способ симметрирования нагрузки тягового трансформатора

Формула изобретения

Способ симметрирования нагрузки тягового трансформатора, заключающийся в распределении нагрузки контактной сети на две фазы трансформатора, отличающийся тем, что нагрузку распределяют дополнительно на третью, ненагруженную, фазу трансформатора, напряжение, снимаемое с этой фазы, выпрямляют и преобразуют с помощью двух инверторов, ведомых соответственно опережающей и отстающей фазами контактной сети в синусоидальное напряжение с частотой, равной частоте основной гармоники сети, и через однофазные трансформаторы подают указанное напряжение в соответствующие фазы контактной сети.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для использования на тяговых подстанциях переменного тока электрифицированных железных дорог.

Известен способ включения тяговых трансформаторов, заключающийся в их подключении к фазам линии 220 (110) кВ по транспонированной схеме (см. К.Г.Марквардт. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982, с.36-38).

Наиболее близким к заявляемому является способ включения тяговых трансформаторов, заключающийся в распределении нагрузки контактной сети на две фазы трансформатора, подключенных соответственно к опережающей и отстающей фазам сети (см. там же, с.24-25).

Основным недостатком известных способов является неэффективное использование мощности тягового трансформатора по тяговой нагрузке, так как одна фаза трансформатора на стороне средней нагрузки 27,5 кВ является ненагруженной, т.е. может быть использовано только 66,6% мощности трансформатора. В случае если тяговая подстанция находится в малонаселенной местности, потребление со стороны 10 (6) кВ незначительно, тогда одна фаза тягового трансформатора работает в режиме холостого хода, потребляя только намагничивающую компоненту тока, что вызывает появление значительных по величине высших гармоник в питающей сети, а также рост значений коэффициента асимметрии по обратной последовательности.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение эффективности использования мощности тягового трансформатора, а также снижение значений показателей качества электрической энергии - коэффициента асимметрии по обратной последовательности и значений высших гармоник.

Результат достигается тем, что в способе симметрирования нагрузки тягового трансформатора, заключающемся в распределении нагрузки контактной сети на две фазы трансформатора, нагрузку распределяют дополнительно на третью, ненагруженную фазу трансформатора, напряжение, снимаемое с этой фазы, выпрямляют и преобразуют с помощью двух инверторов, ведомых соответственно опережающей и отстающей фазами контактной сети, в синусоидальное напряжение с частотой, равной частоте основной гармоники сети, и через однофазные трансформаторы подают указанное напряжение в соответствующие фазы контактной сети.

Заявляемый способ позволяет устранить главные недостатки, присущие известному способу, что связано с загрузкой ненагруженной фазы тягового трансформатора выпрямителем и инверторами, один из которых ведется опережающей фазой контактной сети, а второй отстающей, что позволяет передавать электрическую мощность в контактную сеть при соответствующем выборе мощностей однофазных трансформаторов, выпрямителя и инверторов, практически равную номинальной мощности ранее ненагруженной фазы, и тем самым исключить режим холостого хода, что обеспечит снижение асимметрии по обратной последовательности в питающей сети 220 (110) кВ, а также снизит уровень высших гармоник. Последнее связано с тем, что они будут выпрямляться, а их энергия будет с помощью инверторов подаваться в контактную сеть в виде энергии основной гармоники и использоваться на тягу.

На фиг.1 приведена схема одного из устройств, реализующего данный способ, на фиг.2 - схема моделирования способа.

На фиг.1: 1 и 2 - соответственно опережающая и отстающая фазы контактной сети, 3 - рельсовое полотно, 4 - обмотка средней нагрузки тягового трансформатора, 5 - ненагруженная фаза тягового трансформатора, 6 - однофазный трансформатор, 7 - выпрямитель, 8 - инвертор, ведомый опережающей фазой, 9 - инвертор, ведомый отстающей фазой, 10 - однофазный трансформатор опережающей фазы, 11 - однофазный трансформатор отстающей фазы.

Способ осуществляется следующим образом.

При включении тягового трансформатора 4 на выпрямитель 7 через однофазный трансформатор 6 подается переменное напряжение, снимаемое с ненагруженной фазы 5. Выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя 7 подается на входы инверторов 8 и 9, ведомых соответственно опережающей и отстающей фазами контактной сети, переменное напряжение основной частоты с выходов инверторов 8 и 9 посредством однофазных трансформаторов 10 и 11 подается в контактную сеть.

Данный способ позволяет полностью загрузить на тягу все три фазы тягового трансформатора, а также снизить значения показателей качества электроэнергии по коэффициенту обратной последовательности KU₂ и величинам высших гармоник, так как высшие гармоники напряжения фазы 5 тягового трансформатора выпрямляются и возвращаются в контактную сеть в виде электрической энергии основной гармоники сети.

Моделирование способа осуществлялось по схеме фиг.2, где 12 -трехфазный трансформатор, 13 - нагруженные фазы вторичной обмотки, 14 - ненагруженная фаза вторичной обмотки, 15 - ключ, 16 - выпрямитель, 17, 18 - нелинейная переменная нагрузка, 19, 20 - инверторы, ведомые сетью, 21, 22 - однофазные трансформаторы, 23 - анализатор электропотребления AR.5, 24 - схема, моделирующая внешнюю схему электроснабжения.

Моделирование заявляемого способа дало следующие результаты: при включенном ключе 15 нагрузку трансформатора можно увеличить на 35% от начального, при этом значение коэффициента КU₂ снизилось с 5,26 до 1,14 (при росте нагрузки на 35%), tg снизился с 0,84 до 0,17, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения с 6,8 до 1,96.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более эффективно использовать мощность тягового трансформатора на тягу, а также обеспечить снижение показателей качества электрической энергии, а именно коэффициента асимметрии по обратной последовательности и значений высших гармоник напряжения.