Электроснабжение железных дорог: Методические указания к выполнению лабораторных работ, страница 11

Краткие теоретические сведения

В России при электрификации железных дорог на однофазном переменном токе нашли применение схемы тяговых подстанций с трехфазными трансформаторами.

В этой схеме применяются стандартные трехфазные трансформаторы, однако первичная энергосистема в этом случае нагружается несимметричной нагрузкой по фазам.

Для симметрирования нагрузки источников энергии, питающих группу тяговых подстанций, необходимо обеспечить чередование однофазных тяговых нагрузок подстанций по фазам питающей энергосистемы.

При схеме трехфазного трансформатора    ¤ D одна вершина треугольника вторичной обмотки соединяется с тяговыми рельсами, а две другие вершины присоединяются к контактной сети питаемых фидерных зон (рис. 5.1).

Рис. 5.1

При этом более загружены две фазы ЛЭП, соответствующие двум фазам тяговой обмотки, примыкающим к соединенной с рельсом вершине треугольника.

Несимметричная трехфазная нагрузка  (рис. 5.2) может быть разложена на симметричные составляющие прямой  и обратной   последовательностей. Наличие токов обратной последовательности приводит к нарушению симметрии напряжений в питающей энергосистеме и отрицательно сказывается на работе потребителей, получающих питание от этой системы.

Для питания нескольких тяговых подстанций от энергосистемы представляется возможным так присоединить тяговые трансформаторы к ЛЭП, чтобы на соседних подстанциях загружать разные фазы. На рис. 5.2 приведены векторные диаграммы первичных токов и напряжений, соответствующих загрузке фаз А и C (рис. 5.2, а), А и В (рис. 5.2, б), В и С (рис. 5.2, в), и симметричные составляющие прямой и обратной последовательностей, полученные разложением несимметричной системы токов.

Из векторных диаграмм видно, что при переводе нагрузки на другие фазы энергосистемы положение токов прямой последовательности не изменяется, а токи обратной последовательности смещаются на 120° . При одностороннем питании трех подстанций токи обратной последовательности компенсируются, а суммарная нагрузка равна сумме токов прямой последовательности, т.е. будет симметричной (рис. 5.2, г).

Рис. 5.2

Симметрирование нагрузки в первичной энергосистеме возможно:

1.  чередованием трансформаторов 1 и 11 групп соединения обмоток;

2.  поочередным соединением с рельсом выводов вторичной обмотки тягового трансформатора;

3.  применением трехфазных трансформаторов только 11-й группы соединения обмоток с заземлением на каждой подстанции одного и того же вывода вторичной обмотки тягового трансформатора, но с чередованием присоединения к ЛЭП выводов первичной обмотки.

В последнем случае (рис.5.3) достигается конструктивная однотипность тяговых подстанций. Тяговые трансформаторы на всех подстанциях однотипны, изменяется только порядок подсоединения выводов первичной обмотки (A, B, C) к фазам питающей ЛЭП (ж, з, к) Полный цикл изменения порядка присоединения заканчивается через шесть тяговых подстанций. В случае одностороннего питания ЛЭП такая схема обеспечивает от шести подстанций общую нагрузку, симметричную у источника питания.

Для обеспечения двухстороннего питания тяговой сети необходимо с соседних подстанций подавать в контактную сеть напряжение одной и той же фазы. Если за положительное напряжение в тяговой сети условно принять напряжение, которое подается от начала вторичной обмотки трансформатора, то можно видеть, что за полный цикл от шести подстанций шесть межподстанционных зон питаются шестью, отличающимися по фазе напряжениями.

Схема, обеспечивающая симметрию нагрузки у источника питания при одностороннем питании ЛЭП, не может быть приемлемой при двухстороннем ее питании, так как в этом случае симметрирование нагрузок у источника питания по токам обратной последовательности не  выполняется.

Чтобы обеспечить симметрирование по токам обратной последовательности при двухстороннем питании ЛЭП, нужно тяговые подстанции присоединить к ЛЭП по симметричной схеме относительно середины участка, питаемого от шести тяговых подстанций (рис.5.4).