Двустороннее питание контактной сети.

Необходимость усиления устройств электроснабжения при двустороннем питании контактной сети определяется критическим уровнем напряжения на токоприёмнике электровоза. Особенностью МПЗ с критическим уровнем напряжения при двустороннем питании контактной сети является резкая неравномерность распределения тяговой нагрузки по плечам питания смежных подстанций. Неравномерность электропотребления по плечам смежных подстанций таких МПЗ определяется кратностью 2 – 3. Это объясняется тем, что максимальное электропотребления в зоне располагается вблизи наиболее нагруженной подстанции.

Расположение максимальных нагрузок на крайних участках МПЗ приводит к образованию участков ограниченной нагрузочной способности по мощности тяговой подстанции, нагреву проводов контактной сети и напряжению на токоприёмнике ЭПС. При этом перегружается ближайшая подстанция к участку максимальных нагрузок и недоиспользуется нагрузочная способность тяговых трансформаторов смежной подстанции.

Следует различать участки максимального электропотребления у тяговых подстанций (головные участки МПЗ) длиной 0 – 10 км, 10 –20 км и в середине МПЗ длиной 10 км (по 5 км от середины МПЗ)

Для головных участков МПЗ с целью использования свободной мощности смежной подстанции необходимо искусственно выравнить нагрузку между тяговыми подстанциями. Для этого наиболее эффективно применение УПК в середине МПЗ или в фазе смежной подстанции, которая влияет на токораспределение при двустороннем питании. Емкостное сопротивление УПК выбирается в зависимости от места расположения участка максимального электропотребления из условия выравнивания тока между смежными подстанциями.

Эффективность выравнивания тока оценивается по коэффициенту выравнивания тока между смежными подстанциями θ = Iмр / I¹мр, где Iмр, I¹мр – максимально реализуемые токи с УПК и без УПК. Для МПЗ однопутного участка длиной 60 км выравнивание тока между смежными подстанциями с помощью УПК в середине зоны увеличивает максимально реализуемый ток Iмр на головных участках 0 – 10 км по нагрузочной способности трансформатора подстанции и проводов контактной сети на 165 – 140 %, по напряжению на токоприёмнике ЭПС на 175 – 150%. Для участка 10 – 20 км соответственно 140 – 120% и 150 – 120%. Схема включения УПК на посту секционирования приведена на рис. 14.

При условии ограничения напряжения на токоприемнике ЭПС в середине МПЗ необходимо включать УПК на смежных подстанциях в плечи питания со степенью компенсации 1/2 – 2/3. Это позволит увеличить максимально реализуемый ток по напряжению на длине 24 км (по 12 км от середины зоны) на 140 – 150%.

При этом надо иметь виду, что увеличение максимально реализуемых токов сопровождается увеличением потерь электроэнергии. Это следует считать оправданным, так как увеличение потерь мощности наступает в критических режимах и позволяет обеспечить более высокую надёжность электроснабжения и безопасность движения поездов.

Кроме этого надо учитывать при усилении устройств электроснабжения МПЗ с двусторонним питанием применением УПК увеличение уравнительного тока и транзита электроэнергии по контактной сети. Поэтому УПК необходимо вводить в работу только на период максимального электропотребления на критических участках МПЗ.

5.3.3.Компенсированная тяговая сеть.

С помощью УПК в заземленной фазе (отсос) можно выполнить компенсированные тяговые сети. Это позволит компенсировать потери напряжения в сети внешнего электроснабжения и тяговом трансформаторе. На тяговых шинах подстанции напряжение значительно повышается, симметрируется и стабилизируется. При этом повышается эффективность РПН тяговых трансформаторов для регулирования напряжения на шинах 27,5 кВ. Выравнивается также напряжение на шинах смежных подстанций и снижаются величины уравнительных токов.

Появится возможность перехода контактной сети на одностороннее питание до постов секционирования с шунтированием воздушного промежутка при проходе токоприёмника. Это ликвидирует потери мощности от уравнительных токов.

УПК в заземлённой фазе при значительном электропотреблении в периоды тяжеловесного движения повышает напряжение на шинах подстанции на 3 ÷ 4 кВ. Соответственно повысится напряжение на токоприёмнике ЭПС.

Применение УПК целесообразно при сопротивлении внешней сети и тягового трансформатора 9 Ом и более, приведенное к треугольнику 27,5 кВ тягового трансформатора.

Ниже приведены расчетные величины напряжений на тяговых шинах подстанции без УПК и с УПК в заземлённой фазе С для тягового трансформатора 40000 кВА. Расчеты приведены для двух величин сопротивлений внешней сети и тягового трансформатора: Х_∑ = Хс + Хтт = 9 Ом и 15 Ом.

По результатам расчёта для УПК в заземлённой фазе С видна значительная эффективность повышения напряжения отстающей фазы 3 – 6 кВ, опережающей фазы 0,5 – 1,5 кВ, выравнивание напряжения на тяговых шинах подстанции.

Эффективность УПК в эксплуатационных условиях для варианта одностороннего питания по одному плечу тяговой подстанции на две межподстанционные зоны с УПК на средней подстанции приведена на рис. 15. Повышение напряжения составила 3,55 кВ.

Заключение

1. Применение установок продольной емкостной компенсации реактивной мощности (УПК) является эффективным средством повышения напряжения в тяговой сети. Возможно повышение напряжения на 4-5 кВ.

2. УПК в фазах одностороннего питания контактной сети на подстанциях и перегонах обеспечивают нормативные уровни напряжения на токоприёмнике ЭПС.

3. Компенсированные тяговые сети с УПК в заземленной фазе тяговой подстанции обеспечивают стабилизацию напряжения на шинах тяговых подстанций на уровне номинального. Повышается эффективность РПН тяговых трансформаторов.

4. С помощью УПК возможен переход контактной сети на одностороннее питание до постов секционирования с шунтированием воздушного промежутка при проходе токоприёмника. Это ликвидирует потери мощности от уравнительных токов.

5. При организации тяжеловесного грузового движения поездов компенсированные тяговые сети с помощью УПК эффективно решают вопросы повышения напряжения на токоприёмнике ЭПС по сравнению с другими техническими средствами.