Работа тяговой подстанции постоянного тока

Сведения о тяговых подстанциях постоянного тока

Система постоянного тока была первой системой в России, по которой началась в 1929 г. электрификация железных дорог. Длина первого электрифицированного участка Москва-Мытищи составила 17,7 км. В настоящее время эксплуатационная длина электрифицированных на постоянном токе железнодорожных линий составляет около 20 тыс.км, питание которых осуществляют около 1000 тяговых подстанций. Общая протяженность железнодорожных линий страны, электрифицированных на постоянном и переменном токе, приближается к 40 тыс.км.
На рис. 1 приведена схема участка железной дороги, электрифицированной на постоянном токе напряжением 3 кВ.
Тяговая подстанция получает электроэнергию по ЛЭП-110 кВ. Трансформатор Т понижает напряжение 110 кВ до 10 кВ, которое служит для питания преобразовательных агрегатов, обеспечивающих электроэнергией постоянного тока электроподвижной состав ЭПС. От шин 10 кВ осуществляется электроснабжение нетяговых потребителей НП, линейных потребителей, расположенных вдоль участка железной дороги, по воздушной линии продольного электроснабжения ВЛ ПЭ 10 кВ, и собственных нужд тяговой подстанции через трансформатор собственных нужд Тт. Собственные нужды подстанции включают в себя устройства управления, сигнализации, защиты, отопления, освещения, вентиляции и другие, которые обеспечивают работу подстанции в различных режимах.

Рис. 1. Упрощенная схема питания тяги и нетяговых потребителей от ТП постоянного тока
От шин собственных нужд 0,4 кВ питаются также устройства СЦБ (сигнализации, централизации, блокировки) через повышающий трансформатор ТСЦБ.
Трехфазная воздушная линия ВЛ СЦБ 10 кВ прокладывается вдоль железной дороги от одной тяговой подстанции до другой.
К ней подключаются через однофазные трансформаторы сигнальных точек автоблокировки ТСТА релейные шкафы СЦБ, обеспечивающие питание сигнальных ламп светофоров. При отключении питания релейного шкафа через Тстд в работу автоматически включается резервный трансформатор ТСТАр и восстанавливается питание от линии продольного электроснабжения ВЛ СЦБ 10 кВ.
Вдоль трассы железной дороги расположено много нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии. К ним относятся установки, принадлежащие всем службам дороги, механизмы и инструменты, для работы которых необходима электроэнергия, а также освещение станций, переездов и других объектов. Кроме того электрической энергией снабжаются некоторые промышленные и сельскохозяйственные объекты, расположенные по обе стороны железной дороги. Для питания всех перечисленных потребителей, как указывалось выше, вдоль железной дороги на опорах контактной сети прокладывается трехфазная воздушная линия продольного электроснабжения ВЛПЭ 10 кВ. Для понижения напряжения 10 кВ до уровня, необходимого потребителю, используются трансформаторы комплектных трансформаторных подстанций ТКТП в однофазном или трехфазном исполнении.
Основным потребителем электроэнергии от тяговой подстанции является электроподвижной состав ЭПС. Для его питания на тяговых подстанциях применяются преобразовательные агрегаты, состоящие из преобразовательного трансформатора Тпд и выпрямителя UD. Пониженное трансформатором Тпл до 3 кВ напряжение выпрямляется выпрямителем UD и подается на шины 3,3 кВ тяговой подстанции.
Тяговая сеть перегона между подстанциями состоит из контактной сети и рельса. Контактная сеть соединена питающей линией через быстродействующий выключатель QF3 с шиной «плюс», а рельсы — отсасывающей линией с шиной «минус» тяговой подстанции Таким образом, если включен выключатель QF3 питающей линии контактной сети, то в тяговую сеть перегона, т.е. между контактной сетью и рельсом будет подано выпрямленное напряжение 3,3 кВ постоянного тока. Машинист, подняв на ЭПС токоприемник и включив выключатель QF4, соберет цепь тока через тяговые двигатели М, после этого ЭПС начнет движение. Участки контактной сети перегонов и станций отделяются друг от друга изолирующими сопряжениями ЯС, и ИС2, которые обеспечивают беспрепятственный проход
токоприемника с одной секции контактной сети на другую, электрически изолированную от нее, без перерыва питания ЭПС.
Система постоянного тока получила широкое применение для электрической тяги в городском и промышленном электротранспорте, а также для железнодорожного транспорта на первом этапе его электрификации из-за значительных преимуществ двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением по тяговым и скоростным характеристикам. Современный уровень техники позволяет изготовлять тяговые двигатели на напряжение до 1650 В. При включении двух двигателей последовательно напряжение тяговой сети составляет 3,3 кВ. Такое низкое напряжение тяговой сети этой системы при возрастающей мощности электровозов приводило к значительному увеличению тока в тяговой сети, повышению потерь электроэнергии и напряжения, увеличению площади сечения проводов контактной сети, а опорные конструкции, на которых подвешиваются эти провода, получаются тяжелыми и дорогими. Среднее расстояние между тяговыми подстанциями составляет 20 км, а на особо грузонапряженных участках 15-18 км. Недостатком системы постоянного тока является разрушающее влияние на подземные металлические сооружения (трубопроводы, кабели, фундаменты опор и т.д.) блуждающих токов, которые стекают с тягового рельса в землю между ЭПС и тяговой подстанцией и возвращаются на подстанцию по земле, и подземным сооружениям и рельсовым цепям железной дороги.
Указанные недостатки системы постоянного тока явились в свое время тормозом для ее дальнейшего применения при электрификации железных дорог.

Источник

Тяговая подстанция

Тяговая подстанция представляет собой аппарат, предназначенный для преобразования и подачи электроэнергии в сеть электротранспорта. Это специализированное оборудование, применяемое железной дорогой, трамвайными, троллейбусными системами. Также оно устанавливается на все подстанции метрополитена. Тяговая подстанция может понижать напряжение до приемлемого уровня или преобразовывать переменный в постоянный ток.

• 1 Область применения
• 2 Разновидности
• 3 Классификация в зависимости от назначения
• 4 Рекомендации по проектированию
• 5 Структура
• 6 Питание подстанции
• 7 Количество агрегатов

Область применения

Тяговая подстанция имеет ряд особенностей. На ее устройство влияет область эксплуатации и назначение. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса, поездов метро и РЖД могут значительно отличаться.

Для электрифицированных железных дорог характерна установка ТП через каждые 25-50 км. Проектирование сети выполняется в соответствии с рядом требований. Технологические карты расстановки зависят от профиля железной дороги, ее размеров и особенностей транспорта.

По факторам назначения оборудование тяговых подстанций относят к одной из трех групп. К первой категории относятся тяговые подстанции метрополитена. Во вторую группу входит оборудование для железной дороги. К третьей категории относятся установки для наземного городского транспорта.

Разновидности

Существуют тяговые подстанции постоянного и переменного тока. Каждая группа имеет свои особые технические характеристики. Подстанции постоянного тока рассчитаны на нагрузку 6-220 кВ. Электрические коммуникации подводятся к ним по воздуху или при помощи кабеля.

Если транспорт работает от напряжения менее 110 кВ, в конструкции предусматривается понижающая аппаратура. Поступая в прибор, ток сначала уменьшается, а затем выпрямляется и поступает в коммуникационные сети. Проектирование тяговых подстанций переменного тока выполняется без участия преобразующего узла. В этом случае конструкция будет проще.

Чтобы иметь возможность выпрямлять напряжение в сети в параллельных подстанциях при подсоединении одной и той же фазы применяются специальные схемы. Они позволяют симметрировать присоединение трансформаторов. Самой известной из них является схема двойного винта. Ее применение позволяет равномернее загружать фазы, избегая потерь напряжения потребителей.

Встречаются передвижные и стационарные подстанции. Чаще применяется второй вариант. Передвижные устройства играют роль аккумуляторных батарей. Их проектирование обладает определенными сложностями. Поэтому их применяют достаточно редко.

Классификация в зависимости от назначения

В соответствии с условиями работы тяговая подстанция может быть отнесена к одной из следующих групп. Для железнодорожного транспорта применяются опорные, тупиковые, промежуточные разновидности. В первом случае установка может использоваться для питания прочих объектов. Тупиковые аппараты обеспечиваются электротоком от соседних подстанций, а промежуточные – от двух соседних установок.

Для троллейбусов и трамваев применяются особые разновидности. Первая группа приборов нуждается в участии обслуживающего персонала. Вторая категория полностью автоматизирована. К третьей категории относится телеуправляемая техника. В управлении такими станциями не требуется участие персонала.

Для метрополитена используют понизительные, тяговые и тягово-понизительные приборы. В первом варианте система питается от оборудования городских электросетей. Второй тип понижает напряжение до 400-220 В. Ее энергию применяют для питания осветительных и силовых приборов.

Рекомендации по проектированию

Для правильного проектирования установки недостаточно одной только мощности трансформатора. Следует учитывать целый перечень параметров, которые влияют на работу оборудования. К ним относится следующее:

• Величина напряжения, сопротивления на шинах, в которые подается ток.
• Сама подстанция обладает определенным уровнем сопротивления, а также сопротивлением фидера, сглаживающего узла. При выборе установки необходимо учитывать общую сумму этого параметра.
• В конструкции может применяться разное количество трансформаторов, распределителей. При выборе учитывают условия эксплуатации техники.
• При помощи общепризнанных формул необходимо рассчитывать общую величину требуемого напряжения установки.
• Мощность короткого замыкания также берется во внимание.

В большинстве случаев учитывают общую мощность оборудования, а также показатели низшего и высшего напряжения.

Структура

Описание типовых схем представленных аппаратов достаточно сложное. Однако можно выделить общие черты. Подключение в системе производится в соответствии с особенностями транспорта, для которого применяется агрегат.

Распределитель состоит из трех блоков. В первом находится устройство, принимающее высокое напряжение, во втором отсеке – трансформатор, а в третьем – выход для электроэнергии с заданными характеристиками. Предусмотрен всего один выключатель. На вводе присутствует разъединитель.

Соединение первичных обмоток выполняется по схеме звезда. Нулевая фаза обязательно заземляется. Вторичные обмотки соединяются в виде треугольника. Одну из фаз заземляют и подводят к рельсу. В метрополитене для этого предусмотрено наличие особого контактора. Этот рельс предназначен исключительно для снятия напряжения электровозом.

Другие фазы подают ток в два воздушных кабеля. Их иногда применяют для снабжения электроэнергией других потребителей, но в основном по воздушным проводам тяговые подстанции обеспечивают питание троллейбусов. Для трамвая этот процесс предполагает задействовать один воздушный провод и один наземный рельс. В большинстве стран мира напряжение для такой сети составляет 550 В.

Питание подстанции

Тяговая подстанция должна обеспечивать бесперебойную подачу электричества для передвижения транспорта. Поэтому многие из подобных агрегатов запитываются сразу от двух автономных сетей. При этом может применяться однолинейная схема тяговой подстанции или при помощи двух резервных линий к другому источнику питания. Также возможен вариант запитки перемычками между отдельными подстанциями.

Если применяется вариант из двух отдельных линий, каждая из них должна быть рассчитана на максимальную нагрузку агрегата. Резервные коммуникации должны выдерживать общую нагрузку соединенных станций.

Раньше для запитки сетей метрополитена применяли радиальную схему. Она сложна и затратна. При ее применении требуется слишком много кабеля. От нее отказались. Сегодня применяются только приведенные выше схемы. Линии и перемычки позволяют объединять аппаратуру в отдельные группы. Если внутри нее вышел из строя один прибор, его функции берут на себя другие агрегаты.

Также при выполнении мероприятий по текущему обслуживанию агрегатов проведение всех операций будет проще, не вызывая остановки системы. В этом случае существует возможность обесточить только один агрегат. Другие устройства при этом будут обеспечивать работу линии. Такой подход к текущему ремонту значительно упрощает работу персонала, делая обслуживание менее затратным.

Количество агрегатов

На узлах подачи электроэнергии наземному и подземному транспорту применяются установки с различным количеством аппаратов. Встречаются как одноагрегатные, так и многоагрегатные сооружения. Первая разновидность применяется на ответвлениях, где не нужно обеспечивать централизованного снабжения. Обоснование их применения сомнительно, так как они не обеспечивают высокую надежность питания. Если агрегат выйдет из строя или потребуется произвести его техобслуживание, будет обесточена вся линия. Поэтому такие установки применяют достаточно редко.

Гораздо чаще можно встретить двухагрегатные питающие установки. Существуют подстанции с тремя, четырьмя трансформаторами. Это значительно повышает надежность линии. Они обеспечивают бесперебойную подачу тока даже при выходе из строя или обслуживании одного агрегата.

В моменты повышения нагрузки до максимума многоаппаратные схемы отличаются высокой гибкостью. Такой подход позволяет удешевить строительство и эксплуатацию оборудования.

Рассмотрев особенности и разновидности тяговых подстанций, можно оценить важность их правильного выбора и эксплуатации в сетях городского и государственного транспорта.

Источник

Тяговая подстанция железной дороги

Тяговая подстанция магистральной железной дороги — электроустановка для преобразования электроэнергии и питания электроэнергией электроподвижного состава и других потребителей на железной дороге.

Тяговая подстанция получает питание, как правило, от двух независимых источников, так как электрифицированные участки железной дороги — потребители первой категории. Допускается радиальное питание тяговых подстанций от одного источника при условии, что оно осуществляется по двум ЛЭП.

По способу присоединения к сети внешнего электроснабжения тяговые подстанции с высшим напряжением 110 (150), 220 кВ могут быть опорными или промежуточными. Опорная тяговая подстанция получает питание от сети внешнего электроснабжения по трём и более ЛЭП, промежуточная тяговая подстанция — по двум питающим вводам. По характеру присоединения промежуточные подстанции разделяются на транзитные тяговые подстанции, присоединяемые к сети внешнего электроснабжения в рассечку, и отпаечные тяговые подстанции, присоединяемые отпайками. Тяговые подстанции нередко совмещают с дежурными пунктами районов контактной сети. Для питания тяговых нагрузок иногда непосредственно на территории подстанции энергосистемы (на районных подстанциях) сооружают распределительное устройство (РУ); в этом случае подстанция называется совмещённой тяговой подстанцией.

По способу управления различают телеуправляемые и нетелеуправляемые тяговые подстанции; по способу обслуживания — с постоянным дежурным персоналом, с дежурством на дому, без дежурного персонала; по конструктивным особенностям тяговые подстанции бывают стационарные и передвижные. Цепи защиты, автоматики, управления тяговых подстанций исполняются на постоянном или переменном токе.

На отечественных дорогах тяговые подстанции питают тяговые сети на переменном токе (27,5 кВ или 2×25 кВ) или на постоянном токе (3,3 кВ). На линиях, где стыкуются участки, электрифицированные по разным системам, используют многосистемный ЭПС (например, электровозы двойного питания) либо сооружают стыковые тяговые подстанции (на отечественных железных дорогах), что обеспечивает на этих участках обращение ЭПС постоянного и переменного тока.

Тяговая подстанция переменного тока напряжением 27,5 кВ получает питание от сети внешнего электроснабжения напряжением 110 (150) или 220 кВ. Обмотки высшего напряжения трёхобмоточного трансформатора тяговой подстанции подключают к внешней сети; одна из обмоток низкого напряжения (тяговая) служит для питания ЭПС с рабочим напряжением 27,5 кВ; другая (районная) — для питания нетяговых районных потребителей, выполняется на напряжении 6; 10 или 35 кВ. Для резервирования питания на тяговой подстанции устанавливают два тяговых трансформатора. Номинальным напряжением тяговой нагрузки считается напряжение тяговой обмотки трансформатора на холостом ходу, равное 27,5 кВ. Для приёма электроэнергии от ЛЭП внешнего электроснабжения сооружают специальное РУ (рис., а), получающее питание от этих линий по питающим вводам. В зависимости от типа подстанции РУ выполняется с высоковольтными выключателями на каждом присоединении; с высоковольтными выключателями, короткозамыкателями и отделителями; без высоковольтных выключателей, но с короткозамыкателями и отделителями. Все токоведущие части, электрические аппараты и оборудование РУ размещают на открытой территории и монтируют с учётом необходимости соблюдения безопасной работы обслуживающего персонала.

Для удобства транспортировки тяговых трансформаторов и другого оборудования к подстанциям часто сооружается подъездной железнодорожный путь, имеющий выход на магистральную дорогу.

Тяговый трансформатор 27,5 кВ питает РУ 27,5 кВ, расположенное на открытой части подстанции и предназначенное для питания ЭПС по тяговой сети в обе стороны от тяговой подстанции, обеспечения питания двух линий два провода — рельс (ДПР), проложенных на опорах контактной сети, контактных подвесок станционных и деповских путей (если тяговая подстанция расположена на станции, где имеется депо), фидеров плавки гололёда, трансформаторов собственных нужд (ТСН). К РУ могут присоединяться устройства поперечной ёмкостной, продольной ёмкостной или продольно-поперечной ёмкостной компенсации. РУ может монтироваться на месте сооружения тяговой подстанции или собираться из комплектных ячеек заводского изготовления.

Тяговая подстанция переменного тока напряжением 2×25 кВ получает питание от сети внешнего электроснабжения 110 или 220 кВ, имеет РУ 110 или 220 кВ, от которого питаются специальные двух- или трёхобмоточные тяговые трансформаторы. При установке двухобмоточных тяговых трансформаторов ТТ1 и ТТ2 (рис., б) высшее напряжение преобразуется в напряжение 50 кВ. Эти трансформаторы собираются по схеме открытого треугольника. На тяговой подстанции обычно устанавливается третий трансформатор (резервный). Вторичные обмотки ТТ1 и ТТ2 имеют по три вывода. Напряжение между двумя крайними выводами трансформаторов составляет 50 кВ, а между средними и крайними — по 25 кВ. ТТ1 н ТТ2 электрически объединяются и присоединяются к тяговым рельсам, соединяются с РУ 2×25 кВ, далее по опорам контактной сети от тяговой подстанции прокладываются продольные фидеры и контактные подвески.

Продольный фидер одного направления электрически соединён с тяговым трансформатором, а другой вывод этого же трансформатора — с контактной подвеской того же направления. Между фидером и контактной подвеской напряжение 50 кВ, а между фидером и тяговыми рельсами, а также между тяговыми рельсами и контактной подвеской — по 25 кВ. В тяговой сети на каждом пути через 8—12 км устанавливаются линейные автотрансформаторы АТ, связывающие продольные фидеры, контактную подвеску и тяговые рельсы.

Напряжение 50 кВ передаётся к ЭПС через автотрансформаторы; при этом снижаются потери электроэнергии и напряжения в тяговой сети, а ЭПС получает питание при напряжении 25 кВ. Следовательно, при этой системе электрификации может использоваться парк ЭПС, обращающийся на участках, электрифицированных на переменном токе напряжением 27,5 кВ. Наличие фидеров напряжением 50 кВ и автотрансформаторов позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями до 80—90 км (вместо 45—55 км при питании по системе 27,5 кВ).

Для питания районных потребителей устанавливают отдельные трансформаторы РТ1 и РТ2, которыерые подают в РУ напряжение 6; 10 или 35 кВ. Эта система электрической тяги применяется на линиях с большими размерами перевозок.

Тяговая подстанция постоянного тока получает питание от сети внешнего электроснабжения либо напряжением 6; 10 или 35 кВ, либо напряжением 110 (150) или 220 кВ.

В первом случае высшее напряжение переменного тока преобразуется в выпрямленное напряжение 3,3 кВ с помощью тяговых трансформаторов ТТ1, ТТ2 и выпрямителей В1, В2 (рис., в); во втором случае — с помощью промежуточных трансформаторов ПТ1, ПТ2, тяговых трансформаторов ТТ1, ТТ2 и выпрямителей В1, В2 (рис., г).

С целью резервирования питания тяговой нагрузки на тяговой подстанции устанавливают два и более преобразовательных агрегата, каждый из которых состоит из тягового трансформатора и выпрямителя. Для рационального использования электроэнергии и повышения надёжности рекуперативного торможения на некоторых тяговых подстанциях устанавливают выпрямительно-инверторные преобразователи, позволяющие возвращать электроэнергию в питающую сеть. При напряжении питающей сети 6; 10 или 35 кВ на тяговой подстанции сооружают РУ, от которого получают питание трансформаторы, преобразующие переменное напряжение 6; 10 или 35 кВ в напряжение 3 кВ, подаваемое на выпрямители. Напряжение 3 кВ переменного тока выпрямители преобразуют в напряжение 3,3 кВ постоянного тока.

Все присоединения в РУ 6; 10 или 35 кВ имеют выключатели; иногда предусматривают специальные присоединения для питания районных нагрузок. РУ 6 или 10 кВ выполняют на базе КРУ наружной или внутренней установки. РУ 35 к В размещается на открытой части тяговой подстанции.

Фидеры контактной сети станционных путей питает РУ 3,3 кВ постоянного тока. Все фидеры и вводы выпрямителей оснащаются быстродействующими выключателями.

Конструкции РУ 3,3 кВ различны, но во всех случаях их сооружают в закрытых помещениях, совмещённых в общем здании с щитовым помещением.

При питании тяговой подстанции постоянного тока от сетей 110 (150) или 220 кВ возможны два варианта выполнения схемы. При напряжении питающей сети 110 кВ на тяговой подстанции имеются преобразовательные агрегаты с трансформаторами 110/3 кВ. В этом случае структура тяговой подстанции не изменяется (рис., в). При электроснабжении нетяговых районных потребителей напряжением 6; 10 или 35 кВ на тяговой подстанции сооружаются соответствующие РУ, получающие питание от РУ 110 кВ через специальные понизительные трансформаторы. Трансформаторы собственных нужд можно подключить к РУ 6, 10; 35 кВ.

Тяговые подстанции постоянного тока при питании от сетей напряжением 110 (150), 220 к В выполняют с двойной трансформацией (рис., г), РУ 110 (150) или 220 кВ через промежуточные трансформаторы ПТ1, ПТ 2 (двух- или трёхобмоточиые) питают РУ 10 кВ. При трёхобмоточных промежуточных трансформаторах от третьей обмотки получает питание РУ 35 кВ, распределяющее энергию районным потребителям.

Для питания районных потребителей (при напряжении 10 кВ) и преобразовательных агрегатов используют РУ 10 кВ. РУ 3,3 кВ постоянного тока выполняется с прямым преобразованием энергии.

Недостатки тяговых подстанций с двойной трансформацией заключаются в дополнительной потере электроэнергии в промежуточных трансформаторах, значительных капитальных затратах и большой сложности электрической части.

Стыковая тяговая подстанция имеет РУ высшего (питающего) напряжения и РУ 27,5 кВ переменного тока и 3,3 кВ постоянного тока, получающие питание через тяговые трансформаторы (РУ 27,5 кВ) и через трансформаторы и выпрямители (РУ 3,3 кВ). РУ 27,5 и 3,3 кВ питают тяговые сети стыкуемых участков различных систем тяги и тяговые сети путей станций стыкования. Секционные изоляторы отделяют тяговые сети путей от остальной контактной сети, и питание на них подаётся через специальные переключатели систем тока, установленные на пунктах группировки. Применение переключателей исключает одновременную подачу напряжения переменного и постоянного тока на секции контактной сети путей станции стыкования. Подача на секции того или иного напряжения определяется типом ЭПС, который в данный момент находится в работе на секции.

Для питания собственных нужд тяговой подстанции переменного и постоянного тока предусмотрена установка двух трансформаторов, от которых питается также сеть освещения подстанции. Часть осветительных приборов получает питание от специальной сети аварийного освещения, которая в нормальных условиях питается от трансформаторов, а при аварии автоматически переключается на питание от аккумуляторной батареи. На тяговой подстанции предусмотрено также освещение открытой части подстанции, необходимое для производства оперативных, ремонтно-ревизионных работ в ночное время. Аккумуляторная батарея служит также для питания электромагнитных приводов выключателей, цепей защиты и сигнализации, устройств автоматики и телемеханики и др.; работает в режиме постоянного подзаряда; помещение, где она установлена, имеет приточно-вытяжную вентиляцию.

Для облегчения проведения ремонтно-ревизионных и оперативных работ в РУ переменного тока токоведущие части фаз А, В и С окрашивают соответственно в жёлтый, зелёный и красный цвета. На тяговой подстанции постоянного тока на стороне выпрямленного тока шину положительной полярности окрашивают в красный цвет, а шину отрицательной полярности — в синий. Оборудование и токопроводы на открытой части тяговой подстанции защищают от прямых ударов молний молниеотводами, представляющими собой металлические стойки, соединённые с общим или автономным заземляющим устрвом. Молниеотводы устанавливают всегда выше защищаемых конструкций; в РУ 110 (150) или 220 кВ они совмещаются с металлоконструкциями, поддерживающим и токопроводы. РУ напряжением ниже 110 кВ защищают от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами с автономным заземлением. Все металлические части аппаратов, оборудования и конструкций тяговой подстанции, которые при нарушении изоляции фаз могут оказаться под напряжением, присоединяют к контуру защитного заземления.

Кабели для связи вторичных цепей трансформаторов тока и напряжения с приборами, кабели питания осветительных приборов в РУ, устройств подогрева выключателей, вентиляторов, трансформаторов и т. п. прокладывают в специальных каналах.

На некоторых опорных тяговых подстанциях имеются трансформаторно-масляные базы, на которых производятся работы по очистке, регенерации, сушке трансформаторного масла и мелкий ремонт трансформаторов.

• «Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год.

Источник

Тяговые подстанции

Особенности тяговых подстанций

Эти электроустановки имеют ряд значительных отличий от силовых трансформаторных подстанций, которые обеспечивают электрическим питанием города и поселки.

• Относятся к потребителям электрической энергии I категории – они не могут быть отключены ни при каких обстоятельствах, поскольку это может повлечь за собой катастрофические последствия. Поэтому к ним подводится две или более магистральных электролиний.
• Не всегда являются понижающими трансформаторами. Большая часть из них – это выпрямители, обеспечивающие подачу в контактную сеть постоянного тока.
• Преобразованная ими электрическая энергия имеет параметры, отличные от тех, что используются в промышленности и быту. По этой причине обеспечиваемая ими контактная сеть является автономной и не имеет гальванического контакта с другими электросетями. От тяговых подстанций может быть проложена электрическая линия для подачи электропитания в ближайшие к ним населенные пункты, если иной возможности их электрифицировать нет.
• В их конструкции предусмотрена возможность рекуперации – возврата части электрической энергии в сеть за счет ее генерации электродвигателями во время торможения.

Для каждого вида электрифицированного транспорта используются свои тяговые подстанции, отличающиеся по принципу работы и номиналу напряжения.

Железнодорожный электротранспорт

Его контактная сеть имеет большую протяженность. Причем нередко по таким местам, где иных источников электрического тока нет. Поэтому по ней может течь не только постоянный, но и переменный ток, который передается на большие расстояния с меньшими потерями.

Номинальное напряжение контактной сети

На подстанции подается напряжение 220 или 110 кВ переменного тока, а если контактная сеть устаревшая, то 35 кВ. Для систем питания постоянным током оно преобразуется в 3,3 кВ, а для переменного в 27,5 кВ.

Для обеспечения нужд железнодорожной инфраструктуры (семафоры, стрелки, служебные помещения) в состав оборудования тяговой подстанции включается трансформаторная обмотка, с которой снимается напряжение 10 киловольт. Оно преобразуется до трехфазного линейного 380 вольт (система с глухозаземленной нейтралью), позволяющего переходить на бытовые 220 вольт 50 Гц.

Организационная структура контактной сети

На железнодорожном транспорте существуют следующие типы тяговых подстанций:

• Опорные. К ним подводится не менее четырех автономных линий электропередач. Они являются основными источниками электропитания для контактной сети. Если используется постоянный ток, то расстояние между ними не более 15 км. При переменном оно увеличивается до пятидесяти.
• Транзитные, питаются от двух независимых ЛЭП и включаются в разрыв между опорными подстанциями. Обеспечивают передачу электроэнергии на большие расстояния, а также непрерывность питания контактной сети в случае аварии на одном из участков.
• Отпаечные (тупиковые). Используются для обеспечения движения электропоездов по обособленным веткам. Отпаечные подстанции питаются от двух независимых ЛЭП.
• Стыковочные. Используются там, где происходит смена типа контактной сети. Они осуществляют гальваническую развязку между переменным и постоянным током.

Конструкция контактной сети

Трехфазные асинхронные двигатели на электротранспорте любого типа не используются по причине чрезмерного увеличения стоимости контактной сети, сложности токосъемников и невозможности их работы на высоких скоростях. Воздушный контактный провод всегда один и он фазный. Роль нулевого играет рельс, поэтому в пределах нескольких десятков метров от железнодорожного полотна регистрируются так называемые блуждающие токи.

На дальних перегонах, с целью уменьшения потерь, тяговая подстанция переменного тока выдает 50 кВ, это напряжение делится пополам (схема 25х2) между питающим и контактным проводом с помощью автотрансформатора, центральная точка которого замкнута на рельс. По контактной сети переменного тока можно пропускать и постоянный. Для этого используется стыковочная тяговая подстанция, осуществляющая переключение типа напряжения на определенном участке.

На электровозах переменного тока – ВЛ80, ВЛ85 – ставятся выпрямители и двигатели, способные работать на пульсирующем токе. Они рассчитаны на номинальное напряжение 25 киловольт – 2,5 киловольта теряются из-за высокого сопротивления цепи между контактным проводом и рельсом. Модели ВЛ10 и ВЛ11 работают на постоянном токе, а ВЛ82М имеет привод обоих типов.

Преобразовательные агрегаты

Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций метрополитена по многим узлам унифицированы с агрегатами тяговых подстанций городского электротранспорта. По требованиям пожарной безопасности тяговые трансформаторы, устанавливаемые в подземных выработках, выполняются сухими (безмасляными). С целью снижения уровня пульсаций выходного напряжения выпрямительные агрегаты тяговых подстанций выполняют шести- и двенадцатипульсовыми с соединением вентилей по нулевой и мостовой схемам, а также применяют уравнительные реакторы. Выпрямительные агрегаты производятся как с неуправляемыми вентилями (диодами), так и с управляемыми (тиристорами), что позволяет регулировать уровень выпрямленного напряжения и избегать возникновения уравнительных токов при параллельной работе нескольких агрегатов. Применяются выпрямители как с естественным, так и принудительным воздушным охлаждением.

На тяговых подстанциях устанавливают трансформаторы серий ТСЗП и ТМРУ.

Тип трансформатора	ТСЗП-1600/10МУЗ	ТСЗП-1600/10МНУ3	ТСЗП-2500/10МУ3	ТСЗП-2500/10МНУ3
Номинальное напряжение сетевой обмотки, кВ	6,3	10,5	6,3	10,5
Ток преобразователя, А	1 600	1 600	2 500	2 500
Напряжение короткого замыкания, %	6,7	6,8	7,1	5,8
Потери в режиме короткого замыкания, Вт	10 500	10 500	13 500	14 000
Потери в режиме холостого хода, Вт	2 500	2 800	4 800	4 000
Масса, кг	5 500	5 500	8 050	8 200

Структура

Описание типовых схем представленных аппаратов достаточно сложное. Однако можно выделить общие черты. Подключение в системе производится в соответствии с особенностями транспорта, для которого применяется агрегат.

Распределитель состоит из трех блоков. В первом находится устройство, принимающее высокое напряжение, во втором отсеке – трансформатор, а в третьем – выход для электроэнергии с заданными характеристиками. Предусмотрен всего один выключатель. На вводе присутствует разъединитель.

Соединение первичных обмоток выполняется по схеме звезда. Нулевая фаза обязательно заземляется. Вторичные обмотки соединяются в виде треугольника. Одну из фаз заземляют и подводят к рельсу. В метрополитене для этого предусмотрено наличие особого контактора. Этот рельс предназначен исключительно для снятия напряжения электровозом.

Другие фазы подают ток в два воздушных кабеля. Их иногда применяют для снабжения электроэнергией других потребителей, но в основном по воздушным проводам тяговые подстанции обеспечивают питание троллейбусов. Для трамвая этот процесс предполагает задействовать один воздушный провод и один наземный рельс. В большинстве стран мира напряжение для такой сети составляет 550 В.

Понизительные подстанции

Понизительные подстанции размещают либо на пассажирских станциях, либо вблизи от них. Эти подстанции предназначены для понижения напряжения переменного тока 6, 10 или 20 кВ, получаемого по кабелям от 1 или 2 ближайших тяговых подстанций, и передачи питания соответствующим потребителям электрической энергии.

На понизительной подстанции к шинам 10 кВ через высоковольтные выключатели подсоединяются понижающие трансформаторы, несущие различные нагрузки потребителей. Электропитание эскалаторов, сантехнических устройств и других силовых установок производится от двух трансформаторов ТМ-1 и ТМ-2, которые подключены к разным секциям шин напряжением 10 кВ. Оба трансформатора нормально находятся в работе. В случае отключения одного из них всю нагрузку принимает на себя другой.

Пониженное до 380 В напряжение подаётся на силовой щит и далее к потребителям.

Питание устройств СЦБ осуществляется трёхфазным переменным током от одного из двух самостоятельных трансформаторов АТДП-1 или АТД-2, подключённых к разным секциям шин 10 кВ и выдающим на щит СЦБ 380 В. Один из трансформаторов является резервным. Переключение с основного трансформатора на резервный происходит автоматически при срабатывании следящих приборов.

Аналогичным образом к шинам 10 кВ подключены два трансформатора освещения ТО-1 и ТО-2. Для питания цепей освещения в случае исчезновения переменного тока на СТП и основных понизительных подстанциях установлены мощные свинцовые кислотные аккумуляторные батареи напряжением 150 В, рассчитанные на работу в течение не менее 1 часа. Переключение на питание от батареи происходит автоматически.

Аккумуляторные батареи находятся на постоянном подзаряде, для чего служат специальные зарядно-подзарядные устройства.

Трансформаторы освещения вторичными обмотками подключены к рабочим секциям освещения, а аккумуляторная батарея — к аварийной секции, через которые нагрузка равномерно распределяется среди потребителей.

Для распределения нагрузок среди потребителей понизительные подстанции имеют сборные шины; для отключения и включения участков цепи установлены разъединители с рычажным приводом. Для защиты аппаратов от перегрузок и переключений в цепях имеются масляные или воздушные выключатели. Отдельные цепи, идущие к потребителям, защищены плавкими предохранителями и автоматическими выключателями.

На площадке депо имеются самостоятельные понизительные подстанции наземного исполнения. Понизительная подстанция депо получает питание по двум кабелям 10 кВ от ближайшей тяговой подстанции и понижает напряжение до 380, 220 и 127 В. Подстанция питает потребителей переменного тока депо и предприятий метрополитена, расположенных на его площадке (заводы, мастерские, лаборатории и т. п.). Аккумуляторные батареи на таких подстанциях не ставят.

План и разрез понизительной подстанции мелкого заложения

Меню раздела

Выработка электроэнергии и ее распределениеГрафики нагрузок электротехнических установокОсновные условия сооружения и эксплуатацииСистема тягового энергоснабжения железных дорогЭлектроснабжение метрополитеновСхемы главных электрических соединенийТранзитная подстанцияОпорная подстанцияРаспределительное устройство тягового напряженияСхемы силовых цепей тяговых подстанций метрополитенаСхема силовых цепей подземной подстанцииПонижающие трансформаторыСиловые трансформаторы для питания не тяговых нагрузокТипы преобразовательных агрегатовСхемы преобразования токаКремниевые выпрямителиПолупроводниковые вентилиАппаратура рекуперацииБыстродействующие выключатели постоянного токаТипы быстродействующих выключателейБыстродействующий выключатель ВАБ-28фБыстродействующие анодные выключателиРазъединители и приводы к нимКороткозамыкателиКоммутационная аппаратура низкого напряженияПакетные выключатели и переключателиВоздушные автоматические выключателиКонтакторыМагнитные пускателиКомплектные распределительные устройстваОткрытые распределительные устройстваЗакрытые распределительные устройстваВспомогательное оборудование тяговых подстанцийИзоляторыИзмерительные трансформаторыРазрядникиАккумуляторные батареиСпециальное оборудование постоянного токаСпециальное оборудование переменного токаОбщая компоновка территории тяговых подстанцийЗдания тяговых подстанцийОткрытая часть подстанцийКонструкции тяговых подстанций метрополитеновЦепи вторичной коммутации и собственных нуждЦепи собственных нужд постоянного и переменного токовУправление основными коммутационными аппаратамиЦепи сигнализации, блокировки и общие подстанционные цепиТипы и принципы выполнения защит оборудования тяговых подстанцийСистема переменного оперативного токаНазначение и классификация узлов автоматикиАвтоматика программного включения и отключенияАвтоматика повторного включения и включения резерваВводы 110 кВМонтаж электрооборудования тяговых подстанцийМонтаж тяговых подстанций и контактной сетиИндустриализация электромонтажных работТехническая документацияПриемка тяговой подстанции под монтажМонтаж электрооборудования ОРУСиловые трансформаторыКоммутационная аппаратураРазрядникиКомпенсирующие устройстваМонтаж электрооборудования ЗРУВыпрямители в зданииСвинцовые аккумуляторные батареиСглаживающие устройстваОбщие положения об испытанияхИспытание некоторых типов электрооборудованияОбщий порядок испытания и наладки РЗАПриемка тяговых подстанций в эксплуатациюОсновные элементы хозяйства электрификацииРевизионно-ремонтные средстваСтруктура подразделений эксплуатации устройств электрификацииОбязанности энергоучасткаУчастки энергоснабженияОбязанности ревизионно-ремонтного персоналаОперативная работаОперативные переключенияБланки переключенийПорядок ликвидации аварийКонтроль за оборудованием подстанцийРаспределительные устройстваСиловые и тяговые масляные трансформаторыБыстродействующие выключателиРаспределительные устройства напряжением до 1000ВЗарядные и подзарядные устройстваДвигатель-генераторыИзмерительные приборы, реле управления и защитыОсвещениеКабельные коммутацииЗаземляющие устройстваОрганизация капитального ремонта электрооборудованияЭкономика переработки энергии на тяговых подстанцияхОсновы техники безопасности и производственной санитарииТехника безопасности при монтаже тяговых подстанцийТехника безопасности при эксплуатации тяговых подстанций

Диагностика тяговых подстанций

Интеллектуальные терминалы присоединений (ИТП). Область применения – ячейки комплектных распределительных устройств напряжением 6-35 кВ тяговых и трансформаторных подстанций железных дорог электрифицированных на постоянном и переменном токе.

Источник