Разработка рационального способа измерения уравнительного тока

3 Разработка рационального способа измерения

  уравнительного тока    

Протекание уравнительного тока в тяговой сети при двустороннем ее питании вызывает ряд отрицательных последствий. Уравнительный ток перераспределяет нагрузку между тяговыми подстанциями и оказывает влияние на необходимую трансформаторную мощность подстанций, увеличивает потери энергии в тяговой сети, влияет на величину, фазу и спектр токов плеч питания подстанций, усложняя условия работы защит подстанций. Выявление и ограничение уравнительных токов – один из путей повышения эффективности работы электрифицированных железных дорог переменного тока.

Известен ряд способов и конкретных технических решений для ограничения уравнительного тока в тяговых сетях переменного тока. При этом определение параметров этих устройств, как и уравнительного тока в тяговой сети, основывается главным образом на расчете модуля и фазы напряжений на шинах соседних подстанций, питающих участок тяговой сети. Измерение разности указанных напряжений по модулю и фазе представляет технически сложную задачу даже при однократных замерах. В тех случаях, когда уравнительный ток определяется характером тяговой нагрузки и изменяется в широких пределах, для его уменьшения необходимо постоянно измерять величину разности комплексных напряжений на шинах подстанций, передавая эту информацию в контролирующий орган.

Достаточно простым способом определения уравнительного тока: по отсутствию третьей гармоники состоящей в токе плеча питания (уравнительный ток практически синусоидален); с помощью специализированного измерительно-вычислительного комплекса (ОмГУПС); посредством установки приборов контроля действующих значений напряжений и токов на смежных подстанциях (МГУПС).

Величина уравнительного тока, значительно различающаяся на разных фидерных зонах, зависит от многих факторов. Наиболее существенные из них – конфигурация и режимы работы системы внешнего электроснабжения. Эти факторы трудно поддаются расчетам и требуют исходных данных, которыми железнодорожные организации не обладают. Поэтому более точным и эффективным является непосредственное определение уравнительного тока на действующих участках.

Существующие способы измерения требуют применение специализированного оборудования, которое сейчас серийно не выпускается.

Ниже предлагается расчетно – экспериментальная методика определения уравнительного тока, основанная на использовании показаний счетчиков электрической энергии подстанций ЕвроАЛЬФА и расчетов распределения токов нагрузки по подстанциям и плечам питания [10].

Методика основана на том, что активную энергию, расходуемую электровозами, и активную энергию уравнительного тока можно складывать алгебраически (с учетом знака). То же справедливо для расходов реактивной энергии.  Для участка, например, с тремя тяговыми подстанциями  рисунок 3.1, составляется система уравнений отдельно для расходов активной и реактивной энергии (при большем количестве подстанций число уравнений соответственно увеличивается). Учитывая, что активные составляющие расходов электроэнергии на тягу и от уравнительного тока можно складывать арифметически (как и реактивные составляющие), то:

                                                   (3.1)                                                                                                                                                                                                                            

где - расход энергии по счетчикам тяговых подстанций;

        - коэффициенты распределения расхода электроэнергии на тягу

по подстанциям и при движении ЭПС по соответствующим межподстационным зонам;

- коэффициент распределения расхода электроэнергии подстанции 2 по плечам питания (при отсутствии уравнительного тока);

Остальные обозначения понятны из рисунка 3.1.

Решая систему уравнений (3.1), получаем, что значения расходов активной и реактивной составляющих уравнительного тока.

в межподстанционной зоне 1-2:

 ,                           (3.2)

в межподстанционной зоне 2-3:

 ,                  (3.3)

По активной   и реактивной  составляющим уравнительного тока можно найти среднюю за период измерений величину уравнительного тока:

    ,                                       (3.4)

где  - среднее за время измерений напряжение в контактной сети;

         - время, за которое определялись расходы ,,.

Потери в тяговой сети от уравнительного тока:

,                                                 (3.5)

где - активное сопротивление тяговой сети межподстанционной зоны.

С целью проверки предложенной методики можно использовать участок тягового электроснабжения Муром-Мухтолово-Бобыльская  Горьковской ж.д. Схема тягового электроснабжения расчетного участка показана на рисунке 3.2.

Показания счетчиков можно снимать, как непосредственно на месте, так и в режиме удаленного доступа  рисунок 3.3. Как ранее упоминалось, через систему АСКУЭ (автоматическая система коммерческого учета электроэнергии и мощности). Применяя электронные счетчики  можно наиболее точно вычислить расход электрической энергии по тяговым подстанциям, причем снятие показаний счетчиков можно синхронизировать по времени. Расход в межподстанционной зоне  определим по расходу электрической энергии каждого тягового трансформатора. Используя  данные расхода электрической энергии  выполняются расчеты уравнительных токов по формулам (3.2),(3.3),(3.4) для обеих межподстанционных зон. По формуле (3.5)  вычисляются потери в тяговой сети от уравнительных токов.

Для большей достоверности определения уравнительных токов, показания счетчиков подстанций следует снимать за сутки. Желательно проводить их дважды – в один из рабочих дней и в выходные дни, так как уравнительный ток

вызывается, в основном, режимом работы энергосистемы, а тот может резко различаться в течение недели.

Предлагаемая расчетно-эксперементальная методика с помощью счетчиков электрической энергии тяговых подстанций позволяет измерить уравнительный ток с целью определения зон, где следует принимать меры для его уменьшения.

Рисунок 3.3 – Расход электроэнергии