- •8.Компенсация реактивной мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ электрифицированной железной дороги
- •Компенсация реактивной мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока напряжением 25 кВ
- •1.Реактивная мощность в системе тягового электроснабжения.
- •1.1.Понятие о реактивной мощности.
- •1.2. Коэффициенты, характеризующие потребление реактивной мощности.
- •1.3. Влияние реактивной мощности на режим работы системы тягового электроснабжения.
- •1.3.1.Увеличение тока в сети.
- •1.3.2.Увеличение потери напряжения в элементах сети.
- •1.3.3.Увеличение потерь активной мощности.
- •1.3.4.Увеличение потерь реактивной мощности.
- •1.4. Параметры реактивного электропотребления электровоза переменного тока
- •1.5. Баланс и дефицит реактивной мощности.
- •2. Компенсация реактивной мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока.
- •2.1. Введение
- •2.2. Схемы включения установок параллельной компенсация реактивной мощности.
- •2.3.1. Схема замещения.
- •2 .3.2.Векторные диаграммы.
- •2.4. Эффективность компенсации реактивной мощности
- •2.4.1Снижение активных потерь электроэнергии в сети:
- •2.4.2. Уменьшение потери напряжения
- •2.4.3. Уменьшение величины полного тока и полной мощности.
- •3.Установки параллельной компенсации реактивной мощности 3.1.Нерегулируемые установки параллельной компенсации реактивной мощности.
- •3.1.1. Схема установки.
- •3.1.2 Защита ку от резонансных режимов.
- •1.Из условия настройки ку в резонанс напряжения для 3 – ей гармоники 150 Гц
- •2. Выбор типа конденсаторов и расчёта его параметров.
- •3. Количество последовательных конденсаторов в конденсаторной батареи (кб)
- •4. Количество параллельных конденсаторов в кб.
- •6.Параметры защитного реактора.
- •8. Увеличение напряжения в точке включения нку.
- •10.1. Защита от токов кз и перегрузок.
- •10.3. Дифференциальная защита конденсаторов по напряжению (дзк).
- •10.4.Защита от коммутационных перенапряжений.
- •10.5. Защита от резонансных явлений на высоких частотах электрической тяги.
- •11.Проблемы эксплуатации ку.
- •3.2. Гармоникоупорные установки компенсации реактивной мощности.
- •3.4. Установки параллельной компенсации со ступенчатым регулированием мощности.
- •3.4.1.Схемы прямого включения ступеней рку.
- •1.Управляемая (одноступенчатая) рку (рис. 10).
- •3.Многоступенчатые рку (рис.12).
- •3.4.2. Схемы косвенного включения ступеней рку (рис.13).
- •3.4.3.Схемы с комбинированным принципом регулирования мощности рку (рис.14).
- •1.Рку по схеме без реверсирования вдт (рис.14).
- •2.Рку по схеме с реверсированием вдт (рис.15).
- •15. Рку по схеме с реверсированием вдт: с дополнительной кб в общей цепи (а); с дополнительной кб
- •5. Установки продольной емкостной компенсации реактивной мощности
- •5.1. Общие положения
- •Активное сопротивление мало по величине. Емкостное сопротивление упк компенсирует индуктивное сопротивление сети и, следовательно, уменьшаются потери напряжения в сети.
- •5.2. Схемы включения упк на тяговой подстанции и их эффективность.
- •5. 3. Использование упк для повышения напряжения в тяговой сети.
- •5.3.1Одностороннее питание контактной сети.
- •1.При одностороннем питании по одному плечу тяговой подстанции до поста секционирования.
- •2.При одностороннем питании по одному плечу тяговой подстанции до смежной тяговой подстанции.
- •3.При одностороннем питании по одному плечу тяговой подстанции на две межподстанционные зоны.
- •3.1. Включение одной упк на подстанции, отключённой от питания тяги.
- •3.2. Включение двух упк на постах секционирования в обеих межподстанционных зонах.
- •3.3.При одностороннем питании по обоим плечам тяговой подстанции до постов секционирования.
- •5.3.2.Двустороннее питание контактной сети.
- •5.3.3.Компенсированная тяговая сеть.
3.Установки параллельной компенсации реактивной мощности 3.1.Нерегулируемые установки параллельной компенсации реактивной мощности.
3.1.1. Схема установки.
В тяговой сети переменного тока напряжением 25 кВ для компенсации реактивной мощности используют нерегулируемые установки параллельной компенсации (НКУ). НКУ располагаются на тяговых подстанциях или на постах секционирования. Наиболее эффективно расположение НКУ на постах, так как это наиболее электрически удалённая точка межподстанционной зоны (МПЗ). При расположении на подстанции НКУ должна включаться в отстающую фазу напряжения. При этом улучшается режим симметрирования тока и напряжения в сети внешнего электроснабжения, повышается напряжение отстающей фазы.
Принципиальная схема НКУ приведена на рис. 8. Основными элементами НКУ является конденсаторная батарея и защитный реактор.
3.1.2 Защита ку от резонансных режимов.
В напряжении системы тягового электроснабжения имеются нечётные высшие гармоники n =3 f = 150 Гц, n =5 f = 250 Гц, n =7 f = 350 Гц, n =9 f = 450 Гц, n =11 f = 550 Гц, n =13 f = 650 Гц и т.д. Включение КУ в виде КБ на шинах ТП создаёт условия для возникновения резонанса напряжения на высоких частотах. Колебательный контур имеет две параллельные ветви: одна ветвь – индуктивность трансформатора и системы электроснабжения, другая – индуктивность ТС и ЭПС.
Условия резонанса напряжения ХL = ХС или ωL = 1/ωC, ω2 LC = 1. Частота, при которой возникает резонанс ω2 LC = (2πf)2 LC = 1. Отсюда
fр = 1/ 2π √ LC, где ω = 2πf – угловая частота.
Чтобы расстроить резонанс напряжения на всех гармониках (3,5,7 и т.д.) необходимо нарушить условие резонанса. Для этой цели последовательно с КБ включают защитный реактор, параметры которого выбирают из следующих условий:
1.Из условия настройки ку в резонанс напряжения для 3 – ей гармоники 150 Гц
ХL3 = ХС3, где ХL3 , ХС3 – индуктивное и емкостное сопротивление КУ для 3 – ей гармоники 150 Гц. При этом индуктивное сопротивление всего контура будет выше емкостного и резонанса на высоких частотах 150, 250, 350 и т.д. не будет.
При точной настройке КУ на n = 3 fр = 150Гц КУ становится фильтром 150 Гц, имеющий малое сопротивление 150 Гц. Это приводит к закорачиванию тока 150 Гц. Ввиду большой величины тока и напряжения 3 – ей гармоники в тяговой сети происходит перегрузка КУ током третьей гармоники и повреждение конденсаторов из за перегрева.
2. Из условия настройки КУ на частоту 130 – 135 Гц.
Для защиты сети от резонансных режимов тока и напряжения на частотах высших гармоник тяговой сети индуктивность защитного реактора выбирают из условия nмин ХL1 = 1,1 ХС1 / nмин; ХL1 = 1,1 ХС1 / n2мин; где ХL1 – индуктивное сопротивление реактора для основной частоты 50 Гц, ХС1 – емкостное сопротивление конденсаторной батареи для основной частоты 50 Гц, nмин = 3 – минимальный порядок гармоники тока в тяговой сети. При этих условиях НКУ (цепь LC) будет иметь индуктивный характер для частоты 3 – ей гармоники 150 Гц и соответственно для частот выше 3 – ей гармоники.
Для обеспечения надёжной защиты конденсаторов КУ от токов высших гармоник для тяговой сети цепь LC КУ настраивают на частоту 130 – 135 Гц , n = 2,6 ÷ 2,7. На частоту 130 Гц целесообразно настраивать КУ для МПЗ со значительным электропотреблением и интенсивной рекуперацией. Для МПЗ с малым электропотреблением и при отсутствии рекуперации (равнинный профиль) целесообразно настраивать КУ на 135 Гц (табл.3).
При такой настройке LC НКУ в сетях внешнего и тягового электроснабжения для частот высших гармоник электрической тяги частоты 3 – ей гармоники 150 Гц и более высокого порядка будут только индуктивные элементы. Это обеспечит работу сети без резонансных режимов.
От частоты настройки зависит степень полезного использования КУ Киq = Qп / Qу. При меньшей частоте настройки уменьшается степень полезного использования.
При включении защитного реактора на КБ увеличивается напряжение. Кратность увеличения напряжения на КБ для КУ с защитным реактором составит КU = n2 / (n2 -1), где n – частота настройки цепи LC КУ. Для частоты настройки цепи LC КУ на 150 Гц n = 3 КU = 9/8 = 1,125, при частоте настройки на 130 – 135 Гц n = 2,6 ÷ 2,7 кратность увеличения напряжения составит 1,174 ÷ 1,159.
3.1.3. Методика расчёта мощности НКУ.
1.Расчет реактивной мощности, подлежащей компенсации Qку
Реактивная мощность определяется в соответствии директивными документами Минтопэнерго и МПС, на основании которых разработана настоящая методика.
3.1.4.Расчёт параметров НКУ.
1.Определение ориентировочного значения установленной мощности
Qуст = Qку / Киq,
где Киq - коэффициент полезного использования установленной мощности.
В зависимости от режима электропотребления в МПЗ в табл. 3 рекомендуются коэффициенты полезного использования Киq, частота настройки LC цепи и количество последовательных конденсаторов в КБ НКУ.
Таблица 3.Рекомендуемые параметры НКУ для разных режимов работы МПЗ
Режим работы МПЗ |
Киq |
fр, Гц |
М, шт |
Значительное электропотребление и интенсивная рекуперация |
0,5 |
130 и менее |
40 |
Значительное электропотребление |
0,526 |
130 |
38 |
Среднее электропотребление и незначительная рекуперация |
0,556 |
135 |
36 |
Малое электропотребление и незначительная рекуперация |
0,588 |
140 |
34 |
На слабозагруженных железнодорожных участках |
0,625 |
145 |
32 |
Примечание: Количество последовательных конденсаторов рекомендовано для конденсаторов с номинальным напряжением конденсатора Uкн=1,05 кВ.