Закономерности протекания уравнительных токов в электротяговой сети и методы их минимизации

Проблема энергосбережения в последнее время выдвинулась в число острых экономических проблем. В современных условиях дефицита топливно-энергетических ресурсов и высоких тарифов на электроэнергию техническая политика в отечественной энергетике предполагает форсированный подход к энергосберегающим технологиям и эффективному снижению потерь электроэнергии. Интенсификация работы объектов железнодорожного транспорта, сосредоточение перевозочного процесса на электрифицированных железных дорогах приводит к повышению тяговых нагрузок и росту энергопотребления, что ведет к усложнению работы системы тягового электроснабжения и требует внедрения новых энергосберегающих технологий, позволяющих снизить потери электроэнергии.

Как известно, при двухстороннем питании тяговой сети на шинах смежных тяговых подстанций практически всегда имеет место неравенство питающего напряжения по модулю и по фазе, что приводит к протеканию в тяговой сети тока, называемого уравнительным. Уравнительные токи протекают практически по всем зонам с двухсторонним питанием, независимо от того имеется нагрузка на межподстанционной зоне или нет. Протекая по тяговой сети, уравнительный ток создает дополнительные потери энергии, что может в значительной мере снизить показатели работы дистанции электроснабжения. Кроме этого, при значительных размерах движения, уравнительные токи, суммируясь с тяговыми токами, могут вызвать перегрев, а в отдельных случаях, и отжиг контактной сети. Кроме этого, уравнительный ток существенно усложняет работу релейных защит с направленной характеристикой, защит, работающих по принципу анализа гармонического состава тока фидера. Таким образом, уравнительный ток, с точки зрения системы тягового электроснабжения, представляет собой вредное явление.

В настоящее время на ряде дистанций электроснабжения для борьбы с уравнительными токами применяют наиболее простой способ — нарушение цепи протекания уравнительного тока. Однако, такая мера далеко не всегда является оправданной. Связано это с тем, что отказ от двухстороннего питания и переход к схемам одностороннего питания межподстанционной зоны должен решаться с учетом ряда влияющих факторов. В противном случае такая мера приведет к возрастанию потерь от тяговой нагрузки. Кроме этого, такое решение вопроса требует монтажа нейтральной вставки или изолирующего сопряжения в точке раздела зоны.

Целью настоящей диссертационной работы является создание комплекса мер, позволяющих снизить вредное влияние уравнительного тока на систему электроснабжения. Также ставилась задача дать рекомендации по снижению перетока мощности в тяговой сети, при сохранении схемы двухстороннего питания. В работе также предлагается методика, позволяющая оценить целесообразность перехода на схемы одностороннего питания.

Работа выполнена в Ростовском Государственном университете путей сообщения. Результаты исследований внедрены на ведущем предприятиислужбе электроснабжения Северо-Кавказской железной дороги.

На основе исследований на ряде тяговых подстанций СКЖД получены данные для исследования закономерностей протекания уравнительного тока, оценены влияющие факторы и степень их воздействия на величину уравнительного тока.

Диссертационная работа состоит из четырех глав, введения и заключения, где сформулированы основные выводы, а также приложения.

На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы: — Анализ факторов, которые оказывают влияние на величину уравнительного тока, позволяющий оценить величину уравнительных токов как на действующих зонах, так и на проектируемых зонах. Оценка величины уравнительного тока как критерия качества сопряжения тяговых подстанций позволяет наиболее точно оценить величину потерь, связанных с режимом работы питающей энергосистемы, а также сделать вывод о корректности применения устройств РПН.

— Мероприятия по снижению уравнительных токов на действующих участках, позволяющие в значительной мере снизить потери энергии в тяговой сети.

— Оценка влияния сопротивления тяговой сети на величину перетока мощности. Рекомендации по выбору сопротивления тяговой сети для вновь проектируемых участков.

— Конструкция прибора, позволяющего оценить величину уравнительного тока в пределах одной межподстанционной зоны. Наличие такого прибора позволяет наиболее быстро выявить переток мощности по тяговой сети и измерить его величину. Применение прибора позволяет оперативно следить за величиной уравнительного тока, что в свою очередь важно при принятии решений о выборе способа его подавления. При грамотном применении прибора экономический эффект на один путь двухпутного участка может достигает 700 тыс. руб. в год.

Разработки, выполненные в рамках диссертационной работы, внедрены на Северо-Кавказской железной дороге (приложение 2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполнения диссертационной работы достигнута поставленная цель — исследовать закономерности перетока мощности в системе тягового электроснабжения и разработать комплекс мероприятий для снижения дополнительных потерь электроэнергии от уравнительных токов, включая аппаратуру для определения факта протекания и оценки величины уравнительного тока. Получены следующие результаты.

1. Произведена оценка степени влияния на величину уравнительного тока таких факторов как режим работы системы электроснабжения, положение регуляторов напряжения на тяговых подстанциях и ток тяги. В результате проведенных исследований установлено: уравнительным током следует называть только тот ток, который обусловлен режимом работы энергосистемы и положением РПН. Эта величина свидетельствует о различии напряжений на шинах тяговых подстанций на холостом ходу и, при корректном использовании РПН, является чисто транзитным током, разгружающим сеть внешнего электроснабжения.

2. Учитывать в качестве составляющей уравнительного тока его составляющую, вызванную током тяги нецелесообразно, так как избавиться от этой составляющей нельзя, а руководствоваться ею при принятии решений о снижении уравнительного тока нельзя, поскольку даже при идеальном сопряжении тяговых подстанций будет иметь место протекание псевдоуравнительных токов.

3. Вследствие того, что на величину тока транзита существенное влияние оказывает ток тяги, становится невозможным измерение величины уравнительного тока в моменты, когда на исследуемой зоне находится электроподвижной состав. Для измерения уравнительных токов необходимо применять методы, основанные на измерении уравнительного тока в моменты отсутствия тяговых нагрузок.

4. Предложена методика оценки целесообразности использования схем двухстороннего питания. Рассмотрены различные схемы питания контактной сети и описаны методы оценки критической величины уравнительного тока. В работе рассмотрена методика определения границ эффективности параллельной работы тяговых подстанций, реализованная на ЭВМ.

5. В работе приведены справочные кривые, полученные в результате расчетов на ЭВМ, которые основаны на разработанной автором математической модели, позволяющие определить эффективность применения схем двустороннего питания.

6. Произведена оценка влияния сопротивления тяговой сети на величину потерь мощности от уравнительных токов, даны рекомендации по выбору рационального сопротивления тяговой сети для вновь проектируемых участков. В результате проведенных исследования установлено, что применение современных контактных подвесок с низким погонным сопротивлением приводит к возрастанию потерь от уравнительных токов максимум в 1,5 раза.

7. Даны рекомендации по снижению потерь мощности от уравнительного тока посредством регулировки модуля питающего напряжения РПН, при наличии рассогласования фаз питающего напряжения.

8. Предложен новый метод определения уравнительного тока, основанный на векторном анализе тока фидера, также проведен анализ существующих методов измерения уравнительных токов.

9. Разработан и успешно внедрен прибор для определения величины уравнительного тока на действующих межподстанционных зонах.