- Tính ổn định của khối tuabin máy phát thay đổi.
TỔNG QUAN VỀ GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT CHẠY ĐIỆN 3.1 Giới thiệu chung về giao thông điện
3.3.2 Hệ thống điện giao thông điện một chiều
Yêu cầu chung liên quan đến giới hạn điện áp đường sắt, hầu hết phải đáp ứng được động cơ kéo DC. Về cơ bản sau khi qua ba giai đoạn phát triển, đường sắt DC tân tiến có thể được cấp với nguồn điện áp 750V DC, 1500V DC và 3000V DC. Trong hệ thống đường sắt DC được thiết kế và xây dựng theo những vấn đề cơ bản sau: bộ chỉnh lưu, mạng tiếp xúc và vị trí lắp đặt trạm điện kéo.
Cung cấp điện cho đường sắt DC cơ bản được mô tả như hình 3.4. Trên sơ đồ hệ thống nguồn điện được cung cấp từ lưới điện cao áp 220kV (hoặc 110kV) qua được hạ thế xuống cấp điện áp 35kV (66kV) và 15kV (22kV) bởi MBA ba pha ba cuộn dây. Tại trạm điện kéo dòng điện xoay chiều ba pha (15kV đến 22kV) được chỉnh lưu thành DC với cấp điện áp 750V hoặc 1500V, 3000V và thông qua bộ lọc san phẳng điện áp.
Máy biến áp/ Bộ chỉnh lưu: Chức năng của bộ chỉnh lưu (có điều khiển hoặc không điều khiển) là chuyển đổi điện áp xoay chiều ba pha thành một chiều DC. Bộ chỉnh lưu cầu có thể là 6 xung, 12 xung hoặc 24 xung, thông thường 12 xung được sử dụng phổ biến trong trạm điện kéo DC trên thế giới. Phía sơ cấp MBA kết nối với cáp điện thế trung áp (15kV đến 22kV), phía thứ cấp nối với bộ chỉnh lưu.
Hình 3.5: Kết nối máy biến áp và sơ đồ chỉnh lưu trạm cấp điện cho hệ thống giao thông sức kéo điện DC, a) cầu 3 pha 6 xung, MBA nối Δ/Y, b) chỉnh lưu 6 xung, 6 pha hai sao, có cuộn kháng trung tính, MBA nối Δ/2Y, c) chỉnh lưu cầu 12 xung, hai cầu 3 pha nối tiếp, MBA nối Δ/ΔY.
Bộ chỉnh lưu cầu 6 xung được sử dụng cung cấp điện áp DC 750V cho hệ thống đường sắt đô thị, thường sử dụng với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha như hình
3.5a, sơ đồ MBA là sao – tam giác, bố trí lệch góc π/3. Trong sơ đồ hình 3.5b, chỉnh lưu sáu pha hình tia kép có cuộn kháng trung tính máy biến áp. Trong bộ chỉnh lưu 2 cầu 3 pha nối tiếp (12 xung), các cuộn dây quấn thứ cấp của máy biến áp nối sao và tam giác như hình 3.5c, bố trí góc lệch π/6. Nếu số cầu ba pha tăng điều này đồng nghĩa với số xung đập mạch tăng, theo khai triển chuổi Fourier thì bậc sóng điều hòa tăng, do đó giảm được ảnh hưởng của biên độ sóng điều hòa về phía AC [mục 4.2.3 trong luận văn này].
Vị trí trạm điện kéo: khoảng cách trung bình giữa các trạm điện kéo phù thuộc vào cấp điện áp và công suất, tần suất hoạt động của các đoàn tầu. Nói chung, khoảng cách trung bình giữa hai trạm biến áp đa dạng khoảng 1.5km – 6.0km cho cấp điện áp 750V DC, khoảng cách dài 8km – 13km cho cấp điện áp 1500V DC, có thể lên đến 20km – 30km cho cấp điện áp 3000V DC. Giới hạn công suất của hệ thống trạm điện kéo DC đa dạng khoảng 1MW đến 6MW cho đường sắt đô thị và lên đến 10MW cho hệ thống vận tải hoặc đường sắt chính liên đô thị.
Hình 3.6: Sơ đồ khối nguồn cung cấp mạng điện kéo và sử dụng năng lượng hãm tái sinh
Khả năng tái tạo năng lượng của hệ thống đường sắt DC: do đặc thù của hệ thống vận tải hành khách thường xuyên dừng trạm, nên trong quá trình hãm bộ chuyển đổi năng lượng hãm tái sinh phát huy tác dụng tích cực. Động năng thu được trong quá trình này được chuyển đổi thành điện năng trả về lưới hoặc cung cấp cho đoàn tầu khác đang làm việc ở chế độ kéo. Điều này có thể thực hiện được thông qua bộ nghịch lưu có điều khiển, linh kiện điện tử công suất thường được sử dụng là thyristor. Hệ thống được mô tả như sơ đồ hình 3.6, đường nét đứt màu xanh là dòng nghịch lưu của đoàn tầu A trong chế độ hãm được trả về lưới AC qua bộ nghịch lưu (đường nét mũi tên trái) hoặc cung cấp dòng cho đoàn tầu B đang ở chế độ kéo (đường 2 mũi tên phải ).
Bên cạnh đó hệ thống DC cũng có những khuyết điểm: vì điện áp thấp nên dòng tải cao nếu cùng một công suất, Ví dụ: với hệ thống Metrolinx Canada hoạt động của một đầu tầu kéo 10 toa, trong quá trình tăng tốc, dòng điện là 12000A tại điện áp 750V DC, 6000A tại 1500V DC và 3000A tại điện áp 3000V. Vì dòng tải lớn, do đó tổn thất công suất lớn, ẩn chứa nhiều khả năng phá hủy mạng tiếp xúc do nhiệt và ảnh hưởng công trình kim loại ngầm lân cận. Hệ thống DC khó kết hợp với điện khí hóa khu vực có đường sắt đi qua. Tải DC hoàn toàn cân bằng nhưng chủ yếu xuất hiện thành phần sóng điều hòa do bộ chỉnh lưu gây ra. Có thể hạn chế nhờ lắp đặt thêm bộ lọc sóng điều hòa bậc cao.