Рис.1. СТЭ повышенного напряжения с симметрирующими трансформаторами

Опорная (питающая) тяговая подстанция в этой системе – единственное звено, связывающее сеть общего назначения 220 (110) кВ с сетью тягового электроснабжения. Питающая подстанция оборудована симметрирующими трансформаторами мощностью 63..80 МВА. Тяговая сеть состоит из двухпроводных линий левого и правого плеч (напряжение между проводами 93,9 – 94 кВ), промежуточных подстанций (ОТП) с однофазными трансформаторами мощностью 16 – 25 МВА (в зависимости от объемов перевозок и расстояний между питающими тяговыми подстанциями). Двухпроводные линии предполагается прокладывать по опорам контактной сети. При необходимости тяговая сеть на стороне 27,5 кВ может быть усилена экранирующим и усиливающим проводами.

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений симметрирующего трансформатора

От опорной подстанции получают питание контактная сеть на 27,5 кВ и продольные линии электроснабжения на 94 кВ. В варианте рис. 1 в схеме симметрирующего трансформатора тяговой подстанции (СТТП) на стороне тяги сочленены две подобные друг другу симметрирующие структуры соединений обмоток (рис.2). Первая с выводами 1, 3, 5 представляет собой схему СТТП, предложенную МИИТ для замены трансформаторов на существующих тяговых подстанциях. Здесь напряжения между выводами 1 – 5 и 3 – 5 равны 27,5 кВ и сдвинуты по фазе на 90°.

Вторая структура (выводы 2, 4, 5) подобна первой, имеет с ней общий вывод 5, соединяемый с рельсами (землей). Напряжения между выводами 2 – 5 и 4 – 5 предусматривают равными кВ, чтобы обеспечить уровень изоляции одного из проводов двухпроводных линий по отношению к земле (вывод 5) в пределах 115 кВ. Напряжение между проводами двухпроводной линии, получающей питание от выводов 1 и 2, составляет 93,9 кВ, между выводом 1 и землей — 27,5 кВ, между выводом 2 и землей — 66,4 кВ. Напряжение между выводами 3 и 4 равно 93,9 кВ, между выводом 3 и землей — 27,5 кВ, между выводом 4 и землей — 66,4 кВ. Напряжения между выводами 1 – 2 и 3 – 4 сдвинуты по фазе на 90°, что обеспечивает симметрирующий эффект трансформатора. Симметрирующий эффект этого СТТП соответствует кривой 3 на рис. 1.?

Схема соединений катушек трансформатора, соответствующая рис. 2, изображена на рис. 3 (стрелками показаны направления векторов напряжений). Катушки 27.5 кВ соединены в треугольник и две неполных звезды. Номинальные напряжения катушек указаны на рис. 3. Подсистема 66.4 кВ включает катушки на 34.37 кВ и 19.84 кВ. В текущей версии программного комплекса максимальное число обмоток трансформатора равно пяти, поэтому симметрирующие трансформаторы моделируются двумя четырехобмоточными трансформаторами мощностью по 40 МВА каждый.

Рис. 3. Схема соединений катушек симметрирующего трансформатора

5. Пятиобмоточный симметрирующий трансформатор

В той же работе [1] приведена система векторов напряжений второго варианта симметрирующего трансформатора. Схема соединения обмоток СТТП также состоит из двух совмещаемых структур. Структура с выводами 1, 3, 5 (рис. 4) предназначена для питания контактной сети 27,5 кВ и одного провода двухпроводной линии напряжением 27,5 кВ. Вторая структура с выводами 2, 4, 5 обеспечивает питание другого провода двухпроводной линии; напряжения между выводами 2 – 5 и 4 – 5 составляют 66,4 кВ.

Рис. 4. Диаграммы напряжений пятиобмоточного СТТП

Рис. 5. Изображение пятиобмоточного СТТП на расчетной схеме и его векторная диаграмма

Однофазный трансформатор системы 27.5+66.4 кВ.

Первичная обмотка однофазного трансформатора (рис. 7) имеет три вывода. Между крайними выводами а1 – а2 напряжение составляет 93,9 кВ, между выводами а1 – 0 — 66,4 кВ, между выводами а2 – 0 — 27,5 кВ. Вывод 0 присоединяется к заземленным рельсам, выводы а1 и а2 — к проводам питающей двухпроводной линии 93,9 кВ. Вывод 0 этой обмотки фиксирует напряжения выводов а1 и а2 относительно рельсов (земли). Вторичная обмотка выполняется на напряжение 27,5 кВ; вывод а присоединяется к распределительному устройству 27,5 кВ подстанции, вывод х — к рельсам.

Рис. 7. Схема обмоток однофазного трансформатора промежуточной ТП

1., , . Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц // Железные дороги мира. – 2002. – № 8. – С. 40-46.

6.Модель токораспределения в трансформаторах системы тягового электроснабжения 93.9 кВ

Система электрической тяги переменного тока 25 кВ, обладая большей нагрузочной способностью по сравнению с системой электрической тяги 3 кВ, тем не менее, не лишена ряда недостатков. Кроме того, на ряде участков железных дорог сложность профиля пути и ввод в эксплуатационную практику тяжелых (6000-12000) тонн поездов, приводят к ситуации, когда нагрузочная способность и этой системы оказывается недостаточной. Одним из возможных решений задачи по повышению нагрузочной способности системы электрической тяги и ее энергетических характеристик является автотрансформаторные системы, впервые появившиеся в США в 1913 г. [4].

С момента возникновения автотрансформаторные системы эволюционировали по пути повышения уровня напряжения, используемого для передачи энергии удаленным от подстанции электроподвижным нагрузкам, а также по пути уменьшения несимметрии напряжений. В настоящее время в научной печати широко обсуждается вопрос о реализации автотрансформаторной системы 27.5/66.4 кВ. Практическому внедрению, таким образом, предшествует аналитический анализ всех качеств системы и прогнозирование ее поведения в различных режимах работы. Ниже рассматривается вопрос, касающийся работы специальных симметрирующих трансформаторов этой системы. Предлагается математическая модель распределения токов электроподвижного состава по отдельным обмоткам специального трансформатора тяговой подстанции системы 27.5/66.4 кВ

Система тягового электроснабжения 27.5/66.4 кВ повышает нагрузочную способность и в значительной мере экономит электроэнергию в системе электрических железных дорог [1, 2]. Применение такой системы ставит некоторые вопросы по расчету режимов ее работы. В частности при формировании такой системы на пятиобмоточных трансформаторах встает вопрос оценки токов в фазах первичной обмотки. Это необходимо для оценки несимметрии токов и напряжений, оценки потерь энергии, а также для правильного выбора трансформаторной мощности для тяги поездов.

Систему 93.9 кВ можно было бы сформировать, применяя классическую схему двухфазно – трехфазного трансформатора Скотта, однако, в этом случае, возникают проблемы организации питания линий два провода – рельс (ДПР). В связи с этим в [1] предлагаются схемы системы электрической тяги переменного тока 27.5+66.4 кВ.

На рис. 1. представлена возможная схема системы тягового электроснабжения 27.5+66.4 кВ. Трансформатор тяговой подстанции имеет одну первичную обмотку, соединенную звездой и четыре вторичных обмотки, две из которых соединены треугольником, а две другие в неполную звезду. Причем один из треугольников имеет напряжение 27.5 кВ, другой – 66.4 кВ. Аналогично линейные напряжения неполных звезд имеют напряжения 27.5 кВ и 66.4 кВ. Если принять для одного из плеч питания напряжение 27.5 кВ фазы «а» треугольника, то для другого плеча с целью симметрирующего эффекта необходимо подобрать линейное напряжение звезды 27.5 кВ, таким образом, чтобы векторы напряжения 27.5 кВ были сдвинуты относительно друг друга на 900. Если вектор напряжения «а» треугольника принять вертикальным, то для получения перпендикулярного вектора напряжения необходимо принять неполную звезду с линейным напряжением 27.5 кВ фаз «в» и «с». Аналогично можно поступить и для векторов напряжения 66.4 кВ второго треугольника и линейного напряжения 66.4 кВ второй звезды.

Рис. 1. Схема тяговой подстанции по автотрансформаторной системе 25/66.4 кВ

Причем векторы напряжения треугольников должны быть параллельны, также как и линейные векторы напряжения неполных звезд. Это позволит иметь одинаковые (сфазированные) напряжения контактной сети и напряжения для подпитки контактной сети через однофазные автотрансформаторы в соответствующих межподстанционных зонах. Соединяя последовательно векторы фазы «а» 27.5 кВ и 66.4 кВ треугольников и последовательно линейные векторы 27.5 кВ и 66.4 кВ фаз «вс», получим два вектора напряжения 93.4 кВ, сдвинутых относительно друг друга на 900. Эти напряжения используются для питания транзитных тяговых нагрузок межподстанционных зон слева и справа от подстанции.

Эти схемы, помимо эффекта уменьшения потерь напряжения и электроэнергии при передаче тяговой нагрузки, обладают повышенным эффектом симметрирования токов в линиях электропередачи. Передача тяговых нагрузок транзитом к удаленному электроподвижному составу (ЭПС) осуществляется при напряжении 93.9 кВ. Отбор мощности зону осуществляется трансформаторами, расположенными в межподстанционной зоне. При этом протяженность такой зоны может составлять порядка 300 км.

При моделировании режимов работы систем тягового и внешнего электроснабжения с такими схемами требуется определение токов фаз трансформатора на стороне питающего напряжения от тяговых токов (рис. 2).

Для построения векторной диаграммы целесообразно рассмотреть пути тока от нагрузок. При этом следует отметить, что имеют место токи левого и правого плеч питания , которые текут от выводов трансформатора 27.5 кВ шин подстанции непосредственно к ЭПС и токи плеч питания , текущие от выводов трансформатора 93.9 кВ к автотрансформаторам в межподстанционной зоне. Последние целесообразно назвать транзитными тяговыми токами. С учетом этого, проследим пути протекания отдельных токов. Из [3] известно, что тяговый ток правого плеча, питаемого от обмоток соединенных треугольником, растекается по обмоткам отдельных фаз 27.5 кВ (W2 ) в соотношении: в фазе «А», по по обмоткам фаз «В» и «С».

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21