Симметрирование токов в фазах сети внешнего электроснабжения чередованием подключения фаз тяговых трансформаторов и ЛЭП.

Для симметрирования токов питающей трёхфазной сети 110(220) кВ меняют на ТП подключение фаз тягового трансформатора к фазам питающей сети.

Разработано три типа чередования подключения фаз трансформатора к фазам ЛЭП при встречном чередование загрузки фаз. Встречное чередование загрузки фаз ЛЭП позволяет иметь три типа подстанций I, II, III.

Чередование фаз ЛЭП на трансформаторе выполняется следующей:

· Ат (Ас), Вт (Вс), Ст (Сс) - I тип;

· Ат (Ас), Вт (Сс), Ст (Вс) - II тип;

· Ат (Сс), Вт (Ас), Ст (Вс) - III тип.

Типы подстанций чередуются в следующей последовательности:

I, I, II, III, III, II, I, I и так далее. При этом первый и третий типы подстанций сдваиваются в цикле чередования. Это приводит к чередованию сочетаний наиболее загруженных фаз сети внешнего электроснабжения.

На рис. 7, 8, 9 приведены схемы питания и векторные диаграммы для I, II, III типов подстанции. На рис. 10 приведена схема питания группы тяговых подстанций с трёхфазными трансформаторами «звезда – треугольник» группа 11 и их векторные диаграммы рис. 11. Схема обеспечивает:

5. Уменьшение несимметрии тока и напряжения в трёх фазной сети внешнего электроснабжения;

6. Параллельную работу тяговых трансформаторов смежных подстанций по контактной сети;

7. Однотипное конструктивное выполнение распределительного устройства

27, 5 кВ: присоединение фазы С трансформатора к тяговому рельсу на всех тяговых подстанциях;

8. Использование стандартной схемы соединения обмоток «звезда – треугольник» с группой 11;

9. Обеспечивается комплексное электроснабжение тяговых, нетяговых железнодорожных и нетранспортных районных потребителей.

Межподстанционные зоны I – I питаются напряжением опережающей фазы, III – III питаются напряжением отстающей фазы. Режим напряжения межподстанционной зоны I – I имеет лучший уровень напряжения, чем III – III. На межподстанционных зонах I – II и II – III с одной стороны отстающая фаза с другой стороны опережающая фаза.

Для обеспечения симметрирования тока в центре питания для одностороннего питания ЛЭП достаточен цикл из трёх подстанций I, II, III типов, а при двустороннем питании ЛЭП – цикл из шести подстанций I, II, III, III, II, I. При этом полное симметрирование тока обеспечивается только при равных токах и их угловых сдвигов на всех ТП.

За полный цикл чередования шести ТП в КС подаётся четыре напряжения: -U_C (- K), U_A(Ж), -U_B(- З), U_C(K).

Условие симметрирования токов трёхфазной сети:

коэффициент несимметрии токов К_I2 = 0, где К_I2 = I₂/I₁ – коэффициент несимметрии тока по обратной последовательности; I₂ – ток обратной последовательности; I₁ – ток прямой последовательности.

Ток прямой последовательности I_A1 = 1/3 (I_A + α I_B + α² I_C); ток обратной последовательности I_A2 = 1/3 (I_A + α² I_B + α I_C), где α = е ^j120 =

е^-j240 = - ½ + J√3/2; α² = е^j240 = е ^-j120 = - ½ - J√3/2.

На рис. 12 приведена векторная диаграмма расположения тока обратной последовательности (ТОП) I_2A для подстанции I- го типа и изменение фазы ТОП I_2А при встречном чередовании загруженных фаз для группы из трёх тяговых подстанций. ТОП для каждого типа подстанции поворачивается на 120 эл. град. Геометрическая сумма I₂ в центрах питания в этом случае равна нулю. Это обеспечивает симметрирование токов в центре питающей сети ЛЭП при одностороннем питании. При двустороннем питании ЛЭП необходим цикл из 6 тяговых подстанций.

I_A2I

I_А U_{Вт (В)} U_III I_A2I

Uва

I_2A

I_II φ_II I_B

φ_I

I_A2II

U_{Ат (А)} U_{Cт (С)}

Uас Ucв опережающее

U_II U_I напряжение

остающееся I_C

напряжение I_I

Рис. Векторная диаграмма тока прямой и обратной последовательности

 

I тип

А(Ж) *

В (З)

С (К)

*

U_{BT (B)}

Ат Вт Ст

 

 

U_АТ(А) U_CT(C)

в

Uва

с

Uсв

а в с а

Uac

 

 

в) U_BT(B),Uва, U_III

 

 

I_II

φ_II

φ_I

 

U_AT(A), Uас, U_II U_CT(С),Uсв, U_I

 

I_I

 

 

Рис. 7. Схема подключения фаз трансформаторов к фазам питающей сети подстанции I – го типа и векторная диаграмма напряжений (а), совмещённая векторная диаграмма токов плеч питания и напряжений (в).

 

а) II тип ТП

А(Ж) *

В (З)

С (К) *

U _{CT (B)}

Ат Вт Ст

 

 

U_АТ(А) U _BT(C)

c

Uac

а Uсв

а в с Uва в

 

 

U_CT(В),Uсв, U_II

в) I_II

φ_II

 

I_I

φ_I

 

U_BT(C),Uва, U_III

 

U_AT(A), Uас, U_I

 

Рис. 8. Схема подключения фаз трансформаторов к фазам питающей сети подстанции II – го типа и векторная диаграмма напряжений (а), совмещённая векторная диаграмма токов плеч питания и напряжений (в).

 

а) III тип ТП

А(Ж) *

В (З)

С (К) *

U _{CT (B)}

Ат Вт Ст

 

 

U _ВТ(А) U _АT(C)

c

Uсв Uас

а

а в с в Uва

 

U_CT(В),Uсв, U_I

в) I_I

φ_I

 

 

 

φ_II

U _AT(C),Uаc, U_II

 

U _ВT(A), Uва, U_III I_II

 

 

Рис. 9. Схема подключения фаз трансформаторов к фазам питающей сети подстанции III – го типа и векторная диаграмма напряжений (а), совмещённая векторная диаграмма токов плеч питания и напряжений (в).

 

Схема присоединения выводов тяговых трансформаторов к фазам сети внешнего электроснабжения 110(220) кВ и тяговой сети для группы тяговых подстанций приведена на рис. 10. Векторные диаграммы группы тяговых подстанции приведены на рис. 11.

 

 

А(ж) I тип II тип III тип

* *

В(з)

* *

С(к)

* *

Вт(В) Ст(В)

Ст(В)

 

Ат(А) Ст(С) Ат(А) Вт (С) Вт(А) Ат(С)

 

Вт Ст Ст

 

Ст Ат Ат

 

Ат Вт Вт

 

 

 

 

Рис.11. Векторные диаграммы для группы тяговых подстанций СТЭ 1х25 кВ