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 2013


Версия для печати
Обсудить в форуме

Наука на службе электрификации железных дорог

Нижегородский филиал МИИТ тесно сотрудничает с фирмой «НИИЭФА-ЭНЕРГО». Именно такое взаимодействие ученых-разработчиков и производителей дает синергетический эффект для железных дорог.

Вопросы автоматизации электроснабжения тяговых сетей переменного тока и их совершенствование в своей статье поднимает профессор Нижегородского филиала МИИТ, д.т.н. Л.А. Герман.

Наука на службе электрификации железных дорог
Наука на службе электрификации железных дорог
Наука на службе электрификации железных дорог
Наука на службе электрификации железных дорог
Повышение надежности и экономичности электроснабжения тяговых сетей непосредственно связано с внедрением новой аппаратуры автоматики на фидерах контактной сети тяговых подстанций и постов секционирования. За последние годы усилиями ведущих транспортных вузов страны, научно-исследовательских и проектных институтов, а также разработчиков электротехнического оборудования для железных дорог появилась серия устройств, повышающих эффективность тягового электроснабжения. Разберем наиболее значимые разработки для автоматизации электроснабжения тяговой сети переменного тока. Наряду с новыми устройствами автоматики разработаны алгоритмы их применения с четкой последовательностью работы, другими словами, изменена технология работы оборудования, в частности, в послеаварийных ситуациях.

Все разработки выполнены Нижегородским филиалом МИИТ совместно с НИИЭФА-ЭНЕРГО и Горьковской ж.д. Большинство из них проверены в эксплуатационных условиях на дороге и установлены для опытной эксплуатации, а часть разработок принята НИИЭФА-ЭНЕРГО для реализации в электротехническом оборудовании для сети железных дорог.

Противоаварийная автоматика

При аварийном отключении фидера контактной сети автоматически срабатывает устройство повторного включения (АПВ) и фидер включается. Эксплуатационный персонал за многие годы убедился в эффективности АПВ, так как проходящие (неустойчивые) короткие замыкания (КЗ) на контактной сети составляют около 90%. Однако при устойчивом КЗ существует большая вероятность при АПВ (то есть при повторной подаче напряжения на аварийный участок) пережога контактной подвески. Ежегодно по этой причине на каждой дороге случаются не менее 10 аварий.

Для предотвращения указанного необходима блокировка АПВ при устойчивых КЗ. В Нижегородском филиале МИИТ разработаны два способа диагностирования устойчивых КЗ в отключенной контактной сети. По первому способу контролируется остаточное напряжение в контактной сети, генерируемое машинными фазорасщепителями электроподвижного состава в режиме выбега. Если после аварийного отключения фидерного выключателя в течение 0,5–1,5 сек. присутствует напряжение (остаточное) с частотой 48,5-46 Гц и ниже (от 5–7 кВ и до 0,7–1 В), то это свидетельствует об отсутствии устойчивого КЗ (то есть КЗ самоликвидировалось). Поэтому факт отсутствия остаточного напряжения говорит о наличии устойчивого КЗ. Контроль напряжения осуществляется трансформатором напряжения ТН-27,5 кВ, подключенном на фидере контактной сети в сторону контактной сети. Схемы подключения ТН-27,5 кВ для новых подстанций разработаны в НИИЭФА-ЭНЕРГО, а варианты подключения трансформатора напряжения на действующих подстанциях известны на Горьковской ж.д. Устройства контроля КЗ по остаточному напряжению принято называть УККЗ.

По второму способу контролируется наведенное напряжение с помощью трансформатора напряжения от соседнего пути и /или линии ДПР (от 1–2 до 5–8 кВ). Трансформатор напряжения устанавливается так же, как было указано раньше. Если электрическая составляющая наведенного напряжения менее 0,3 кВ, то это свидетельствует о наличии устойчивого КЗ. Устройства, контролирующие наведенное напряжение, называются УПКЗ.

Аппаратура УККЗ

Основное применение УККЗ на участках системы 25 и 2х25 кВ, где посты секционирования (ПС) работают с групповой защитой, отключающей все выключатели фидеров при срабатывании защиты по минимальному напряжению (например, посты секционирования на разъединителях). В этом случае достаточно установить УККЗ на одном из фидеров межподстанционной зоны и контролировать всю зону. УККЗ воздействует на запуск быстродействующего АПВ (БАПВ) с выдержкой времени 0,5 сек и тогда при проходящих КЗ ПС не успевают «разобраться». Это выгодно, так как проходящих КЗ на таких участках более 90%. Важно отметить, что устройство УККЗ контролирует напряжение частотой 48,5 Гц и ниже, поэтому оно четко срабатывает при отключении контактной сети от всех источников питания (включая питающие фидера постов секционирования или соседних тяговых подстанций), и поэтому возможно быстродействующее АПВ. В этом преимущество УККЗ.

Больше пяти лет работают три межподстанционные зоны системы 2х25 кВ участка Бобыльская– Сергач– Шумерля– Канаш, где между подстанциями установлены посты секционирования на выключателях с групповыми защитами по минимальному напряжению и на каждой зоне установлен один УККЗ. При проходящих КЗ срабатывает БАПВ, пост секционирования не «разбирается» (обычно время задержки на отключение фидеров ПС около 1 сек) и в большинстве случаев «не разбирается» и схема ЭПС при таких кратковременных провалах напряжения. Это пример полной автоматизации электроснабжения при аварийных процессах, когда участие обслуживающего персонала сведено к минимуму.

Такая же схема автоматизации электроснабжения межподстанционной зоны применена и на некоторых участках Горьковской ж.д по системе 25 кВ с постами секционирования на разъединителях. В этом случае в корне изменилось отношение к варианту электроснабжения межподстанционной зоны тяговой сети с постами секционирования на разъединителях, так как в этом случае резко повысилась надежность электроснабжения. УККЗ изготавливается в НИИЭФА-ЭНЕРГО в интеллектуальном терминале ИНТЕР фидера контактной сети переменного тока для системы 25 и 2х25 кВ.

Основной недостаток УККЗ – возможность ложной работы при отсутствии ЭПС на контролируемой зоне. Поэтому на участках с небольшими размерами движения, а также при обращении современного ЭПС без фазорасщепителей следует переходить на применение устройств УПКЗ (устройств поиска КЗ), контролирующих наведенное напряжение.

Аппаратура УПКЗ

Основная особенность устройства – контроль электрической составляющей наведенного напряжения. Только в этом случае при устойчивом КЗ наведенное напряжение (электрическая составляющая) близко к нулю. Устройство УПКЗ многофункционально. Среди многих способов разделения электрической и магнитной составляющей принят наиболее простой, в зависимости от участка пути.

Устройство УПКЗ многофункционально

В отличии от УККЗ, когда контроль наличия КЗ ограничен временем 0,5–1,5 сек, блокировка АПВ при устойчивых КЗ может работать на большом отрезке времени, обычно контроль осуществляется на интервале 1–5 сек. Следует учесть, что чем больше время задержки АПВ, тем большая вероятность успешного АПВ.

Используя УПКЗ, можно организовать важную функцию эффективного поиска КЗ на контактной сети. Обычно поиск повреждения происходит следующим способом: отключаются по одному продольные разъединители на контактной сети, и каждый раз проверку проводят включением фидерного выключателя для опробования контактной сети. Зачастую включение происходит на устойчивое КЗ, тем самым возрастает объем повреждений и даже возможен пережог провода. Однако, контролируя наведенное напряжение, можно отказаться от включения фидерного выключателя для опробования контактной сети. При этом наведенное напряжение (или выходные контакты УПКЗ) следует передать на щит энергодиспетчера. После аварийного отключения фидера контактной сети замер наведенного напряжения следует выполнить только после полного отключения контактной сети, то есть после отключения и фидеров соседней подстанции. Поэтому приходится давать выдержку времени в 0,7–1 сек и только затем выполнять замер наведенного напряжения. Вот почему в УПКЗ нельзя осуществить быстродействующее АПВ. Тем не менее, в случае наличия ПС на разъединителях все равно можно реализовать удержание ПС во включенном состоянии при проходящих КЗ. Для этого следует лишь увеличить выдержку времени на «разбор» ПС до 1,5–2 сек.

Аппаратура блокировки АПВ и поиска повреждения рассматриваемыми способами работает на четырех зонах тяговой сети системы 25 кВ. Горьковской ж.д. Аппаратура УПКЗ в конце 2013 г. должна будет изготавливаться в НИИЭФА-ЭНЕРГО, причем в интеллектуальном терминале ИНТЕР запроектированы УККЗ и УПКЗ, и в зависимости от условий работы участка эксплуатационный персонал принимает решение, какую аппаратуру включать в работу.

Аппаратура УПКЗ успешно работает и в других ситуациях. Например, известны частые аварийные отключения на станционных фидерах, питающих электродепо. При наличии УПКЗ дежурный электромеханик тяговой подстанции не будет включать фидер, пока УПКЗ, не даст разрешение на включение. Или еще очень важная ситуация: известны случаи, когда после окончания работ на контактной сети по разным причинам остается «завешенной» заземляющая штанга, на которую подают напряжение с вытекающими последствиями. При наличии УПКЗ перед включением фидера по окончании работ дежурный электромеханик по соответствующей сигнализации проверит отсутствие заземляющей штанги на контактной сети по прибору УПКЗ. На Горьковской световая сигнализация (красная и зеленая лампы) выведена на щит энергодиспетчера.

Аппаратуру УПКЗ целесообразно включать и на однопутном участке при наличии линии ДПР.

Известен опыт применения УПКЗ и на посту секционирования Второво (система 25 кВ) скоростного участка Владимир – Н. Новгород. Причем на постах секционирования уже установлены на всех фидерах трансформаторы напряжения в сторону контактной сети.

На тех фидерах контактной сети, где пока не установлена аппаратура УККЗ и УПКЗ, рекомендуем блокировку АПВ выполнить зависимой от отключаемого тока КЗ для предотвращения пережогов проводов. В частности, при токе КЗ более 2000 А блокировать АПВ и фидер включать оперативно после выяснения причин аварийного отключения.

Режимная автоматика

Устройства регулирования напряжения трансформаторов, мощный резерв стабилизации напряжения и повышения экономичности режима тяговой сети пока не используется на дорогах. Речь идет о том, что все силовые трансформаторы тяговых подстанций оборудованы устройством регулирования напряжения РПН. Существующий ресурс РПН – 100 тысяч циклов. В настоящее время наблюдаем качественный прорыв в коммутационном ресурсе устройств РПН – до 400–500 тысяч циклов. Появились бесконтактные устройства, обладающие еще более высоким ресурсом, дающие возможность переключения ответвлений при приближении (удалении) каждого поезда. Это позволяет более уверенно, с точки зрения надежности, задействовать АРПН на тяговых подстанциях.

Однако на большинстве железных дорог России автоматика регулирования напряжения на тяговых подстанциях выведена из работы, несмотря на прямое указание в «Правилах устройств тягового электроснабжения…»: – «…подстанции должны быть оборудованы устройствами автоматического регулирования напряжения». Главная причина этого – сложившееся, к сожалению, представление о том, что устройства РПН при частых переключениях недостаточно надежны.

В то же время опыт работы ряда электрифицированных участков Горьковской дороги доказывает, что при интенсивном использовании РПН трансформаторов и умелой их эксплуатации надежность РПН практически не снижается, а режим напряжения в тяговой сети улучшается. При правильной эксплуатации 15–20 переключений РПН в сутки вполне допустимо и не влияет на их надежность. Повреждения РПН были и на Горьковской, они тщательно анализировались с целью дальнейшего их предупреждения. Однако эти повреждения не явились поводом для прекращения автоматического регулирования напряжения.

Например, на тяговой подстанции Шахунья более 40 лет работает автоматика регулирования напряжения (АРПН), наибольшее число переключений в сутки доходит до 30–40. На участках с тяжеловесным и скоростным движением АРПН следует включать в первую очередь. Известен опыт на скоростном участке Горьковской ж.д., когда при напряжении выше 29 кВ на электропоезде САПСАН автоматически опустились токоприемники.

В Концепции обновления тяговых подстанций записано требование: «…доведение до пригодности к промышленному использованию устройств бесконтактного переключения ответвления обмоток силовых трансформаторов и систем автоматического регулирования напряжения в тяговой сети». Поэтому НИИЭФА-ЭНЕРГО приступила к реализации проекта по новой автоматике регулирования напряжения трансформаторов.

Известны трудности регулирования напряжения трехфазных трансформаторов на тяговых подстанциях переменного тока из-за постоянной и изменяющейся несимметрии напряжения. Поэтому эффект применения АРПН на этих подстанциях ограничен. Но это не является поводом отказа от использования АРПН, Опыт Горьковской ж.д. тому пример, где по возможности эффективно используется установленное оборудование. Работа АРПН на тяговых подстанциях позволяет стабилизировать напряжение в тяговой сети и экономить электроэнергию за счет повышения КПД электроподвижного состава.

Установки поперечной емкостной компенсации (КУ)

Давно известны проблемы эксплуатации КУ в тяговых сетях переменного тока: необходимость переходить на регулируемый режим КУ и применять единую автоматику АРПН и КУ. Разработаны два способа регулирования: путем подключения очередной секции КУ и второй способ – путем шунтирования части последовательных рядов конденсаторов (режим форсировки КУ). Для подключения очередной секции КУ и ргулирования одноступенчатых КУ на Горьковской применяют эффективные схемы демпфирования бросков тока и напряжения. Разработаны и включены в опытную эксплуатацию схемы подключения демпфирующего резистора последовательно и параллельно реактору КУ. Опыт эксплуатации подтверждает эффективность демпфирования бросков тока и напряжения при коммутации КУ, что является прямым подтверждением возможности на существующем оборудовании переходить на отечественных железных дорогах на ограниченное регулирования КУ (на так называемые, отключаемые КУ с числом переключений до 5 раз в сутки).

Для способа регулирования с форсированным режимом изначально КУ рассчитываю на избыточное число последовательно включенных конденсаторов. При необходимости увеличения мощности КУ часть последовательных рядов конденсаторов шунтируется. Разработаны различные схемы шунтирования, но наиболее эффективна схема с тиристорным ключом по разработке НИИЭФА-ЭНЕРГО. Такой ключ проходит комплексные испытания на тяговой подстанции Шумерля (система 2х25 кВ) грузонапряженного участка Горьковской.

Что касается совместного управления АРПН и КУ, то разработаны схемы для конкретных участков Горьковской с расположением КУ на подстанции и в конце межподстанционной зоны с односторонним питанием контактной сети.

Применение КУ в тяговом электроснабжении – это повышение пропускной способности участков железной дороги, экономия электроэнергии за счет компенсации реактивной мощности и соблюдение нормативов по коэффициенту реактивной мощности.

Фильтрокомпенсирующие устройства

Полезное свойство установки поперечной емкостной компенсации состоит в том, что на базе КУ можно выполнить фильтрацию гармоник в тяговой сети, генерируемых электроподвижным составом с выпрямителями. Такие фильтрокомпенсирующие устройства ФКУ по разработкам МИИТ изготавливает НИИЭФА-ЭНЕРГО. Опыт эксплуатации их показал недостаточную эффективность, например, установленная мощность превышает в 2,25 раза номинальную мощность. Поэтому Нижегородский филиал МИИТ совместно с ВНИИЖТ и НИИЭФА-ЭНЕРГО разработал новую схему установки поперечной емкостной компенсации с функцией фильтрации гармоник (КУф). По частотной характеристике КУф аналогична применяемой ФКУ (НИИЭФА-ЭНЕРГО), но по стоимости меньше в 2 раза.

Кроме того, достоиства предлагаемой установки КУф состоят в следующем:

– возможность регулирования мощности установки путем включения (отключения) второй ступени (секции);

– снижение потерь в резисторе за счет подключения последовательно с ним конденсатора;

– простота обслуживания в связи с простотой настройки и корректировки резонансных частот и расчета параметров устройства;

– возможность формирования линейки различных мощностей;

– возможность отключения резистора при нормированных значениях показателей несинусоидальности;

– в общем случае КУф имеет меньшую мощность реактивных элементов (конденсаторов и реакторов).

Важное преимущество предлагаемой схемы КУф с двумя звеньями на 150 и 250 Гц – в уменьшении площади размещения всего оборудования.

Установки продольной емкостной компенсации (УПК)

Для слабых систем внешнего электроснабжения (то есть для тяговых подстанций с входным сопротивлением, приведенным к напряжению 27,5 кВ более 0,5 – 0,8 Ом) эффективным средством повышения и стабилизации напряжения в тяговой сети и, следовательно, повышения пропускной способности участков железной дороги являются установки продольной емкостной компенсации (УПК).

Совместно с НИИЭФА-ЭНЕРГО разработана современная схема переключаемой УПК, отличающаяся тем, что:

– во-первых, подключение второй ступени производится с помощью тиристорного ключа по разработкам НИИЭФА-ЭНЕРГО, это позволило автоматизировать режим работы УПК и системы электроснабжения в целом;

– во-вторых, изменены параметры ступеней УПК;

– в-третьих, показана возможность снижения степени компенсации до минимальных значений по «Инструкции по расчету установок продольной и поперечной компенсации…» (утверждена в ЦЭв 2011 г.), что позволило снизить стоимость УПК в 1,8–2,5 раза.

При этом минимальные уровни напряжения на токоприемнике ЭПС при включении УПК выдерживаются. Расчеты показывают, что в существующих схемах УПК, работающих в тяговой сети, завышены степени компенсации. В этом причина значительного перераспределения нагрузки между соседними подстанциями и, как результат, недостаточной эффективности их работы. Поэтому для работающих УПК насущная задача – снизить степень компенсации.

Все рассматриваемые разработки направлены на повышение эффективности тягового электроснабжения и должны быть реализованы в настоящее время.

© Евразия Вести X 2013







X 2013

Евразия Вести X 2013

Перспективы электросетевой деятельности ОАО «РЖД» в условиях реформирования электроэнергетики. Задачи и пути их решения

Железнодорожное электроснабжение - составная часть инфраструктурного комплекса ОАО «РЖД»

Инновации в железнодорожном электроснабжении

Наращивание скоростей - приоритетная задача железнодорожной отрасли

Инновационные технологии Омского университета

Расширение области применения ЖКС на Российских железных дорогах

«ЭлектроТранс» - форум городского транспорта

Контакторы АББ для железнодорожного транспорта

Путь длиною в 77 лет

«ЭНЕРГОПРОМСБЫТ» - текущие и перспективные проекты для нужд ОАО «РЖД»

Вопросы технологического присоединения в электросетевом комплексе «РЖД»

«ТГК-14»: зона ответственности - Забайкалье и Бурятия

Интеллектуальная продукция для железных дорог

Трансэнерго: экономия, качество, развитие

Энергетическое строительство «под ключ»

Повышение качества продукции, внедрение новых стандартов на предприятии

«Уралэлектротяжмаш» - надежный партнер «РЖД»

Птицезащищенные изоляторы - эффективное средство повышения надежности контактной сети

Энергомонтаж: время инновационных технологий в действии

На принципах повышенной надежности

ООО «Тольяттинский Трансформатор» - надежный партнер железнодорожников

Внешнее электроснабжение хозяйства электрификации

В профессионалы с детства

Инновационные системы комплексной диагностики контактной сети

PDF-формат



 

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

Евразия Вести