ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

РЕЗЮМЕ

Тяговая сеть электрифицированной железной дороги оказывает электрическое, магнитное и гальваническое влияния на смежные линии. Электрическое влияние обусловлено емкостными связями между контактной сетью и смежным проводом, магнитное влияние возникает из-за переменного магнитного поля, создаваемого током контактной сети, а гальваническому влиянию подвержены цепи, имеющие заземления.

ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

9.1. Общие проблемы влияния на смежные ЛЭП

При небольшой ширине сближения, особенно при расположении проводов линий на опорах контактной сети, наводимые на проводах смежных воздушных линий напряжения оказываются столь большими, что с ними приходится считаться и в случае линий электропередачи низкого напряжения в их рабочих режимах. По таким линиям производится питание линейно-путевых потребителей (освещение зданий, наружное освещение, цепи дистанционного управления и другие) с отбором мощности от системы продольного электроснабжения комплектными однофазными и трехфазными подстанциями. С влиянием приходится считаться даже в случае смежных линий напряжением 6-10 кВ с изолированной нейтралью и линий ПР и ДПР напряжением 27.5 кВ. Существенно меньше влияние на смежные линии со стороны тяговой сети 2х25 кВ.

Линии напряжением 0.23/0.4 кВ обычно работают с глухозаземленной нейтралью, что совместно с их сравнительно небольшой длиной позволяет говорить об отсутствии электрического влияния на них. Наводимое напряжение магнитного влияния для этих линий сопоставимо по величине с рабочим напряжением и может приводить к тому, что напряжения провод-земля на проводах двухпроводной линии в нормальном режиме работы будут существенно отличаться от ожидаемых величин.

Линии электропередачи напряжением 6-10 кВ принадлежат к системам с изолированной нейтралью, имеющим в нормальном режиме единственную гальваническую связь с землей - через первичную обмотку трансформатора напряжения НТМИ, весьма слабую для снижения напряжений электрического влияния. Наводимые на три провода линии напряжения образуют нулевую последовательность напряжений, что создает проблемы с защитой от однофазных коротких замыканий на землю.

Емкостные токи электрического влияния, возникающие между контактной сетью 1х25 кВ и смежными проводами линий ПР и ДПР, располагающихся на опорах контактной сети, создают дополнительные перетоки мощности в системе проводов. Эти перетоки приводят к возникновению небаланса между величиной электрической энергии, переданной в линию, и энергией, распределённой между потребителями, подключенными к линии.

Величины наводимых напряжений электрического и магнитного влияний сопоставимы по величине с рабочими напряжениями смежных линий. Появление в проводах смежной линии дополнительных ЭДС за счет магнитного влияния и дополнительное падение напряжения на емкостях проводов по отношению к земле за счет электрического влияния приводит к возможности простого сложения наводимых напряжений и рабочихз напряжений по отношению к земле (разумеется, с учетом их взаимных фазировок).

9.2. Влияние контактной сети на однофазные линии электропередачи

При рассмотрении систем с глухозаземленной нейтралью достаточно принять во внимание магнитное влияние тяговой сети. Общий подход к расчету наводимых напряжений тот же, что и для случая отсутствия рабочего напряжения на смежном проводе, рассмотренный в предыдущих разделах.

Рис. 26

Поскольку источник питания линии создает напряжение между проводами линии, то напряжение, наводимое на каждом проводе по отношению к земле, не зависит от напряжения источника питания и на фазном проводе складывается с этим напряжением. Кроме того, фазный провод для наведенного напряжения также должен считаться заземленным через малое внутреннее сопротивление источника. Сложение напряжения источника с наведенным напряжением для фазного провода должно производиться с учетом фазовых углов этих напряжений, предполагая их синусоидальность. Нейтральный провод, если не учитывать падение напряжения на нем за счет рабочего тока, представляет собой заземленный с одного конца смежный провод, находящийся в зоне влияния тяговой сети.

На рис. 26 изображена расчетная схема и векторная диаграмма напряжений на смежной двухпроводной линии при подключении источника - трансформатора 27500/0.23 с фазой ac - в начале линии и заземлении фазы c. Ток контактной сети предполагается одинаковым по всей длине сближения и направленным от начала смежной линии вправо. Для определенности принят первый тип тяговой подстанции по фазировке (то есть трехфазная система напряжений образует прямую последовательность) и питание обмотки высшего напряжения трансформатора произведено от фазы АС. Формулировка задачи такова: необходимо определить напряжения проводов относительно земли в четырех точках: в начале ЛЭП у трансформатора и в конце ЛЭП у нагрузки.

Напряжение равно нулю из-за заземления зажима трансформатора. - это фазное напряжение трансформатора, равное и определяемое по направлению в соответствии с заданным типом подстанции и фазировке напряжения контактной сети, взятом в качестве начала отсчета. - это напряжение магнитного влияния в конце линии, сдвинутое на угол минус 90^о относительно тока контактной сети. определяется суммированием фазного напряжения и напряжения магнитного влияния на проводе a, равное таковому на проводе c. Электрическое влияние отсутствует ввиду заземления провода с с одного конца (малым напряжением электрического влияния на конце провода с вполне можно пренебречь), а провод а заземлен через обмотку трансформатора (который можно рассматривать как источник ЭДС с малым внутренним сопротивлением).

Такой анализ показывает, что одни провода могут оказаться под увеличенным потенциалом, другие - под уменьшенным потенциалом относительно земли. В однофазных цепях возможно уменьшение потенциала проводов рациональным выбором фазы, заземлением соответствующего конца обмотки низшего напряжения или изменением направления вектора напряжения магнитного влияния путем изменения стороны питания подверженной влиянию линии.

9.3. Влияние контактной сети на трехфазные линии автоблокировки и продольного электроснабжения напряжением 6-10 кВ

Основная проблема влияния тяговой сети переменного тока при расположении проводов трехфазных линий автоблокировки и линейно-путевых потребителей на опорах контактной сети состоит в электрическом влиянии контактной сети переменного тока 1х25 кВ, создающем напряжение нулевой последовательности в смежной линии. Используемая здесь система электроснабжения с изолированной нейтралью представляет собой систему, имеющую в нормальном режиме единственную гальваническую связь с землей - через первичную обмотку трансформатора напряжения НТМИ (рис. 27). На рис. 27 C_A , C_B, C_C - емкости проводов линии по отношению к земле, C_КA, C_{К B}, C_КC - емкости контактная сеть - провод смежной линии.

Трансформатор НТМИ работает в режиме, близком к холостому ходу, и мало нагружает источник питания из-за высокого индуктивно-активного сопротивления его первичной обмотки. Такая ситуация не только не устраняет проблему электрического влияния, но и приводит к возможности резонансных явлений в колебательном контуре с индуктивностью НТМИ и емкостью линии.

Рис. 27

Питание линии электропередачи производится от треугольника районной обмотки тягового трансформатора или от повышающего трансформатора СЦБ. При отсутствии влияния напряжения провод - земля линии определяются емкостями проводов и оборудования по отношению к земле и составляют звезду фазных напряжений трехфазной системы.

Близкое расположение контактной сети приводит к тому, что по емкостным элементам C_A, C_B, C_C протекают не только токи от источника питания ЛЭП, но и емкостные токи электрического влияния контактной сети, фаза которых определяется фазой напряжения контактной сети. Последняя совпадает с углом одного из линейных напряжений ЛЭП (рис. 28), так что на три рабочих напряжения провод - земля накладываются три одинаковых по величине и фазе напряжения электрического влияния, образующих нулевую последовательность. На рисунке 28 U_К - вектор напряжения контактной сети, U _A, U _B, U _C - напряжения провод - земля нормального неискаженного режима,U _Э - вектор напряжения электрического влияния, U_AЭ, U_BЭ, U_CЭ - результирующие напряжения провод - земля.

Рис. 28

Из рисунка 28 видно, что на одном из проводов напряжение провод - земля существенно меньше номинала, на другом проводе напряжение существенно больше номинала и на третьем проводе напряжение заметно больше номинального. На выходе разомкнутого треугольника трансформатора НТМИ напряжение соответствует величине напряжения электрического влияния, пересчитанного с учетом коэффициента трансформации на вторичную звезду (10000/100 В для вторичной звезды и 10000/100:3 В для треугольника НТМИ-10 с последующим утроением напряжения нулевой последовательности).

Влияние контактной сети совместно с усиливающими проводами на однопутном участке приводит к появлению на отключенной незаземленной линии 10 кВ напряжения около 7-8 кВ на каждом проводе по отношению к земле; на двухпутном участке напряжения на 1-2 кВ больше. При подаче рабочего напряжения на линию из-за электрического влияния возникают перекосы напряжения провод - земля: вместо 6 кВ по отношению к земле на каждом проводе получается 9 кВ, 12 кВ и 4 кВ (без учета емкостей подключенного к линии оборудования и емкостей других линий, питающихся от распределительного устройства, не расположенных на опорах контактной сети). Такое электрическое влияние приведет к появлению на разомкнутом треугольнике трансформатора НТМИ напряжения 80 В, что больше напряжения 60 В, появляющегося при однофазном коротком замыкании на землю. Реально это напряжение обычно существенно меньше из-за влияния емкостей подключенного к линии оборудования и насыщения стержней перегруженных катушек НТМИ-10, однако все равно сигнализация об однофазных коротких замыканиях на землю будет заблокирована.

Эта ситуация приведет к необнаружению однофазных коротких замыканий и к возникновению двухфазных замыканий с отключениями линий. Кроме того, при работах со снятием напряжения и заземлением может возникнуть эффект ложного перехода на питание от отключенной ЛЭП на сигнальных точках, поскольку наложение заземляющих штанг производится неодновременно. При наложении штанги на один из проводов, к которому подключен вывод ОМ-10, наведенного напряжения на еще не заземленном проводе может оказаться достаточным для переключения питания сигнальной точки.

Эффективным средством для снижения наводимого напряжения может быть установка на шинах 10 кВ подстанции конденсаторов порядка 0.3 - 0.7 мкФ на каждую фазу по отношению к земле; никакая транспозиция проводов здесь, разумеется, не поможет. Включение в цепь разомкнутого треугольника трансформатора напряжения НТМИ резистора сопротивлением 1-1.5 Ом также не даст эффекта (кроме возможного повреждения обмотки НТМИ и невозможности использования его для контроля однофазных замыканий на землю) из-за большой индуктивности рассеивания трансформатора. Можно считать, что емкости конденсаторов около 0.02 мкФ на 1 км длины линии (на каждом из трех проводов по отношению к земле), расположенной на опорах контактной сети, достаточно для устранения эффектов электрического влияния на линию; необходимая емкость пропорциональна длине линии.

Разумеется, наиболее радикальным средством устранения неприятностей электрического влияния является расположение линий на отдельных опорах. Уже на ширине сближения примерно 15 м наводимое напряжение не превышает 2 кВ и не будет приводить к эффектам блокировки сигнализации об однофазных коротких замыканиях. style='mso-tab-count:1'> В случае выбора линии для основного питания устройств СЦБ с преобладанием следует отдать предпочтение линии на отдельных опорах.

Линии продольного электроснабжения питаются от шин 6 или 10 кВ подстанции, к которым обычно подключены не только фидера продольного электроснабжения, но и дополнительные фидера, удаленные от железной дороги. Емкости проводов этих фидеров по отношению к земле увеличивают общую емкость систем проводов по отношению к земле и снижают наводимое напряжение электрического влияния.

РЕЗЮМЕ

Влияние контактной сети переменного тока на однофазные двухпроводные линии низкого напряжения приводит к тому, что один из проводов линии оказывается под увеличенным потенциалом, другой - под уменьшенным потенциалом относительно земли. Возможно уменьшение потенциала проводов рациональным выбором фазы, заземлением соответствующего конца обмотки низшего напряжения или изменением направления вектора напряжения магнитного влияния путем изменения стороны питания подверженной влиянию линии.

Электрическое влияние на линии 6-10 кВ, расположенные на опорах контактной сети, приводит к появлению напряжения прямой последовательности, искажающего напряжения провод - земля линии и нарушающего нормальную работу сигнализации об однофазных коротких замыканиях.