NGUYỄN TUẤN PHƯỜNG 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.. Trước tiên nó bao gồm công nghệ, cấu trúc của mạng điệ
Trang 1NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CUNG CẤP ĐIỆN CHO GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC VÀ ĐÔ THỊ
TS LÊ MẠNH VIỆT
KS NGUYỄN TUẤN PHƯỜNG
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
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
ĐT
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
www.cauduongonline.com.vn
Trang 2AC 3 pha Chỉnh luu 6 xung Chỉnh luu 12 xung
AC 3 pha AC 3 pha
1500 V DC 1500 V DC Máy biến áp
Máy cắt nhanh
Dây tiếp xúc Phi đơ
Xe điện Cầu nối phân đoạn
AC 3 pha
Máy biến áp
Ray
Hỡnh 1 Cấu trỳc hệ thống cấp điện một chiều
Hệ thống cấp điện dũng một chiều nhất thiết phải cú một bộ chỉnh lưu để chuyển đổi từ xoay chiều sang một chiều Thường dựng 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 ỏp vào lệch pha 300 nối nối tiếp hoặc song song
b Hệ thống lưới điện kộo thu hồi năng lượng hóm tỏi sinh của đoàn tàu
Để nõng cao hiệu quả vận hành hệ thống một chiều, hiện nay cỏc đầu mỏy và mạng tiếp xỳc đồng bộ sử dụng cụng nghệ thu hồi năng lượng bằng nguyờn tắc hóm tỏi sinh
Hỡnh vẽ 2 thể hiện nguyờn tắc điển hỡnh về hóm tỏi sinh dựng bộ nghịch lưu thyristor Trong hệ thống này, động năng nhờ động cơ chạy ở chế độ mỏy phỏt chuyển thành điện năng, cung cấp cho bộ nghịch lưu, và sau đú chuyển về trạm điện Hiện nay cụng nghệ này phải luụn luụn cú mặt trong cỏc hệ thống cung cấp điện cho giao thụng hiện đại để nõng cao hiệu quả kinh
tế của hệ thống
AC 3 pha
Máy biến áp phân phối Thanh cái AC 3 pha 6,6 kV
Máy biến áp
Máy biến áp
Bộ lọc sóng hμi
Các thiết bị tại ga
Xe phát điện năng
1500 V DC
ĐT
Hỡnh 2 Tỏi sinh năng lượng bằng bộ nghịch lưu Thyristor
c Hệ thống cấp điện dũng xay chiều AC cho giao thụng đường dài
Nối đến đuờng dây trên không (UVW lμ một 3 pha, TF lμ 1 pha)
Cuộn dây pha chính
Cuộn dây pha phụ
Đất Pha A
Pha B
ST: Mức thay đổi của máy biến áp
Hỡnh 3 Mỏy biến ỏp nối theo sơ đồ Scott Hỡnh 4 Mỏy biến ỏp nối cầu 2 tam giỏc hở
www.cauduongonline.com.vn
Trang 3Phổ biến hiện nay trong cỏc hệ thống giao thụng điện trờn thế giới đú là sử dụng hai loại
hỡnh cấp điện sau đõy
Hỡnh 3 và 4 thể hiện nguyờn tắc ứng dụng mỏy biến ỏp chuyờn dựng (sơ đồ Scott và cầu thứ
cấp 2 tam giỏc hở) cho việc biến đổi từ hệ thống 3 pha thành 2 pha cung cấp cho mạng điện kộo
Từ nguồn 3 pha chuyển đổi thành 2 đường một pha Để đảm bảo dũng điện trong mạng 3
pha đối xứng, mỗi một pha ra được cung cấp cho hai phõn đoạn tiếp xỳc liền kề
Phân đoạn nhỏ
Phân đoạn nhỏ
Phân đoạn lớn
Máy cắt Khoảng không khí
Khoá thuờng hở Chỗ chuyển đổi pha
Hỡnh 5 Cấu trỳc của hệ thống cấp điện xoay chiều (AC)
Hỡnh 5 thể hiện kết cấu của hệ thống cung cấp xoay chiều AC Nú bao gồm trạm điện cung
cấp AC, cầu nối 2 đoạn tiếp xỳc lớn, và cầu nối giữa 2 đoạn tiếp xỳc nhỏ, tất cả được bố trớ dọc
theo đường sắt
2 Cỏc hệ thống nõng cao chất lượng điện năng và an toàn mụi trường
a Hệ thống cung cấp cú biến thế lọc nhiễu dọc (Boosting Transformer - BT)
Hỡnh vẽ 6 mụ tả cấu trỳc của một mạng cấp điện cú BT Một BT được lắp đặt cỏch nhau
4km trờn đường dõy tiếp xỳc để tăng dũng mạch điện trở về trờn đường dõy õm Khi đú dũng
điện chạy qua ray chỉ ở một số phõn đoạn ray hữu hạn, nhằm giành ray cho hệ thống tự động
hoỏ, điều khiển và thụng tin tớn hiệu và giảm nhiễu cho hệ thống thụng tin
ĐT
Tụ điện dựng để cải thiện chất lượng làm việc của hệ cấp điện cú BT
Hỡnh 6 Cấu trỳc của hệ thống cấp điện dựng biến ỏp lọc nhiễu dọc (BT)
b Hệ thống cung cấp cú biến thế lặp lại (Auto Transformer - AT)
Mỏy biến ỏp AT được thiết kế với tỷ lệ biến đổi 1:1 và đưa điện ỏp lờn 2 đường trờn khụng
(hỡnh 7) Điều đú làm cho cỏc dũng điện của đầu mỏy được chạy vũng thành từng khỳc giữa hai
AT Cỏc AT được lắp đặt cỏch nhau 10km dọc đường sắt Hệ thống này là lý tưởng cho xe điện
cao tốc cú cụng suất lớn bởi vỡ khi đú khụng cú điện ỏp rơi lớn trờn đường dõy và khụng cú hồ
quang ở cỏc điểm nối Khụng những vậy hệ thống này rất hiệu quả trong việc giảm cảm ứng từ
nhiễu cho đường dõy thụng tin
www.cauduongonline.com.vn
Trang 4Hình 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 ngồi được nối đến ray So sánh với đường dây trên khơng, dây cáp đồng trục cĩ trở kháng nhỏ hơn, nên dịng 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 thơng 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 hố giao thơng đường sắt, mà các nước tiên tiến đang sử dụng tuỳ theo điều kiện địa lý, kinh tế xã hội của mình, từ đĩ cĩ thể định hướng cho việc lựa chọn cơng nghệ thích hợp cho giao thơng điện cao tốc ở Việt Nam hiện nay
Tài liệu tham khảo
[1] M.A Clepxơpva Akađema Axnơvưi êlêctricheccơvơ transprta, Matcơva 2006
[2] M.A.Clepxơpva MÊI Êlêctrỗnabơzenhie êlêctricheccơvơ transprta, 2001
[3] Cơntrơn, upravlenhie i điagnơctrika xixchem triagơvơvơ êlêctrỗnabơzenhia na axnơve vưchitlichennơi 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 cơng nghệ vi xử lí, vi tính để tự động điều chỉnh nâng cao
chất lượng nguồn điện cung cấp cho đồn tá.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 cơng nghệ trong cung cấp điện giao thơng
đường sắt Tạp chí GTVT 5/2008
[8] Lê Mạnh Việt Nghiên cứu mơ phỏng hệ thống cung cấp điện cho giao thơng đường sắt Tạp chí KH
GTVT 6/2008♦
www.cauduongonline.com.vn
