Электрифицированные железные дороги переменного тока являются крупными потребителями электроэнергии, при этом тяговая нагрузка характеризуется значительным потреблением реактивной мощности. Электровозы и электропоезда имеют индуктивный характер нагрузки, что приводит к снижению коэффициента мощности, росту потерь электроэнергии и падению напряжения в тяговой сети. Для решения этих проблем применяется ёмкостная компенсация реактивной мощности, одним из ключевых мест размещения компенсирующих устройств является пост секционирования.

Что такое пост секционирования

Пост секционирования (ПС), это устройство тягового электроснабжения, расположенное между соседними тяговыми подстанциями и предназначенное для:

• разделения контактной сети на электрически независимые секции;
• обеспечения параллельной работы смежных подстанций;
• повышения надёжности электроснабжения и возможности резервирования питания при авариях;
• отключения отдельных участков контактной сети для ремонтных работ.

Именно на посту секционирования напряжение в тяговой сети обычно имеет наименьшее значение, поскольку эта точка наиболее удалена от питающих подстанций. Поэтому установка здесь компенсирующих устройств даёт максимальный эффект.

Виды ёмкостной компенсации

Различают три основных вида ёмкостной компенсации реактивной мощности:

1. Продольная компенсация — конденсаторные батареи включаются последовательно с тяговой нагрузкой в рассечку контактной подвески или питающего провода (УПРК);
2. Поперечная компенсация, конденсаторные установки подключаются параллельно нагрузке (УППК);
3. Продольно-поперечная компенсация, комбинированное или совмещённое применение обоих способов.

Поперечная компенсация на посту секционирования

Наибольшее распространение на постах секционирования получили устройства поперечной ёмкостной компенсации (УППК). Их установка на ПС обеспечивает комплексный эффект:

• компенсация реактивной энергии происходит не только в сети внешнего электроснабжения, но и в самой тяговой сети;
• снижаются потери электроэнергии в питающих линиях и контактной сети;
• уменьшается падение напряжения, что особенно важно в наиболее удалённой от подстанций точке;
• повышается пропускная способность участка за счёт улучшения условий работы электроподвижного состава.

УППК могут быть стационарными и передвижными. Передвижные установки монтируются в вагонах и могут перемещаться на участки с наиболее тяжёлыми условиями электроснабжения.

Регулируемые устройства (УРППК)

При больших размерах движения и организации движения тяжеловесных поездов регулирование напряжения только на трансформаторах тяговых подстанций оказывается малоэффективным. В таких случаях на постах секционирования применяют устройства регулируемой поперечной ёмкостной компенсации (УРППК). Они автоматически изменяют величину компенсирующей ёмкости в зависимости от режима нагрузки, что позволяет:

• поддерживать напряжение в тяговой сети на заданном уровне при изменяющейся нагрузке;
• избегать избыточной компенсации и перенапряжений в часы малых нагрузок;
• обеспечивать экономичный режим работы системы электроснабжения.

Продольная компенсация на посту секционирования

Устройства продольной ёмкостной компенсации (УПРК) представляют собой батарею конденсаторов, включаемую последовательно с тяговой нагрузкой в рассечку контактной подвески. Они повышают напряжение в тяговой сети за счёт того, что падение напряжения на ёмкостном сопротивлении конденсаторов компенсирует падение напряжения на индуктивных сопротивлениях сети. УПРК обычно размещают на тяговых подстанциях, реже, на перегонах или постах секционирования. На стороне тягового напряжения 27,5 кВ возможно двух- или однофазное исполнение устройств.

Продольно-поперечная компенсация

Для автоматического регулирования напряжения в тяговой сети и симметрирования токов в трёхфазных сетях, питающих несимметричные тяговые нагрузки, применяется продольно-поперечная ёмкостная компенсация. Устройства бывают двух типов:

• Комбинированные — состоят из УПРК и УППК, позволяют одновременно эффективно воздействовать на баланс реактивной энергии и на уровень напряжения. Применяются на участках с большими размерами движения, где экономически выгодна комплексная компенсация;
• Совмещённые — дополнительно содержат коммутирующие аппараты, применяются на участках с небольшими размерами движения и невысокими нагрузками тяговых подстанций.

Схему включения устройства (с предвключённым УППК или с предвключённым УПРК) выбирают на основе технико-экономических расчётов.

Эффективность компенсации на посту секционирования

Установка компенсирующих устройств на посту секционирования обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:

1. Повышение напряжения у токоприёмников ЭПС, улучшаются тяговые характеристики поездов, сокращается время хода;
2. Снижение потерь электроэнергии — уменьшается нагрузка питающих линий реактивным током;
3. Повышение коэффициента мощности, снижаются платежи за реактивную энергию;
4. Увеличение пропускной способности — появляется возможность пропуска более тяжёлых поездов без реконструкции тяговых подстанций;
5. Симметрирование нагрузок — снижается негативное влияние несимметричной тяговой нагрузки на питающую трёхфазную сеть.

Компенсация реактивной мощности на посту секционирования является одним из наиболее эффективных способов улучшения показателей системы тягового электроснабжения переменного тока. Размещение компенсирующих устройств именно в этой точке — наиболее удалённой от тяговых подстанций — позволяет максимально повысить напряжение в тяговой сети, снизить потери электроэнергии и обеспечить надёжную работу электроподвижного состава. Выбор конкретного типа устройства (УППК, УРППК, УПРК или комбинированных установок) осуществляется на основе технико-экономических расчётов с учётом размеров движения, нагрузок и особенностей конкретного участка железной дороги.