устройство для электроснабжения железных дорог переменного тока и районных нетяговых потребителей

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И РАЙОННЫХ НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, содержащее трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена по схеме "звезда" и присоединена к питающей линии, вторичная обмотка выполнена трехфазной, катушки двух фаз которой имеют обмотки с n числом витков, а катушка третьей фазы выполнена с уменьшенным 0,29 n числом витков с отводом от середины, начало катушки одной фазы с n числом витков присоединено к первому выводу первого районного нетягового потребителя, а конец ее - к второму выводу первого районного нетягового потребителя и к первой тяговой нагрузке, начало катушки второй фазы с n числом витков присоединено к третьему выводу первого районного нетягового потребителя и второй тяговой нагрузке, отличающееся тем, что катушки фаз с n числом витков выполнено с отводами от 0,29n витков, при этом отвод от катушки первой фазы присоединен к началу катушки фазы с 0,29n числом витков, отвод от которой присоединен к рельсам и заземлен, а ее конец присоединен к отводу катушки другой фазы с n числом витков, конец которой объединен с началом катушки первой фазы и подключен к первому выводу второго районного нетягового потребителя, два других вывода которого присоединены к началу и концу катушки фазы с 0,29n числом витков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрифицированным железным дорогам переменного тока, а именно к устройствам электроснабжения.

Известны устройства для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока и районных нетяговых потребителей электрической энергии, представляющие собой тяговые трансформаторные подстанции, оборудованные трехфазными трехобмоточными тяговыми трансформаторами, первичные обмотки которых соединены по схеме "Звезда" и питаются от трехфазных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП 110 или 220 кВ), а две вторичные обмотки предназначены для питания тяговых однофазных (железнодорожных) нагрузок и для питания трехфазным током районных нетяговых потребителей, соединение между собой указанных вторичных обмоток позволяет перераспределять мощность тяговых нагрузок между обмотками [1]. Однако при этом напряжение питания районных нетяговых потребителей остается равным напряжению тяговой сети, т.е. 25 кВ, что вызывает необходимость использования различного рода преобразователей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электроснабжения железных дорог переменного тока и районных тяговых потребителей по [2], представляющее трехфазный трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, позволяющими питать одну районную нетяговую нагрузку трехфазным током при напряжении 35 кВ и две тяговые нагрузки при напряжении тяговой сети 25 кВ.

Недостатком известного устройства является наличие двух вторичных обмоток, соединенных по схемам "Звезда-6" и "Звезда-12" с одной укороченной фазой и присоединенных друг к другу обмотками укороченных фаз и дополнительного отвода от катушки одной укороченной фазы, позволяющее получить систему симметричных трехфазных напряжений лишь одного значения, т.е. 35 кВ, являющегося стандартным. Для получения второго стандартного напряжения нетяговых потребителей необходимо иметь у трансформатора еще одну вторичную обмотку или применить дополнительный трансформатор 35/10. Кроме того, отсутствие схем соединения вторичных обмоток "треугольником" не снижает токи гармоник, кратных трем, образующихся в тяговой сети.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей трансформатора при питании двух однофазных и двух трехфазных нагрузок от одной обмотки и упрощение конструкции трансформатора, т.е. сокращение числа обмоток.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве, состоящем из трехфазного трансформатора, содержащего первичную симметричную обмотку, соединенную "звездой" и присоединенную к питающей трехфазной сети, и вторичную несимметричную обмотку, которая имеет две фазы с большим числом витков и отводами от части витков, соединенную по схеме открытого "треугольника", для присоединения районных нагрузок, и третью фазу - с меньшим числом витков и отводом от середины. При этом третья фаза началом и концом присоединена к отводам от части витков первых двух фаз, образуя замкнутый симметричный "треугольник" для части вторичной обмотки, к которой присоединяется вторая районная нагрузка. Две однофазные тяговые нагрузки присоединены к двум фазам вторичной обмотки с большим числом витков и отводу от середины третьей фазы с меньшим числом витков, который является общей точкой двух однофазных нагрузок, присоединен к рельсам и заземлен.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений.

Устройство состоит из трехфазного трансформатора 1, содержащего первичную и вторичную обмотки. Катушки 2 первичной обмотки являются симметричными, соединены по схеме "звезда" и присоединены к питающей трехфазной линии 3. Катушки 4, 5 и 6 вторичной обмотки являются несимметричными. Катушки 4 и 6, расположенные на фазах "а" и "с" магнитопровода трансформатора, имеют одинаковое число витков и выполнены с отводами от 0,29 части витков, причем у катушки 4 отвод сделан от 0,29 части витков от начала обмотки, а у катушки 6 отвод сделан от 0,29 части витков от ее конца. Катушка 5, расположенная на фазе "b" магнитопровода трансформатора, имеет меньшее число витков, равное 0,29 числа витков катушек 4 и 6, и выполнена с отводом от ее середины. Начало катушки 4 соединено с концом катушки 6, а катушка 5 присоединена началом к отводу катушки 4 и концом к отводу катушки 6. Тяговые плечи 7 и 8, разделенные нейтральной вставкой 9, присоединены к концу катушки 4 и началу катушки 6 соответственно. Отвод от середины катушки 5 присоединен к тяговому рельсу 10 и заземлен. ЛЭП 10 кВ присоединена к отводам от катушек 4 и 6 и к точке соединения начала катушки 4 и конца катушки 6. ЛЭП 35 кВ присоединена к концу катушки 4. началу катушки 6 и к точке соединения начала катушки 4 и конца катушки 6. Смежная подстанция 11 имеет аналогичную схему.

Работает устройство следующим образом.

Первичная обмотка трансформатора 1 (фиг. 1), состоящая из трех катушек 2, является симметричной и присоединена к питающей трехфазной линии 3 (ЛЭП 110 или 220 кВ). Вторичная обмотка трансформатора выполнена несимметричной, соединена по схеме открытого "треугольника" и частично полного "треугольника" и предназначена для питания двух районных нагрузок трехфазным током при линейных напряжениях 35 и 10 кВ и двух железнодорожных однофазных нагрузок при напряжении 25 кВ. Железнодорожные однофазные нагрузки или тяговые плечи 7 и 8 присоединены к двум фазам 4 (фаза "а") и 6 (фаза "с") и отводу от середины третьей фазы 5 (фаза "в"), который соединен с тяговым рельсом и заземлен. Две фазы 4 и 6, имеющие большее число витков и соединенные по схеме открытого "треугольника", предназначены для питания трехфазным током районных нагрузок при линейных напряжениях 35 кВ. Части этих двух фаз с отводами от 0,29 части числа витков и обмотка третьей фазы с уменьшенным числом витков, равным 0,29 части числа витков обмоток первых двух фаз, соединены по схеме полного "треугольника", предназначенным для питания районных нагрузок трехфазным током при линейных напряжениях 10 кВ и для подавления третьей гармоники тока, возникающей при нарушениях симметрии нагрузок. Напряжения катушек 4 и 6 вторичной обмотки равны 38 кВ, что соответствует стандарту (для ЛЭП-35) и поэтому линейные напряжения схемы открытого треугольника (фиг. 2) составляют 38 кВ. Отводы от 0,29 части витков катушек позволяют получить другое стандартное напряжение

380,29 11 кВ.

Тяговые напряжения получаются из двух напряжений: от части обмотки с большим числом витков и половины обмотки с меньшим числом витков. Тогда, приняв начальную фазу напряжения катушки 4, равную нулю, получают

= - = 27 - 5,5 e= 30,13 e кB;

= - = 27e- 5,5 e= 30,13 e кB

Модули тяговых напряжений получаются одинаковыми, равными 30 кВ и сдвинутыми относительно друг друга на угол 78^о12"

78^о12" = 9 ^о06" -(-69^о06" ).

Несколько повышенное напряжение на шинах тяговых подстанций улучшает работу тяговых сетей, так как в известных тяговых подстанциях его повышают до 29-30 кВ. Сдвиг по фазе между напряжениями тяговых плеч в 78^о12" не имеет никакого значения. Объединение вторичной обмотки для питания тяговой сети и районных нагрузок позволяет перераспределять мощности тяговой сети и районных нагрузок по одной обмотке, так как районные нагрузки составляют 20-30% номинальной мощности, а тяговые нагрузки при пропусках тяжеловесных поездов превышают предусмотренные для них номинальные мощности, отрицательно влияющие на работу известных тяговых трансформаторов, имеющих две вторичные обмотки, с распределением мощностей по 50% для тяги и для районных нагрузок, что более благоприятно влияет на работу предлагаемого устройства. Равенство тяговых нагрузок в предлагаемом устройстве позволяет симметрировать первичные токи. При этом коэффициент "укорочения" третьей фазы, эквивалентной несимметричной звезде предлагаемого объекта составляет К_ук=0,57, что является близким к величине коэффициента укорочения третьей фазы вторичной обмотки трансформатора базового объекта, равного К_ук.б.=0,594. Таким образом, трансформатор с одной вторичной обмоткой может быть использован для одновременного питания двух однофазных тяговых нагрузок и двух районных нагрузок при стандартных напряжениях. Одна заземленная точка вторичной обмотки не вносит в схему токораспределения между обмотками трансформатора и нагрузками никаких нарушений, так как районные ЛЭП-35 и ЛЭП-10 кВ работают без заземленной нейтрали. Кроме того, провода районных ЛЭП-35 могут быть использованы в качестве усиливающих проводов тяговой сети, если ЛЭП-35 проходит параллельно железной дороге и расположена вблизи от нее. Тяговые подстанции, выполненные по схеме предлагаемого объекта, благодаря симметрирующему эффекту не требуют чередования фаз при соединении первичных обмоток соседних подстанций к питающей линии и допускают параллельную работу нескольких подстанций.

Устройство обладает высокой эффективностью, так как позволяет производить электроснабжение железных дорог переменного тока и районных нетяговых потребителей от одной вторичной обмотки двухобмоточного тягового трансформатора, т. е. трансформатора упрощенной конструкции и уменьшенной материалоемкости. Кроме того, из-за распределения тяговой нагрузки по единственной вторичной обмотке трансформатор используется с большим КПД, что позволяет реже прибегать к параллельному подключению резервного оборудования и экономить электроэнергию.