Методическое руководство к лабораторной работе по дисциплине «Тяговые подстанции»

РГОТУПС

Кафедра «Энергоснабжение электрических

железных дорог»

Методическое руководство

к лабораторной работе

по дисциплине «Тяговые подстанции»

Установка поперечной емкостной компенсации

на тяговой подстанции переменного тока

Н. Новгород – 2004

1.  Краткие сведения об установках

поперечной емкостной компенсации

на тяговых подстанциях переменного тока

Установки поперечной емкостной компенсации (КУ) включаются на тяговых подстанциях с целью повышения технико-экономических характеристик подстанции и системы тягового электроснабжения в целом [1, 2, 3].

Тяговая нагрузка характеризуется несимметричностью и несинусоидальностью. В этих условиях (КУ) может быть использована как многофункциональная установка, с ее помощью решаются следующие задачи:

-  компенсация реактивной мощности;

-  повышение уровня напряжения;

-  симметрирование тока и напряжения

-  снижение разности напряжений по плечам питания;

-  снижение несинусоидальности тока и напряжения;

-  снижение потерь мощности и энергии в тяговых трансформаторах и в системе внешнего электроснабжения.

Как правило, на тяговых подстанциях КУ включается в отстающую фазу, но могут быть варианты включения КУ в 2 и 3 фазы.

КУ формируются из числа параллельно и последовательно включенных конденсаторов напряжением 0,66 – 1,05 кВ. Единичная тяговая мощность КУ – 4 - 5 Мвар.

Для предотвращения резонансных явлений последовательно с блоком конденсаторов С включается реактор L , рис. 1.

Для разряда конденсаторов (при отключении КУ) в установку введен трансформатор напряжения ТН.

В качестве выключателя в последние годы используют вакуумный выключатель. Для надежного включения – отключения применяют блок ПКУ с вакуумными контакторами (на рис. 2 не показан) [3,4].

2.  Основные расчетные соотношения для

тяговой подстанции 275 кВ с КУ в отстающей фазе.

(тяговый трансформатор со схемой соединения

«звезда-треугольник»)

2.1.  Компенсация реактивной мощности

Если реактивные нагрузки плеч питания отстающей и опережающей фаз равны Qот и Qоп , а мощность КУ – Qк , то потребляемая реактивная мощность подстанций равны (рис. 2)

Qп = Qот + Qоп - Qк (1)

2.2.  Повышение уровня напряжения на фазах (отстающей, опережающей и

свободной) при включении КУ равно

dUот = 2IкотХп

dUоп = 0,5IкотХп (2)

dUсв = 0,5IкотХп

где Iкот - ток КУ

Хп - индуктивное сопротивление фазы подстанции( куда входит

сопротивление трансформатора и входное сопротивление системы

внешнего электроснабжения(СВЭ))

Активным сопротивлением подстанции пренебрегаем.

Мощность КУ определяется через ток КУ

Qк = Iкот ×Uот (3)

Напряжения по фазам без КУ равно

Uоп = U0 – [2Iоп×Хпsinjоп - Iот×Хпsin(60 - jот)],

Uот = U0 – [Iоп×Хп×sin(60 + jоп) + 2Iот×Хпsinjот], (4)

Uсв = U0 – [- Iоп×Хп×sin(60 - jоп) + Iот×Хпsin(60 +jот)],

где U0 – напряжение холостого хода.

2.3  Разность напряжения между отстающей и опережающей фазами равна

DUоп/от = Uот + dUот - Uоп - dUоп (5)

Снижение разности напряжений фаз позволяет более эффективно использовать симметричный регулятор напряжения трансформатора (РПН)

2.4  Снижение потерь мощности

Текущее значение потери активной мощности на сопротивление подстанции Rп равно

(6)

При Qкот = 0 из (6) получаем текущие потери мощности без КУ.

В выражении (6) для упрощения принято:

2.5.  Несимметрия напряжения

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности в соответствии с определением равен [5]

, (7)

где U2(1) - действующее значение напряжения обратной последовательности

основной частоты трехфазной системы напряжений в i–ом

наблюдении, В, кВ;

Uном - номинальное значение линейного напряжения, В, кВ.

В соответствии с [5] допускается вычислять U2(1)i по приближенной формуле

, (8)

где Uнб(1)i и Uнм(1)i - наибольшее и наименьшее действующие значения из

трех линейных напряжений основной частоты в i–ом

наблюдении, В, кВ.

Для тяговой подстанции переменного тока с тяговым трансформатором по схеме «звезда-треугольник» в зависимости от соотношения токов нагрузки плеч питания коэффициент несимметрии рассчитывается [3]

(9)

где ,

,

jоп, jот - углы сдвига фаз тока отстающей и опережающей фаз,

uк % - напряжение короткого замыкания

S – мощность трансформатора, МВА.

3.  Лабораторное задание

Цель работы:

-  изучить схему и работу установки поперечной емкостной компенсации (КУ) на тяговой подстанции переменного тока

-  оценить эффективность работы КУ на тяговой подстанции по предполагаемым показателям

Перечень вопросов в лабораторной работе для исследования и краткие методические пояснения к ним приведены ниже. Преподаватель выбирает 2 – 3 вопроса для каждой группы и обсуждает с группой исходные данные и порядок проведения работы. Установка КУ включается на отстающую фазу подстанции*)

3.1. Исследование компенсации реактивной мощности.

Проводятся измерения нагрузки плеч питания и потоки реактивной мощности на вводе 110 кВ тяговой подстанции при отключенной и включенной КУ.

Определяется диапазон нагрузки, при которой будет недокомпенсация реактивной мощности.

Результаты измерений должны совпадать с расчетами по выражению (1).

3.2. Повышение уровня напряжения при включении КУ

Проводятся измерения уровней напряжения на фазах обмотки 27,5 кВ при отключенной и включенной КУ. Определяются изменения напряжений по фазам при включении КУ и сравниваются с расчетами по выражению (2).

Оценить эффект повышения напряжения на отстающей и других фазах.

3.3. Оценить снижение «перекоса» напряжений по фазам

плеч питания при включении КУ

Измерить «перекос» напряжения по плечам питания с отключенной и включенной КУ и сравнить результаты с расчетами по выражению (5).

Объяснить, почему даже при одинаковых нагрузках по плечам питания и отсутствии КУ напряжения по плечам питания разнятся.

_______________

* Студент самостоятельно определяет «отстающую» фазу и включает КУ на нее.

3.4. Снижение потерь мощности при включении КУ

Измерить нагрузки по фазам и рассчитать (6) потери мощности с отключенной и включенной КУ.

Показать, что при значительной перекомпенсации потери мощности могут возрастать.

3.5. Снижение несимметрии напряжения

Путем измерений на основании формулы (7) определить коэффициенты несимметрии напряжений по обратной последовательности и сравнить с расчетами (9).

Показать, что при включении КУ К2U снижается.

6. По окончании работы студент должен оформить таблицу показателей установки КУ при включении в отстающую фазу подстанции.

Показатели	Результаты измерений и расчетов
без КУ	с КУ

4. Лабораторная установка

Лабораторный стенд «Тяговая подстанция переменного тока 27,5 кВ с установкой поперечной емкостной компенсацией «КУ» предназначена для исследования режимов работы тяговой подстанции с установкой поперечной емкостной компенсацией.

Тяговый трансформатор смонтирован из трех однофазных двухобмоточных трансформаторов, у которых первичные обмотки соединены в «звезду», а вторичные в «треугольник».

Тяговая нагрузка изменяется дискретно (как активная, так и индуктивная составляющие).

Установка КУ моделируется конденсаторами.

Имеется возможность включения одной или двух ступеней.

Схемы всех элементов приведены на лицевой панели лабораторного стенда, выводы (клеммы) элементов схемы позволяют выполнять различные переключения.

Стенд подключается через автомат к сети 3х380 В.

В стенде предусмотрены клеммы для измерения тока и напряжения во всех элементах.

Масштабные коэффициенты в системе 27,5 кВ по току mI = 100,

по напряжению m =764.

Для измерений студент самостоятельно выбирает соответствующую измерительную аппаратуру.

Рис. 1 Схема подключения КУ на тяговой подстанции

Рис. 2 Расчетная схема замещения

Рис. 3 Схема стенда

Литература

1. Марквардт электрифицированных железных дорог /Учебник для вузов М.: Транспорт, 1982. – 528 с.

2. и др. Тяговые подстанции /Учебник для вузов М.: Транспорт, 19с.

3. , , Николаев установки электрифицированных железных дорог М.: Транспорт, 19с.

4. Герман реактивной мощности. Уч. пособие РГОТУПС, 1996. – 40 с.

5. ГОСТ Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: Издвательство стандартов, 1998. – 31 с.

Рис. 1 Схема подключения КУ на тяговой подстанции

Рис. 2 Расчетная схема замещения

Рис. 3 Схема стенда