БИБЛИОТЕКА

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО УСТРОЙСТВАМ КОМПEНСАЦИИ РEАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ФИЛЬТРАЦИИ ГАРМОНИЧEСКИХ  СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКА ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ  25 КВ   50 ГЦ С ОДНОФАЗНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ

1. ВВЕДЕНИЕ

 

1.1. Электрическая энергия является продуктом со специфическими свойствами. Его нельзя хранить, он в одно время вырабатывается, передается и потребляется. Для электрической энергии относится качественные показатели, которые закреплены в Европейских и национальных стандартах. (EN 50 160, IEC 61 000 и др.).

Рекомендация по фильтрационным и компенсационным устройствам тяговых подстанций 25 кВ, 50 Гц составлена на основе обобщения технических и экономических опытов из эксплуатации контактной сети в различных странах, нормативных актов и технических параметров тяговых подстанций 25 кВ, 50 Гц.

 

 

2. ТЕРМИНОЛОГИЯ

 

2.1       EMC – (Elektromagnetic Compatibility) – международное обозначение электромагнитной совместимости. На немецком языке можно встретится с сокращeнием EMV (Elektromagnetische Vertr?glichkeit).

 

2.2       EMI – (Electromagnetic Interference) – международное обозначение электромагнтных помех из области EMC.

 

2.3       ФКУ   –        Фильтрационно-компенсационное устройство – устройство для фильтрации гармоник тока и компенсации реактивной мощности в устройствах железнодорожной электрической тяги.

 

 

3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

3.1       Причины роста  фактора EMI

 

3.1.1    Рост потребления электрической энергии приводит к повышению мощности и плотности распределительных сетей.

 

3.1.2    Изменение характера потребителей электрической энергии – преобразователи приводных агрегатов больших мощностей (прокатных станов, шахт, электрических локомотивов, дуговых и индуктивных электропечей, потребителей с импульсными источниками питания, статических регуляторов, люминесцентных и газоразрядных ламп и т.д.).

 

3.2       Последствия изменения характеристик  потребителей.

 

3.2.1    Повышение реактивной составляющей мощности приводит к:

-              увеличению потерь энергии в генерирующих установках и в электрических сетях;

-              повышение потерь напряжения в электрических сетях.

 

3.2.2    Деформация кривой тока вызывает:

-              повышение потерь энергии;

-              проблемы в элементах регулирования;

-              снижение достоверности электрических измерений;

-              понижение эффективной мощности питающих трансформаторов;

-              нарушение нормальной работы, снижение срока службы оборудования, увеличение отказов;

 

3.2.3    Асимметрия распределения однофазной нагрузки трёхфазной сети (в первую очередь в системе электрической тяги 25 кВ, 50 Гц) приводит к:

-          увеличению асимметрии фазных напряжений;

-          повышению потерь энергии у  всех потребителей.

 

3.3       Список стандартов, связанных непосредственно с проблематикой ЕМС, приведен в приложении 2.

 

 

4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

 

4.1       Влияние электрической тяги происходит в двух направлениях:

 

4.1.1    Понижает пропускную мощность питающих линий (преимущественно 110 кВ), за счет:

-              неудовлетворительного показателя коэффициента мощности (cos ? );

-              деформации синусоиды тока питающей сети под влиянием высших гармоник от оборудования локомотивов;

-              асимметричность нагрузки тяги  на три фазы питающей сети;

-              колебание тягового тока во времени (фликкер эффект).

 

4.1.2    Влияние питающей сети 110 кВ на электрическое оборудование железнодорожной тяги, за счет:

-              деформации синусоиды напряжения тяговой сети, которая вызвана деформацией синусоиды тока в сети 110 кВ от внешних потребителей;

-              опасности перегрузки ФКУ от гармонических составляющих из сети 110 кВ (без влияния железной дороги);

-              асимметричности трёх фаз напряжения из-за воздействия плохой транспозиции проводов сети 110 кВ; 

-              колебания напряжения в тяговой сети (фликкер эффект).

 

4.2       Поставщики электрической энергии в случаях, указанных в пункте 4.1.1 устанавливают  критерии, определяющие снижение негативных влияний электрической тяги, например:

-              cos ? = 0,95 – 1,00

-              допустимый объём высших гармоник напряжения и тока в определенных точках  присоединения сети;

-              фактор асимметрии напряжения в  определенных точках  присоединения сети;

-              уровень колебания напряжения.

 

4.3       Потребители, которые не выполняют установленные требования, могут получить  санкции. Указанные санкции можно применять за несоблюдение параметров.

 

4.4       Негативные влияния электрической тяги на питающую сеть в аспекте ЕМС, указанные в пункте 4.1.1. (коэффициент мощности (cos ?) и деформация синусоиды тока питающей сети) являются самыми важными, которые можно снизить с помощью ФКУ.

 

4.5       Негативное влияние электрической тяги на питающую сеть в аспекте ЕМС, изложенном в пункте 4.1.1. (асимметричность однофазной мощности тяги) можно снизить с помощью трансфигурации (чередования) фаз питания.

 

4.6       Негативное влияние электрической тяги на питающую сеть, изложенное в пункте 4.1.1 (фликкер эффект) в большинстве случаев не достигает предельных значений.

 

4.7       Негативные влияния электрической тяги, статических преобразователей на оборудование сигнализации, централизации, блокировки и связи, а также на линии их питания в этой рекомендации не рассматривается.

 

 

5. ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

 

5.1  Существуют две основные причины для применения ФКУ:

-              техническая  – направленная на устранение влияний, указанных в пункте 4.1.;

-              экономическая – направленная на  избежание санкций и снижение затрат.

 

5.2       Основными данными для проектирования ФКУ на конкретной подстанции являются:

-              электрические параметры тяговой подстанции;

-              действующие значения на подстанции (объем высших гармоник, емкостная и индуктивная составляющие реактивной мощности и.т.д.);

-              информация о частотном диапазоне передачи  сигналов телемеханики.

 

            Перечень данных для проектирования ФКУ в приложении 1.

 

 

6. ОСНОВНЫЕ  ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ФКУ

 

6.1       Основным назначением этого оборудования является понижение содержания гармоник тока (особенно 3-я и 5-ая гармоника, имеющие  наибольший объём в спектре) и достижение такого значения реактивной мощности (индуктивной и ёмкостной составляющих), которое является оптимальным с технической и экономической точек зрения.

 

6.2       Описание оборудования ФКУ

 

Оборудование должно состоять из последовательных колебательных контуров, оптимально настроенных на составляющие 3-й и 5-й высших гармоник. В случае, если будет ещё одна из высших гармоник оборудование дополняется  колебательным контуром.

Величина ёмкости конденсаторных батарей в отдельных колебательных контурах определяется желаемым понижением индуктивной составляющей в тяговой сети.

Неотъемлемой частью оборудования является декомпенсационный контур. Его роль заключается в плавной регулировке индуктивной мощности с целью компенсации  ёмкостной составляющей тяговой сети и  емкости конденсаторов, установленных фильтров, чтобы  добиться желаемого cos ?.

 

6.2.1    Катушки фильтра и компенсатора рекомендуется выполнять воздушными. Использовать катушки с магнитной цепью не рекомендуется, так как это связано с высокими потерями, с зависимостью индуктивности от тока катушки, а также  защитой магнитной цепи от климатического влияния.

 

6.2.2    Рекомендуется использовать высоковольтные конденсаторы в экологически безопасном исполнении.

 

6.2.3    Основной  частью регулируемого ФКУ является тиристорный регулятор и декомпенсирующая катушка, которые обычно дополнены понижающим трансформатором. Это решение позволяет использовать тиристоры и конденсаторы пониженного класса напряжения и, тем самым, понизить суммарную стоимость оборудования.

 

 

Приложение 1

 

Основные данные для  проектирования фильтрокомпенсирующего  устройства

тяговой подстанции 25 кВ, 50 Гц (в дальнейшем ТП)

 

Параметры питающей линии электропередачи	Название	Единица	Величина
Номинальное напряжение питающей линии	Un	кВ
Мощность короткого замыкания на шинах высокого напряжения трансформатора	Sk	MВA
Ток трёхфазного короткого замыкания на шинах высокого напряжения трансформатора	Ik3	кA
Ток однофазного короткого замыкания на шинах высокого напряжения трансформатора	Ik1	кA
Эквивалентная индуктивность питающей линии электропередачи для ТП	Lv	мГн
Параметры подстанционного трансформатора
Номинальная мощность трансформатора	ST	MВA
Номинальный коэффициент трансформации	U/ U2
Соединение обмоток трансформатора
Диапазона РПН  ( например ± 8 *2% Un )
Частота	f	Гц	50
Напряжение короткого замыкания трансформатора	ek	%
Эквивалентная индуктивность трансформатора	LT	мГн
Параметры контактной сети
Номинальное напряжение контактной сети	Un	кВ
Максимальное  допустимое напряжение	Umax1	кВ
Максимальное допустимое  кратковременное напряжение	Umax2	кВ
Емкость контактной сети (1 км) относительно земли	CTV	мкФ/км
Индуктивность контактной сети (1 км)	LTV	мГн/км
Суммарная  развернутая длина  контактной сети,  которая питается одним трансформатором	I	км
Дополнительные данные об ТП
Средняя величина расхода активной энергии за месяц	A?	кВтч
Средняя величина расхода реактивной энергии за месяц	Aj	кВарч
Средняя величина тока со стороны 27.5 кВ.	ITV	A
Максимальная величина тока со стороны 27.5 кВ	ITVmax	A
Величина 3-eй гармоники тягового тока  со стороны 27,5 кВ  1)	I3	%
Величина 5-ой гармоники тягового тока  со стороны 27,5 кВ  1)	I5	%
Величина 7-ой гармоники тягового тока  со стороны 27,5 кВ  1)	I7	%
Величина 9-ой гармоники тягового тока  со стороны 27,5 кВ  1)	I9	%
Величина n-ой гармоники тягового тока  со стороны 27,5 кВ 1) , 2)	In	%
Диапазон частот сигналов телемеханики	fHDO	кГц

¹⁾  - Заполняется на основе результатов измерений

²⁾  - Указать самую значимую высокую гармонику,  которая была получена в течении измерений

 

Приложение 2

 

Список стандартов, связанных непосредственно с ЕМС

 

EN 50 160                  Характеристики напряжения электрической энергии из общественной дистрибутивной сети. (2007г.)

EN 50 163                  Оборудование железных дорог. Питающие напряжение тяговых систем. (2004г.)

EN 60 868                  Измеритель мелькания, спецификация функции и подборка. (1993г.)

EN 61 000-2-4            Электромагнитная совместимость (EMC) – Часть 2: Окружающая среда. Партия 4: Совместимая уровень для низкочастотных помех распространяющихся по линиях в промышленных заводах. (2002г.)

EN 61 000-3-3            Электромагнитная совместимость (EMC) – Часть 3: Границы - Партия 3: (EMC) – Часть 3: Границы - Партия 3: Ограничение колебания напряжения и мелькания в распределительных сетях низкого напряжения для устройств с номинальным током ? 16 А. (1995г.)

EN 61 000-4-7            Электромагнитная совместимость (EMC) – Часть 4: Испытательные и измерительныу техники. Партия 7: Всеобщая директива об измерениях и измерительных приборах гармонических и межгармонических составляющих для распределительных сетей и оборудования, присоединяющегося к этим сетям. (2002г.)

IEC 60050-161           Международный электротехнический словарь, глава 161: Электромагнитная совместимость. (1993г.)

IEC 146-1-2               Полупроводниковые преобразователи – Генеральные запросы и преобразователи со сетчатой комутацией. Часть 1-2: Прикладная инструкция. (1997г.)