Свойства и характеристики систем распределенной генерации для электроэнергетики железнодорожного транспорта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свойства и характеристики систем распределенной генерации для электроэнергетики железнодорожного транспорта

распределенный генерация электроснабжение железный

Под распределенной генерацией (РГ) понимается совокупность потребительских энергоустановок как индивидуального использования, так и объединенных в микроэнергосистемы. Создание установок РГ диктуются необходимостью адаптации к условиям рынка, а также ужесточением требований экологии, стимулирующих использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Современная преобразовательная техника позволяет присоединять установки РГ к электроэнергетической системе (ЭЭС) через вставки постоянного тока. Подобная концепция ограничивает мощность короткого замыкания на шинах источников РГ, обеспечивает высокое качество электроэнергии и придает электроснабжению потребителей характер гарантированного питания.

Таким образом, применение технологий РГ позволяет получить целый ряд положительных эффектов, главные из которых состоят в снижении затрат на энергообеспечение, повышении надежности электроснабжения ответственных потребителей, а также в уменьшении техногенного воздействия на окружающую природную среду.

Вопросы использования технологий РГ на железном транспорте нашли отражение в нормативных документах, определяющих перспективы развития отрасли: в энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года и стратегических направлениях научно-технического развития ОАО «РЖД». В этих документах отмечается, что на железнодорожном транспорте предусматривается развитие собственной генерации энергии на нетяговые нужды, внедрение энергоёмких накопителей энергии, существенного повышения эффективности рекуперации энергии.

Предполагается использовать следующие направления:

- миниэлектростанции на газовых технологиях для выработки электрической и тепловой энергии;

- диверсификацию углей путем их подземной газификации или глубокой переработки на жидкое моторное топливо с выработкой электрической и тепловой энергии для нужд инфраструктуры железных дорог;

- местные энергоресурсы, биоотходы и отходы производства.

В регионах, где внешнее электроснабжение железных дорог является неустойчивым, предполагается создавать принадлежащие ОАО «РЖД» источники ЭЭ для обеспечения тяги поездов и нужд нетяговых железнодорожных потребителей. При строительстве новых железнодорожных линий может стать целесообразным создание транспортно-энергетических коридоров, в которых совмещаются трассы железной и автомобильной дорог, высоковольтных ЛЭП и магистральных линий связи. При этом снижаются расходы по их строительству и эксплуатации, что дает дополнительные доходы компании. Для повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей в таких объектах инфраструктуры также актуально использование установок распределенной генерации.

На основе изучения технологических процессов на железнодорожном транспорте, особенностей построения систем электроснабжения электрической тяги и нетяговых потребителей. Можно наметить следующие сферы применения установок распределенной генерации:

- объекты железнодорожного транспорта (включая электрическую тягу поездов) в регионах с потенциально неустойчивым электроснабжением;

- для повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей при создании транспортно-энергетических коридоров, совмещающих трассы железной и автомобильной дорог, высоковольтные ЛЭП и линии связи;

- на предприятиях железнодорожного транспорта, имеющих собственные теплоисточники (использование режимов совместной генерации электрической и тепловой энергии);

- в районах электроснабжения нетяговых и нетранспортных потребителей для снижения затрат на энергообеспечение и повышение качества электроэнергии (в частности, для уменьшения отклонений напряжения, вызываемых резкопеременной тяговой нагрузкой);

- для питания автономных объектов ж.-д. транспорта с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Системе электроснабжения железнодорожной магистрали переменного тока отвечает структурная схема, изображенная рис.1.

Рис. 1. Структурная схема системы электроснабжения железной дороги: РЭС - районы электроснабжения нетяговых и нетранспортных потребителей

Системы электроснабжения железнодорожных магистралей обладают целым рядом особенностей, которые необходимо учитывать при решении вопросов применения технологий распределенной генерации.

Первая особенность состоит в значительной нестационарности и резкопеременном характере однофазных тяговых нагрузок, перемещающихся в пространстве. Такой характер изменения нагрузок приводит к значительным отклонениям и колебаниям напряжения на шинах 6-10-35 кВ обмоток тяговых трансформаторов, питающих нетяговые и нетранспортные потребители. Это, в свою очередь, создает значительные колебания и отклонения напряжения на распределительных пунктах и подстанциях РЭС.

Вторая особенность заключается в возможности значительной несимметрии на шинах 0.4 кВ подстанций стационарных потребителей, вызванной однофазным характером тяговой нагрузки. При питании СЭЖД от сетей ЭЭС с малым уровнем мощности короткого замыкания (1000 МВ·А и менее) уровень несимметрии может превышать нормируемые пределы.

Третья особенность состоит в том, что выпрямительные электровозы являются нелинейными нагрузками, генерирующими в сеть высшие гармоники.

Четвертая особенность связана со значительным электромагнитным влияниям контактной сети (КС) на смежные линии электропередачи, проложенные по опорам КС. Система электроснабжения нетяговых и нетранспортных потребителей, как правило, включает в свой состав две линии электроснабжения, расположенные рядом с трассой железной дороги. Линия электроснабжения автоблокировки монтируется на отдельных опорах, а линия продольного электроснабжения прокладывается на опорах контактной сети (КС) с полевой стороны. В качестве таких линий часто применяются ЛЭП 6-10 кВ с изолированной нейтралью. При расположении линии на опорах КС возникает проблема влияния тяговой сети переменного тока, возникающая из-за емкостной связи проводов ЛЭП и КС.

Электрическое влияние контактной сети переменного тока создает напряжение нулевой последовательности на проводах смежной линии. Близкое расположение контактной сети приводит к тому, что по емкостям ?провод линии - земля? протекают не только токи от источника питания ЛЭП, но и емкостные токи электрического влияния контактной сети, фаза которых определяется фазой напряжения КС. Последняя совпадает с углом одного из линейных напряжений ЛЭП (рис. 2), так что на три рабочих напряжения ?провод - земля? накладываются три одинаковых по величине и фазе напряжения электрического влияния, образующих нулевую последовательность.

Рис. 2. Векторная диаграмма ЛЭП: K U? - вектор напряжения контактной сети:

U_А ,U_В ,U_С - напряжения провод - земля нормального неискаженного режима;

U_Э - вектор напряжения электрического влияния;

U_AЭ ,U_BЭ ,U_СЭ - результирующие напряжения провод - земля

Из рис. 2 видно, что на двух проводах фазные напряжения заметно больше номинальных, а на третьем - существенно меньше. Линии продольного электроснабжения питаются от шин 6 или 10 кВ подстанции, к которым обычно подключены не только фидера продольного электроснабжения, но и дополнительные линии, удаленные от железной дороги. Емкости проводов этих фидеров по отношению к земле увеличивают общую емкость сети по отношению к земле и снижают наводимое напряжение электрического влияния.

Следует отметить, что накопители ЭЭ могут эффективно применяться при использовании в установках РГ нетрадиционных источников энергии и объединении отдельных установок в микроэнергосистемы (кластеры). Структурная схема СЭЖД с установками РГ показана на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема СЭЖД с установками РГ: НЭ - накопитель ЭЭ: СУ - симметрирующие устройства; АКГ - активные кондиционеры гармоник; УФК - устройство фильтрации и компенсации реактивной мощности

Таким образом, проблема нестационарности электротяговой нагрузки и связанные с ней колебания и отклонения напряжения на шинах районных обмоток тяговых трансформаторов может быть решена на основе использования накопителей электроэнергии.

Второй путь эффективного использования преимуществ РГ в системах электроснабжения с пониженным качеством ЭЭ состоит в применении вставок постоянного тока. Дополнительные затраты, связанные с созданием развязок по постоянному току, быстро окупятся за счет повышенной надежности электроснабжения, оптимизации режимов СЭЖД и повышения экономичности производства и распределения ЭЭ.

Размещено на Allbest.ru