 1ткс{щ определяют для отсасывающей линии тяговой подстанции, а для системы тягового электроснабжения 2x25 кВ — для контактного провода.

Расчетный ток для первой ступени устройства продольной компенсации реактивной мощности совпадает с расчетным током для непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности:

^УПК (перекл)1 ^УПК (неперекл) ■

(8)

Расчетный ток для второй ступени устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют по выражению:

определения мощности и выбора мест размещения устройств продольной компенсации реактивной мощности на основе обобщения накопленного опыта внедрения и эксплуатации, исключить ошибки и возможные неточности при проектировании, а также установить задачи, имеющие приоритетное значение при выборе того или иного варианта внедрения устройств [4].

Использование предлагаемой методики позволит определять оптимальные параметры устройств продольной компенсации реактивной мощности в тяговой сети и повысить технико-экономические показатели работы участков железных дорог переменного тока.

Библиографический список

Т' = Т' - Т'

*УПК (перекл)2 *УПК (перекл) *УПК (перекл)! '

(9)

Если ГУПК (перещ) по результатам расчетов меньше 1упк (жрекл) 1, то для данных условий нет необходимости в установке переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности.

На основе расчетных значений Х'УПК и 1'упк выбирают номинальные параметры ХУПК и 1УПК устройства продольной компенсации реактивной мощности серийного производства и, при необходимости, ступеней его регулирования с учетом следующих выражений:

!уик — ^УПК,

ХУПК - ХУПК - 11ХУПК ■

(10)

Номинальное значение установленной мощности конденсаторных батарей устройства продольной компенсации реактивной мощности и ступеней его регулирования определяют исходя из выражения:

и 2

_ " УПК ¿¿УПК у

Х УПК

(11)

1. Кондратьев, Ю. В. Выбор мощности и места размещения устройств поперечной компенсации реактивной мощности / Ю. В. Кондратьев, А. В. Тарасенко // Известия Транссиба. - 2015. - № 2 (22). - С. 79-87.

2. Вильгельм, А. С. Совершенствование метода расчета системы тягового электроснабжения переменного тока / А. С. Вильгельм, А. А. Комяков, В. Л. Незевак // Известия Транссиба. - 2014. - № 3 (19). - С. 54-65.

3. Герман, Л. А. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог : моногр. [Текст] / Л. А. Герман, А. С. Серебряков. - М. : МИИТ, 2011. - 164 с.

4. Комяков, А. А. Стандартизация методов расчета параметров устройств компенсации реактивной мощности в хозяйстве электрификации и электроснабжения / А. А. Комяков, О. А. Комякова, А. Л. Каштанов [и др.] ; Омский гос. ун-т путей сообщения // Метрологическое и нормативное обеспечение качества и безопасности продукции : материалы Всерос. науч.-техн. конф. - Омск, 2014. - С. 24-28.

где иупк — номинальное рабочее напряжение устройства продольной компенсации реактивной мощности в максимальном режиме, принимаемое по паспортным данным.

Для тяговых подстанций системы тягового электроснабжения 2x25 кВ предусматривают разделение устройства продольной компенсации реактивной мощности на две последовательно соединенные равные части, одну из которых подключают в линию «понижающий трансформатор-рельс» со стороны контактной сети, а другую — в линию «понижающий трансформатор — рельс» со стороны питающего провода.

Предлагаемая методика расчета может использоваться при стандартизации методов расчета, поскольку позволяет установить единый порядок

КОНДРАТЬЕВ Юрий Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта».

ТАРАСЕНКО Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта».

КОМЯКОВ Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теоретическая электротехника». НЕЗЕВАК Владислав Леонидович, кандидат технических наук, доцент (Россия), старший научный сотрудник научно-производственной лаборатории «Энергосберегающие технологии и электромагнитная совместимость».

Адрес для переписки: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, кафедра ЭЖТ, Тарасенко А. В.

Статья поступила в редакцию 09.09.2015 г. © Ю. В. Кондратьев, А. В. Тарасенко, А. А. Комяков, В. Л. Незевак