Моделирование режимов системы тягового электроснабжения, использующей трансформаторы с обмотками, соединенными в открытый треугольник

Аннотация

В электрических сетях, примыкающих к тяговым подстанциям железных дорог переменного тока, может возникать значительная несимметрия трехфазных напряжений. При небольших мощностях короткого замыкания на шинах 110–220 кВ тяговой подстанции коэффициенты несимметрии по обратной последовательности могут заметно превышать предельно допустимые значения. Анализ отечественных и зарубежных публикаций позволяет сделать вывод об актуальности исследований, направленных на решение проблемы уменьшения несимметрии в системах электроснабжения железных дорог. Предлагаемые методы и средства решения этой проблемы отличаются многовариатностью подходов. Поэтому выбор технически рационального способа решения должен базироваться на результатах моделирования, основанного на адекватных цифровых моделях. Для создания таких моделей можно применять подход, использующий фазные координаты. В статье приведены результаты исследований, направленных на определение технической эффективности применения систем тягового электроснабжения, в которых применяются трансформаторы с обмотками, соединенными в открытый треугольник. Разработаны цифровые модели, обеспечивающие моделирование сложно несимметричных и несинусоидальных режимов таких систем тягового электроснабжения. Результаты моделирования показали, что при небольших размерах движения эффективность симметрирования в схеме с тяговым трансформатором открытого треугольника по сравнению с типовой существенно возрастает. Коэффициенты несимметрии по обратной последовательности k_2U уменьшаются на 15–25 %. Максимумы суммарных коэффициентов гармоник на вводах 220 кВ тяговых подстанций снижаются на 22–47 %. Итоговые показатели по напряжениям на токоприемниках электровозов в обеих схемах различаются на доли процентов, за исключением минимального напряжения четного поезда, которое в схеме с тяговым трансформатором открытого треугольника ниже аналогичного показателя для типовой системы тягового электроснабжения примерно на 3 %. В схеме с тяговым трансформатором открытого треугольника максимальные значения потерь в линии электропередач уменьшаются на 7 %, а в тяговых сетях увеличиваются на 16 %. Снижение потерь в линии электропередач связано с выравниваем нагрузок по фазам. Повышение потерь в тяговых сетях вызвано пониженными напряжениями в схеме с тяговым трансформатором открытого треугольника по сравнению с типовой системой тягового электроснабжения. Из-за снижения напряжений возрастают токи, что приводит к увеличению напряженностей магнитного поля. Разработанные цифровые модели могут применяться на практике при выборе средств симметрирования на участках дорог с размерами движения, не достигающими пределов пропускной способности.