--PAGE_BREAK--
1.3.
Тяговые подстанции
Тяговая подстанция — в общем случае, электроустановкадля преобразования и распределения электрической энергии.
Электроустановка— совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены). Может быть предназначена для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергиии преобразования её в другой вид энергии.
Основным нормативным документом для создания электроустановок являются «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ), а при эксплуатации — «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП).
Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряженияи последующего преобразования тока(только для подстанций постоянного тока 3,3 кВ) для передачи его в контактную сетьдля обеспечения электрической энергией электровозов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.
Тяговые подстанции постоянного тока в Россиистроятся вдоль полотна железной дорогина расстоянии 5—25 км для подстанций постоянного тока и 50—80 км для подстанции переменного тока. Это расстояние зависит как от размеров движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций РАО «ЕЭС России»по воздушным и кабельным линиям электропередачнапряжением 10—220 кВ. Электроэнергия поступает в открытое распределительное устройство, на понижающий трансформатор. С понижающего трансформатора электроэнергия поступает на тяговый трансформатор, откуда она подаётся на преобразовательный агрегат(выпрямитель). С преобразовательного агрегата выпрямленный ток подаётся на основную и резервную системы шин и распределяется в контактную сеть через быстродействующие автоматы. В Российской Федерации номинальное напряжение выпрямленного тока нормируется Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и установлено на уровне 3100 В.
Тяговые подстанции переменного тока имеют то же предназначение, что и подстанции постоянного тока, за исключением того, что в них отсутствуют преобразовательные агрегаты для выпрямления тока.
Исторически сложилось так, что тяговые подстанции в России иногда были единственными источниками электрической энергии приемлемого уровня напряжения для её последующего распределения, поэтому на всех тяговых подстанциях имеется распределительное устройство для распределения и дальнейшей транспортировки электрической энергии напряжением 35—0,4 кВ как железнодорожным, так и нежелезнодорожным потребителям.
Тяговые подстанции преобразующие переменный ток высокого напряжения в постоянный ток более низкого напряжения 850 В (750-900 В) применяются и в метро.
1.3.1.
Тяговые подстанции для электрификации железных дорог
постоянного и переменного тока
Подстанции в модульном исполнении собираются из типовых модулей-контейнеров, содержащих готовые функциональные блоки. Подстанции в капитальных зданиях монтируются из укрупненных функциональных блоков (ФБ), собранных в заводских условиях.
Рис. 7 Схема основных цепей типовой тяговой подстанции постоянного тока
Таблица 1 Основные технические параметры
Рис. 8 Тяговая подстанция переменного тока «Олехновичи» (Белоруссия)
Рис. 9 Схема основных цепей типовой тяговой подстанции переменного тока
Таблица 2 Основные технические параметры
Напряжение входное
110 (220) кВ
Напряжение выходное
27,5 кВ
Количество фидеров контактной сети
4-8 шт.
Количество фидеров ДПР
2 шт.
1.3.2.
Комплекты функциональных блоков тяговых подстанций
Все распределительные устройства на напряжение 6 / 10 / 27,5 кВ выполнены в виде комплектных распредустройств (КРУ) внутренней установки и поставляются вместе с токопроводами, кабелями вторичных цепей и с сухими трансформаторами собственных нужд 10 / 0,4 кВ и ВЛ СЦБ 0,4/10 кВ.
Рис. 10 Машинный зал тяговой подстанции «Полтава» Южной железной дороги Украины
Комплект ФБ общего применения ( как для ТП постоянного тока, так и для ТП переменного тока) включает в себя следующие базовые блоки: блок РУ-10 кВ, блок РУ-10 кВ ВЛ СЦБ с сухим трансформатором, блок ОПС, блок ОПУ-110 (220) кВ, блок собственных нужд постоянного и переменного тока, блок аккумуляторов, блок дизель-генератора, сухие трансформаторы собственных нужд.
В комплект ФБ для ТП постоянного тока, помимо выше упомянутых блоков общего применения, входят: ячейки фидеров РУ-3,3 кВ; ячейка запасного выключателя РУ-3,3 кВ; блок фильтрустройства; блок заземляющего разъединителя шин РУ-3,3 кВ; блок тягового выпрямителя; камера реактора отсоса.
Рис. 11 Функциональный блок РУ-10 кВ, ПВА и сухой трансформатор на тяговой подстанции постоянного тока «Броневая» Октябрьской железной дороги
В комплект ФБ для ТП переменного тока помимо упомянутых выше блоков общего применения входят: блоки шкафов управления РУ-27,5 кВ; ячейка ввода 27,5 кВ; ячейка фидера КС 27,5 кВ; ячейка запасного выключателя 27,5 кВ; ячейка ДПР 27,5 кВ; ячейка трансформатора напряжения ТН 27,5 кВ; ячейка секционного разъединителя 27,5 кВ; ячейка компенсирующего устройства 27,5 кВ; блок конденсаторов комплектующего устройства 27,5 кВ.
Рис. 12 ЗРУ-27,5 кВ на тяговой подстанции переменного тока «Олехновичи» (Белоруссия)
Рис. 13 Ячейка ввода ЗРУ-27,5 кВ на тяговой подстанции переменного тока «Олехновичи» (Белоруссия)
1.3.3.
Конструктивное исполнение блоков тяговых подстанций
Конструктивно блоки представляют собой сборку ячеек, шкафов и панелей КРУ, объединенных несущими рамами, общим токопроводом и вторичными цепями.
Рис. 14 РУ-10 кВ на тяговой подстанции постоянного тока «Яндеба» Октябрьской железной дороги
Разработано два варианта конструкции укрупненных функциональных блоков:
собственно функциональные блоки, в которых все оборудование размещено на рамах (для удобства установки в капитальных или легковозводимых зданиях); модули, в которых функциональные блоки размещены в закрытых контейнерах, обеспечивающих установку на открытых площадках.
Конструкция контейнера представляет собой жесткий каркас, обшитый металлическими листами и утеплителем. Модуль укомплектован устройствами для освещения, подогрева и вентиляции, что обеспечивает необходимые условия для работы установленного оборудования.
Рис. 15 Модули преобразовательно — выпрямительных агрегатов на тяговой подстанции постоянного тока «Металлострой» Октябрьской железной дороги
Типовые модули выполняются двух типоразмеров: 4,8(6.0) L * 3,2 C * 3,9 Н м;
В обоих вариантах конструктивного исполнения в блоках обеспечен свободный доступ ко всем элементам оборудования, включая шинопроводы и изоляторы, для осмотра и проведения регламентных работ. Высоковольтные вводы осуществляются шинами или кабелем; низковольтные кабели подключаются к клеммникам шкафов.
Блоки устанавливаются в зданиях на кабельный канал или ровный бетонный пол. Климатическое исполнение блоков по ГОСТ 15150-69-УХЛ, категория размещения 4.
При этом:
Диапазон рабочих значений температур окружающего воздуха +1оС ÷ +35оС Нижнее значение температуры окружающего воздуха при транспортировке и хранении -50оС
Рис. 16 Машинный зал на тяговой подстанции постоянного тока «Мурманские Ворота» Октябрьской железной дороги
Модули (контейнеры) могут устанавливаться на рельсошпальную решетку или бетонный фундамент. Климатическое исполнение модулей по ГОСТ 15150-69-У, категория размещения 1.
При этом:
Диапазон рабочих значений температур окружающего воздуха -40оС ÷ +40оС Нижнее значение температуры окружающего воздуха при транспортировке и хранении -60оС
Блоки (в заводской упаковке) и модули (без упаковки) могут транспортироваться железнодорожным и автомобильным транспортом; условия транспортирования по группе С ГОСТ 23216-78.
1.3.4.
Эксплуатационная готовность системы тягового электроснабжения
Длительная эксплуатационная готовность оценивается как вероятность того, что система при определенных условиях будет в полном объеме выполнять свои задачи.
На практике решающим фактором является длительность перерыва в подаче электроэнергии на электроподвижной состав. В связи с этим были проведены исследования, целью которых было определение влияния перерывов в питании от контактной сети на маршрутную скорость поезда. На основе этих исследований предложено в качестве допустимого считать 2-минутный перерыв в подаче напряжения из системы тягового электроснабжения на электроподвижной состав.
Структура системы для оценки надежности системы тягового электроснабжения железных дорог целесообразно представить структуру системы таким образом, чтобы были видны как взаимосвязи в системе, так и параметры отдельных ее элементов. Упрощенно ее можно рассматривать как последовательную систему, которая может быть полностью выведена из строя при отказе одной из составляющих. Таким образом, данные о выходах из строя отдельных частей и их элементов могут являться основой для оценки надежности всей системы в целом.
Система тягового электроснабжения рассчитана таким образом, чтобы в нормальных условиях был возможен режим движения с интервалом следования поездов Ј 2 мин. Основными критериями оценки при этом являются: допустимое падение напряжения, токовые нагрузки в контактной сети и мощность тяговой подстанции.
Элементы системы тягового электроснабжения после выхода из строя ремонтируются и затем используются дальше до достижения предельного срока, который, как правило, превышает нормативный. Такие элементы системы электроснабжения, как электростанции, линии электропередачи и распределительные устройства, всегда имеют резервы и поэтому обладают высокой эксплуатационной готовностью.
2.
Контактная сеть
Контактная сеть — система устройств, предназначенных для передачи электрической энергии от электрических станций через тяговые подстанции электровозам, моторным вагонам, трамваям или троллейбусам. Передача электрической энергии осуществляется через скользящий контакт между контактным проводом или контактным рельсом и токосъёмником (токоприёмником) подвижного состава. Контактный провод располагается, как правило, над рельсовым путём или вдоль трассы безрельсового транспорта, а рельс — на уровне ходовых частей подвижного состава. Контактный провод прикрепляют к поддерживающим конструкциям — обычно к опорам контактной сети, реже к стенам домов и др. строениям (трамвайные и троллейбусные сети) при помощи гибких элементов (тросов и проволок), располагаемых вдоль контактного провода (цепные контактные подвески) или поперёк него (простые контактные подвески). Опоры К. с. могут быть железобетонными, стальными и деревянными. Крепление контактных подвесок к опорам осуществляют с помощью арматуры и изоляторов.
Для надёжной работы и удобства обслуживания контактной сети делят на секции. В отдельные секции выделяют перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях — группы электрифицированных путей. При ремонте, требующем снятия напряжения, отключают только одну секцию, не нарушая питания электроэнергией др. участков. Ж.-д. опоры К. с. используют также для подвески проводов, по которым подаётся электроэнергия к линейным ж.-д. потребителям, а также для размещения др. проводов, например телеуправления тяговыми подстанциями, всевозможными переключающими устройствами в схеме секционирования и др.
По техническим и экономическим причинам контактная сеть сооружается без резервирования. Если она находится в нерабочем состоянии, то и вся система тягового электроснабжения не работает, если нельзя использовать соседний электрифицированный путь или объездные участки.
Сама контактная сеть как система с точки зрения надежности состоит примерно из двух десятков элементов, которые соединены последовательно. При отказе одного из них выходит из строя вся система.
Выходы из строя контактной сети характеризуются разными причинами. Некоторые из них связаны с техническими параметрами элементов системы, но большая часть представляет собой внешние факторы, связанные с эксплуатацией, логистикой и окружающей средой. Согласно данным об отказах элементов контактной сети на железных дорогах Европы, приведенным в технической литературе, на 100 км пути в год приходится от 3 до 5 повреждений.
Если проанализировать причины выхода контактной сети из строя, то становится очевидным абсолютное преобладание внешних факторов. В связи с этим предлагается следующая классификация причин отказов:
· lОК — дефекты конструкции;
· lOI — дефекты монтажа и недостатки в текущем содержании;
· lO = lОК + lОI — выходы из строя контактной сети;
· lB — эксплуатационные нагрузки;
· lА — внешние причины;
· lSt = lO+ lА + lB — конкретные случаи выходов из строя, связанные с определенными участками контактной сети;
· lU — отсутствие напряжения из-за выпадения подстанции или отказа силовых выключателей;
· lSy = lSt +lU — выходы из строя всей системы тягового электроснабжения.
Анализ основных причин выхода из строя контактной сети показывает, что здесь большую роль играет влияние реального эксплуатационного процесса. Отказы вследствие влияния второстепенных внешних факторов могут в значительной степени зависеть от места воздействия основной причины и отражаются на величине показателя lSt. Таким образом, для контактных сетей одной и той же конструкции lSt в значительной степени зависит от географического положения линии.
2.1.
Простые контактные подвески
Простая подвеска состоит из одного провода, подвешенного на конструкциях или на опорах, расположенных на расстоянии 30—40 м друг от друга. Ее используют в искусственных сооружениях (тоннелях) железных дорог, где скорость движения не превышает 35—40 км/ч, а также в трамвайных и троллейбусных сетях.
Для обеспечения хорошего токосъема токоприемник ЭПС при движении по контактному проводу в пролете между опорами должен сохранять неизменное по высоте положение и постоянное нажатие на провод. Для выполнения этого требования служит цепная подвеска, один пролет которой (системы постоянного тока) показан на рисунке:
Рис. 17 Пролёт цепной подвески постоянного тока
Несущий трос; (НТ) подвески крепится через гирлянду изоляторов (ГИ) к консоли (К), закрепленной на опоре (О). Контактный провод (КП) с помощью струнок (С) подвешивается к НТ. Конструкция струнок вместе с другими устройствами должна обеспечить беспровесное положение КП. С помощью фиксаторов (Ф) контактный провод фиксируется на консолях опор.
На опорах контактной сети постоянного тока подвешивают также провода ВЛ ПЭ 10 кВ с полевой стороны железной дороги на деревянных кронштейнах, к которым их крепят с помощью штыревых изоляторов. К этим линиям присоединяют электроприемники железнодорожных нетяговых потребителей, расположенных вдоль железной дороги.
Для защиты контактной сети от токов короткого замыкания и обеспечения безопасности людей при их прикосновении к металлическим частям, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, опоры заземляют на рельс. Стальной заземляющий провод (ЗП) диаметром 10—12 мм прокладывается вдоль опоры и соединяет все металлические части и конструкции, расположенные ближе 5 м от проводов контактной сети, с тяговым рельсом.
Для людей опасность представляет также движущийся подвижной состав, поэтому при работах, связанных с перемещением вдоль железнодорожных путей, необходимо находиться от крайнего рельса на расстоянии не менее 2 м.
Пересечения линий электропередачи и контактной сети осуществляется в середине пролета. При этом расстояние между несущим тросом и проводами ЛЭП должно составлять 2—5 м в зависимости от напряжения.
Наибольшее распространение получила полукосая подвеска, у которой КП расположен зигзагообразно относительно оси пути, а НТ — над осью пути. Нормальный зигзаг на прямых участках пути составляет 300 мм. Зигзаги, направленные от опор, называются плюсовыми, а к опорам — минусовыми. Полукосая подвеска обеспечивает равномерный износ пластин токоприемника ЭПС благодаря поперечному смещению КП относительно средней точки токоприемника в процессе движения ЭПС.
Рис. 18 Расположение проводов полукосовой подвески в плане продолжение
--PAGE_BREAK--