ЭЛТРАНС 2017


Ресурсосберегающие технологии энергообеспечения на железнодорожном транспорте

Начальник Западно-Сибирской Дирекции по энергообеспечению Константин Анатольевич Кургузов в своей статье делится опытом эффективного внедрения и широких функциональных возможностей регулируемых устройств компенсации реактивной мощности на постах секционирования.

В соответствии с положениями Генеральной схемы развития сети железных дорог на период до 2020 года на участке Карасук – Алтайская – Артышта Западно-Сибирской железной дороги запланировано выполнение мероприятий по усилению системы тягового электроснабжения, в связи с чем на дороге, в рамках инвестиционного проекта «Внедрение ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте», реализован пилотный проект монтажа регулируемых устройств компенсации реактивной мощности на постах секционирования (ПСК) Заринская, Аламбай и Новая Дубрава. В 2016 году были введены в работу: статический генератор реактивной мощности (СГРМ) производства «КЭР-Холдинг» (г. Казань) на посту секционирования станции Заринская и статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (СТК) производства указанной выше компании на посту секционирования станции Аламбай и компании «Айдис групп» (г. Москва) на посту секционирования станции Новая Дубрава.

Основное предназначение данных устройств заключается в быстродействующей компенсации реактивного тока тяговой нагрузки, снижении колебаний напряжения в тяговой сети и фильтрации высших гармонических составляющих тягового тока.

Статический генератор реактивной мощности выполнен в виде одного контура по схеме преобразователя напряжения на основе биполярных IGBT транзисторов. Физически он представляет собой модульный многоуровневый инвертор, состоящий из 28 силовых модулей. Устройство можно рассматривать как управляемый источник тока, полное выходное напряжение которого является суммой выходных напряжений отдельных модулей Н-мостов.

Схемы СТК как на ПСК Аламбай, так и на ПСК Новая Дубрава включают в себя постоянно подключенную фильтро-компенсирующую цепь и равный по мощности управляемый тиристорами реактор, т.е. тиристорно-реакторную группу, способную компенсировать избыточную реактивную мощность для поддержания постоянного значения напряжения в точке подключения. Номинальная мощность каждого из трех устройств составляет 6,7 Мвар.

Алгоритм систем управления устройствами компенсации реализован на сравнении измеренного значения напряжения с заданной уставкой. По измеренному напряжению и заданной характеристике в контроллере рассчитывается и генерируется реактивный ток необходимый для стабилизации напряжения на уровне этой уставки.

Рабочие (вольт-амперные) характеристики СТК и СГРМ могут иметь небольшой наклон или статизм, что позволяет расширить диапазон, в котором устройством регулируется генерируемая реактивная мощность, чем обеспечивается снижение потерь электроэнергии в тяговой сети.

Оценка энергетических показателей каждого из устройств выполнялась путем сравнения суточных измерений показателей энергопотребления и качества электрической энергии на постах секционирования при включенном и отключенном положении устройств компенсации.

Оценка эффективности в части компенсации реактивного тока тяговой нагрузки показала, что при соизмеримых средних значениях активной мощности включение в работу СГРМ привело к существенному снижению потребления реактивной мощности. При этом коэффициент мощности увеличился с 0,81 до 0,88. То есть, произошло существенное снижение нагрузки на тяговую сеть и, как следствие, снижение потерь в ней электрической энергии. Анало­гичные результаты были получены и на межподстанционных зонах со статическими компенсаторами реактивной мощности.

Необходимо отметить, что при работе СГРМ имеют место не только области в режиме генерации СГРМ реактивной энергии, но и области ее потребления, когда напряжение в контактной сети возрастает выше заданной величины. В отличие от СГРМ на СТК Аламбай практически отсутствуют периоды потребления им реактивной энергии, а на СТК Новая Дубрава они незначительны. Это связано с тем, что ток ветви тиристорно-реакторной группы (ТРГ) в лучшем случае достигает тока ветви фильтро-компенсирующей цепи (ФКЦ). Для потребления же реактивной энергии необходимо, чтобы ток ветви ТРГ превышал ток ветви ФКЦ, что возможно обеспечить только путем увеличения мощности ТРГ относительно мощности ФКЦ, т.е. снижением индуктивного сопротивления реактора в ветви тиристорно-реакторной группы.

Обобщенный анализ уровней напряжения на шинах указанных постов секционирования для сравниваемых режимов показывает, что при включении как СГРМ, так и СТК происходит стабилизация напряжения, при этом исключаются случаи снижения напряжения ниже 23 кВ при сложной поездной обстановке. Так из закона распределения вероятности видно (см. рис.), что в течение 57% общего времени СГРМ поддерживает напряжение не ниже заданной рабочей характеристики – 27 кВ.

При рассмотрении рабочих характеристик компенсирующих устройств особое значение имеют те участки характеристик, когда устройства работают на максимальной мощности. На этих участках характеристик ток СТК падает пропорционально снижению напряжения в контактной сети, а, следовательно, мощность падает еще больше, так как находится в квадратичной зависимости от напряжения. Ток СГРМ на обозначенном участке не падает, а стабилизируется, что является существенным преимуществом СГРМ перед СТК.

Рассматривая эффективность работы устройств компенсации в части подавления высших гармонических составляющих следует отметить, что хотя тиристорно-реакторные группы как на СТК Аламбай, так и на СТК Новая Дубрава, по своей сути, являются генераторами «вредных» токов высших гармоник, однако из-за низкого сопротивления фильтро-компенсирующей цепи на частоте 3-й гармоники получен положительный результат работы обоих устройств в снижении коэффициентов как 3-й, так и 5-й гармоник и, как следствие, в целом в снижении коэффициента искажения синусоидальности напряжения (с 8,5 до 5,9% на СТК Аламбай и с 10,3 до 6,6% для СТК Новая Дубрава).

Низкая эффективность СГРМ в части снижения коэффициентов 3-й, 5-й, 7-й гармоник и, как результат, в целом снижения искажения синусоидальности напряжения (с 9,9 до 8,5%), обусловлена принципом его управления. Проведенный анализ спектра гармоник тока в цепи СГРМ показал, что им генерируются только токи, начиная с 9-й гармоники и гармоник более высокого порядка для их компенсации. При необходимости СГРМ может активно подавлять указанные гармоники тока, однако тогда его мощность падает на основной частоте 50 Гц, т.е. снижается его эффективность в части компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения (следует отметить, что в данном случае мощность СГРМ Заринская недостаточна для решения всего комплекса задач).

Для оценки эффекта в снижении межпоездных интервалов при вводе в работу СГРМ Заринская, СТК Аламбай и СТК Новая Дубрава были выполнены необходимые расчеты в программном комплексе «КОРТЭС». Согласно выполненным расчетам, ввод в работу СГРМ Заринская и СТК Аламбай (участок Алтайская – Артышта), а также ввод в работу СТК Новая Дубрава (участок Карасук – Алтайская) позволяет при максимальных размерах движения увеличить пропускную способность участков:

– Алтайская – Артышта на 16 пар поездов (с 92 до 108 пар);

– Карасук – Алтайская на 22 пары поездов в сутки (с 86 до 108 пар).

*??*??*

Выполненная оценка энергетических показателей работы СГРМ и СТК свидетельствует об эффективности их применения для стабилизации уровня напряжения и снижении потребления реактивной энергии на межподстанционной зоне. Преимущества же СГРМ перед СТК состоят в меньшей материалоемкости, меньшей занимаемой площади, более высокой ремонтопригодности и все это при более широких функциональных возможностях СГРМ.

© Евразия Вести XI 2017

www.eav.ru