Асимметрия в трехфазных линиях, питающих тяговые сети 25кВ, 50Гц, страница 3

Для сравнения были проведены исследования асимметрии для трехфазной линии электропередачи напряжением 200кВ, к которой подключены тяговые подстанции согласно схеме рис.2. Результаты расчета минимальных и максимальных значений коэффициента асимметрии такой линии, питающей только однофазные потребители (тяговые подстанции), показана на рис. 5.

Анализ полученной кривой показал, что в этом случае система тягового электроснабжения 2×25 кВ не обеспечивает приемлемого уровня асимметрии. Он может быть достигнут лишь при удвоенном (как минимум) числе тяговых подстанций на участке рассматриваемой длины. Таким образом, в этом случае следует использовать систему 25кВ, 50Гц. При этом необходимо значительно уменьшить фидерные зоны и увеличить число мест раздела фаз, что ухудшает условия эксплуатации высокоскоростной линии.

Предложено снижать асимметрию трехфазных линий с помощью установки симметрирующих преобразователей. Эта концепция питания тяговых подстанций связана с повышенными расходами на симметрирующие устройства и может быть реализована лишь для участков пути с двусторонним питанием. Кроме того, прежде чем принимать решение об использовании симметрирующих преобразователей, необходимо выяснить, не вызовет ли изменение фазового угла, связанное с передачей энергии и зависящее от мгновенного значения потока мощности в трехфазной сети, возникновения в тяговой сети слишком больших уравнительных токов между соседними тяговыми подстанциями, параллельно питающими участок пути. Уравнительный ток между подстанциями зависит от падения напряжения на участке и разности фазовых углов.

Фазовый угол в трехфазной сети зависит от потока мощности в ней и для конкретной точки является величиной, изменяющейся во времени. В таблице приведены расчетные значения уравнительных токов, рассчитанных для разных расстояний между тяговыми подстанциями и значений cos j трехфазной сети.

При этом в расчетах принималось, что напряжение на шинах 27,5кВ обеих подстанций одинаково и мощность их тяговых трансформаторов 63МВ·А.

Если создать сеть однофазных линий напряжением 220кВ, частотой 50Гц для первичного тягового электроснабжения, то систему тока 2×25кВ для высокоскоростных линий можно было бы реализовать с увеличенными расстояниями между тяговыми подстанциями и без мест разделения фаз. Помимо этого не потребовались бы меры по повышению качества энергии трехфазных систем.

Оценка результатов

В соответствии с существующим стандартом DINEN60034-1/11.95 асимметрия напряжений на зажимах электрических машин переменного тока не должна превышать 1% продолжительно и 1,5% в течение нескольких минут. Некоторые отраслевые стандарты допускают асимметрию до 2%. При этом одновременно требуется, чтобы увеличение асимметрии, вносимое потребителем, не превышало 0,7% в течение нескольких минут.

Согласно стандарту DINENV61000-2-2/05.94 для сетей низкого напряжения общего пользования допустим уровень асимметрии 2%. Для промышленных установок классов 1 и 2 средняя за 10мин величина асимметрии напряжений не должна превышать 2%, а мгновенная 4%. Для системы электроснабжения тоннеля под Ла-Маншем с французской стороны допустима асимметрия напряжений 1%, а с британской 0,25%. Последнее требование далеко от реальности.

Сравнение величин асимметрии для тяговых подстанций (см. рис.4) с требованиями стандарта DINEN60034-1/11.95 показало, что результаты, полученные для подстанции на отметке 115км, соответствуют стандарту.

A.Kontcha, P.Schmidt. Eisenbahningenieur, 2000, N2, S.41- 43.