Карабанов М.А. кандидат технических наук, электромеханик ДЭЛ ЗСЖД,
Чернорай В.А. инженер ДЭЛ ЗСЖД

Выбор уставок режимной автоматики преобразовательных агрегатов тяговых подстанций постоянного тока

Тенденция роста размеров движения и веса поездов определяет актуальную задачу снижения потерь энергии в системе тягового электроснабжения. Одним из путей решения данной задачи является оптимизация применения автоматического регулирования мощности выпрямительных агрегатов тяговых подстанций постоянного тока. На сегодняшний день на железных дорогах постоянного тока имеют место случаи неисправности устройств автоматического включения-отключения резерва (АВОР) преобразовательных агрегатов (ПА) или их отсутствия на тяговых подстанциях, а также факты неправильного выбора режимов работы выпрямителей и уставок включения и отключения резервных агрегатов. Подстанции, на которых автоматика функционирует в соответствии с устаревшими регламентирующими документами, недостаточно эффективна, так как предназначена только для шестипульсовых преобразовательных агрегатов на базе штыревых вентилей и тяговых трансформаторов устаревших типов.

Разработка двенадцатипульсовых преобразователей, современных тяговых трансформаторов с меньшими потерями активной мощности и потреблением реактивной мощности, применение вентильных конструкций с диодами таблеточного типа повышенной надежности, а также рост размеров движения и максимальных нагрузок в связи с пропуском поездов повышенного веса, влияние многократных коммутаций на качество электроснабжения нетяговых потребителей; применение вакуумных выключателей с большим коммутационным ресурсом, возможность анализировать графики нагрузки выпрямителей тяговых подстанций в минутных интервалах, все эти обстоятельства требуют учета при решении задачи повышения эффективности управления преобразовательными агрегатами тяговых подстанций.

На основании изложенного разработана методика выбора уставок режимной автоматики для перспективных и находящихся в эксплуатации преобразовательных агрегатов с учетом критериев, значительно влияющих на технико-экономические показатели.

Уставки АВОР преобразовательных агрегатов тяговых подстанций постоянного тока определяются из условия минимума потерь активной мощности, в том числе с учетом потерь в понизительных трансформаторах от потребляемой реактивной мощности.

Для тяговых подстанций с двухступенчатой трансформацией активные потери мощности в понизительных трансформаторах существенно зависят от объема потребления реактивной мощности преобразовательными агрегатами.

В этом случае, ток включения – отключения АВОР, с учетом потерь активной мощности в понизительном трансформаторе определяется по выражению:

(1)

где I_d.н.т – номинальный выпрямленный ток;

ΔP₀ – постоянные потери мощности в агрегате, не зависящие от нагрузки [1];

ΔР_n-(n+1) – разность потерь мощности при n и (n+1) работающих агрегатах (задается в зависимости от определяемой уставки по току);

ΔP_Q – потери активной мощности в понизительных трансформаторах, зависящие от объема потребления реактивной мощности преобразовательными агрегатами;

ΔP_мд – суммарное значение потерь мощности в меди обмоток преобразовательных трансформаторов и силовых диодах, зависящее от квадрата нагрузки;

n – количество преобразовательных агрегатов.

Потери активной мощности в понизительных трансформаторах, зависящие от объема потребления реактивной мощности преобразовательными агрегатами определяются по выражению:

(2)

где ΔР_Qn, ΔР_Q(n+1) – потери активной мощности в понизительных трансформаторах при n и (n+1) работающих агрегатах соответственно.

Разность потерь мощности между одним и двумя работающими преобразовательными агрегатами при различных значениях коэффициента загрузки определяется по выражению:

(3)

где k_з – коэффициент загрузки [2].

По полученным в результате расчета значениям строится график разности потерь мощности в зависимости от коэффициента загрузки. Для тяговой подстанции с понизительными трансформаторами ТДН-10000/110, тяговыми трансформаторами ТРДП-12500/10, уравнительными реакторами УРОМ-1000У1, выпрямителями ТПЕД-3150-3,3к-У с силовыми диодами ДЛ133-500 график разности потерь мощности приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимость разности потерь мощности между одним и двумя работающими преобразовательными агрегатами от коэффициента загрузки

По полученной зависимости и с учетом электрических параметров трансформаторов определяют коэффициенты загрузки для уставок по току включения первой и второй ступеней, а также отключения.

Независимо от уставок по току число переключений следует ограничивать с помощью уставок по времени АВОР так, чтобы оно не превышало шести – восьми раз в сутки.

Уставки по времени выбираются в следующих пределах:

- включение преобразователя по току уставки первой ступени от 2 до 5 мин.;

- включение преобразователя по току уставки второй ступени. от 10 до 15 с.;

отключение преобразователя.................................................... от 6 до 10 мин.

В случае превышения указанного числа переключений преобразовательных агрегатов, выдержка времени на отключение может быть увеличена.

Внедрение разработанной методики выбора уставок на включение и отключение резервных преобразовательных агрегатов, для находящихся в эксплуатации и перспективных тяговых трансформаторов и вентильных конструкций, на тяговых подстанциях постоянного тока обеспечит:

1) снижение потерь активной мощности, в том числе с учетом потерь в понизительных трансформаторах от потребляемой реактивной мощности;

2) эффективное использование установленной мощности преобразовательных агрегатов;

3) повышение надежности работы системы тягового электроснабжение и устройств нетяговых потребителей при пропуске поездов повышенного веса.

Литература

1. Соколов С. Д., Бей Ю.М., Гуральник Я.Д., Чаусов О.Г. Полупроводниковые преобразовательные агрегаты тяговых подстанций. М:, Транспорт, 1979, 264 с.

2. Двенадцатипульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций / Б.С. Барковский, Г.С. Магай. В.П. Маценко и др.; Под ред. М. Г. Шалимова. М.: Транспорт, 1990. 127 с.