В системе электроснабжения 2x25 кВ, также как и в системе 25 кВ, необходимо осуществлять симметрирование токов в линиях электропередачи. Это симметрирование выполняют циклическим изменением присоединения трансформаторов подстанций к фазам ВЛ (так называемая фазировка).
В схеме фазировки однофазных трансформаторов, примененной на участках Московской, Белорусской, Целинной дорог (рис. 1.24,а), к шинам контактной сети подключают начала первых обмоток 27,5 кВ обоих трансформаторов, к шинам питающих проводов - концы вторых обмоток. Концы первых обмоток соединяют с началами вторых и подключают к рельсам.
Как видно из векторных диаграмм вторичных обмоток трансформаторов, угол между напряжениями шин контактной сети в примененном варианте фазировки равен 120°, а номинальное напряжение между ними 27,5 умножить на корень квадратный из 3 = 47,6 кВ. Такое же напряжение и между шинами питающего провода. Это обстоятельство вызывает необходимость подключать один провод ДПР к шине контактной сети одного трансформатора, а другой — к шине питающего провода второго трансформатора (см. рис. 1.22). Также подключают и трансформаторы собственных нужд.
Возможны и другие варианты фазировки подстанций. Один из них показан на рис. 1.24, б. Здесь к шинам контактной сети подключают первую обмотку одного трансформатора и вторую обмотку второго трансформатора; к шинам питающего провода — наоборот, вторую обмотку первого трансформатора и первую—второго. Между шинами контактной сети напряжение равно 27,5 кВ и угол между ними составляет 60°; такое же напряжение и между шинами питающего провода. Линии ДПР можно подключать или к шинам контакт ной сети, или к шинам питающего провода.
Обмотки трансформаторов, подключенные к шинам питающего проводов, менее загружены, но загрузка линии ДПР обычно невелика, а напряжения шин контактной сети более стабильны, так как по ним осуществляют регулирование трансформатора устройствами РПН. Поэтому подключение ДПР к шинам контактной сети пред почтительнее. В обеих приведенных схемах фазировки подключение трансформаторов к шинам 27,5 кВ одинаково на всех подстанциях, тяговая сеть получает питание от трансформаторов смежных подстанций, подключенных к одноименным фазам ВЛ.
Как уже указывалось выше, два однофазных трехобмоточных трансформатора позволяют получить трехфазное напряжение дли питания районной нагрузки по схеме открытого треугольники В этом случае конец третьей обмотки одного трансформатора необходимо соединить с началом третьей обмотки второго трансформатора.
Рис. 1.24. Варианты (а) и (б) схем фазировки однофазных трансформаторов
Рис. 1.25. Схема фазировки подстанций с каскадным включением трехфазных трансформаторов
В случае получения напряжения 2 х 25 кВ с помощью трехфазных трансформаторов и повышающих автотрансформаторов фазировка подстанций не отличается от фазировки системы 25 кВ [1].
Для получения напряжения 2x25 кВ посредством каскадного соединения трехфазных трансформаторов второй рабочий трансформатор Т2 присоединяют к ВЛ с обратным чередованием фаз по сравнению с первым Т1 (рис. 1.25).
Эффект изменения подключения подстанций к ВЛ наиболее ощутимо проявляется, если число подстанций, питающихся по консоль ной ВЛ от одного источника питания, кратно трем. Несимметрия токов трех правильно сфазированных подстанций при равных нагрузках всех плеч равна нулю. При двустороннем питании ВЛ такой эффект будет при шести подстанциях. Если число подстанций, питающихся от одного источника, отличается от трех и разные токи плеч подстанций, неизбежно появление в ВЛ тока обратной последовательности. В этом случае чем больше подстанций, тем относительное значение тока обратной последовательности уменьшается.
В системе электроснабжения 2 х 25 кВ подстанции располагают на больших расстояниях друг от друга, т. е. уменьшается их число между подстанциями энергосистемы. В этих условиях необходимо более тщательно выбирать схему фазировки подстанции и принимать меры по симметрированию, чтобы получить удовлетворительные показатели по симметрии токов и напряжений.
С 1985 г. введены надбавки к тарифу на электроэнергию при повышении несимметрии напряжения выше допустимых норм (2 % на первичных шинах подстанции) по вине потребителя [3]. Поэтому необходимо проводить расчеты несимметрии при проектировании, а также в эксплуатации.
Коэффициенты несимметрии токов и напряжений определяют как отношение модулей тока (напряжения) какой-либо из фаз (обычно а) обратной последовательности I2а (U2a) к прямой I1а (Ula):
Аргумент тока прямой последовательности фазы а от тока любого плеча питания не зависит от схемы подключения подстанции к ВЛ:
(1.4)
Выражения для тока обратной последовательности (ТОП) в фазе а от токов плеч питания, подключенных к различным фазам ВЛ, приведены в табл. 1.1 (кт — коэффициент трансформации трансформатора, т. е. отношение линейных напряжений первичной и тяговой обмоток).
При одностороннем питании тяговых подстанций по ВЛ, если геометрически просуммировать токи I1а и I2а плеч питания подстанций, можно найти суммарные токи прямой и обратной последовательностей источника питания. В случае двустороннего питания токи I1α и I2a каждой подстанции надо сначала разделить на части, обратно пропорциональные сопротивлениям до источников питания.
Для определения несимметрии напряжений на первичных шинах какой-либо подстанции подсчитывают потери напряжения в отдельных участках ВЛ между источником питания и этой подстанцией от токов обратной последовательности. Сумма этих потерь до шин подстанции и будет равна напряжению U2a· Если коэффициент аи превышает допустимые значения, то можно изменить фазировку одной или нескольких подстанций с целью уменьшения ТОП.
Одним из способов уменьшения несимметрии токов является включение конденсаторных установок параллельной емкостной компенсации (КУ) на соответствующие фазы трансформаторов.
Рис. 1.26. Схема фазировки подстанций с комбинированным включением однофазных и трехфазных трансформаторов
Токи этих установок Iк на различных фазах создают следующие токи обратной последовательности:
при однофазных трансформаторах
(15)
при трехфазных трансформаторах
(1.6)
Используя формулы (1.5 и 1.6) и табл. 1.1, можно так расположить КУ, чтобы суммарный ТОП стал минимальным.
Сравнивая формулы токов обратной последовательности (ТОП) или однофазных и трехфазных трансформаторов, можно заметить, что ΓΟΙI, образуемый нагрузкой обмотки а трехфазного трансформатора, отличается от ТОП, который образуется нагрузкой фазы bс однофазного трансформатора только знаками перед действительной и мнимой составляющими. Такие же пары составляют нагрузки фазы bc и ас, с и ab. Поэтому на подстанциях, где стыкуется система электроснабжения с трехфазными трансформаторами с системой с однофазными трансформаторами и устанавливаются и трехфазные, и однофазные трансформаторы (см. рис. 1.5 и 1.10), подключение их к липким электропередачи необходимо осуществлять таким образом, чтобы фазное напряжение треугольника трехфазного трансформатора, ни тающего одно плечо, составляло с линейным напряжением однотипного трансформатора угол в 90°. В этом случае ТОП такой подстанции будет равен разности ТОП плеч, т. е. значительно меньше, нем на подстанции только с трехфазными или только однофазными трансформаторами.
Если на участке все подстанции выполнены комбинированными трехфазными и однофазными трансформаторами, их подключают к ИЛ одинаково (рис. 1.26). В этом случае ТОП одной подстанции может вычитаться из ТОП другой подстанции, в результате чего несимметрия токов и напряжений участка будет невелика.