РОСЖЕЛДОР
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
,
Электроснабжение железных дорог.
Исследование схем подключения группы тяговых подстанций
переменного тока к линии электропередачи
Методические указания к лабораторной работе
Ростов-на-Дону
2005
УДК 621.331:621.311
Жарков, Ю. И.
Электроснабжение железных дорог. Исследование схем подключения группы тяговых подстанций переменного тока к линии электропередачи: методические указания/ , ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. − Ростов н/Д, 2005. − 12 с.: ил.
Содержатся рекомендации для выполнения лабораторной работы по дисциплине «Электроснабжение железных дорог». Методические указания предназначены для студентов специальности 101800 «Электроснабжение железных дорог».
Рецензент д-р техн. наук, проф. (РГУПС)
Учебное издание
Попова Наталия Андреевна
Электроснабжение железных дорог. Исследование схем подключения группы тяговых подстанций переменного тока к линии электропередачи
Методические указания к лабораторной работе
Редактор
Техническое редактирование и корректура
Подписано в печать 15.04.05. Формат 60х84/16.
Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 0,7.
Уч. - изд. л. 0,66. Тираж 100 экз. Изд. № 54. Заказ № .
Ростовский государственный университет путей сообщения.
Ризография РГУПС
Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного ополчения, 2
© Ростовский государственный университет путей сообщения, 2005
Содержание
Лабораторная работа «Исследование схем подключения группы тяговых подстанций переменного тока к линии электропередачи»
1. Теоретические сведения
2. Компьютерная модель «Тренажер подключения группы тяговых подстанций к лини электропередачи»
3. Программа выполнения лабораторной работы
4. Контрольные вопросы
5. Список используемых источников
Лабораторная работа
«Исследование схем подключения группы
тяговых подстанций переменного тока к линии электропередачи»
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
На дорогах однофазного тока промышленной частоты тяговая сеть, как правило, питается от трехфазной линии передачи через трансформаторы/1/. Могут быть использованы трехфазные и однофазные понижающие трансформаторы. В настоящее время на тяговых подстанциях переменного тока 27,5 кВ в основном установлены трехфазные трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/ê-11/1/.
Напряжение в тяговой сети между контактным проводом и рельсом (Uас, Uсв ) совпадают по фазе с напряжениями первичной стороны соответственно UА и UС (рис.1). Схема на рисунке 1 является трехфазно-двухфазной. В общем случае при этой схеме трехфазная система нагружается неравномерно. Векторная диаграмма токов в обмотках трансформатора представлена на рисунке 2.
Из векторной диаграммы следует, что наименее загруженной является фаза В. Эта фаза не имеет непосредственного присоединения к рельсу. Для уменьшения несимметрии нагрузки у источника питания в линии передачи и несимметрии напряжения наименее загруженные фазы трансформаторов тяговых подстанций (ТП) поочередно присоединяют то к одним, то к другим фазам линии электропередачи (ЛЭП). Порядок такого присоединения зависит от схемы соединения обмоток трансформаторов на ТП и от того, питается линия электропередачи с одной или с двух сторон.
При схеме одностороннего питания ЛЭП для равномерной нагрузки фаз источника питания наименее загруженные фазы ТП (обозначены звездочкой на рисунке 3) поочередно подключаются то к одним, то к другим фазам ЛЭП.
Комплект этих подключений включает три подстанции. Каждые три подстанции, если они одинаково нагружены, дают равномерную нагрузку в начале трехфазной ЛЭП. Следующие три подстанции при тех же условиях также дают равномерную нагрузку и т. д.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
При питании ЛЭП с двух сторон такая схема с циклом или несколькими циклами из трех подстанций уже не обеспечивает равномерной нагрузки фаз питающих центров. Менее загруженные фазы подстанций расположены несимметрично по отношению к источникам питания, поэтому последние загружаются неравномерно. При схеме из трех подстанций даже при равномерной нагрузке подстанций равномерной нагрузки фаз источника питания добиться практически невозможно. При шести подстанциях и при равной нагрузке подстанций это возможно, если подстанции присоединить так, чтобы наименее загруженные фазы располагались по линии симметрично относительно середины, как показано на рисунке 4 /1/.
Рассмотрим схему питания участка при одностороннем питании ЛЭП в соответствии с рисунком 5 /1/.Так как фазы ЛЭП будут соединяться не только с одноименными фазами трансформаторов, то для удобства снабдим обозначения начал первичных обмоток трансформаторов индексами "т".
Рис. 5
Схему соединения подстанции П1 можно выбрать произвольно. Условимся, что на всех подстанциях у трансформаторов будет присоединен к рельсу вывод С вторичной обмотки. Теперь смежные фидерные зоны на всех подстанциях слева и справа могут питаться только от фаз трансформатора ас и вс. Для подстанции П1 принимаем, что левый фидер присоединен к вводу в, а правый – к вводу а.
Слабонагруженной фазой вторичной обмотки всех подстанций будет ав и соответственно на первичной стороне − фаза Вт. Для получения более симметричной нагрузки будем поочередно недогруженную фазу трансформатора подстанции Вт присоединять к различным фазам ЛЭП.
На подстанции П1 менее загруженной оказалась фаза В. Соответственно на следующих подстанциях примем С, А, В, С, А, как это отмечено звездочками на рисунке 6. Следовательно, ввод трансформатора Вт должен присоединяться уже не к одноименным фазам, а к фазам, отмеченным звездочкой. В кружочках около фазы первичной обмотки показана фактическая фаза системы.
Все остальные фидерные зоны также будут получать питание от вводов а и в, но произвольно выбрать фазу для питания каждой фидерной зоны нельзя после того, как выбрана схема питания от первой подстанции. Действительно, 
ФЗ 2 слева питается от вводов а и с (фаза ах), следовательно от этих же точек она должна питаться и справа. Это же определяет и схему присоединения зажима Ат к фазе линии электропередачи А, иначе Uас первого и второго трансформатора не совпадут по фазе. Остающийся свободным зажим трансформатора Ст должен быть соединен с фазой В. Сопоставляя схему подстанций П1 и П2, видим, что у П2 изменена последовательность фаз. Если на подстанции П1 имеем на первичной обмотке обычную последовательность фаз АВС (векторов напряжений), то на П2 имеем обратную АСВ.
Далее построение схемы выполняется на основе тех же положений. Питание зоны ФЗ 3 от подстанции П2 возможно только от ввода в. От подстанции П3 питание этой зоны также должно осуществляться от ввода в и т. д. Следовательно, все нечетные зоны будут получать питание от вводов в и все четные – от вводов а. Напряжение между контактным проводом и рельсами на четных зонах будет положительным, то есть совпадающим по фазе с напряжением одной из фаз ЛЭП или ему противоположным. Остается определить схему присоединения свободных концов первичной звезды трансформатора к фазам ЛЭП.
Фидерная зона слева питается от фазы вс, поэтому и справа в первичной звезде луч Ст на подстанции П3 должен также присоединяться к фазе В. Следовательно Ат будет присоединяться к фазе С.
При питании ЛЭП с двух сторон последовательность рассуждений и построений такая же. Как и ранее, намечаем последовательность подключения наименее загруженной фазы Вт к ЛЭП; присоединяем к рельсам один и тот же вывод всех вторичных обмоток и повторяем схему присоединения первых трех подстанций. Схема присоединения подстанции П4 точно такая же, как подстанции П3. Так как зона ФЗ 4 слева питается от обмотки ах, следовательно и справа контактная сеть будет подключена к точке а. Схемы присоединения подстанций попарно совпадают: П1 с П6, П2 с П5 и П3 с П4. Направления векторов напряжения в тяговой сети до зоны ФЗ 4 повторяют схему рисунка 5, а затем векторы начинают поворачиваться в обратную сторону, поочередно повторяя положения векторов напряжения предыдущих фидерных зон, как показано на рисунке 6.
Рис. 6
Все схемы питания рассматривались для несколько идеализированных условий. Практически подстанции стремятся располагать на крупных железнодорожных станциях исходя из условий профиля пути, неравенства расстояний между подстанциями, а иногда и в условиях возможного изменения грузопотока. При этом даже средние нагрузки подстанций получаются различными. В этом случае подстанции даже при числе их, кратном трем (или шести при двустороннем питании), не обеспечивают равномерной нагрузки фаз питающих центров энергосистемы.
Таким образом, описанные выше различные схемы питания электрифицированных участков, хотя и позволяют более равномерно загрузить линии электропередачи, но не решают всей проблемы несимметрии. На практике вопросы несимметрии тока и напряжения решают только исходя из конкретных условий. Рассмотренные принципы положены в основу разработки методики и программного обеспечения тренажера подключения группы тяговых подстанций к линии электропередачи.
2. Компьютерная модель «Тренажер подключения
группы тяговых подстанций к линии электропередачи»
Тренажер представляет собой компьютерную модель, предназначенную для выработки навыков и умения при осуществлении подключения ТП переменного тока к ЛЭП, с соблюдением вышеуказанных принципов. Тренинг состоит в том, что обучаемый должен осуществить подключение тяговых подстанций к линии электропередачи и определить питающие фазы напряжения в тяговой сети. Общий вид тренажера представлен на рисунке 7.
Работа с компьютерной моделью проводится по следующему алгоритму.
Подготовительный этап включает в себя изучение схемы трансформатора Y/ê – 11 и принципов, положенных в основу подключения ТП переменного тока к ЛЭП, на основе существующей литературы по дисциплине "Электроснабжение электрических железных дорог" и теоретических сведений, содержащихся в подсказке "Help".
На втором этапе пользователю необходимо реализовать подключение следующим образом:
– задать подключение одной из представленных на мониторе компьютера тяговых подстанций к линии электропередачи;
– определить фазы напряжения плеч питания расчетной подстанции;
– определить схему подключения и фазы напряжения плеч питания оставшихся подстанций.
На заключительном этапе для получения сообщения о правильности выполненных подключений необходимо нажать на кнопку "Расчет". Если схема собрана правильно, то на мониторе компьютера появится надпись "Схема верна".
Рис. 7
3. Программа выполнения лабораторной работы
3.1. При заданной преподавателем схеме подключения расчетной (любой из трех) тяговой подстанции составить и собрать схему подключения всех ТП, удовлетворяющую следующим требованиям:
− наименее нагруженная фаза на каждой подстанции должна быть подключена к разным фазам ЛЭП;
− на межподстанционных зонах должна быть обеспечена возможность двустороннего питания контактной сети.
3.2. Выполнить сборку и проверку схемы в соответствии с алгоритмом, рассмотренном в пункте 2 методических указаний к лабораторной работе.
3.3. Оформить отчет к лабораторной работе.
4. Контрольные вопросы
4.1 Схема соединения и векторная диаграмма тягового трансформатора Y/ê-11.
4.2 Принципы подключения группы тяговых подстанций к ЛЭП.
4.3 Схемы питания тяговых подстанций от линий электропередачи.
4.4 Назначение нейтральной вставки.
5. Список используемых источников
5.1 Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: учебник для вузов ж.-д. трансп./ – М.: Транспорт, 1982 – 528 с.
5.2 Миллер Использование Delphi 3, специальное издание: пер. с анг./ Миллер, Тодд и др. – К.: Диалектика, 1997 – 768 с.
