Экспериментальные исследования несимметричных и нелинейных тяговых нагрузок в электрических сетях 110 кВ

Введение. В работе выполнен анализ результатов экспериментальных исследований несимметричной и нелинейной тяговой нагрузки (НТНГ) на подстанциях внешней системы электроснабжения напряжением 110 кВ. Определены области, характеризующие степень несимметрии в зависимости от тока прямой последовательности (ТПП), которые сопоставлены с подобными областями, полученными при математическом исследовании. Нелинейность тяговой нагрузки из-за наличия статических преобразователей энергии порождает в основном нечетные высшие гармонические составляющие, оказывающие влияние на функционирование релейной защиты (РЗ). Получены зависимости максимальных значений 3, 5, 7 гармонических составляющих фазных токов, что позволит их использовать при выборе параметров измерительных органов РЗ и обосновании требований к фильтрации сигналов тока. Цель. Исследование режимов СТЭ для уточнения методик расчета параметров срабатывания измерительных органов релейной защиты (РЗ) и разработки новых алгоритмов функционирования микропроцессорных РЗ. Материалы и методы. Исследование построено на анализе режимов электрических сетей внешнего и тягового электроснабжения. Результаты и обсуждение. Определены области возможных несимметричных тяговых нагрузок в зависимости от степени их несимметрии. Получены математические зависимости максимальных относительных значений токов нечетных гармонических составляющих от фазных токов. Показана необходимость учета составляющих тока обратной последовательности (ТОП), высших гармонических составляющих, обусловленных нелинейной тяговой нагрузкой, при выборе параметров измерительных органов (ИО) РЗ. Заключение. Отмечено достижение отношения тока обратной последовательности к ТПП до 100 % не только при холостом ходе одного из плеч тягового трансформатора, но и с загрузкой обеих плеч данного трансформатора при различных аргументах нагрузки. Отмечено существенное значение нечетных гармонических составляющих в фазных токах тяговых трансформаторов, достигающих 6–14 % от максимального (номинального) тока тягового трансформатора.

1. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. 528 с.

2. Тамазов А. И. Несимметрия токов и напряжений, вызываемая однофазными тяговыми нагрузками. М.: Транспорт, 1965. 235 с.

3. Фигурнов Е. П. О влиянии нагрузки электровозов со статическими преобразователями на релейную защиту фидеров // Труды института / Ростовский-на-Дону ин-т инженеров ж/д транспорта. 1967. Вып. 71. С. 62–85.

4. ГОСТ Р57670-2017 Системы тягового электроснабжения железной дороги. Методика выбора основных параметров. М.: Стандартинформ, 2017.

5. СП 224.1326000.2014 Тяговое электроснабжение железной дороги. УТВЕРЖДЕН пр. Минтранса России от 02.12.2014. № 330. Дата введения 2014.12.01.

6. Фигурнов Е. П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. М.: Транспорт, 2006. 215 с.

7. Дынькин Б. Е. Защита тяговых сетей переменного тока при разземлении опор контактной сети. Хабаровск: ДВГУПС, 1999. 170 с.

8. Учет влияния несимметричной тяговой нагрузки на выбор параметров срабатывания блокировки при качаниях дистанционной защиты / В. И. Нагай [и др.] // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2024. № 6(105). С. 59–68.

9. Экспериментальное исследование режимов электрических сетей внешнего электроснабжения тяговых электрических сетей / А. В. Украинцев [и др.] // Кибернетика энергетических систем: сборник материалов ХLVI Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, 19–21 ноября 2024 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова. Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2024. С. 196–202.

10. СТО 56947007-29.120.70.032-2009 Методические указания по выбору параметров срабатывания дифференциально-фазной и высокочастотной микропроцессорных защит сетей 220 кВ и выше, устройств АПВ сетей 330 кВ и выше производства ООО НПП «ЭКРА»: стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС».