Анализ влияния уравнительных токов на технико-экономические показатели системы тягового электроснаб­жения, страница 2

Определим уравнительный ток между двумя смежными подстанциями, когда на перегоне между ними нет нагрузки и трансфор­маторы на подстанциях имеют одинаковые коэффициенты трансфор­мации. Подключение трансформаторов к ЛЭП на стороне Ш на   под­станциях ТП1 и ТП2 однотипное (рисунок 3.1).

Токи в обмотках трансформатора, в ЛЭП и тяговой сети обозначены, как показано на рисунок 3.1 . Схема замещения для определения уравнительного тока в фазе    А    приведена на рисунок 3.2 . Как видно из рисунка3.1 и , 3.2 уравнительный ток тяговой сети I   не весь попадает в обмотку ас, а нас интересует только контур фазы    А, то условно показано ответвление 1/3 1у     в другие обмотки.

Согласно второго закона Кирхгофа для замкнутого контура (рисунок 3.1) имеем

,                    (3.1)

откуда уравнительный ток

,                     (3.2)

где     - уравнительный ток протекающий в контуре фазы;

- линейный ток в проводе А  линии передачи;

- сопротивление линии (на фазу) между ТП1 и ТП2;

, - сопротивления трансформаторов для фазы A, приведенные к номинальному напряжению по фазе А;

=приведенное сопротивление тяговой сети всех путей  соединенных параллельно;

- отношение числа витков первичной и вторичной обмотки на одной фазе.

Рисунок 3.1-Подключение трансформатора к ЛЭП

Рисунок 3.2 -Схема замещения

Таким образом, уравнительный ток при отсутствии нагрузки на рассматриваемой фидерной зоне, зависит только от параметров первичной и вторичной цепи и от тока I_А, распределяющегося по параллельным цепям, из уравнения (3.2 ) и рисунка  (3.2) следует:

,                                             (3.3)

т.е. распределение тока I_Апроисходит как бы между двумя параллельными ветвями с сопротивлении    и , при этом

,                                       (3.4)

Для определения уравнительного тока построим векторную диаграмму, по следующим уравнениям:

,                                                       (3.5)

,                                              (3.6)

,                                                 (3.7)

,                              (3.8)

где  , - потери напряжения до подстанций ТП1 и ТП2;

- напряжение, обусловленное разностью напряжений между подстанциями "1" и " 2"  .

Напряжение    вызывает уравнительный ток в тяговой сети.

Разложив I_упо составляющим, получим продольную I_упр(активную) и поперечную I_уп(реактивную) составляющую уравнительного тока

I_у= I_упр+ I_уп,                                                   (3.9)

При параллельной работе нескольких тяговых подстанций расчет уравнительных токов даже при отсутствии емкостной компенсации требует учета влияния ближайших фидерных зон на урав­нительный ток рассматриваемой зоны. Это влияние оказывается через потерю напряжения на сопротивлении трансформатора и че­рез потерю напряжения в сопротивлении одной цепи линии переда­чи между подстанциями, питающими рассматриваемую фидерную зо­ну, от части уравнительного тока влияющей зоны, протекавшей по этой цепи.

Уравнительные токи изменяют нагрузку тяговых подстанций, что должно быть учтено при выборе установленной мощности их трансформаторов.

При электровозах с выпрямителями процесс перераспределения мощностей в системе, а также уравнительные токи будут практи­чески такими же, как и при обычной синусоидальной нагрузке, т.е. в первом приближении уравнительный ток можно считать синусоидальным.

При числе промежуточных подстанций между опорными, боль­ше двух, и двухцепной линии на уравнительный ток рассматрива­емой зоны будут оказывать влияния уравнительные токи более удаленных фидерных зон. Однако они оказывают влияние только через падение напряжения в цепи линии передачи вследствие то­го, что общим участком контуров уравнительных токов удаленных фидерных зон с контуром уравнительного тока рассматриваемой фидерной зоны является только линия передачи.

Если влияющая и подверженная влиянию фидерная зона пита­ется от различных фаз, что имеет место на исследуемом участке, тo это необходимо учитывать в расчетах введением соответству­ющих коэффициентов .

Величина уравнительного тока существенно зависит от варианта питания межподстанционной зоны. Это объясняется разли­чием аргумента составлящей уравнительного тока, определяемо­го токами смежных плеч питания.

В зависимости от схемы присоединения трансформаторов подстанции к ЛЭП и направления потоков мощности по ней различают четыре варианта питания межподстанционных зон «отстающими» и  «опережающими»  по вращению векторов фазами напряжения.

Рисунок 3.3-Векторная диаграмма для определения уравнительного тока

Рисунок 3.4-Варианты питания межподстанционных зон

В общем виде уравновешенный ток между двумя подстанциями с учетом транзита мощности по ЛЭП и влияния уравнительных токов смежных межподсталционных зон можно представить как:

,                         (3.10)

где  - сопротивление контура уравнительного тока;

=  -напряжения на участке линии электропе­редачи между первой и второй подстанциями, обусловленное транзитным током ЛЭП.

Знак его зависит от потока мощности «+», если поток направ­лен от подстанции, питающей рассматриваемую зону «опережающей» фазой, к подстанции, питающей эту зону «отстающей» фазой, и — «-» при обратном направлении:

- падение напряжения, обусловленное разностью внешних характеристик подстанций, которое зависят от нагрузки рассмат­риваемой зоны. Оно обычно невелико, так как токи смежных под­станций, питающих данную зону, близки друг к другу по модулю и аргументу.

 - падение напряжения, обусловленное влиянием токов смежных межподстанционных зон.

 При питании межподстанционных зон по вариантам, применяе­мых в большинстве практических случаев, уравнительный ток зависит от величины тяговой нагрузки и транзита мощности по ЛЭП.

На рисунке 3.5 приведены зависимости уравнительного тока   от тяговой нагрузки ( I_н ) и транзита мощности ( S_Л) по ЛЭП для различных вариантов питания межподстанционных зон при от­сутствии устройств емкостной компенсации.