Транспортная газета Евразия Вести

Разделы:

 Свежий номер
 Подшивка
 Материалы
 Новости
 О газете
 Редакция
 Подписка

 Консалтинг
 Лицензирование
 Сертификация
 Юридические
 услуги

 Партнеры
 Ресурсы сети
 Реклама на сайте

Поиск:


 

ЭЛТРАНС 2011


Версия для печати
Обсудить в форуме

Регулируемые установки емкостной компенсации тягового электроснабжения

На современном этапе развития электроэнергетики в стране, с введением новых нормативно-правовых документов требования к установкам емкостной компенсации ужесточаются. Чем вызвана необходимость внедрения регулируемых установок емкостной компенсации тягового электроснабжения? Ответу на этот вопрос посвящена статья профессора Нижегородского филиала МИИТа Л.А. Германа.

Регулируемые установки емкостной компенсации тягового электроснабжения
Регулируемые установки емкостной компенсации тягового электроснабжения
Регулируемые установки емкостной компенсации тягового электроснабжения
Установки поперечной (КУ) и продольной (УПК) емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения железных дорог решают многие задачи: повышают пропускную способность железных дорог, обеспечивая повышение уровня напряжения; снижают потери электроэнергии, обеспечивая энергосбережение; повышают эффективность работы электрооборудования, улучшая качество электроэнергии, и в целом улучшают электромагнитную совместимость тяговых сетей. Установки поперечной и продольной емкостной компенсации включаются на тяговых подстанциях и на постах секционирования тяговой сети переменного тока.

На современном этапе развития электроэнергетики в стране, с введением новых нормативно-правовых документов требования к установкам емкостной компенсации ужесточаются.

Почему необходимо оснащать тяговое электроснабжение регулируемыми установками КУ и УПК

Во-первых, установки емкостной компенсации являются мощным средством повышения напряжения в тяговой сети. Когда решается вопрос об усилении пропускной способности электрической железной дороги по напряжению, то наряду с другими способами прежде всего рассматриваются варианты применения установок поперечной и продольной емкостной компенсации. В 2010 г. в Департаменте электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» утверждена «Инструкция о порядке выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения переменного тока», в соответствие с которой выбирается вариант включения КУ или УПК для повышения напряжения до нормированных значений.

Во-вторых, постановлением Правительства РФ от 31 августа 2006 г. № 530 «Об утверждении правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики» внесено изменение в Правила недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, утвержденные постановлением Правительства РФ от 27 декабря 2004г.№ 861 [6].

В соответствии с внесенным дополнением в Правила, потребители электрической энергии должны соблюдать соотношение потребления активной и реактивной мощности, определенные в договоре. В случае несоблюдения этих соотношений потребитель должен установить устройства компенсации РМ либо оплачивать услуги по передаче электрической энергии в составе конечного тарифа с учетом соответствующего повышающего коэффициента.

В Постановлении Правительства РФ № 861 (с дополнениями и изменениями в 2010 г.) указано, что в договор оказания услуг по передаче электрической энергии следует включить: «…согласованные с субъектом оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике организационно-технические мероприятия по установке устройств компенсации и регулирования реактивной мощности в электрических сетях». Только в этом случае договор считается действующим.

Таким образом, ОАО «РЖД» как сетевая организация ежегодно при заключении договора оказания услуг по передаче электрической энергии должна составлять мероприятия по компенсации реактивной мощности в точках приема электроэнергии в сеть.

В-третьих, особенность тягового электроснабжения – генерирование ЭПС высших гармоник тока в тяговой сети. Гармоники тока 150, 250, 350 Гц тяговой сети соответственно равны 25, 8, 3% от основной гармоники тока ЭПС, они проникают в сети 110 (220) кВ и создают негативные последствия.

Снижение несинусоидальности напряжения и тока определяется требованиями ГОСТ 13109 – 97, а также необходимостью снижать дополнительные потери электроэнергии в связи с протеканием высших гармонических тока. Эта проблема решается путем включения КУ.

В-четвертых, ГОСТ 13109 – 97 нормирует несимметрию на шинах подстанций . В частности, на шинах тяговых подстанций 1101(220) кВ нормально допустимый коэффициент напряжения по обратной последовательности не должен превышать 2% ( а предельно допустимый – 4%).

Несимметрично включенные по фазам однофазные установки поперечной емкостной компенсации КУ снижают несимметрию по току и напряжению.

Несимметрия напряжения на шинах 27,5 кВ также может неблагоприятно влиять на работу непосредственно устройств электроснабжения электрических железных дорог. Например, при питании устройств автоблокировки и электрической централизации от шин 27,5 кВ несимметрия напряжения может вызвать отказы в их работе.

Поэтому включение КУ и УПК ведет к повышению качества электроэнергии, положительно влияющее на работу электрооборудования собственных нужд подстанции, линии ДПР и автоблокировки (далее АБ) на железных дорогах.

В-пятых, энергетическая стратегия железнодорожного транспорта ориентирована на форсированный переход к энергосберегающим технологиям и различным способам снижения потерь электрической мощности и электроэнергии. В условиях повышенного внимания в стране на энергосбережение установки емкостной компенсации являются эффективным средством снижения потерь электроэнергии как в системе тягового, так и в системе внешнего электроснабжения.

В-шестых, специфика тяговой нагрузки – ее непостоянство в связи с изменением режима работы ЭПС, его перемещением и изменением числа ЭПС на межподстанционной зоне. Это ведет к изменяющемуся во времени графику потребления реактивной мощности ЭПС. Для нормализации режима напряжения и снижения потерь электроэнергии генерируемая мощность КУ должна соответствовать потребляемой.

Поэтому для повышения эффективности работы устройств поперечной емкостной компенсации их мощность должна быть регулируемой в зависимости от значения тяговой нагрузки.

В ПУЭ сказано: «Для достижения наиболее экономичного режима работы электрических сетей с переменным графиком реактивной нагрузки следует применять автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки путем включения и отключения ее в целом или отдельных ее частей».

В Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей указывается: «Управление конденсаторной установкой, регулирование режима работы батарей конденсаторов должно быть, как правило, автоматическим».

В-седьмых, УПК также необходимо выполнять переключаемыми, так как меняется число работающих трансформаторов на подстанции и поэтому изменяется предвключенное сопротивление УПК. Переключаемые УПК позволяют повысить эффективность электроснабжения, так как приводят в соответствие параметры УПК режиму работы тяговой подстанции. Кроме того, переключаемые УПК (по сравнению с непереключаемыми) позволяют уменьшить установленную мощность конденсаторов в 1,5–2 раза и более.

Новейшие разработки по установкам КУ и УПК

Отечественные и зарубежные разработки регулируемых установок емкостной компенсации показывают, что на современном этапе развития тягового электроснабжения железных дорог в нашей стране по технико-экономическим соображениям целесообразно применение ступенчато регулируемых установок емкостной компенсации. Регулирование мощности КУ следует выполнять двумя способами: увеличением числа ступеней КУ и форсировкой мощности КУ при глубоком снижении напряжения в тяговой сети.

В настоящее время регулирование КУ необходимо прежде всего для соблюдения режима напряжения в соответствие с нормативами, принятыми в тяговом электроснабжении отечественных железных дорог. Однако в ближайшем будущем регулируемые установки емкостной компенсации будут успешно применяться для повышения качества и снижения потерь электроэнергии.

Для реализации указанного в последние годы выполнен полный анализ переходных процессов при коммутации одно- и многоступенчатых КУ. Предложен ряд вариантов регулируемой компенсации, ориентированных для реализации на отечественных железных дорогах, в основе которых лежат доказанные теоремы, объясняющие закономерности переходных процессов и принципы выбора демпфирующего резистора. Большинство рассматриваемых разработок запатентованы.

КУ обладают уникальными возможностями по улучшению режима тягового электроснабжения: повышается и стабилизируется уровень напряжения, снижаются потери электроэнергии, осуществляется генерация реактивной мощности, симметрируется режим тяговой подстанции и снижаются гармоники тока и напряжения.

УПК – идеальный инструмент стабилизации напряжения без регулирующих устройств. Указанное определяет необходимость более широкого применения их в системе тягового электроснабжения.

Укажем на разработанные принципиальные положения по расчету регулируемых установок емкостной компенсации.

Во-первых, определяются мощности и размещения нерегулируемых установок емкостной компенсации для обеспечения заданной пропускной способности участка железной дороги.

Здесь же решается вопрос о переходе от нерегулируемых к отключаемым КУ и переключаемым УПК для обеспечения допустимых уровней напряжения при изменяющейся тяговой нагрузке.

Во-вторых, выполняются требования сетевых компаний, записанные в договоре оказания услуг по передаче электрической энергии в части компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии. При необходимости вводятся дополнительные мощности к установкам по расчетам в п. 1).

Также решается вопрос о необходимости включения отключаемых КУ и переключаемых УПК для обеспечения нормативов по качеству электроэнергии.

В-третьих, проводится расчет по технико-экономической целесообразности введения регулирования мощности установок, определяемых по пп. 1) и 2), или дополнительно включаемых установок для эффективного снижения потерь электроэнергии.

Пути совершенствования установок емкостной компенсации

Практические предложения по регулируемым КУ

На современном этапе развития электроэнергетики по технико-экономическим соображениям целесообразный вариант регулируемых КУ в системе тягового электроснабжения – ступенчатые КУ. Их количество не должно превышать 2 – 3 ступеней. Как правило, наибольшей эффективностью обладают одноступенчатые регулируемые КУ.

Вакуумные выключатели решили проблему надежного отключения КУ. Однако для снижения бросков тока и напряжения до нормированных значений КУ должны оборудоваться демпфирующими устройствами. Предложен широкий выбор вариантов демпфирующих устройств для проектных разработок, а также для реализации их в условиях эксплуатации.

Разработан метод расчета переходных процессов для всех вариантов установок поперечной емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения. Предложена методика определения значения демпфирующего резистора Rg в зависимости от мощности КУ.

Для реализации схем КУ с оптимальными значениями демпфирующих сопротивлений предложены три варианта значений Rg – 30, 40 и 50 Ом для различных мощностей установок. При несинхронизированных выключателях достаточно установить один резистор, а при синхронизированных выключателях в зависимости от расчета могут устанавливаться два последовательно соединенных резистора.

Здесь важно отметить, что в существующих КУ с несинхронизированными вакуумными выключателями включены резисторы в 80 Ом, хотя по расчетам требуется резистор в 40 или 50 Ом.

На основании проведенных исследований предлагаются следующие схемы КУ для системы тягового электроснабжения:

– для регулируемых КУ – принять схемы трехэтапного пуска или с синхронизированным выключателем для шунтирования демпфирующего резистора (для двухступенчатой КУ вводить в цепь первой ступени демпфирующий резистор при коммутации второй ступени);

– для регулируемых КУ с ограниченным числом переключений для отключаемых КУ – принять схему с несинхронизированными выключателями и двухэтапным пуском (для двухступенчатой КУ следует вводить в цепь первой ступени демпфирующий резистор при коммутации второй ступени);

– для нерегулируемых КУ – принять вариант с несинхронизированными выключателями и двухэтапным пуском (для двухступенчатой КУ включение второй ступени производить без переключений резистора в первой ступени).

Нерегулируемые КУ использовать только на тяговых подстанциях. При мощности КЗ на шинах 110 (220) кВ более 1000 МВА допустимо выполнять одноступенчатые КУ без демпфирующих резисторов.

В системе тягового электроснабжения нерегулируемые КУ в ближайшее время следует переводить в отключаемые КУ путем введения вакуумных выключателей с демпфирующими резисторами оптимальных значений.

Регулирование напряжения и генерируемой мощности осуществляется путем подключения (отключения) очередной ступени, а также при больших просадках напряжения переход КУ в форсированный режим.

Форсированный режим целесообразно применять на КУ, расположенных в конце межподстанционной зоны при одностороннем питании тяговой сети, а также на постах секционирования.

Предложены схемы перехода в форсированный режим, обеспечивающие допустимые броски тока и напряжения.

Для регулирования напряжения и реактивной мощности целесообразно совместное применение АРПН трансформаторов и КУ. Предложены варианты комбинированных схем автоматики КУ и АРПН, включая адаптивные схемы. Опыт эксплуатации свидетельствует, что в настоящее время назрела необходимость в нормативных документах по принципиальным положениям автоматики регулирования напряжения и реактивной мощности в системе тягового электроснабжения и в разработке соответствующих проектных решений.

Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации подтвердили реальную возможность создания регулируемых ступенчатых установок поперечной емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения на существующем оборудовании, изготавливаемом отечественной промышленностью, так как решена проблема снижения перенапряжений и бросков тока до допустимых значений при коммутации КУ и изготавливается надежная отечественная вакуумная коммутационная аппаратура.

Основные предложения по совершенствованию УПК

Во-первых, установка продольной емкостной компенсации должна состоять из двух ступеней, вторая ступень, изменяющая параметры УПК по сопротивлению и номинальному току, вводится в работу при подключении очередного силового трансформатора.

Во-вторых, номинальный ток первой ступени должен ориентироваться на номинальный ток постоянно включенных силовых трансформаторов (один или два), а сопротивление УПК равно сопротивлению фазы подстанции.

При включении второй ступени УПК номинальный ток должен определяться максимальным током отсасывающей линии с учетом аварийного отключения одной смежной подстанции. Сопротивление УПК в этом случае определяется сопротивлением фазы подстанции с включенным очередным силовым трансформатором.

В-третьих, для приведения в соответствие параметров УПК сопротивлению подстанции и ее номинальному току целесообразно выполнить параметры секций УПК мощностью 2…3 Мвар с номинальным током 600…800 А. Количество конденсаторов в секции может изменяться, что должно быть предусмотрено в конструкции.

В-четвертых, сверхбыстродействующая защита УПК, собственное время которой не превышает 1 мс, выполнена в проекте ПКБ ЦЭ (защита БЗК-2) с тиристорным ключом и тригатроном, причем последний целесообразно заменить на вакуумный управляемый разрядник ВЭИ. За многие десятилетия защита БЗК-2 показала надежность работы.

В-пятых, УПК следует оснащать приборами для статистических измерений максимальных токов и контроля износовых характеристик конденсаторов УПК. Постоянный контроль за максимальными токами позволит своевременно корректировать мощность УПК, а также вводить сезонную регулировку.

Реализация указанных предложений несомненно повысит надежность и эффективность установок поперечной и продольной емкостной компенсации.

Нет сомнений, что в дальнейшем усилиями научных, учебных и проектных институтов будут предложены более совершенные схемы КУ и УПК. Уверен, что перспектива регулируемых установок емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения – применение в них быстро развивающихся устройств силовой электроники, современных коммутационных аппаратов с увеличенным ресурсом работы и новых схемотехнических решений.

© Евразия Вести X 2011







X 2011

Евразия Вести X 2011

Высокоскоростное движение - показатель развития отрасли и государства

На передовых рубежах деятельности компании

Взаимодействие - главное условие успешной реализации инновационного процесса

Технические регламенты электроэнергетической инфраструктуры ОАО «РЖД»

Инновационное развитие транспортного образования России

Инновации в хозяйстве электрификации и электроснабжения Октябрьской железной дороги

Транспорт России: под знаком интеграции

Электрификация Куйбышевской магистрали: вчера и сегодня

Новые разработки ПКБ ЭЖД на службе безопасности движения

Энергетическое обследование объектов тяговой энергетики

Система мониторинга и диагностики силового и коммутационного оборудования тяговых подстанций

«НИИЭФА-ЭНЕРГО»: новое и перспективное для нужд железных дорог

«Универсал - контактные сети» - 20 лет

Достойный путь профессионалов

Совершенствование устройств электрической тяги и электроснабжения - один из приоритетов развития ОАО «РЖД»

Энергосбережение - актуальный аспект применения кремнийорганических изоляторов

Основные разработки ООО НПП «ЭЛЕКТРОМАШ»

Мосгипротранс - 80 лет на службе железных дорог России

Микропроцессорные устройства для систем тягового электроснабжения переменного тока

Время высоких скоростей и прогрессивных технологий

ЗАО «ТРАНСКАТ» - надежный партнер высоких скоростей

«Астер Электро» - эффективное, качественное и безопасное оборудование

Распределительные устройства тягового электроснабжения переменного тока, выпускаемые ЗАО «ГК «ЭЛЕКТРОЩИТ» - ТМ Самара»

Реализация проекта электрификации высокоскоростной магистрали в России

Надежные решения АББ для подвижного состава и объектов инфраструктуры

Инновации - искусство возможного

PDF-формат



 

Copyright © 2003-2016 "Евразия Вести"
Разработка: интернет-студия "ОРИЕНС"

Евразия Вести