Качество электрической энергии на железнодорожном транспорте
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ (ЭЭ) должна обладать потребительскими свойствами - определенными качествами, удовлетворяющими потребителя и обеспечивающими наиболее рациональное и экономное ее использование.
Качество электрической энергии
Качество ЭЭ определяется комплексом показателей, каждый из которых имеет самостоятельное экономическое влияние на процесс потребления электроэнергии, и характеризуется следующими параметрами:
- установившееся отклонение напряжения;
- размах изменения напряжения;
- доза фликера;
- коэффициент искажения синусоидальности кривой междуфазного (фазного) напряжения;
- коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения;
- оэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;
- отклонение частоты;
- длительность провала напряжения;
- импульсное напряжение;
- коэффициент временного перенапряжения.
Электрофицированная железная дорога
Протяженность электрифицированных ж. д., являющихся заметным потребителем электроэнергии (около 5% всего объема выработки электроэнергии в России), составляет 40,3 тыс. км, или 46,9% протяженности всей ж.-д. сети. На участках, электрифицированных на постоянном токе A8,8 тыс. км), преобразование на тяговых подстанциях трехфазного переменного тока в выпрямленный напряжением 3,3 кВ вызывает появление высших гармоник тока (напряжения) в сетях общего назначения, что может вызвать нарушение норм по коэффициенту n-й гармонической составляющей напряжения и искажения синусоидальности кривых междуфазных (фазных) напряжений. На участках, электрифицированных на переменном токе 50 Гц, 27,5 кВ B1,5 тыс. км) преобразование ЭЭ для тяги поездов осуществляется на однофазном подвижном составе с помощью управляемых и неуправляемых двухпульсовых преобразователей. Вследствие несимметричности присоединения однофазных тяговых нагрузок к симметричным питающим сетям общего назначения к двум упомянутым параметрам добавляется несимметрия напряжений по обратной последовательности.
Нормирование параметров в соответствии с ГОСТ осуществляется в точках общего присоединения сетей общего назначения и норма на показатель распределяется долевыми вкладами между всеми потребителями (приемниками) ЭЭ, присоединенными к данной точке.
В результате каждому потребителю энергоснабжающей организацией выделяется свой долевой вклад, существенно меньший общей нормы на данный показатель качества. В таких условиях ТПС постоянного и переменного тока могут создавать в точках общего присоединения значения перечисленных выше показателей, превышающие выделенные для них долевые вклады. Для нарушителей норм предусматривается применение специальных штрафных санкций, выражающихся в виде надбавок к тарифам на ЭЭ (до 10% от тарифа).
Контроль общего пользования электроэнергии
Учитывая существенное экономическое значение нарушения норм на показатели качества энергии, штрафные санкции не допускается применять без детального контроля процессов формирования и анализа долевых вкладов потребителей, получающих питание от точек общего пользования. Контроль и анализ может выполняться специализированными и независимыми лабораториями (центрами), имеющими лицензии Госстандарта и Госэнергонадзора. В работе этих лабораторий (центров) могут принимать участие заинтересованные потребители. Лаборатория должна исследовать показатели качества электроэнергии в точках общего присоединения на протяжении 7 суток. Если за каждые сутки долевой вклад данного потребителя в течение 95% времени (22часа 48 минут) не превышает нормально допускаемого значения долевого вклада, а в течение 5% времени (1 час 12 минут) - его предельно допустимого значения, то данный потребитель не нарушает норм на анализируемый показатель качества и к нему не могут быть применены штрафные санкции. По взаимной договоренности длительность испытанийможет быть сокращена, но должна быть не менее 1 суток.
Ограничение воздействия электрофицированных железнодорожных линий
Для ограничения воздействия электрифицированных ж.д. на качество ЭЭ в точках общего присоединения сетей общего назначения разработаны (и продолжают разрабатываться) специальные мероприятия и средства. Для участков постоянного тока напряжением 3,3 кВ разработаны 12-пульсовые преобразователи, при которых в питающих сетях не возникают гармоники напряжения с частотой ниже 550 Гц, а гармоники частотой 550 Гц и выше имеют значительно меньшие амлитуды, чем в случае применения 6-ульсовых преобразователей. Дополнительно к многопульсовым преобразователям разрабатываются индуктивно-емкостные фильтры, устанавливаемые со стороны питающего напряжения 6 и 10 кВ. Применение этих средств позволяет привести долевые вклады качества по коэффициентам искажения синусоидальности кривой напряжения и n-й гармонической составляющей напряжения к нормативным значениям.
На тяговых подстанциях участков переменного тока (50Гц, 27,5 кВ) в качестве основного средства коррекции качества ЭЭ применяется однофазное емкостное устройство поперечной компенсации (УППК). Оно включается на "отстающую" фазу, которой на тяговой подстанции переменного тока принято считать фазу, имеющую при наличии тяговой нагрузки слева и справа от подстанции наибольший угол между напряжением и током. Однофазное УППК генерирует ток обратной последовательности, равный по модулю току прямой последовательности. Ток обратной последовательности от УППК при равной нагрузке слева и справа от подстанции находится практически в противофазе по отношению к току обратной последовательности тяговой нагрузки. При этом результирующий ток обратной последовательности становится практически равным нулю, поэтому результирующий коэффициент обратной последовательности токов (напряжений) подстанции также становится равным нулю, т.е. проявляется симметрирующий эффект УППК. Генерируемый УППК ток прямой последовательности - емкостной - опережает напряжение фазы на 90* и, складываясь с активно-индуктивным током прямой последовательности тяговой нагрузки, обеспечивает компенсацию реактивной мощности прямой последовательности. Наличие в цепи УППК индуктивного реактора, настроенного на частоту 132-142 Гц, обеспечивает фильтрацию через это устройство наибольшего по амплитуде тока 3-й гармоники тяговой нагрузки и существенное снижение ее амплитуды в питающей сети. Одновременно УППК в таком исполнении обладает фильтрующим эффектом и по отношению к другим высшим гармоникам.
Ведутся разработки (2001 г.) схем электроснабжения с симметрирующими трансформаторами, обладающими эффектом Скотта. Эти трансформаторы, благодаря особым схемным решениям, полностью симметрируют тяговую нагрузку при одинаковых ее значениях слева и справа от подстанции лежат в пределах 0,7-1,2.