script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Тяговый агрегат постоянного тока тяговой подстанции

Тяговые подстанции

Тяговые подстанции

Тяговые сети обеспечивают электропитание подвижного состава на большие расстояния. При этом схема и конст­рукция тяговой сети должны максимально сокращать непроизводительные потери электроэнергии, уменьшать индуктивное влияние и нейтрализовать любое вредное воздействие на окружающую среду.

Эффективность тяговых сетей характеризуется снижением потерь электроэнергии, уменьшением индуктивного влияния, сокращением капитальных затрат при электрификации, удобством конструкции тяговых сетей, величиной эксплуатационных расходов.

Предназначение тяговой подстанции следующее: преобразовывать и распределять электрический ток в целях обслуживания электротранспорта. Подстанции подразделяются по виду выдаваемого в контактную сеть электрического тока — постоянного и переменного – от того, какой именно вид использует электротранспорт: электровозы наземных железных дорог, метрополитена, трамваи или троллейбусы. Тяговая подстанция может обеспечивать электротоком и других потребителей, не только железную дорогу.

Тяговая подстанция может быть стационарной или передвижной. Передвижные используются достаточно редко. Расстояние между тяговыми подстанциями с постоянным током в контактной сети, их возводят с шагом в десять-пятнадцать километров. Дистанция меняется от требуемой мощности, которая находится в зависимости от напряженности в движении составов, рельефа местности.

Тяговая подстанция запитывается от линий электропередач, проложенных по воздуху на опорах, или же через кабельной сети. Внешнее напряжение снижает трансформатор и передает его к выпрямителю, с него электрический ток подается к контактной сети.

Электрофицированный железнодорожный транспорт

В настоящее время на электровозах и на других видах электротранспорта широко применяется рекуперация энергии . При торможении электровозы, троллейбусы, трамваи — потребители электротока, превращаются в его источник. Электродвигатели становятся генераторами и передают электрический ток контактной сети, поглощая тем самым кинетическую энергию движения, и обеспечивают торможение электротранспорта.

Для обратного перетекания тока в электросеть служит инвертор. Они в автоматическом режиме отключает выпрямители, как только тормозящий в режиме рекуперации транспорт начинает выдавать ток. На железной дороге номинальным уровнем напряжения принято считать 3300 Вольт, в метрополитенах 825 Вольт, в контактной сети троллейбусов и трамваев 600 Вольт.

Подстанции переменного тока отличаются от аналогичных постоянного тока отсутствием выпрямителя, понижающий трансформатор подает ток непосредственно в контактную сеть.

тяговая подстанция железной дороги

Расстояние между тяговыми подстанциями, на которых используется переменный ток, выше, чем для станций с использованием постоянного тока — до пятидесяти километров. А напряжение, которое снимает электротранспорт — 27,5 килоВольт. Запитка от внешней сети для них составляет от 110-ти, до 220-ти килоВольт. Схема соединения первичных обмоток понижающего трансформатора таких станций – «звезда» с заземленной нулевой фазой. Вторичные обмотки соединены по схеме «треугольник».

Одна из фаз заземлена и соединена с рельсом, который и служит одним из контактных проводов для электровоза. В метрополитене – это отдельный контактный рельс, который служит исключительно для снятия с него напряжения электровозом подземки. Две другие фазы подают ток в два воздушных провода на разных путях, а также их используют для снабжения других потребителей электроэнергии.

Последних возле железных дорог достаточно много. Это и автоматика управляющая передвижением составов, сигнальные приспособления, связь, освещение платформ и станционных зданий, их обогрев и многое другое.

Традиционно во многих местностях система электроснабжения железных дорог является единственной возможностью подвести напряжение к населенным пунктам. Поэтому тяговая подстанция не только используется для электротранспорта, но и снабжает электроэнергией населенные пункты, других потребителей, обеспечивая их потребности.

оборудование тяговых подстанций

Тяговая подстанция, их группы осуществляют обслуживание наземного, преимущественно, городского, электротранспорта – троллейбусы и трамваи. Они преобразуют ток от внешних сетей в постоянный и передают его на контактные провода или рельсы. Для троллейбусов – это два контактных воздушных провода, для трамваев – один воздушный и рельс. Используемое напряжение в большинстве стран 550 Вольт.

Тяговая подстанция может быть дистанционно управляемой, полностью автоматизированной, или же иметь персонал обслуги. Чаще всего персонал присутствует на небольших станциях в некрупных городах. Там, где создание автоматических систем управления экономически нецелесообразно.

Или же, наоборот, на крупных тяговых подстанциях, чье значение слишком велико, чтобы иметь риск их отключения. Нередко персонал присутствует лишь на одной из тяговых подстанций, откуда осуществляется дистанционное управление другими станциями, входящими в общую систему. Наличие персонала не исключает автоматического управления. В таком случае человеку отводится роль наблюдателя-контролера, который может вмешиваться в работу подстанции в экстренных случаях, требующих принятия решения, и в аварийных ситуациях.

электрооборудование тяговых подстанций

Целиком автоматизированные станции используют там, где невелика интенсивность прохождения составов, и остановка не должна повлечь далеко идущих последствий в смысле безопасности. Наиболее надежная и экономичная система управления – дистанционная.

Тяговая подстанция может быть одноагрегатной и многоагрегатной. Одноагрегатные используются там, где не требуется централизованное снабжение электричеством, на ответвлениях. Они достаточно редки, поскольку не обеспечивают надежного снабжения электричеством. В случае выхода агрегата из строя обесточивается вся сеть, обслуживаемая подстанцией. Поэтому наиболее часто применяются двухагрегатные подстанции. Существуют и трехагрегатные, и четырехагрегатные.

Наличие нескольких агрегатов значительно повышает надежность в работе. При выходе одного агрегатов из строя, включается второй, что обеспечивает бесперебойность. Также наличие более, чем одного агрегата, придает работе гибкость в моменты максимальных нагрузок. Объединение нескольких подстанций в единую управляемую из одного центра группу дает возможность делать их взаимозаменяемыми, удешевляет возведение и эксплуатационные издержки.

тяговая подстанция постоянного тока

Поскольку главное условие работы тяговой подстанции – бесперебойность, то все они запитываются одновременно от двух различных внешних сетей. Запитка может осуществляться по отдельным линиям, или же от одного с использованием основных и резервных линией к другой подстанции, возможен вариант соединения перемычками кабелем между подстанциями.

При использовании двух отдельных линий, и та и другая должны рассчитываться на максимальную нагрузку подстанции. Резервное соединение должно выдерживать одновременно нагрузку соединенных станций, соединение кабельной перемычкой – одной. Схема номер два наиболее часто применяется в метрополитене, так как, она достаточно надежна, экономична и удобна в управлении.

Ранее, когда только начиналось строительство метрополитена в стране, для запитки подстанций от городских сетей применяли радиальную схему линий. Однако, такая схема достаточно сложная, она предусматривает много кабелей, ячеек. Поэтому от нее вскоре отказались.

Теперь запитка производится, используя линии и перемычки. Это обеспечивает объединение подстанций в отдельные группы. Если выходит из строя один из понижающих трансформаторов в группе, другие перераспределяют на себя его нагрузку.

Источник

Электроснабжение электрифицированных железных дорог — Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций

Содержание материала

  • Электроснабжение электрифицированных железных дорог
  • Схема электроснабжения электрифицированных дорог
  • Схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций
  • Нетяговые потребители электрифицированных дорог
  • Классификация электрических станций
  • Электрическое оборудование и схемы соединений электрических станций и подстанций
  • Графики нагрузок электрических установок
  • Электрические сети
  • Энергосистемы
  • Заземление нейтрали в трехфазных системах
  • Классификация тяговых подстанций
  • Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций
  • Аппаратура и токоведущие части распределительных устройств тяговых подстанций
  • Заземляющие устройства
  • Релейная защита
  • Собственные нужды тяговых подстанций
  • Конструктивное выполнение тяговых подстанций
  • Организация эксплуатации и техника безопасности на тяговых подстанциях
  • Системы контактной сети
  • Конструкции простой и цепных подвесок
  • Провода и изоляторы контактной сети
  • Схемы и конструкции контактной сети
  • Секционирование и питание контактной сети
  • Поддерживающие конструкции и опоры контактной сети
  • Рельсовые цепи на электрифицированных дорогах
  • Защитные устройства контактной сети
  • Работа устройств контактной сети в условиях эксплуатации
  • Организация эксплуатации и техника безопасности
  • Условия работы системы электроснабжения
  • Параметры тяговых сетей
  • Технико-экономические расчеты системы электроснабжения
  • Блуждающие токи
  • Защита металлических сооружений от блуждающих токов и электрокоррозии
  • Влияние тяговых сетей на линии связи
  • Радиопомехи и методы их снижения

На подстанциях дорог постоянного тока используют преобразовательные установки, собранные из полупроводниковых вентилей с преобразовательными трансформаторами, а на подстанциях дорог переменного тока — однофазные, трехфазные и специальные трансформаторы.
Преобразователи с кремниевыми вентилями на дорогах постоянного тока (рис. 25) начали применять с 1965 г. взамен ртутных. Они обладают высоким к. п. д. (98—99%), просты по конструкции, имеют меньшие потери энергии, позволяют на 60—70% уменьшить площадь закрытой части подстанции и повысить надежность питания тяговой сети.
Преобразователь состоит из комплекта вентилей, размещенных в шкафах, системы охлаждения, аппаратов управления, защиты, сигнализации и контроля, устройств питания собственных нужд и выравнивания тока и напряжения между вентилями и измерительных приборов.

Рис. 25. Неуправляемый диод (а) и управляемый (тиристор) (6) кремниевые вентили; общий вид тиристора с радиатором охлаждения (в):
1— наконечник; 2 — гибкий вывод; 3 — армировочная втулка; 4 — переходная втулка ввода; 5 — стеклянный изолятор; 6 — корпус; 7 — кремниевый элемент; 8 — основание корпуса; 9 — вывод управляющего электрода, 10 — охладитель
На подстанциях эксплуатируют преобразователи с принудительным воздушным охлаждением УВКЭ-1 и ПВЭ-3, с принудительным воздушно-масляным охлаждением ВКМБ-1, с естественным воздушным охлаждением ПВЭ-5, БВКЕ-1, ПВКЁ-2 и ПВКЕ-3. На дорогах, где применяется рекуперативное торможение, устанавливают инверторные и выпрямительно-инверторные преобразователи ВИПЭ. Применяют также преобразователи с автоматическим регулированием выпрямленного напряжения и естественным воздушным охлаждением ПВЭР. Мощность преобразователей УКВЭ-1, ПВЭ-3, ПВЭ-5, БВКМ-1 и ПВКЕ-2 составляет 9900 кВт, а выпрямительно-инверторных ВИПЭ и ПВЭР — 8000— 10 000 кВт.
Преобразовательные агрегаты собирают как по нулевой схеме — две обратные звезды с уравнительным реактором, так и по трехфазной мостовой. Рассмотрим преобразователь ПВЭ-3, собранный по схеме две обратные звезды с уравнительным реактором (рис. 26), который может работать с трансформаторами ТМРУ- 16000/10, ТМПУ-16000/10Ж и др.
Преобразователь ПВЭ-3 состоит из шести вентильных групп—фаз. Каждая фаза содержит 90 лавинных вентилей ВЛ200-8: пять параллельных цепей по 18 вентилей последовательно. Число параллельных ветвей определяется максимальным током выпрямителя и током к. з. (с учетом времени отключения защитой), а число последовательно соединенных вентилей — повторяющимся напряжением в ветви с учетом колебания напряжения в питающей сети. Резисторы Rm служат для выравнивания напряжения между последовательно соединенными вентилями, а резисторы связи Rc — для уменьшения тока небаланса между вентилями. Резисторы Rm и Rc равномерно распределяют напряжение между параллельно включенными вентилями и обеспечивают работу сигнализации при пробое одного или нескольких из них. О пробое вентиля сигнализирует лампа Л.
Защита от перенапряжений осуществляется разрядниками и контурами RC. Разрядники подключают между анодными шинами и нулевым выводом трансформатора, а концы RC — к выводам противофазных вентильных обмоток.

Читайте также:  Дипломные работа источник тока

Рис. 26. Электрическая схема полупроводникового преобразователя ПВЭ-3:
К.П — контактный провод; Р — рельс
Конструктивно преобразователь ПВЭ-3 выполнен в двух шкафах с двустворчатыми дверями и застекленными окнами для возможности осмотра сигнальных ламп (рис. 27). Шкафы устанавливают на воздуховод системы охлаждения выпрямителя, мощность двигателя вентилятора 2,2 кВт. Расход энергии на собственные нужды составляет около 25 тыс. кВт-ч в год, что в 6 раз меньше, чем у первых преобразователей УВКЭ-1 равной мощности.

Рис. 27. Преобразователь ПВЭ-3:
I — ввод; 2 — дверь; 3 — блок вентилей; 4 — переходные шины; 5 — окно для подключения вентилятора; 6 — общий воздуховод; 7 — основание шкафа; 8 — вывод

Преобразователь ПВЭ-5 состоит из шести шкафов, предназначен для установки на открытом воздухе и не требует принудительной вентиляции. Аналогичные конструкции имеют преобразователи ПВКЕ-2, ПВКЕ-3.
Преобразователь ПВЭ-5 имеет 420 вентилей. Такие преобразователи устанавливают на открытой части тяговой подстанции, они бесшумны в работе, не требуют расхода электроэнергии на собственные нужды, просты и удобны в обслуживании и более надежны в работе.

Преобразователи с масляным ВКМБ и воздушно-масляным охлаждением ВКМВ конструктивно сложнее, а наличие трансформаторного масла удорожает эксплуатацию. Применяют их в тех случаях, когда другие преобразователи использовать невозможно по условиям загрязненности атмосферы.

Рис. 28. Трехфазная мостовая схема выпрямительного агрегата
Преобразовательный агрегат, собранный по трехфазной мостовой схеме (рис. 28), имеет более простой, чем у преобразователя ПВЭ-3 с нулевой схемой, трансформатор ТДП-12500/10Ж (отсутствует уравнительный реактор и утроитель частоты). Общее число вентилей в агрегате такое же, как и в выпрямителе равной мощности, собранном по нулевой схеме.
Необходимость в инверторных агрегатах возникает при применении рекуперативного торможения. Энергия рекуперирующего электровоза может потребляться другими электровозами, работающими в тяговом режиме, а избыток ее можно превращать в тепловую энергию или передавать в первичную питающую сеть переменного тока. Для приема избыточной энергии устанавливают поглощающие резисторы, а для преобразования в переменный ток — выпрямительно-инверторные агрегаты. Чтобы перевести выпрямительный агрегат в инверторный режим, необходимо изменить его полярность, т. е. катод присоединить к рельсу, а среднюю точку трансформатора — к контактной сети, так как при рекуперации направление тока на подстанции изменяется на обратное по сравнению с направлением его в режиме выпрямления.
Использование тиристоров позволяет осуществлять бесконтактное переключение обмоток трансформатора и групп тиристоров при переходе агрегата из одного режима в другой. На стороне постоянного тока переключение производится быстродействующими выключателями, которые одновременно являются и защитой от токов к. з. Переход такого агрегата из режима выпрямления в инверторный и наоборот осуществляется автоматически.
Рассмотрим выпрямительно-инверторный агрегат ВИПЭ-1 на тиристорах (рис. 29). Он подключен к трансформатору ТДПУ-20000/10И, обмотки которого соединены по схеме звезда — две обратные звезды с уравнительным реактором. В преобразователе применены лавинные тиристоры ТЛ2-150-6, которые смонтированы в шести шкафах — фазах, в каждом по шесть параллельных ветвей, фаза содержит девять последовательно соединенных тиристоров в инверторной группе, шесть — в выпрямительной и 15 — в общей группе. Для инвертора необходимо иметь большие фазные напряжения, чем для выпрямителя, поэтому используют дополнительные выводы вторичной обмотки трансформатора.
Переключение из выпрямительного режима в инверторный происходит при снижении нагрузки и повышении напряжения на шинах постоянного тока относительно напряжения переменного тока. Вследствие частых переключений из одного режима в другой (в сутки 50—70 раз) эти агрегаты наиболее подвержены воздействию перенапряжений. Защита от них осуществляется, как и для агрегата ПВЭ-3 (см. рис. 26).
Преобразователь ВИПЭ-1 имеет принудительное воздушное охлаждение. Технические данные преобразователя: Uи=3,3 кВ; Umax=4,0 кВ; ток=2000 А. Допустимая перегрузка в течение 15 мин 3600 А. На подстанциях устанавливают также преобразователи ВИПЭ-2, имеющие более высокую надежность, экономичные и удобные в эксплуатации.

Рис. 29. Принципиальная схема выпрямительно-инверторного агрегата ВИПЭ-1 на тиристорах:
1 и 2 — сглаживающие реакторы; 3 — реактор инвертора; 4 и 5 — БВ соответственно выпрямительного и инверторного режимов

Для регулирования напряжения и его стабилизации используется преобразователь ПВЭР, обеспечивающий бесконтактное регулирование выпрямленного напряжения в пределах 3200—3800 В при изменении тока нагрузки до 3000 А. Преобразователь ПВЭР включает в себя два преобразователя: на неуправляемых и управляемых вентилях (рис. 30). Преобразователь 3 на неуправляемых вентилях со схемой соединения звезда —
две обратные звезды с уравнительным реактором подключен к трансформатору 1, а преобразователь 4 на тиристорах соединен по трехфазной мостовой схеме и подключен к трансформатору 2. Изменением угла регулирования преобразователя на тиристорах система автоматического регулирования обеспечивает заданное напряжение выпрямленного тока.

Рис. 30. Принципиальная схема агрегата ПВЭР с регулированием выпрямленного напряжения:
1 и 2 — трансформаторы; 3 — преобразователь на неуправляемых вентилях; 4 — то же на тиристорах; 5 — помехозащитные реакторы: 5 — реактор для уменьшения
Совершенствование преобразовательных агрегатов осуществляется использованием неуправляемых вентилей на токи 250—300 А и тиристоров на 200—250 А с напряжением переключения 2500 В и выше, переходом на естественное воздушное охлаждение, использованием экономичных трансформаторов и трехфазных мостовых схем. Применение в преобразователях вентилей более высокого класса позволяет уменьшить их количество и габариты преобразователя.
Трансформаторы преобразовательных агрегатов предназначены для питания выпрямительных и выпрямительно-инверторных агрегатов. Они имеют мощность от 1850 до 12 750 кВ-А, напряжение первичной обмотки 6, 10, 35, 110 кВ. По конструкции эти трансформаторы отличаются от промышленных схемой соединения обмоток, размещением и креплением их на сердечниках, а некоторые еще наличием уравнительного реактора. Трансформаторы имеют масляное охлаждение, на каждом сердечнике их размещены одна первичная и две вторичные обмотки (снаружи).
Обозначения типов трансформаторов расшифровываются следующим образом. Например, ТМПУ-16000/ /10Ж; Т — трехфазный, М — с естественным масляным охлаждением, П — для полупроводниковых преобразователей, У — с уравнительным реактором, типовая мощность 16 000 кВ-А, напряжение первичной обмотки 10 кВ, Ж — для электрифицированного железнодорожного транспорта. Типовая мощность представляет собой мощность обычного трансформатора (двухобмоточного), магнитопровод которого использован для тягового трансформатора. Номинальная мощность ТМПУ-16000/10Ж составляет 11 840 кВ-А.
Трансформаторы подстанций дорог однофазного тока применяют различных типов с различными схемами соединения обмоток и разным числом их. Выбор типа трансформатора определяется условиями первичного и тягового электроснабжения, наличием и мощностью районной нагрузки. На железных дорогах СССР используют в основном трехфазные трехобмоточные трансформаторы, включаемые по схеме звезда — звезда — треугольник, типа ТДТНЖ (трехфазный, масляный, с принудительным охлаждением — дутьем, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, для железнодорожного транспорта) мощностью 25, 32, 40 MB-А. Первичное напряжение 110, 150, 220 кВ, вторичное на электрическую тягу 27,5 кВ для районных потребителей 38,5 или 11 кВ.
Для питания только тяговой нагрузки предназначаются трехфазные двухобмоточные трансформаторы ТДГ и ТДНГ со схемой соединения обмоток звезда — треугольник такой же мощности, как и трехобмоточные. Соединение тяговой обмотки треугольником более целесообразно, так как при этом достигается лучшее использование меди обмоток и более пологая внешняя характеристика.
Трансформаторы позволяют регулировать напряжение под нагрузкой на первичной обмотке с изменением числа витков обмотки.
При однофазной тяговой нагрузке неизбежна несимметрия нагрузок фаз питающей трехфазной системы, вследствие чего и напряжение на шинах потребителей трехфазного тока оказывается несимметричным. Несимметрия токов в сети вызывает дополнительные потери энергии, перегрузку ВЛ, силовых трансформаторов и генераторов электростанции, а несимметрия напряжения приводит к дополнительным потерям в трехфазных двигателях, снижению начального вращающегося момента, недопустимому нагреву двигателей. Для симметрирования нагрузок фаз питающей энергосистемы тяговые подстанции присоединяют так, чтобы нагрузка от нескольких подстанций, работающих параллельно, равномерно распределялась по фазам питающих ВЛ (рис. 31).
На всех подстанциях используют трансформаторы одной группы и к рельсу присоединяют один и тот же вывод вторичной обмотки с. При этом более нагруженными будут фазы ас и cb вторичной и соответственно Ат и Ст первичной обмоток трансформатора. Фаза вторичной обмотки, не соединенная с рельсом, и соответственно фаза Вт первичной будут недогружены.
Присоединяя фазу Вт к разным фазам ВЛ на всех подстанциях (на рис. 31 отмечена звездочкой), получим более равномерную нагрузку фаз ВЛ.
Выводы Ат Ст первичной и а и b вторичной обмоток трансформатора присоединяют к фазам ВЛ и к контактной сети в определенной последовательности, чтобы смежные подстанции работали параллельно на тяговую сеть.

Читайте также:  Действующие значения напряжения в цепи переменного тока это

Рис. 31. Схема подключения подстанций к ЛЭП и питания тяговой сети на дорогах переменного тока (НВ — нейтральная вставка)

Так, участок тяговой сети I питается от фазы ас вторичных обмоток трансформаторов подстанций 1 к 2 (и фазы АТ первичной) и, следовательно, фазы А линии электропередачи А; аналогично участок II — от фазы бс подстанций 2 и 3, т. е: от фазы В линии электропередачи, и участок III — от фазы ас подстанций 3 и 4, т.е. от фазы С линии электропередачи, и т.д.
При этой схеме и двустороннем питании ВЛ для равномерной ее нагрузки необходим цикл из шести подстанций; три последующие подстанции должны присоединяться к ВЛ в обратном порядке по сравнению с рассмотренной схемой, т. е. 3, 2, 1.
В системе электроснабжения 2X25 кВ (см. рис. 2) используются однофазные тяговые трансформаторы ОРДНЖ 16000/110 (однофазный, с расщепленной вторичной обмоткой, с дутьем, с регулированием напряжения под нагрузкой, для железных дорог) мощностью 16 MB-А и автотрансформаторы АОМНЖ-10000/55/27,5 76
(однофазный, масляный) мощностью 10 MB-А. Симметрирование токов в питающих ВЛ осуществляется так же, как и в системе 25 кВ (см. рис. 31).

Источник



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

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.

Читайте также:  Как определить сварочный ток по сварке

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.

Тяговые подстанции Тяговая подстанция — википедия. что такое тяговая подстанция Подстанция метрополитена — энциклопедия нашего транспорта Тяговая подстанция — википедия Тяговая подстанция — википедия. что такое тяговая подстанция Тяговая подстанция википедия

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