Тяговая подстанция железной дороги

Материал из Ответы на вопросы WikiPTE
Перейти к: навигация, поиск
Файл:Схемы тяговых подстанций жд.jpg
Схемы тяговых подстанций

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.

См. также Электроснабжение электрических железных дорог.

Источник:

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