Из условия настройки КУ в резонанс напряжения для 3 – ей гармоники 150 Гц

Х_L3 = Х_С3,где Х_L3 , Х_С3 –индуктивное и емкостное сопротивление КУ для 3 – ей гармоники 150 Гц. При этом индуктивное сопротивление всего контура будет выше емкостного и резонанса на высоких частотах 150, 250, 350 и т.д. не будет.

При точной настройке КУ на n = 3 f_р = 150Гц КУ становится фильтром 150 Гц, имеющий малое сопротивление 150 Гц. Это приводит к закорачиванию тока 150 Гц. Ввиду большой величины тока и напряжения 3 – ей гармоники в тяговой сети происходит перегрузка КУ током третьей гармоники и повреждение конденсаторов из за перегрева.

2. Из условия настройки КУ на частоту 130 – 135Гц.

Для защиты сети от резонансных режимов тока и напряжения на частотах высших гармоник тяговой сети индуктивность защитного реактора выбирают из условия n_мин Х_L1 = 1,1 Х_С1 / n_мин; Х_L1 = 1,1 Х_С1 / n²_мин; где Х_L1 – индуктивное сопротивление реактора для основной частоты 50 Гц, Х_С1 – емкостное сопротивление конденсаторной батареи для основной частоты 50 Гц, n_мин = 3 – минимальный порядок гармоники тока в тяговой сети. При этих условиях НКУ (цепь LC) будет иметь индуктивный характер для частоты 3 – ей гармоники 150 Гц и соответственно для частот выше 3 – ей гармоники.

Для обеспечения надёжной защиты конденсаторов КУ от токов высших гармоник для тяговой сети цепь LC КУ настраивают на частоту 130 – 135 Гц , n = 2,6 ÷ 2,7. На частоту 130 Гц целесообразно настраивать КУ для МПЗ со значительным электропотреблением и интенсивной рекуперацией. Для МПЗ с малым электропотреблением и при отсутствии рекуперации (равнинный профиль) целесообразно настраивать КУ на 135 Гц (табл.3).

При такой настройке LC НКУ в сетях внешнего и тягового электроснабжения для частот высших гармоник электрической тяги частоты 3 – ей гармоники 150 Гц и более высокого порядка будут только индуктивные элементы. Это обеспечит работу сети без резонансных режимов.

От частоты настройки зависит степень полезного использования КУ Киq = Qп / Qу. При меньшей частоте настройки уменьшается степень полезного использования.

При включении защитного реактора на КБ увеличивается напряжение. Кратность увеличения напряжения на КБ для КУ с защитным реактором составит К_U = n² / (n² -1), где n – частота настройки цепи LC КУ. Для частоты настройки цепи LC КУ на 150 Гц n = 3 К_U = 9/8 = 1,125, при частоте настройки на 130 – 135 Гц n = 2,6 ÷ 2,7 кратность увеличения напряжения составит 1,174 ÷ 1,159.

3.1.3. Методика расчёта мощности НКУ.

1.Расчет реактивной мощности, подлежащей компенсации Qку

Реактивная мощность определяется в соответствии директивными документами Минтопэнерго и МПС, на основании которых разработана настоящая методика.

3.1.4.Расчёт параметров НКУ.

1.Определение ориентировочного значения установленной мощности

Qуст = Qку / Киq,

где Киq - коэффициент полезного использования установленной мощности.

В зависимости от режима электропотребления в МПЗ в табл. 3 рекомендуются коэффициенты полезного использования Киq, частота настройки LC цепи и количество последовательных конденсаторов в КБ НКУ.

Таблица 3.Рекомендуемые параметры НКУ для разных режимов работы МПЗ

Примечание: Количество последовательных конденсаторов рекомендовано для конденсаторов с номинальным напряжением конденсатора Uкн=1,05 кВ.

2. Выбор типа конденсаторов и расчёта его параметров.

В проектной практике тип конденсатора задаётся, в эксплуатационной практике выбирается из имеющихся в наличии.

Параметры конденсатора:

· паспортные данные: Qкн - номинальная мощность, кВАр; Uкн - номинальное напряжение, кВ;

· расчётные параметры: Хкн = U²кн/Qкн, Ом - номинальное сопротивле­ние; Скн = (1000000/2п)f * Хкн, мкф - номинальная ёмкость; Iкн = Qкн/Uкн, А - номинальный ток.

3. Количество последовательных конденсаторов в конденсаторной батареи (КБ)

N = 27500 *1,1*1,05*1,15*1,15 = 27500 * 1,5275,

Uкн Uкн

где 27500 - номинальное напряжение тяговых шин подстан­ции, В; 1,1-коэффициент, учитывающий разброс номинальной ёмкости конденсаторов; 1,05 - коэффициент, учитывающий возможное увеличение напряжения выше номинального; 1,15 - коэффициент, учитывающий увеличение напряжения на конденсаторной батареи (КБ) от индуктивности защитного реактора; 1,15 - коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев кон­денсаторов КБ токами высших гармоник и солнечной радиацией.

При конденсаторе с Uкн = 1,05 кВ количество последовательных конденсаторов должно быть 40 шт при значительном уровне высших гармоник в напряжении тяговой сети, который создаётся при значительном электропотребление и интенсивной рекуперации на участках горного профиля и при организации тяжеловесного движения. Количество последовательных конденсаторов для конденсаторов с Uкн = 1,05 кВ рекомендовано в табл. 3.

Если учесть разброс номинальной ёмкости конденсаторов на ± 10%, увеличение напряжения выше номинального до 29 кВ на 5%, увеличение напряжения на конденсаторной батареи (КБ) от индуктивности защитного реактора на 15%, дополнительный нагрев кон­денсаторов КБ токами высших гармоник и солнечной радиацией на 15%, то получается коэффициент полезного использования мощности КУ Ки = 0,5. Опыт эксплуатации показал, что при таких условиях выбора параметров обеспечивается надёжная работа КУ.

4. Количество параллельных конденсаторов в КБ.

Количество параллельных конденсаторов в КБ М определяется мощностью установки и типом конденсатора.

М = Qуст / Q ₁уст,

где Q ₁уст – установленная мощность конденсаторов одной последовательной ветви КБ.

Количество параллельных и последовательных конденсаторов в КБ округляется до целого числа. Так для конденсатора КЭК – 1,05 – 125 для типовой установленной мощности НКУ = 10000 кВАр, Qп = 5000 кВАр, M = 2 шт, N = 40 шт.

5.Параметры КБ.

· Количество последовательных N и параллельных конденсаторов М;

· суммарное количество конденсаторов - S = М*N, шт;

· фактическая установленная мощность Qуст=М* N* Qкн, кВАр;

· ёмкость – Скб = Скн * M / N, мкф;

· сопротивление - Хкб=Хкн * N / М, Ом;

· номинальный ток – Iнкб = Iкн M, А;

· номинальное напряжение – Uнкб = Uкн * N, В.

6.Параметры защитного реактора.

В качестве защитного реактора используется реактор ФРОМ-3200/35. Параметры реактора приведены в табл. 4. Реактор имеет пять положений ПБВ, позволяющих регулировать индуктивность в диапазоне 75 ÷ 107 мГн.

Таблица 4. Параметры защитного реактора ФРОМ-3200/35

Индуктивность защитного реактора выбирается из условия частоты настройки цепи LC НКУ fр=135-130 Гц.

L= -------------- , мГн,

(2p)²*fр*Скб

где p=3,14; fр=135-130 Гц - резонансная частота цепи LC НКУ, которая выбирается по условию уровня высших гармоник в напряжении тяго­вой сети; Скб - ёмкость КБ, мкФ.

По расчётной индуктивности защитного реактора для заданного диапазона частот и выбирается положение ПБВ. По выбранному положению ПБВ ФРОМ определяется индуктивность реактора, индуктивное сопротивление реактора и уточняется частота настройки цепи КУ.

Частота настройки цепи КУ

1 10⁹

fр =

2π Lp * Cкб

где Lр, мГн; Скб, мкФ.

Частота настройки LC цепи НКУ находится в диапазоне 130 ÷ 145 Гц и в зависимости от режима работы МПЗ определяется по табл.3

Индуктивное сопротивление реактора Хр = wL/1000 = 2pfL / 1000, где L, мГн.

-реактивное сопротивление Хку = Хкб - Хр, Ом;

- ток установки Iку = Uтс/Хку, А;

- напряжение на КБ Uкб = Iку * Хкб, В

- полезная (генерируемая) реактивная мощность Qп = U²тс/Хку, кВАр;

- коэффициент полезного использования мощности Киq = Qп/Qуст;

- коэффициент запаса по току Кi = Iнкб/Iку;

- коэффициент запаса по напряжению Кu = Uнкб/Uкб.

Параметры установки определяются для номинального напряжения Uтс = 27,5 кВ при расположении на подстанции и на посту.