Увеличение напряжения в точке включения НКУ.

U = (Qп/Uтс) * Хs, В,

где Xs = Хлэп + Хт + Хкс - индуктивное сопротивление до точки включения КУ; Хлэп, Хт, Хкс – индуктивное сопротивление сети внешнего электроснабжения, тягового трансформатора, контактной сети.

Включение НКУ полезной мощностью 5000 кВАр повышает напряжение на шинах подстанции 0,5 ÷ 0,8 кВ и на посту – 08 ÷ 1,2 кВ

9.Параметры КУ полезной мощностью 5000 кВАр (рис.8).

Параметры КУ рассчитаны для конденсатораКЭК – 1,05 - 125.

 

Номинальные параметры конденсатора:

Qкн, кВАр	Uкн, В	Iкн, А	Xкн, Ом	Скн, мкФ
		119,05	8,82	361,08

Параметры конденсаторной батареи:

Параметры защитного реактора:

Положение ПБВ	Lр, мГн	Хр, Ом	Rр, Ом
		26,1	0,128

Параметры установки компенсации:

Qп, кВАр	Хку, Ом	Uку, кВ	Uкб, кВ	Iку, А	fр, Гц	Киq	Кu	Кi
	150,4	27,5	32,3		130,1	0,503	1,3	1,3

 

где Qп – полезная (генерируемая) мощность КУ, Хку – емкостное сопротивление КУ, Uку – номинальное напряжение КУ, Uкб – напряжение на КБ при номинальном напряжении КУ; fр – частота настройки цепи LC КУ, Киq – коэффициенты использования КУ по мощности КБ; Киu, Киi – коэффициенты запаса КБ по напряжению и току.

10.Защиты КУ:

Защита от токов КЗ и перегрузок.

10.1.1 Максимальная токовая защита (МТЗ) без выдержки времени (токовая отсечка).

Обеспечивает защиту от токов КЗ и действует на отключение без выдержки времени. МТЗ отстраивается от рабочих токов, тока включения и тока разряда КУ. Уставка срабатывания защиты

Iсз = 2Iн*Кн; tcз = 0,

где Iн - номинальный ток установки; Кн = 1,15 - 1,25 - коэффи­циент надёжности.

Максимальная токовая защита с выдержкой времени (защита от перегрузок).

Конденсаторы, используемые в КУ, согласно ПУЭ допускают дли­тельную работу при токе до 130% номинального. Уставка срабатыва­ния защиты

1 ,3*Iнкб

Iсз =, Кв

где Iнкб - номинальный ток КБ; Кв=0,85÷0,9-коэффициент воз­врата реле для электромагнитных реле типа РТ-40.

tcз = 0, 5с.

Продольная дифференциальная токовая защита (ПДТЗ).

ПДТЗ обеспечивает защиту от токов КЗ силовой цепи между трансформаторами токов на входе и выходе КУ. Уставка срабатывания ПДТЗ

Iсзд = _fмакс*3,5*Iн*Код*Кн,

где fмакс = 0,1 - максимальная допустимая для релейных защиты ­погрешность трансформаторов токов; Код = 1 - коэффициент однотип­ности трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2;Кн = 1,15÷1,25 - коэффи­циент надёжности; Iн - номинальный ток КУ.

ПДТЗ проверяется по коэффициенту чувствительности

Iк мин

Кч = -------- ≥ 2,

Iсзд

где Iкмин =0,9* Uшн/ Хкб - минимальный ток КЗ; Uшн = 27,5 кВ; Хкб - сопротивление КБ.

Дифференциальная защита конденсаторов по напряжению (ДЗК).

ДЗК реагирует на пробой корпусной изоляции, изоляции между обкладками конденсаторов, потери ёмкости конденсаторов, при КЗ платформы на землю.

Защита основана на сравнении напряжений с двух равных час­тей КБ. Схема сравнения выполняется с помощью двух трансформаторов напряжения типа НОМ - ­35 или трёх трансформаторов напряжения ЗНОМ - 35.

Защита от коммутационных перенапряжений.

Включение и отключение КУ сопровождается бросками тока и напряжения. Особенно опасные броски тока и напряжения возникают при повторных зажиганиях в момент отключении КУ большой мощности. С целью демпфирования тока и напряжения при коммутации КУ рекомен­дуется использование вакуумных выключателей и введение в цепь КУ резистора при отключении и включении. Для этого наиболее целесообразно использование двух последовательных вакуумных выключателей 27,5 кВ, один из которых шунтирован резистором.

Защита от резонансных явлений на высоких частотах электрической тяги.

Для защиты в цепь КУ последовательно вводится защитный реактор с настройкой цепи LC на резонансную частоту 130 ÷ 135 Гц в зависимости от режима МПЗ по табл. 3.

Проблемы эксплуатации КУ.

При эксплуатации нерегулируемых установок компенсации НКУ возникают следующие проблемы.

Параметры защитного реактора позволяют выполнить НКУ с полезной типовой мощностью 5000 кВАр и установленной мощностью 10000 кВАр.

Параметры реактора не позволяют выполнить НКУ полезной мощностью 2500 кВАр. Наличие одной типовой мощности НКУ затрудняет оптимальную компенсацию реактивной мощности в тяговой сети переменного тока.

Переменный характер тяговой нагрузки не обеспечивает оптимальную компенсацию реактивной мощности. Известно, что реактивная мощность генерируемая НКУ зависит от квадрата напряжения Qнку = U²тс / Хнку. Следовательно, при большой нагрузке понижается напряжение и снижается генерируемая реактивная мощность и не обеспечивается достаточная степень компенсации реактивной мощности. При малой тяговой нагрузки повышается напряжение в тяговой сети и повышается генерируемая реактивная мощность установки и происходит режим перекомпенсации, который увеличивает напряжение выше допустимых значений в сетях внешнего и тягового электроснабжения.

Например: при U = 29 кВ и U = 21 кВ кратность генерируемых мощностей типовой установки составит Q_{(29 кВ)} / Q_(21кВ) = U² _{(29 кВ)} / U² _{(21 кВ)} = 841/ 441 = 1,91. Следовательно, типовая КУ при максимально допустимом напряжении 29 кВ в 1,91 раз больше будет генерировать реактивную мощность, чем при минимально допустимом напряжении 21 кВ.

Следовательно, для тяговых сетей переменного тока целесообразно иметь две типовые мощности для нерегулируемых КУ: НКУ 5000 кВАр и НКУ 2500 кВАр.

Для тяговых сетей наиболее целесообразно применение управляемых установок компенсации реактивной мощности, работающие в режиме включения и отключения или регулируемых установок компенсации со ступенчатым или плавным регулированием мощности. При наличии такого типа установок компенсации реактивной мощности можно обеспечить оптимальную компенсацию реактивной мощности тяговой нагрузки и выполнить требования электроснабжающей организации по компенсации реактивной мощности в режимах потребления и генерации.

3.2. Гармоникоупорные установки компенсации реактивной мощности.

Для нормальной работы НКУ частота настройки цепи LC должна быть в диапазоне 130 ÷ 135 Гц. Для малых мощностей КБ индуктивности типового реактора ФРОМ –3200/35 недостаточно для оптимальной частоты настройки.

Гармоникоупорные установки компенсации реактивной мощности (ГКУ) позволяют расширить номенклатуру мощностей КУ, снизить частоту настройки LC цепи, значительно уменьшить высшие гармоники в токе КУ. Схема ГКУ состоит из основной КБ Со, автотрансформатора АТ, дополнительной КБ Сд и реактора Lд. Принципиальная установка приведена на рис. 9. В качестве АТ используется отсасывающий трансформатор ОМО – 800 с коэффициентом трансформации Кт = 2. Дополнительная цепь СдLд настраивается в резонанс напряжения на основную частоту 50 Гц, при которой Хсд = Х_Lд. АТ для 50 Гц работает в режиме короткого замыкания. Для частот высших гармоник 150 Гц и выше сопротивление цепи имеет индуктивный характер. При этом приведенное сопротивление к первичной обмотке АТ увеличивается в К²т раз. Это позволяет в 4 раза увеличить сопротивление реактора и соответственно снизить частоту настройки до оптимальных значений 130 ÷ 135 Гц. При этом реактор в схеме ГКУ работает в облегчённых условиях по уровню напряжения.

ГКУ обеспечит надёжную работу для типовой мощности 2500 кВАр.

Параметры КУ полезной мощности 2500 кВАр (рис.9).

Параметры основной конденсаторной батареи:

N, шт	М, шт	∑, шт	Qу, кВАр	Uнкб, кВ	Iнкб, А	Хкб, Ом	Скб, мкФ
				38,85		326,34	9,76

Параметры дополнительной конденсаторной батареи:

N, шт	М, шт	∑, шт	Qу, кВАр	Uнкб, кВ	Iнкб, А	Хкб, Ом	Скб, мкФ
				3,15		26,46	120,36

Параметры установки компенсации:

Qу, кВАр	Qп, кВАр	Хку, Ом	Uку, кВ	Iку, А	fр, Гц	Киq
		315,17	27,5	87,26	101,6	0,48

Параметры КУ рассчитаны для конденсатораКЭК – 1,05 - 125.

Применение для СТЭ КУ типовой мощностью 2500 кВАр и 5000 кВАр

улучшит качество компенсацию реактивной мощности в тяговой сети. 3.3.Управляемая установка компенсации реактивной мощности. В данной установке последовательно в цепь КУ включён резистор бетэлового типа, шунтирующий коммутирующим аппаратом со стороны земли. Принципиальная схема приведена на рис. 16.

Модуль перевода нерегулируемой параллельной компенсации в управляемый режим состоит из резистора, шунтирующего коммутирующим аппаратом, устройства автоматики. Резистор и коммутирующий аппарат включён в схему установки со стороны земли. В процессе коммутации резистор вводится в схему установки и обеспечивает демпфирование переходных процессов.

В схеме используется бетэловый резистор, короткозамыкатель напряжением 10 кВ, выполненный на базе быстродействующего выключателя постоянного тока и ВАБ-28 и вакуумной камеры на 10 кВ. Можно использовать вакуумные выключатели на 10 кВ с большим ресурсом коммутаций или тиристорные ключи. Автоматика обеспечивает контроль напряжения включения и отключения установки, необходимые величины зоны нечувствительности и выдержки времени, ввод резистора на период коммутации и вывод его после окончания процесса коммутации, контроль тока через резистор и отключение головного выключателя при отказе шунтирующего аппарата, исключает режим многократного включения и отключения установки.

Управляемая КУ по данной схеме обеспечит более оптимальный режим компенсации реактивной мощности и большую надёжность её эксплуатации в режиме частого включения и отключения. Управляемая КУ ликвидирует режим перекомпенсации в тяговой сети.

3.4. Установки параллельной компенсации со ступенчатым регулированием мощности.

Для резко переменного характера тяговой нагрузки при компенсации реактивной мощности в тяговых сетях целесообразно применение регулируемых компенсирующих установок (РКУ). На сети железных дорог используют ступенчатое регулирование мощности.

3.4.1.Схемы прямого включения ступеней РКУ.

При частой коммутации установки компенсации или её ступеней необходимо обеспечить демпфирование бросков тока и напряжения.

Различают следующие схемы РКУ:

1.Управляемая (одноступенчатая) РКУ (рис. 10).

Для демпфирования бросков тока и напряжения в схему РКУ вводится резистор в момент коммутации установки. Для ввода резистора в момент коммутации используют следующие схемы:

· схема с включением специального блока с двумя вакуумными выключателями и резистором (рис. 10а);

· схема с последовательно включённым резистором и с шунтирующим вакуумным выключателем (рис. 10б, в).

Во всех этих схемах должны использоваться вакуумные выключатели, имеющие большой ресурс работы и надёжно отключающие емкостные токи без повторных зажиганий.

2.Нерегулируемая КУ с одноступенчатой РКУ (рис.11).

Первая ступень РКУ выполняется нерегулируемой, обеспечивающей компенсацию средней реактивной мощности. Вторая ступень РКУ образуется подключением к нерегулируемой части схемы подключаемой ступени в период максимального реактивного электропотребления. Подключаемая ступень выполняется в виде специального блока с двумя вакуумными выключателями и резистором. В данном случае подключаемая ступень выполняет роль форсировки компенсации реактивной мощности. Схема приведена на рис.11.

3.Многоступенчатые РКУ (рис.12).

РКУ могут быть двух, трёх ступенчатые. Ступени РКУ выполняются в виде специального блока с двумя вакуумными выключателями и резистором. Для такой РКУ каждая ступень должна быть на 2500 кВАр. Схема приведена на рис.12.

3.4.2. Схемы косвенного включения ступеней РКУ (рис.13).

РКУ включается на напряжение вторичной обмотки специального трансформатора со вторичным напряжением 2,5 кВ (рис.13). Ступени РКУ выполняются в виде специального блока с двумя вакуумными выключателями и резистором. Низкое напряжение позволяет применять вакуумные низковольтные выключатели или тиристорные ключи. Установка позволяет иметь большее количество ступеней, чем многоступенчатые РКУ на рис.12.

3.4.3.Схемы с комбинированным принципом регулирования мощности РКУ (рис.14).

1.РКУ по схеме без реверсирования ВДТ (рис.14).

Одновременно используются два принципа регулирования мощности: изменение ёмкости и напряжения. Изменение ёмкости достигается секционированием КБ на две – основную и дополнительную, секционированием дополнительной КБ на две – большой и малой мощности; последовательным и параллельным соединением основной и дополнительной КБ; изменением напряжения на КБ с помощью вольтодобавочного трансформатора.

Совмещение двух принципов регулирования мощности обеспечивает определённый эффект по количеству ступеней и коммутирующей аппаратуры. Схемы РКУ приведены на рис. 14.

РКУ по схеме без реверсирования ВДТ различают:

· с общим выключателем по схеме рис.14а;

· с разделёнными выключателями рис.14б;

· с секционированной дополнительной КБ рис.14в, г.

2.РКУ по схеме с реверсированием ВДТ (рис.15).

Для реверсирования вторичной обмотки ВДТ используется мостовая схема соединения коммутирующих аппаратов. Коммутирующие аппараты работают попарно, то есть используются разные полюсы трёхфазного коммутирующего аппарата (используются два полюса выключателя). Схемы РКУ приведены на рис.15.

РКУ по схеме с реверсированием ВДТ различают:

· с дополнительной КБ в общей цепи рис. 15а;

· с дополнительной КБ в диагонали моста рис.15б;

· с двумя дополнительными КБ рис.15в.

Схемы со ступенчатым регулированием мощности сложны для практической реализации и требуют применения современной вакуумной и тиристорный коммутирующей техники. На данном этапе реально использование управляемой КУ рис.16.

 

 

 

Рис.10. Управляемая КУ: схема с включением специального блока с двумя вакуумными выключателями и резистором (а) или с последовательно включённым резистором и шунтирующим вакуумным выключателем(б, в)

Рис 11. Нерегулируемая КУ с одноступенчатой РКУ

Рис.13 Схема косвенного включения ступеней РКУ

Рис.12. Двухступенчатая РКУ

 

 

 

 

5. Установки продольной емкостной компенсации реактивной мощности

Общие положения

Тяговые нагрузки характеризуются значительной величиной реактивного электропотребления (tgφ = 1, Q = P) и резко переменным характером. Новые технологии в организации грузового движения с помощью тяжеловесных поездов весом 6300т,7100, 9000т создают значительное токопотребление и низкий уровень напряжения на токоприёмнике ЭПС. Организация такого движения поездов на ряде межподстанционных зон ограничивается устройствами электроснабжения по уровню напряжения.

Эффективным средством повышения напряжения в тяговой сети является применение установок продольной емкостной компенсации реактивной мощности (УПК) на подстанции и в тяговой сети.

При наличии УПК полное сопротивление сети за точкой её включения

Z =R_Σ + j(X_Σ – Xупк),

где Хупк – емкостное сопротивление УПК, Х_Σ = Хс + Хтт – индуктивное сопротивление сети внешнего электроснабжения и тягового трансформатора. R_Σ – активное сопротивление.