Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения повышенных значений уравнительного тока в тяговой сети переменного тока

Изобретение относится к электроснабжению электрифицированных железных дорог и может быть использовано для обнаружения повышенных значений уравнительного тока и его снижения.

Оценке уравнительного тока (УР) и его снижению посвящены, в частности, статьи и изобретения [1-5]. Практически в них рассматривается текущие (мгновенные) значения уравнительного тока и для их снижения требуются постоянная корректировка параметров режима, например, напряжений шин 27,5 кВ, то есть автоматические регулирующие устройства, как, например, автоматически работающие РПН(регуляторы напряжения под нагрузкой) трансформаторов, регулирующие установки поперечной емкостной компенсации(КУ) и т.д.

К сожалению, на отечественных железных дорогах автоматика РПН не работает, регулируемые КУ еще не введены в работу. Поэтому далее для возможности реальной реализации рассматриваемого изобретения рассматривается система тягового электроснабжения без устройств регулирования.

В [4] рассмотрено устройство снижения уравнительного тока в тяговой сети межподстанционной зоны, питающейся от двух тяговых подстанций. При этом определяется разность напряжений двух подстанций, по которой определяется уравнительный ток и который уменьшается путем снижения указанной разности напряжения.

Таким образом, на основании [4] (принятый за прототип) рассматривается Способ определения повышенных значений уравнительного тока в тяговой сети переменного тока с двухсторонним питанием от двух смежных тяговых подстанций с трансформаторами напряжений на шинах 27,5 кВ путем сравнения напряжений одноименных фаз смежных подстанций с определением их разности.

Недостатки прототипа - для снижения уравнительного тока необходимо применять автоматику регулирующих устройств, например, автоматику РПН, которая в настоящее время не применяется в системе тягового электроснабжения отечественных железных дорог переменного тока.

Цель изобретения - снижение потерь электроэнергии от уравнительного тока без применения автоматики регулирования напряжения.

Предлагается выравнивать не текущие (мгновенные) УР, а средние значения за заданный период. Другими словами, предлагается контролировать и снижать средние значения уравнительного тока, включая его повышенные значения.

Действующее значение уравнительного тока определяется из выражения

где ly - среднее значение уравнительного тока;

D(ly) - дисперсия уравнительного тока.

Средние значения будем определять за достаточно большие периоды, неделя, месяц и т.д.

Активные потери мощности от уравнительного тока равны

где Rтс - активное сопротивление тяговой сети.

Ток ly определяется за достаточно длительный период работы тяговой подстанции, при этом как указано, отсутствует автоматика регулирования. Это однако допускает единичные переключения АПН в соответствии с реальной поездной обстановкой. Опыт подтверждает, что на большинстве тяговых подстанциях длительное время (несколько суток, недель) позиция РПН неизменна. Поэтому в соответствии с (1) при снижении среднего значения уравнительного тока ly снижается лишь часть активных потерь, но так как это снижение достигается практически беззатратным способом, то поэтому на этот способ снижения потерь электроэнергии следует обратить внимание. Покажем эффективность указанного предложения.

Для снижения ly достаточно уравнять средние значения напряжений смежных подстанций. Практика подтверждает, что для средних условий работы электрифицированного участка l²у/l²уэ=0,3-0,6, что указывает на достаточную эффективность снижения потерь электроэнергии путем уменьшения только среднего значения уравнительного тока. При этом важно отметить, что для реализации задачи выравнивания средних напряжений смежных подстанций достаточно, например, в простейшем случае изменить лишь позиции РПН трансформаторов, не прибегая к введению автоматизации РПН. Другими словами, речь идет о практически беззатратном способе реализации эффективного предложения снижения потерь электроэнергии.

Для реализации цели изобретения вводится автоматизированная система коммерческо-технического учета электроэнергии (АСКУЭ)[6] и расчетное устройство и для каждой подстанции формируется массив напряжений за заданный период измерений напряжений на шинах 27,5 кВ и по нему определяется среднее напряжение по расчетному устройству

где Ui -текущие (мгновенные) значения напряжения по данным АСКУЭ (замер производится каждые 30 мин),

N - число измерений за заданный период,

затем рассчитывается разность средних напряжений

по которой определяется среднее значение уравнительного тока

где Zтс - полное сопротивление тяговой сети, и, если

где ΔUзад - заданное допустимое значение разности напряжений смежных подстанций,

то рассчитанный ток ly (5) имеет повышенное значение и его необходимо снижать.

Расчет ΔUзад выполняется в зависимости оттого, какими техническими средствами можно изменять разность напряжений двух смежных подстанций. В частности, при использовании РПН трансформаторов расчет выполняется следующим способом. Изменение РПН на одну позицию, например, для трансформатора ТДТНЖ-40000/110 соответствует изменению напряжения холостого хода трансформатора на 1,78% Uном, то есть на 1,78×27500/100=489,5 В. При нагрузке изменение напряжения обычно равно 350-400 В. Поэтому принимаем ΔUзад=350 В. Для других технических средств ΔUзад рассчитывается аналогично.

Заданный период для расчета средних напряжений предлагается принимать за неделю по следующим причинам. Во-первых, по новому ГОСТ 32144-2013 длительность измерения показателей качества электроэнергии нормируется неделей. Во-вторых, и это главное, график движения поездов придерживается недельной периодичности, для пассажирских поездов это как закон, а для грузовых - отклонения в суточном графике движения от планового конечно имеются, но в среднем за неделю средние значения напряжения стабилизируются.

Уравнительный ток в тяговой сети протекает практически всегда. Задача изобретения - выявить те межподстанционные зоны, где протекают их повышенные значения и которые могут быть снижены существующими устройствами на этой зоне.

Рассмотрим формирование алгоритма определения повышенного значения уравнительного тока при питании тяговой сети межподстанционной зоны от подстанций А и Б (рис. 1).

Обозначения в алгоритме

А и Б - названия тяговых подстанций

1 - тяговый трансформатор

2 - шины 27.5 кВ,

3 - трансформатор напряжения,

4 - выключатель питающей линии контактной сети,

5 - тяговая сеть,

6 - система АСКУЭ,

7 и 8 - расчетные блоки для

- подстанций А - U1cp=ΣU1i/N,

- подстанции Б U2cp=ΣU2i/N,

9 - блок ΔUcp=U1cp - U2cp,

10 - логический блок ΔUcp≥ΔUзад,

11 - сигнальный блок «Повышенное значение УР»

12 - расчетный блок

К системе АСКУЭ (6) информация по напряжению шин 27,5 кВ (2) поступает от трансформаторов напряжения (3). Из системы АСКУЭ (блок 6) формируем за неделю два массива напряжений Ui1 и Ui2 шин 27,5 кВ подстанций А и Б, питающих тяговую сеть. Далее определяем средние напряжения на подстанций A (U1cp) и Б (U1cp) (блоки 7 и 8) и их разность ΔUcp (блок 9). После этого решается в блоке 10 ΔUcp≥ΔUзад?, и если в результате получено «да», то указывается, что действительно имеет место повышенное значение уравнительного тока (блок 11) и следует его снижать. Таким образом, если в результате работы алгоритма будет показано «Повышенное значение УР», то на этой межподстанционной зоне следует прежде всего снижать уравнительный ток.

Литература

1. Герман Л.А., Чернов Ю.А., Шелом И.А. Некоторые результаты экспериментального исследования перетока мощности по тяговой сети. Труды МИИТ, вып. №213. М.: Транспорт, 1965

2. Чернов Ю.А. Влияние неравенства коэффициентов трансформации подстанций на величину уравнительных токов в контактной сети переменного тока. Труды МИИТ, вып. №199. М.: Транспорт, 1965

3. Чернов Ю.А. К вопросу об автоматизации параллельной работы тяговых подстанций переменного тока с целью снижения величины уравнительного тока. Труды МИИТ, вып. №238. М.: Транспорт, 1967

4. А.С. 1355514 от 05.12.1983 Устройство снижения уравнительных токов в тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока. (Бочев А.С, Винников Ю.А., Кручинин в.П., Кузнецов В.В.). Опубл. 30.11.1987. бюл. №44.

5. А.С. 1359853 от 30.07.1985. Способ снижения уравнительных токов в тяговой сети (Герман Л.А.). Опубл. 15.12.1987. Бюл. №46.

6. Почаевец B.C. Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог. М.: Маршрут, 2003.