устройство для снижения уравнительных токов и ограничения токов короткого замыкания

Формула изобретения

Устройство для снижения уравнительных токов и ограничения токов короткого замыкания, содержащее вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к обмотке тягового трансформатора, отличающееся тем, что вольтодобавочный трансформатор выполнен с возможностью регулирования вторичного напряжения, при этом его вторичная обмотка включена в рассечку заземленной фазы тягового трансформатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроснабжения электрических железных дорог переменного тока и может быть использовано для ограничения токов короткого замыкания и регулирования напряжения на фидерах контактной сети. В заявке рассматриваются тяговые трансформаторы по схеме Y/ , преимущественно применяемые на сети дорог переменного тока России и СНГ.

На фидерах контактной сети часто возникают короткие замыкания, особенно это характерно для фидеров, питающих деповские и станционные пути. Число коротких замыканий иногда достигает 300-400 замыканий в год. Кроме того, ввиду малой протяженности зон питания этих фидеров, все короткие замыкания являются близкими и при малом реактансе системы характеризуются большими по величине ударными токами короткого замыкания, достигающими 13-кратных значений по сравнению с номинальным током, что часто вызывает механическое разрушение обмоток трансформатора.

Другой особенностью работы системы электроснабжения переменного тока являются уравнительные токи. В межподстанционной зоне уравнительные токи имеются практически всегда. Это связано с тем, что смежные тяговые подстанции питаются от общей энергосистемы, изменение нагрузки энергосистемы приводит к изменению падений напряжения на тяговых трансформаторах и ЛЭП, что ведет к возникновению неравенства напряжений смежных тяговых подстанций по величине и фазе и появлению уравнительного тока [1; 2; 3]. Разность напряжений на шинах смежных подстанций переменного тока, вызывающая уравнительный ток, что может быть представлено в виде двух составляющих - совпадающей по фазе с напряжением на шинах одной из подстанций U_a и перпендикулярной к нему U_p (фиг. 1). Чем больше величина разности напряжения между смежными подстанциями U_p, тем больше значение уравнительного тока. Величина уравнительного тока меняется в широких пределах и может принимать значения от единиц до сотен ампер.

Известны устройства, ограничивающие токи короткого замыкания, выполненные в виде реакторов и включаемые в цепь между отсосом, присоединяемым к тяговому рельсу и выводами фазы C тягового трансформатора [4]. Однако эти устройства требуют больших затрат цветного металла для изготовления реакторов, ухудшают коэффициент мощности, создают большие дополнительные потери энергии. Кроме того, эти устройства увеличивают постоянную времени цепи короткого замыкания, что ведет к более медленному затуханию апериодической составляющей тока короткого замыкания. В результате этого обмотки тягового трансформатора подвергаются воздействию повторяющихся и почти одинаковых по уровню импульсов ударного тока короткого замыкания до момента срабатывания релейной защиты. При постоянном включении токоограничивающего реактора потери энергии составляют примерно 2160 кВт ч в месяц.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для снижения уравнительных токов в тяговой сети переменного тока /2/. Это устройство представляет собой трансформатор (ВДТ), подключаемый следующим образом: вторичная обмотка ВДТ включается в рассечку фидера контактной сети, а первичная обмотка подключается к тяговой обмотке напряжением 27,5 кВт. Это позволяет, в отличие от устройства регулирования напряжения (РПН) трансформатора, изменять не только уровень, но и фазу напряжения данного питающего фидера, а следовательно, уменьшить разность напряжений между смежными подстанциями, снизить уравнительный ток. Однако при этом обеспечивается регулирование напряжения только на одном плече питания. Данное устройство выбрано нами в качестве прототипа.

Следует учесть, что при включении ВДТ в рассечку питающего фидера возникает опасность возникновения разности напряжений на воздушных промежутках или секционных изоляторах, что ведет к возникновению электрической дуги.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков и комплексное обеспечение регулирования уровня напряжения на обоих плечах питания, снижение уравнительного тока и ограничение ударного тока короткого замыкания.

Это достигается тем, что в устройстве для снижения уравнительных токов короткого замыкания, содержащем вольтодобавочный трансформатор ВДТ, согласно изобретению последний включается вторичной обмоткой в цепь отсоса тяговой подстанции, а первичная обмотка подключается к тяговой обмотке одной из фазы AB, BC или CA с прямой либо обратной полярностью BA, CB, AC.

Сущность изобретения поясняется графически (фиг. 2 и 3).

На фиг. 1 изображено устройство для снижения уравнительного тока и ограничения токов короткого замыкания, состоящее из вольтодобавочного трансформатора 1, разъединителей 2-5 и устройства РПН 6.

На фиг. 2 также изображены разъединители питающих фидеров 7-8 и 11-12, масляный выключатель 10, тяговый трансформатор 13.

На фиг. 2 в качестве примера показано питание ВДТ от напряжения BC, всего же возможно, как указывалось выше, шесть вариантов фазировки, из которых выбирается необходимый в зависимости от местных условий и режима работы подстанции.

На фиг. 3 в качестве примера приведена векторно-топографическая диаграмма напряжений питающих фидеров для всех шести вариантов фазировки ВДТ.

Из приведенных диаграмм видно, что в зависимости от необходимости схема обеспечивает регулировку напряжения на обоих плечах питания как по величине, так и по фазе при подключении только одного ВДТ.

Рассмотрим работу заявляемого устройства для снижения уровня уравнительных токов и ограничения ударных токов короткого замыкания.

В цепь отсоса между тяговым трансформатором 13 и масляным выключателем 10 параллельно разъединителю 9 подключается ВДТ 1. В нормальном рабочем режиме разъединитель 9 разомкнут, разъединители 2 и 3 замкнуты и в рассечку фазы C тягового трансформатора 13 вводится вторичная обмотка ВДТ, при этом разъединители 4-5 также замкнуты и первичная обмотка ВДТ питается от фазы ВС тягового трансформатора 13. Разъединители 7-8, 11-12 и контакты масляного выключателя 10 в нормальном рабочем режиме замкнуты, что дает возможность осуществлять питание контактной сети. При возникновении разности напряжений на смежных подстанциях с помощью устройства РПН 6 возможно регулирование вторичного напряжения ВДТ в сторону повышения или уменьшения угла сдвига фаз и величины напряжений плеч питания подстанций. При возникновении короткого замыкания в тяговой сети переменного тока на левом или на правом плече питания ток короткого замыкания протекает через вторичную обмотку ВДТ, при этом вторичная обмотка ВДТ играет роль демпфирующего реактора с сердечником. Так как первичная обмотка ВДТ подключена к фазному напряжению, то исключается возможность насыщения сердечника ВДТ, а из цепи короткого замыкания осуществляется передача мощности через ВДТ в соответствующую фазу, к которой подключена первичная обмотка ВДТ. В результате этого величина тока короткого замыкания снижается. Указанный эффект достигается практически мгновенно, еще до возникновения первого импульса ударного тока короткого замыкания. Расчеты и экспериментальные исследования показали, что, во-первых, установка устройства для снижения уравнительных токов и ограничения ударных токов короткого замыкания позволяет снизить величину уравнительного тока фидерной зоны не менее чем в 4-5 раз. Во-вторых, данное устройство позволяет ограничить величину ударного тока короткого замыкания не менее чем на 50%, при этом механические усилия, действующие на обмотки трансформатора, уменьшаются примерно в 4 раза.

Коэффициент запаса динамической устойчивости трансформатора возрастает, а следовательно, и срок службы трансформатора увеличивается.

Эффект изобретения по данной заявке определяется тем, что такое включение ВДТ позволяет комплексно решить следующие вопросы: снизить величину ударного тока короткого замыкания и величину уравнительного тока межподстанционной зоны.

В нормальном режиме работы обеспечиваются регулировка напряжения одним ВДТ на обоих плечах питания тяговой подстанции и минимизация уравнительного тока.

В аварийном режиме безынерционно обеспечивается ограничение ударного тока короткого замыкания.

В качестве ВДТ можно использовать трансформаторы типа ОЦР-5600/25, демонтированных с электровоза ВЛ-60К, как это и сделано на опытных установках, что снижает затраты на приобретение основного оборудования данного устройства.

Список литературы

1. Чернов Ю. А. Уравнительные токи в контактной сети при параллельной работе тяговых подстанций переменного тока, - Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог. - Труды МИИТ, М., 1965, вып. 199.

2. Авторское свидетельство СССР N 1355514 B 60 M 1/00, 30.11.87.

3. Бочев А. С. , Винников Ю.А., Методы снижения уравнительных токов в тяговой сети переменного тока. - Труды. Межвуз. тематич. сб., РИИЖТ, 1983, вып. 171, с. 20-25.

4. Ограничитель токов короткого замыкания реактированием цепи отсоса тяговых подстанций. /Авторы разработки: Камлык В.И., Чехович В.Л., Сапожников В. М./, Экспресс-информация ВИНИТИ, Железнодорожный транспорт. Серия: электроснабжение, 1992, N 4, стр. 25.