Результат интеллектуальной деятельности: Устройство тяговой сети переменного тока

Изобретение относится к устройствам тягового электроснабжения железных дорог переменного тока напряжением 25 кВ, в частности для передачи электрической энергии от тяговых подстанций к поездам (тяговым нагрузкам).

Для электрических железных дорог переменного тока известна проблема снижения потерь электрической энергии в системе тягового электроснабжения переменного тока.

Известно. устройство тяговой сети переменного тока электрифицированных железных дорог переменного тока [Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1982. - 582 с.].

Устройство тяговой сети содержит тяговые подстанции, контактную сеть, пост секционирования, тяговые нагрузки.

Пост секционирования двухпутного участка выполнен на четыре присоединения по схеме одна система шин и содержит четыре высоковольтных выключателя переменного тока, а также измерительные трансформаторы тока и напряжения, устройство релейной защиты и аварийной автоматики (РЗА).

Контактная сеть содержит секции контактной сети для передачи электрической энергии от подстанций к тяговым нагрузкам.

Пост секционирования соединяет секции контактной сети, разделенные воздушными промежутками выключателями и шиной поста секционирования.

Устройство РЗА соединено каналами связи с трансформаторами тока и напряжения и выключателями поста секционирования.

Тяговые нагрузки одними выводами подключены к рельсовой цепи, другими - к секции контактной подвески.

Устройство работает следующим образом. От тяговых подстанций по секциям контактной сети к тяговым нагрузкам протекают токи. При нормальном режиме работы тяговой сети четыре высоковольтных выключателя включены. Продольное и поперечное секционирование контактной сети выполнено двумя последовательно включенными высоковольтными выключателями. Нагрузка каждого поезда распределяется по секциям контактной сети и протекает от каждой подстанции.

Известное устройство тяговой сети переменного тока позволяет обеспечить узловую схему двухстороннего питания тяговых нагрузок. Применение общепринятой схемы двустороннего питания с постом секционирования позволяет распределить тяговые нагрузки между смежными тяговыми подстанциями по секциям контактной сети и снижать нагрузочные потери электрической энергии. Поврежденная секция селективно отключается выключателями подстанции и поста секционирования при срабатывании устройства РЗА.

Недостаток известного устройства электроснабжения заключается в том, что в некоторых случаях при узловой двусторонней схеме питания потери электрической энергии могут быть выше по сравнению со схемой петлевого питания тяговой сети. Это обусловлено тем, что неравенство напряжений на шинах плеч питания смежных подстанций приводит к протеканию уравнительного тока и дополнительным потерям электрической энергии в активном сопротивлении контура тяговой сети. Отключение всех выключателей поста секционирования приводит к схеме тяговой сети одностороннего консольного питания. Ток каждого поезда протекает к одной из подстанции по одной из секций контактной сети. При этом исключается и дополнительные потери электрической энергии. Однако снижается напряжение в тяговой сети, и увеличиваются нагрузочные потери по сравнению со схемой узлового питания тяговых нагрузок.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство тяговой сети переменного тока [Комлык В.И. Питание однофазной контактной сети. - Электрическая и тепловозная тяга, 1978 г. - №10.].

Устройство тяговой сети содержит тяговые подстанции, контактную сеть, пост секционирования, тяговые нагрузки.

Пост секционирования двухпутного участка выполнен на четыре присоединения по схеме одна секционированная выключателем система шин, содержит пять высоковольтных выключателей, а также измерительные трансформаторы тока и напряжения, устройство релейной защиты и аварийной автоматики (РЗА).

Контактная сеть содержит секции контактной сети разделенные воздушными промежутками каждого из путей.

Секции контактной сети соединены двумя последовательно включенными выключателями и секцией шины поста секционирования. Шинный выключатель поста включен в рассечку шины поста секционирования.

Устройство РЗА соединено каналами связи с трансформаторами тока, напряжения и выключателями поста секционирования.

Тяговые нагрузки одними выводами подключены к рельсовым цепям, другими - к секциям контактных подвесок.

Устройство работает следующим образом. При включенном положении шинного выключателя поста секционирования и выключателей, соединенных с секциями контактной сети, выполняется узловая схема питания тяговых нагрузок. Токи всех тяговых нагрузок распределяются по секциям контактной сети между двумя тяговыми подстанциями. При существенной разности напряжения на шинах подстанции возникает значительный уравнительный ток, и шинный выключатель поста секционирования отключается для снижения потерь электрической энергии. Схема питания тяговой сети от узловой изменяется на петлевую. При этом уравнительный ток равен нулю. Проход токоприемника по разделу контактной сети выполняется после включения шинного выключателя поста секционирования для шунтирования открытого воздушного промежутка контактной сети.

Достоинство такой схемы питания тяговой сети заключается в снижении дополнительных потерь электрической энергии при значительной разности напряжения на шинах тяговых подстанций. Переход к схеме петлевого питания тяговых нагрузок выполняется при условии: потери электрической энергии при узловой схеме питания тяговых нагрузок (ΔW_У) больше, чем при схеме петлевого питания (ΔW_П). При этом токи каждой тяговой нагрузки протекают по двум секциям контактной сети, соединенных с одной из тяговых подстанцией.

Недостатки известного решения заключаются в следующем:

1. Обеспечение прохода токоприемника по разделу контактной сети с открытым воздушным промежутком требует большого коммутационного ресурса шинного выключателя. Например, при движении 80 пар поездов в сутки требуется 160, а за год 58400 коммутаций. Коммутационные аппараты в тяговой сети напряжением 25 кВ с таким ресурсом не применяются.

2. Замыкание шинного выключателя при проходе токоприемника приводит к протеканию уравнительного тока и дополнительным потерям электрической энергии во время прохода токоприемника по разделу тяговой сети.

3. Отказ замыкания шинного выключателя предшествующий проходу токоприемника по открытому воздушному промежутку приведет к повреждению контактной сети и токоприемника.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства тяговой сети для участков с большой разностью напряжения на шинах тяговых подстанций, позволяющего снижать потери электрической энергии в системе тягового электроснабжения за счет снижения дополнительных потерь электрической энергии и затрат на эксплуатацию устройства тяговой сети.

Для решения поставленной задачи устройство тяговой сети, содержащее тяговые подстанции, контактную сеть, включающую секции контактной сети, тяговые нагрузки, пост секционирования, который включает выключатели переменного тока, измерительные трансформаторы тока и напряжения, устройство релейной защиты и автоматики (РЗА), причем пост секционирования соединяет секции контактной сети выключателями, блок РЗА соединен каналами связи с измерительными трансформаторами тока и напряжения высоковольтными выключателями, тяговые нагрузки одними выводами подключены к рельсовым цепям, другими - к секциям контактной сети и отличается тем, что схема устройства поста секционирования, содержащая четыре высоковольтных выключателя и распределительное устройство, выполненное по схеме четырехугольника, при этом продольное и поперечное секционирование контактной сети выполняется одним из выключателей.

Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Благодаря отличительным признакам заявляемое устройство тяговой сети позволяет обеспечить минимальные потери электрической энергии в системе тягового электроснабжения переменного тока переходом к петлевой схеме питания тяговой сети при снижении количества высоковольтных выключателей на посту секционирования.

Это обусловлено тем, что при неравенстве напряжений на шинах смежных тяговых подстанциях осуществляется отключение выключателей продольного секционирования тяговой сети для перехода к схеме петлевого питания тяговой сети.

Неожиданным результатом является то, что при уменьшении количества высоковольтных выключателей с пяти до четырех, повышается надежность устройства тяговой сети за счет секционирования раздела тяговой сети не тремя последовательно соединенными выключателями, а одним. При этом продольное секционирование контактной сети выполняется двумя параллельно включенными выключателями.

Изобретение представлено чертежом, на котором показано устройство тяговой сети переменного тока, содержащее тяговые подстанции 1, контактную сеть 2, пост секционирования 3, тяговые нагрузки 4.

Пост секционирования 3 включает четыре выключателя 5, 6, 7, 8 переменного тока, измерительные трансформаторы тока 9 и напряжения 10, устройство релейной защиты и автоматики (РЗА) 11.

Контактная сеть 2 содержит секции контактной сети 12, разделенные нейтральными вставками 13 для каждого из путей. Выключатели поста секционирования шунтируют разделы секций.

Устройство РЗА 11 соединено каналами связи 14 с измерительными трансформаторами тока 9 и напряжения 10, а также с высоковольтными выключателями 5, 6, 7, 8.

Тяговые нагрузки 4 одними выводами подключены к рельсовым цепям 15, другими - к секциям контактных подвесок 12.

Устройство тяговой сети работает следующим образом.

От тяговых подстанций 1 по секциям контактной сети 12 к тяговым нагрузкам 4 протекают токи. При равных напряжениях смежных тяговых подстанций 1 осуществляется продольное и поперечное соединение секций контактной сети 12 при помощи выключателей 5, 6, 7, 8, включенных по схеме четырехугольника. Для снижения потерь электрической энергии в тяговой сети выполняется переход к схеме петлевого питания отключением выключателей 6 и 7 для продольного раздела секций контактной сети 12 первого и второго пути. Применение нейтральной вставки 13 в разделе секций контактной сети 12 позволяет выполнять проход токоприемника тяговых нагрузок 4 без тока, как при включенном так и при отключенном положении выключателей 6, 7 продольного секционирования, что позволяет снизить затраты коммутационного ресурса выключателей, а также исключить протекание уравнительного тока во время прохода токоприемника по разделу контактной сети 2. При коротком замыкании на секции контактной сети 12 устройство РЗА 11 отключает поврежденную секцию контактной сети 12 высоковольтными выключателями поста секционирования 3 и тяговой подстанции 1. Выключатели 5 и 6 продольного секционирования, включенные параллельно, осуществляют взаимное резервирование.

Таким образом, применение заявляемого устройства тяговой сети переменного тока позволяет уменьшить потери электрической энергии в системе тягового электроснабжения, снижает затраты коммутационного ресурса, повышает надежность тяговой сети за счет исключения одного выключателя и выполненного устройства поста секционирования по схеме четырехугольника, при этом продольное и поперечное секционирование контактной сети выполняется одним из выключателей.