2.4. Схемы питания группы тяговых подстанций от линии электропередачи

2.4.1. Коэффициент несимметрии

Коэффициент несимметрии токов определяется отношением токов обратной последовательности к токам прямой последовательности. Если нет токов обратной последовательности, то коэффициент несимметрии равен 0, т. е. несимметрия отсутствует:

. (2.16)

Коэффициент несимметрии зависит от соотношения I_лев и I_пр Если эти токи равны, несимметрия минимальна , тогда для разных схем трансформатора имеем зависимости, изображенные на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Зависимость коэффициента несимметрии токов по обратной последовательности от соотношения токов плеч питания

С точки зрения энергосистемы ЭПС системы 25 кВ переменного тока представляет собой однофазный электроприёмник большой мощности.

При распределении его нагрузки по фазам трёхфазной сети возникает несимметрия токов, вследствие которой возникает несимметрия напряжений, показатели которой нормируются согласно [12]. Основная задача, решаемая при проектировании схемы питания тяговой сети, – выравнивание нагрузки фаз энергосистемы.

Существует 2 принципа построения схем питания на основе трансформаторов и соединений их обмоток:

– полное отсутствие симметрирования нагрузки в пределах одного питающего устройства или частичное симметрирование нагрузки в силу особенностей конструкции питающего устройства. Для более качественного симметрирования применяется распределение нагрузки по фазам путём подключения нагрузок к разным фазам питающей линии, что требует определённого расположения питающих устройств и определённого чередования их подключения к питающей сети;

– осуществление полного симметрирования в пределах одного устройства особой конструкции путём равномерного распределения электрической энергии, потребляемой однофазной нагрузкой, по фазам питающей сети.

Для упрощения конструкции питающих устройств на практике отечественных дорог в основном применяется первый метод симметрирования нагрузки. Устройства, реализующие второй метод симметрирования, осуществляют особые методы симметрирования, из-за чего их конструкция сложнее устройств первого типа.

Существующие варианты схем питания можно условно разделить на 2 типа.

1. Схемы с питанием от однофазных и трёхфазных трансформаторов (однофазная, открытый треугольник, трёхфазная схема питания на основе трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y/).

2. Схемы, реализующие идею Скотта.

Схемы, 1-го типа реализованы на трансформаторах стандартной топологии. Теоретические расчёты и многолетний опыт эксплуатации показывают, что они не могут в должной мере обеспечить симметрию загрузки энергосистемы.

Каждая подстанция, выполненная по этим схемам, по отдельности вносит существенную несимметрию в энергосистему даже при равенстве токов плеч питания тяговой сети (см. рис. 2.19).

Если использовать чередование фаз напряжений в тяговой сети, соответствующим образом подключая к энергосистеме фазы вводов высокого напряжения подстанций, можно скомпенсировать несимметрию, создаваемую подстанциями по отдельности, это возможно только при равномерной загрузке плеч питания всей линии.

Другой тип схем реализует идею Скотта о создании плеч питания со сдвигом фаз напряжений, равным /2. Обобщённо их называют схемами Скотта. Сравнивая графики зависимости коэффициента несимметрии токов по обратной последовательности от соотношения токов плеч питания (рис. 2.22), становится понятно, что схемы Скотта могут создавать 100%-ю симметрию при равномерной загрузке плеч питания тяговой сети.