Systems. Methods. Technologies 3(35) 2017

Системы Методы Технологии . Ю . Н . Булатов и др . Влияние нелинейной … 2017 № 3 (35) с . 40-49 41 harmonics to the network, which leads to additional losses and a decrease in the power factor; the amplitude of the forced oscillations of the excitation current is increased by a frequency that is a multiple of 100 and 300 Hz, which leads to additional losses and heating; there are additional mechanical oscillations of the rotor, which can lead to beating, accelerated wear of the generator and loss of sta- bility. To ensure the possibility of the operation of the RG installations in the presence of asymmetry and harmonic distortion, it is ne- cessary to limit the load of the generator. As a criterion, the maximum difference in the currents in the phases that can not exceed 12% of the rated current can be used. In addition, special measures must be taken to protect the generators of the RG installations operating in the RPSS: the use of DC inserts, the use of harmonic filters, the installation of generator protection for negative sequence currents, the use of automation to limit the excitation current of generators, etc. Keywords : railroad power supply systems; distributed generators; nonlinear and unbalanced loads; simulation. Введение Применение установок распределенной генерации ( РГ ) в системах электроснабжения железных дорог ( СЭЖД ) позволит снизить финансовые затраты на энергообеспечение объектов транспортной инфра - структуры , повысить надежность электроснабжения и улучшить качество электроэнергии в районах электро - снабжения ( РЭС ) нетяговых потребителей [1–4]. Для обеспечения нормальных условий работы синхронных генераторов ( СГ ) установок РГ в СЭЖД требуется учет особенностей режимов , связанных с резко переменным характером однофазных тяговых нагрузок , наличием несимметрии и гармонических искажений [5]. При работе СГ на несимметричную нагрузку появ - ляется заметный ток обратной последовательности , который может превысить предельно допустимый по условиям нагрева . Наличие обратного поля создает пульсирующий с частотой 100 Гц электромагнитный момент , что вызывает повышение вибрации и появле - ние высших гармоник в обмотках СГ . Поэтому для предотвращения повреждений генераторов при недо - пустимой несимметрии устанавливаются защиты по току обратной последовательности . Также возникает необходимость ограничивать загрузку генераторов , что требует количественного определения влияния несим - метричной и нелинейной нагрузки на режимы работы установок РГ . В правилах технической эксплуатации ( ПТЭ ) электрических станций и сетей [6] отмечается , что для турбогенераторов допускается длительная ра - бота с разностью токов в фазах , не превышающей 12 % от номинального значения . Исследования , выполненные по данной тематике [7–9], позволили значительно расширить внедрение в практику эксплуатации асинхронных и несимметрич - ных режимов работы мощных генераторов . Методы оценки влияния несимметрии нагрузки с несинусои - дальной формой кривой тока были основаны на том , что действие поля обратной последовательности и по - лей высших гармонических тока статора приводят к дополнительному нагреву активных частей генератора . Появление гармонических искажений приводит к снижению коэффициента мощности , что может вы - звать рост тока ротора в результате действия автомати - ческого регулятора возбуждения ( АРВ ). Необходимо также отметить , что по величине эквивалентного тока возбуждения возможно контролировать режим работы генератора и определять допустимую загрузку и про - должительность эксплуатации при возникновении зна - чительной несимметрии и несинусоидальности . За последнее время произошли изменения в элек - троэнергетических системах ( ЭЭС ) и СЭЖД . Увеличи - лось количество применяемой силовой полупроводни - ковой техники и других нелинейных элементов , что привело к повышению уровней высших гармоник в распределительных сетях [10]. Стали внедряться уста - новки распределенной генерации . Особенно значи - тельный прогресс достигнут в части создания эффек - тивных средств автоматического регулирования воз - буждения и частоты вращения ( АРЧВ ) генераторов . Все это делает задачу изучения влияния несимметрии и несинусоидальности на работу СГ малой мощности актуальной . В статье представлены результаты иссле - дований по влиянию нелинейной и несимметричной нагрузки на режим работы турбогенератора малой мощности , оснащенного АРВ и АРЧВ . Определение уровней несимметрии и гармониче - ских искажений в районах электроснабжения нетя - говых потребителей . Проблема пониженного качества электроэнергии в сетях 6, 10, 35 кВ , питающихся от тяговых подстанций ( ТП ) магистральных железных дорог , остается весьма актуальной [5, 11, 12]. Об этом свидетельствуют результаты инструментальных изме - рений показателей качества электроэнергии , представ - ленные в работах [11–13]. Приведенные в этих работах данные свидетельствуют о том , что в сетях 220 кВ , примыкающих к ТП , имеют место значительные нару - шения симметрии и синусоидальности напряжений . Средние за сутки значения коэффициента несимметрии k 2 U регулярно достигают 3…4 %, максимальные — 6…7 %; средние значения суммарного коэффициента гармоник k U равны 5…6 %, максимальные — 8…9 %. Для оценки уровней несимметрии и гармонических искажений в сетях 6, 10, 35 кВ , питающихся от ТП , проведено имитационное моделирование участка типо - вой СЭЖД , схема которого представлена на рис . 1. Моделирование осуществлялось на основе комплекса программ Fazonord, разработанного в Иркутском госу - дарственном университете путей сообщения . Схема расчетной модели приведена на рис . 2. Рассматривалось движение трех грузовых поездов массой 5 000 т в нечетном направлении . График дви - жения показан на рис . 3, токовый профиль поезда — на рис . 4.