Принципиальные электрические схемы
Цель работы
1. Составление схемы присоединения группы подстанций с трёхфазными трансформаторами к ЛЭП и к тяговой сети по заданной схеме присоединения одной подстанции.
2. Составление схемы присоединения группы подстанций с однофазными трансформаторами, соединёнными в открытый треугольник, к ЛЭП и к тяговой сети по заданной схеме присоединения одной подстанции.
3. Измерение токов во внешней сети в рассмотренных схемах и определение коэффициента несимметрии.
4. Измерение токов во внешней сети при одинаковом включении трансформаторных подстанций с трёхфазными трансформаторами и определение коэффициента несимметрии.
5. Измерение токов во внешней сети при одинаковом включении трансформаторных подстанций с однофазными трансформаторами, соединёнными в открытый треугольник, определение коэффициента несимметрии.
Теоретическая часть
Отдельно взятая тяговая подстанция создаёт значительную несимметрию токов в питающей сети. Для уменьшения несимметрии тяговые подстанции включают так, чтобы группа подстанций создавала симметричную нагрузку в фазах питающей сети. При одностороннем питании такая группа состоит из трёх подстанций, при двухстороннем – из шести. Конечно, полная симметрия может быть достигнута только при одинаковой нагрузке всех подстанций, что на практике недостижимо. Пример подключения группы из трёх тяговых подстанций с трёхфазными трансформаторами показан на рис. 3.1, а схема с группами однофазных трансформаторов, соединённых в открытый треугольник, – на рис. 3.2. Эти схемы иногда называют схемами «встречного винта».
При составлении схемы с трёхфазными трансформаторами необходимо исходить из следующего:
1. Для единообразия на всех подстанциях к рельсовой цепи присоединяется вывод «с» обмоток НН трансформатора.
2. Схема включения первой подстанции к питающей сети и к контактной сети выбирается произвольно.
3. Схема присоединения второй и третьей подстанции составляется таким образом, чтобы, во-первых, наименее загруженные фазы тяговых подстанций присоединялись к различным фазам питающей сети. Во-вторых, на участок между двумя смежными подстанциями с двух сторон должны подаваться напряжения, совпадающие по фазе.
Если вывод «с» присоединён к рельсовой цепи, то наименее загруженной фазой является фаза В. Поэтому фаза В первичной обмотки трансформатора на трёх тяговых подстанциях присоединена к фазам В, С и А линии 110 кВ (см. рис. 3.1). На участок тяговой сети между левой и средней подстанциями подано напряжение пропорциональное фазному напряжению питающей сети UAN как от левой подстанции, так и от правой. Аналогично, на участок между средней и правой подстанциями с двух сторон подано напряжение, пропорциональное фазному напряжению UBN.
Аналогичные требования предъявляются и к схеме включения группы тяговых подстанций с однофазными трансформаторами, соединёнными в открытый треугольник (рис 3.2).
Во-первых, наиболее загруженные фазы трёх подстанций должны подключаться к разным фазам питающей сети. Такой фазой является фаза, общая для обоих однофазных трансформаторов. А во-вторых, на участок между двумя смежными подстанциями с двух сторон должны подаваться напряжения, совпадающие по фазе, также, как и в схеме с трёхфазными трансформаторами. Так на участок тяговой сети между левой и средней подстанциями подаётся с двух сторон напряжение, пропорциональное линейному напряжению питающей сети UAB. На участок между средней и правой подстанциями подаётся напряжение, пропорциональное UCA.
Принципиальные электрические схемы
Рис. 1. Схема присоединения трёх тяговых подстанций с трёхфазными трансформаторами
Рис. 2. Схема одинакового (неправильного) присоединения трёх тяговых подстанций с трёхфазными трансформаторами
Рис. 3. Схема подключения трёх подстанций с однофазными трансформаторами, соединёнными в открытый треугольник
Рис. 4. Схема одинакового (неправильного) подключения трёх подстанций с однофазными трансформаторами, соединёнными в открытый треугольник
Таблица 1 – Токи, потребляемые от сети, их симметричные составляющие и коэффициенты несимметрии при различных схемах присоединения группы трёх тяговых подстанций
| Схема с трёхфазными трансформаторами | Схема одинакового присоединения трёхфазных трансформаторов | Схема с «открытым треугольником» | Схема одинакового присоединения «открытых треугольников» | |
| IA,A | ||||
| IB,A | ||||
| IC,A | ||||
| A, град. | ||||
| B, град. | ||||
| C, град. | ||||
| I1,A | 214,365 | 185,69 | 177,209 | 166,233 |
| I2,A | 44,222 | 93,066 | 80,39 | 66,395 |
| = I2/ I1 | 0,206 | 0,501 | 0,454 | 0,399 |
Расчёт искомых величин
Расчёт симметричных составляющих и коэффициента несимметрии будем производить в Mathcad-программе, следуя указаниям Приложения в Руководстве по выполнению базовых экспериментов ЭСЖД1-ПЕТ РБЭ (969.1).
В качестве примера рассчитаем симметричные составляющие и коэффициент несимметрии для схемы с трёхфазными трансформаторами.
Зададим потребляемые от сети токи, полученные в результате экспериментальных измерений:
Рассчитаем углы с помощью теоремы косинусов:
Найдём начальные фазы и длины векторов токов для построения их диаграмм:
Рассчитаем несимметричные составляющие токов прямого и обратного следования фаз соответственно:
Определим коэффициент несимметрии для данного случая:
Расчёт для других схем подключения группы тяговых подстанций к внешней сети будем вести аналогично. Полученные значения искомых величин занесём в табл. 1.