В процессе ежедневной эксплуатации электрифицированных железных дорог стабильность системы тягового электроснабжения напрямую влияет на эффективность перевозок и контроль затрат. Тяговая нагрузка электрифицированных железных дорог характеризуется однофазной нелинейной ударной нагрузкой. При подключении к энергосистеме она, как правило, вызывает такие проблемы, как гармоническое загрязнение, чрезмерный ток обратной последовательности и низкий коэффициент мощности, которые особенно заметны на линиях, работающих с электровозами переменного тока постоянного тока типа «Шаошань» SS4, SS8 и SS9. С совершенствованием механизма коммерческой эксплуатации на рынке электроэнергии и принятием метода учета, при котором обратная передача реактивной мощности считается положительной, железнодорожные эксплуатационные подразделения будут сталкиваться со значительными штрафами в случае несоответствия коэффициента мощности тяговых подстанций установленным нормам, что значительно увеличивает стоимость железнодорожных перевозок. Появление статического генератора реактивной мощности (СГВ) обеспечивает эффективное решение этих проблем.
1. Проблемы нагрузки электрифицированных железных дорог и потребности в компенсации реактивной мощности
Характеристики тяговой нагрузки электрифицированных железных дорог создают множество проблем для энергосистемы, и понимание этих характеристик имеет основополагающее значение для достижения эффективной компенсации.
1.1 Трехфазный несимметричный источник гармоник
Электровозы работают на тиристорном выпрямлении. Подключение к энергосистеме таких однофазных несимметричных нагрузок нарушает симметричность работы энергосистемы. Кроме того, из-за нелинейности электровозов при передаче электроэнергии от энергосистемы к железной дороге часть энергии основной гармоники преобразуется в гармоники, одновременно передавая энергию основной гармоники, вырабатываемую системой, что снижает качество электроэнергии и повреждает оборудование системы.
1.2 Ударная нагрузка
Тяговая нагрузка электрифицированных железных дорог – это особая нагрузка, которая является однофазной, подвижной и характеризуется частыми и резкими колебаниями амплитуды. Она изменяется ежедневно в соответствии с графиком движения поездов, демонстрируя явные признаки суточной переменной нагрузки. Эта суточная переменная нагрузка зависит от различных факторов, таких как состояние линии, тип и режим работы локомотива, скорость локомотива, тяговый вес и график движения, демонстрируя значительные колебания, что отличает её от обычных постоянных нагрузок.
1.3 Влияние низкого коэффициента мощности
Снижение коэффициента мощности тяговых подстанций приводит к увеличению потерь напряжения в передающей сети, что приводит к увеличению потерь мощности в сети и увеличению потерь напряжения в системе электроснабжения. Напряжение контактной сети падает, а ток, протекающий через ключевое оборудование, такое как понижающие трансформаторы и двигатели электровозов, увеличивается, что приводит к увеличению тепловыделения, что влияет на выходную мощность электровозов, увеличивает вероятность отказов главной цепи и сокращает срок службы электровозов. Кроме того, это приводит к недоиспользованию мощности тяговых трансформаторов, что требует увеличения их мощности для обеспечения определенной тяговой нагрузки, что приводит к росту затрат на электроснабжение.
2. Технические принципы и основные преимущества SV
G
2.1 Принцип динамической компенсации SV
G
Основной принцип работы SVG заключается в подключении самокоммутируемой мостовой схемы к электросети через дроссель или напрямую. Путем соответствующей регулировки фазы и амплитуды выходного напряжения переменного тока мостовой схемы или непосредственного управления током переменного тока, схема может поглощать или излучать необходимый реактивный ток для достижения цели динамической компенсации. Кроме того, благодаря применению таких мер, как многоуровневая, многофазная или широтно-импульсная модуляция (ШИМ), SVG позволяет значительно снизить содержание гармоник в токе компенсации. По сравнению с традиционными SVC, представленными TCR, SVG использует конденсаторы меньшего размера, что значительно уменьшает габариты устройства и экономит площадь пола.
2.2 SVG против SVC: почему SVG предпочтительнее
?
В настоящее время на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог Китая для решения таких задач в основном используются статические компенсаторы реактивной мощности (СКМ) и статические генераторы реактивной мощности (СГМ). СКМ подразделяются на статические компенсаторы реактивной мощности (СКМ+ТКМ), использующие тиристорно-управляемые реакторы (ТКМ) и компенсаторы постоянной емкости (КПМ), и статические компенсаторы реактивной мощности типа МКР, использующие магнитоуправляемые реакторы (МКМ) в сочетании с батареями шунтирующих конденсаторов. С развитием технологий силовой электроники применение СГМ на электрифицированных железных дорогах становится все более зрелым. По сравнению с СКМ, СГМ обладает такими преимуществами, как гибкость управления, высокая скорость реагирования, высокая надежность и компактность.
3. Ремонтные работы SVG на тяговой подстанции Нандан
3.1. Предпосылки к обновлению: старое оборудование нуждается в срочной модернизации
Линия Гуйчжоу-Гуанси – однопутная электрифицированная железная дорога, на которой до сих пор эксплуатируются электровозы типа «Шаошань». Подстанция «Нандань» на линии Гуйчжоу-Гуанси – тяговая подстанция с прямым питанием и напряжением 110 кВ. Установленная мощность трансформатора составляет 2×(8+12,5) МВА, с трёхфазной системой обмотки напряжения (V/V). Данное оборудование эксплуатируется уже более 10 лет, и за это время постоянно возникали проблемы, такие как отказы тиристоров и платы управления. После демонтажа оборудования динамической компенсации коэффициент мощности тяговой подстанции составил всего 0,75. Поэтому было принято решение заменить первоначальное оборудование SVC на оборудование SVG с более существенными преимуществами. После замены компенсационная мощность оборудования SVG фазы A и фазы B составляет 9 Мвар и 5 Мвар соответственно.
3.2 Попытка однофазной компенсации SVG: возникают пробле
мы
После завершения замены оборудования фазы B, учитывая, что замена компенсатора фазы A займет много времени, а коэффициент мощности не будет соответствовать требованиям энергокомпании (выше 0,9) в процессе строительства, была предпринята попытка компенсировать реактивную мощность всей подстанции путем включения только однофазной (фазы B) стороны 27,5 кВ подстанции. Однако, благодаря мониторингу данных эксплуатации после ввода в эксплуатацию, при запуске в течение суток только РПН фазы B коэффициент мощности подстанции составил 0,79. Причина заключается в том, что активная и реактивная мощности подстанции учитываются на стороне высокого напряжения системы 110 кВ, при этом точка управления однофазной РПН находится на стороне 27,5 кВ фазы B, и компенсированная реактивная мощность выдается фазой B.
3.3 Оптимизация, корректировка и конечный эффе
кт
Для удовлетворения требований компенсации на стороне высокого напряжения точка измерения тока динамического компенсационного генератора фазы B была подключена к стороне высокого напряжения 110 кВ для компенсации реактивной мощности всей подстанции. Однако во время опытной эксплуатации, хотя коэффициент мощности первоначально значительно улучшился, достигнув около 0,85, по мере увеличения времени работы автоматический выключатель динамической компенсации фазы B сработал из-за перенапряжения, и зарегистрированное на месте напряжение на шине 27,5 кВ превысило 31 кВ. Наконец, после ввода в эксплуатацию оборудования динамического компенсационного генератора фазы A и фазы B, устройство динамической компенсации показало хорошие характеристики компенсации, коэффициент мощности всей подстанции достиг 0,97, а также продемонстрировало хорошие фильтрующие характеристики.
4. Практические выводы: ключевые идеи для применения S
VG
Практика реконструкции тяговой подстанции Нандан показывает, что статический генератор реактивной мощности (СГР) имеет существенные преимущества перед традиционным статическим компенсатором реактивной мощности (СКМ). Однако следует отметить, что метод компенсации реактивной мощности всей подстанции путём изменения положения точки отбора проб при вводе в эксплуатацию однофазного СГР сложно реализуем, особенно при установке на стороне малой нагрузки, что легко приводит к перекомпенсации. Для компенсации реактивной мощности всей подстанции необходимо ввести в эксплуатацию две или более фаз оборудования СГР.
Компания Hengrong Electric Co., Ltd. обладает обширным опытом в области технологий компенсации реактивной мощности. Основываясь на обширном инженерном опыте, мы можем предложить индивидуальные решения SVG, которые помогут клиентам повысить коэффициент мощности систем тягового электроснабжения, снизить риск эксплуатационных штрафов и снизить расходы на железнодорожные перевозки.