Новые тенденции железнодорожных систем

9 November 2019

Технологическое развитие способствовало внедрению, на базе трансформаторов, в качестве возможного решения для электрификации железных дорог. Благодаря более низким инвестиционным затратам и простоте эксплуатации, они стали наиболее распространенной конфигурацией в новых железнодорожных линиях.

Самая простая конфигурация трансформатора, состоит из двух однофазных трансформаторов 25 кВ, расположенных на каждой тяговой подстанции, соединяющей контактную сеть и коммунальную сеть.

Эти два трансформатора, обычно подключаются к разным фазам, чтобы уменьшить дисбаланс мощности, введенный в сеть.

Этот вопрос требует установки нейтральной зоны, которая разделяет контактную сеть на электрически изолированные секции. Поскольку, этот сдвиг фазы осуществляется на всех подстанциях, для этого соединения также требуется нейтральная секция между различными подстанциями. Этот нюанс, представляет собой препятствие, для эффективного использования энергии, поскольку поезда могут питаться только от одной подстанции одновременно, и снижают возможное использование энергии рекуперативного торможения в поездах.

Максимальная длина сечения, определяется максимально допустимым падением напряжения в контактной цепи. Для увеличения этой длины, появились новые конфигурации.

Одной из них является так называемая двухпозиционная система, так как она использует два различных уровня напряжения в отличие от предыдущего мононапряжения.

Двухфазные трансформаторы напряжения 50 кВ, с центральным ответвителем заземления, используются для питания двух однофазных трансформаторов напряжения 50 кВ, подключенных к центральному ответвителю питания +25 кВ и -25 кВ линий электропередач. Для снижения напряжения передачи с 50 кВ до 25 кВ вдоль контактной сети, устанавливается дистанционнозависимое количество автотрансформаторов. Благодаря использованию автотрансформаторов, данная конфигурация также известна как система подачи автотрансформаторов.

Наконец, наряду с вышеупомянутыми проблемами, связанными с качеством электроэнергии, влияние электромагнитных излучений является еще одним важным фактором, который необходимо учитывать.

Сбалансированные трансформаторы.

Сбалансированные трансформаторы, являются основным решением для повышения качества электроэнергии в системах, на базе трансформаторов без использования силовой электроники.

Простое определение сбалансированного трансформатора - это специально подключенный силовой трансформатор, способный производить n-фазовую сбалансированную систему из m-фазной системы.

В железнодорожных системах, наиболее удобен трехфазный, двухфазный сбалансированный трансформатор. Существует большое количество способов получения двух фаз из трех фаз, но не все из них сбалансированы. Сбалансированное соединение требует, наличия сбалансированного набора электромоторных сил с обеих сторон, и сбалансированного набора магнитомоторных сил на каждой конечности трансформатора.

Во многих разработках, изучался дисбаланс напряжения при различных условиях нагрузки. Разработчики, проявляли особый интерес к коэффициенту мощности нагрузки и его определению. Однако, использование простых формул, могло привести к недооценке их реального воздействия, поскольку они игнорируют взаимодействие между железнодорожными системами и электрической системой. Что касается загрязнения гармониками, то сбалансированные трансформаторы могут представлять интересный вариант, так как они могут привести к отмене некоторых гармоник из-за их особых соединений.

Другим важным фактором при выборе сбалансированного трансформатора, является коэффициент использования материала. Примечательно, что по мере роста коэффициента использования, существенно снижаются требуемые инвестиционные затраты на строительство сетей.

Каждая описанная конфигурация трансформатора, имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с вышеупомянутыми факторами. Проводя сравнение между ними, в соответствии с их техническими характеристиками и стоимостью, сбалансированные трансформаторы имеют более высокую стоимость, они требуют меньших компенсирующих мощностей, что приводит к снижению общих инвестиций.

Конвертерные, представляют собой второй тип электрификации железных дорог. До сих пор их инвестиционные затраты ограничивали их использование на новых энергоемких железнодорожных линиях. Однако, с выдающимся развитием силовой электроники, эта ситуация значительно изменилась, и стала не только возможной, но и выгодной во многих случаях из-за специфических характеристик и дополнительных функций.