Báo cáo khoa học: "NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CUNG CẤP ĐIỆN CHO GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC VÀ ĐÔ THỊ"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Bài báo đưa ra những nghiên cứu về các hệ thống cấp điện cho mạng dây tiếp xúc từ các trạm điện kéo. Trong đó phân tích đánh giá các đặc điểm của những sơ đồ cấp điện theo công nghệ hiện đại đang được sử dụng ở các nước tiên tiến hiện nay.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CUNG CẤP ĐIỆN CHO GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC VÀ ĐÔ THỊ"

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CUNG CẤP ĐIỆN CHO GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC VÀ ĐÔ THỊ TS. LÊ MẠNH VIỆT KS. NGUYỄN TUẤN PHƯỜNG Bộ môn Trang bị điện Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo đưa ra những nghiên cứu về các hệ thống cấp điện cho mạng dây tiếp xúc từ các trạm điện kéo. Trong đó phân tích đánh giá các đặc điểm của những sơ đồ cấp điện theo công nghệ hiện đại đang được sử dụng ở các nước tiên tiến hiện nay. Summary: This paper introduces researches into the power supply systems that connect sub - stations to contact lines. Besides, it also analyses and evaluates the characteristics of the power supply diagrams designed by modern technologies and used in developed countries recently. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ở Việt Nam hiện nay đang bắt đầu thực hiện các dự án về đường sắt điện cao tốc và giao thông điện đô thị. Vấn đề cung cấp điện cho hai loại hình giao thông trên cần được nghiên cứu sớm. Công nghệ cung cấp điện cho giao thông đường sắt thực chất là cung cấp điện chất lượng cao cho động cơ điện. Trước tiên nó bao gồm công nghệ, cấu trúc của mạng điện cao áp phân ĐT phối dùng cho điện khí hoá đường sắt, sau đó là công nghệ biến đổi nguồn ở trạm điện kéo, hệ thống phân phối các đường dây cung cấp AC hoặc DC, và hệ thống lưới tiếp xúc điện để lấy điện của đầu máy với đường dây, cùng các thiết bị đo lường, bảo vệ, bảo trì chúng. II. NỘI DUNG 1. Nghiên cứu các hệ thống cấp điện hiện đại Năng lượng điện được cung cấp từ các trạm điện trung gian đến trạm điện kéo đường sắt bằng đường dây truyền tải. Hiện nay trên thế giới điện áp nhận ở trạm điện kéo cho đường sắt thường ở dải trung áp 10, 22, 25, 35, 66, 77, 110 và 220 kV. Điện áp được hạ xuống bằng một máy biến thế và sau đó được chỉnh lưu cho hệ thống một chiều và tạo ra điện áp định mức là 3000, 1500V. Đường sắt ngầm (Metro) thường sử dụng điện áp 600 hoặc 750 V DC. Ở hệ thống xoay chiều thì điện áp ra cấp cho lưới điện tiếp xúc thường 20, 25 kV. a. Hệ thống cấp điện một chiều sử dụng các phân đoạn Hình 1 là một ví dụ thể hiện cấu trúc của hệ thống cấp điện một chiều điển hình. Cầu nối phân đoạn thỉnh thoảng được sử dụng để giảm tổn thất điện áp giữa 2 phân đoạn mà có khoảng cách 2 trạm điện kéo xa nhau. Trong trường hợp này đoạn mạng tiếp xúc liền kề được nối bằng một máy ngắt nhanh. Khoảng cách giữa 2 trạm điện kéo khoảng 5km đối với tuyến xe điện ngầm tải nặng và 10km đối với các đường khác.
ChØnh luu 6 xung ChØnh luu 12 xung A C 3 pha AC 3 pha AC 3 pha AC 3 pha M¸y biÕn ¸p M¸y biÕn ¸p 1500 V DC 1500 V DC CÇu nèi ph©n ®o¹n M¸y c¾t nhanh Phi ®¬ D©y tiÕp xóc Ray Xe ®iÖn Hình 1. Cấu trúc hệ thống cấp điện một chiều Hệ thống cấp điện dòng một chiều nhất thiết phải có một bộ chỉnh lưu để chuyển đổi từ xoay chiều sang một chiều. Thường dùng chỉnh lưu ba pha 6 xung, hoặc 12 xung. Bộ chỉnh chỉnh lưu 12 xung được thiết kế từ 2 bộ chỉnh lưu cầu 6 xung với điện áp vào lệch pha 300 nối nối tiếp hoặc song song. b. Hệ thống lưới điện kéo thu hồi năng lượng hãm tái sinh của đoàn tàu Để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống một chiều, hiện nay các đầu máy và mạng tiếp xúc đồng bộ sử dụng công nghệ thu hồi năng lượng bằng nguyên tắc hãm tái sinh. Hình vẽ 2 thể hiện nguyên tắc điển hình về hãm tái sinh dùng bộ nghịch lưu thyristor. Trong hệ thống này, động năng nhờ động cơ chạy ở chế độ máy phát chuyển thành điện năng, cung cấp cho bộ nghịch lưu, và sau đó chuyển về trạm điện. Hiện nay công nghệ này phải luôn luôn có mặt trong các hệ thống cung cấp điện cho giao thông hiện đại để nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống. ĐT A C 3 pha M¸y biÕn ¸p ph©n phèi Thanh c¸i AC 3 pha 6,6 kV C¸c thiÕt bÞ t¹i ga... M¸y biÕn ¸p M¸y biÕn ¸p Bé läc sãng h μ i Bé chØnh luu Bé nghÞch luu 1500 V DC Xe ph¸t ®iÖn n¨ng Hình 2. Tái sinh năng lượng bằng bộ nghịch lưu Thyristor c. Hệ thống cấp điện dòng xay chiều AC cho giao thông đường dài N èi ®Õn ®uêng d©y trªn kh«ng (UVW lμ m ét 3 pha, TF lμ 1 pha) Cuén d©y pha phô Pha B §Êt Pha A ST: Møc thay ®æi Cuén d©y pha chÝnh cña m¸y biÕn ¸p Hình 3. Máy biến áp nối theo sơ đồ Scott Hình 4. Máy biến áp nối cầu 2 tam giác hở
Phổ biến hiện nay trong các hệ thống giao thông điện trên thế giới đó là sử dụng hai loại hình cấp điện sau đây. Hình 3 và 4 thể hiện nguyên tắc ứng dụng máy biến áp chuyên dùng (sơ đồ Scott và cầu thứ cấp 2 tam giác hở) cho việc biến đổi từ hệ thống 3 pha thành 2 pha cung cấp cho mạng điện kéo. Từ nguồn 3 pha chuyển đổi thành 2 đường một pha. Để đảm bảo dòng điện trong mạng 3 pha đối xứng, mỗi một pha ra được cung cấp cho hai phân đoạn tiếp xúc liền kề. Ph©n ®o¹n Tr¹m ®iÖn kÐo AC Tr¹m ®iÖn kÐo AC lín Ph©n ®o¹n Ph©n ®o¹n nhá nhá M¸y c¾t Kho¸ thuêng hë Kho¶ng kh«ng khÝ Chç chuyÓn ®æi pha Hình 5. Cấu trúc của hệ thống cấp điện xoay chiều (AC) Hình 5 thể hiện kết cấu của hệ thống cung cấp xoay chiều AC. Nó bao gồm trạm điện cung cấp AC, cầu nối 2 đoạn tiếp xúc lớn, và cầu nối giữa 2 đoạn tiếp xúc nhỏ, tất cả được bố trí dọc theo đường sắt. 2. Các hệ thống nâng cao chất lượng điện năng và an toàn môi trường a. Hệ thống cung cấp có biến thế lọc nhiễu dọc (Boosting Transformer - BT) Hình vẽ 6 mô tả cấu trúc của một mạng cấp điện có BT. Một BT được lắp đặt cách nhau 4km trên đường dây tiếp xúc để tăng dòng mạch điện trở về trên đường dây âm. Khi đó dòng ĐT điện chạy qua ray chỉ ở một số phân đoạn ray hữu hạn, nhằm giành ray cho hệ thống tự động hoá, điều khiển và thông tin tín hiệu và giảm nhiễu cho hệ thống thông tin. Tụ điện dùng để cải thiện chất lượng làm việc của hệ cấp điện có BT. Hình 6. Cấu trúc của hệ thống cấp điện dùng biến áp lọc nhiễu dọc (BT) b. Hệ thống cung cấp có biến thế lặp lại (Auto Transformer - AT) Máy biến áp AT được thiết kế với tỷ lệ biến đổi 1:1 và đưa điện áp lên 2 đường trên không (hình 7). Điều đó làm cho các dòng điện của đầu máy được chạy vòng thành từng khúc giữa hai AT. Các AT được lắp đặt cách nhau 10km dọc đường sắt. Hệ thống này là lý tưởng cho xe điện cao tốc có công suất lớn bởi vì khi đó không có điện áp rơi lớn trên đường dây và không có hồ quang ở các điểm nối. Không những vậy hệ thống này rất hiệu quả trong việc giảm cảm ứng từ nhiễu cho đường dây thông tin.
Hình 7. Cấu trúc của hệ thống cấp điện dùng máy biến thế lặp lại (AT) c. Hệ thống cáp đồng trục cung cấp điện Hệ thống dùng cáp đồng trục điển hình được thể hiện trên hình 8. Cáp đồng trục nối dọc đường dây cung cấp. Cách mỗi khoảng vài km, dây dẫn bên trong của cáp được nối với dây tiếp xúc và dây dẫn bên ngoài được nối đến ray. So sánh với đường dây trên không, dây cáp đồng trục có trở kháng nhỏ hơn, nên dòng tải cho phép được cao hơn. Hiệu quả của hệ thống dùng cáp đồng trục này cũng giống như hệ thống cung cấp dùng máy biến áp AT, giảm đáng kể nhiễu điện từ cho dây thông tin. ĐT Hình 8. Hệ thống cấp điện dùng cáp đồng trục III. KẾT LUẬN Với các phân tích đánh giá cho các hệ thống cấp điện và hệ thống nâng cao chất lượng điện cho điện khí hoá giao thông đường sắt, mà các nước tiên tiến đang sử dụng tuỳ theo điều kiện địa lý, kinh tế xã hội của mình, từ đó có thể định hướng cho việc lựa chọn công nghệ thích hợp cho giao thông điện cao tốc ở Việt Nam hiện nay. Tài liệu tham khảo [1]. M.A. Clepxôpva. Akađema. Axnôvưi êlêctricheccôvơ transprta, Matcơva 2006. [2]. M.A.Clepxôpva. MÊI. Êlêctrỗnabơzenhie êlêctricheccôvơ transprta, 2001. [3]. Côntrôn, upravlenhie i điagnôctrika xixchem. triagôvơvơ êlêctrỗnabơzenhia na axnôve vưchitlichennôi checkhơnhiki . Barơđuxcơ Blep. . .Ircutxơc 2006. [4]. Turan Gonen. Electric Power Transmission System Engineering. New York, 1998. [5]. Lê Mạnh Việt, Trần Hồng Mạnh. Ứng dụng công nghệ vi xử lí, vi tính để tự động điều chỉnh nâng cao chất lượng nguồn điện cung cấp cho đoàn taù.Tạp chí GTVT 11/1996. [6]. Yasu Oura, Yoshifumi Mochinaga, and Hiroki Nagasawa. Railway Electric Power Feeding Systems, 1998. [7]. Đàm Quốc Trụ, Lê Mạnh Việt. Các giải pháp khoa học và công nghệ trong cung cấp điện giao thông đường sắt. Tạp chí GTVT 5/2008. [8]. Lê Mạnh Việt. Nghiên cứu mô phỏng hệ thống cung cấp điện cho giao thông đường sắt. Tạp chí KH GTVT 6/2008♦