Тяговая подстанция переменного тока

Реферативная работа

по учебной практике

Выполнили:

студенты гр. 42Б

Москалюк Б.М.

Шлыков А.В.

Яковлев А.О.

Проверил:

преподаватель кафедры ЭЖТ

Емельянов М.В.

Омск 2013

Введение

Техническое перевооружение железнодорожного транспорта осуществляется на базе широкой электрификации линий, которая проводится с использованием новейших достижений техники, нового прогрессивного оборудования. Одним из перспективных направлений решения задачи переход от постоянного тока к переменному току. Так как система электроснабжения переменного тока имеет ряд достоинств по сравнению с постоянным током: меньше нагрузки на провода контактной сети и потери напряжения и энергии в тяговой сети. Снижение потерь позволяет значительно увеличить расстояние между тяговыми подстанциями, что даёт определённый экономический эффект, и располагать их в наиболее удобных для эксплуатации местах. Эти преимущества определили направления, где используется система – дороги с большой грузонапряжённостью, пролегающие в малонаселённых районах, а также линии высокоскоростным пассажирским движением, отличающиеся большими токами электроподвижного состава. Но чтобы электрифицированные участки переключить с постоянного на переменный ток надо большое капитала вложений, тем самым реконструировать контактную подвеску и тяговые подстанции. И было принято целесообразно строить станции стыкования, в которые входят пункты группировки, локомотивное депо и два парка приёмо - отправочных путей станции.

1 Тяговые подстанции.

Тяговые подстанции являются одним из важнейших устройств системы тягового электроснабжения. Их питание осуществляется от системы внешнего электроснабжения, а потребителем преобразованной электроэнергии является электроподвижной состав железных дорог. Применяются также тяговые подстанции для питания городского электрического транспорта и электропоездов метрополитена.

Тяговая подстанция – электрическая подстанция, предназначенная в основном для питания транспортных средств на электрической тяге через контактную сеть. От тяговой подстанции получают питание и другие железнодорожные нетяговые потребители.

Тяговые подстанции принято классифицировать по ряду признаков:

· Опорная тяговая подстанция получает питание от системы внешнего электроснабжения (СВЭ) по трём и более линиям электропередачи напряжением 110 или 220 кВ;

· Промежуточная проходная (транзитная) тяговая подстанция получает питание по одной линии электропередачи, в рассечку которой она включена, от двух опорных или районных подстанций;

· Промежуточная ответвительная (отпаечная) тяговая подстанция получает питание по двум линиям (или цепям ЛЭП) напряжений 110 и 220 кВ, к которым она присоединена ответвлениями (отпайками);

· Концевая (тупиковая) тяговая подстанция получает питание по двум радиальным линиям от другой тяговой или районной подстанции;

· По способу управления (телеуправляемые и нетелеуправляемые);

· По способу обслуживания (с постоянным дежурным персоналом, с дежурством на дому, без дежурного персонала);

· По возможности перемещения (стационарные и передвижные).

При питании подстанций по одноцепнной ЛЭП от двух опорных подстанций между ними можно располагать до трёх проходных тяговых подстанций. От двухцепнной ЛЭП (при подвешивании обеих цепей на общих опорах) с двухсторонними питанием на участках между двумя опорными подстанциями рекомендуется обеспечивать питание следующего числа промежуточных подстанций, присоединённых по схеме рисунок 1.1

Опорная Проходные (транзитные) Опорная

Опорная Проходные (транзитные) Опорная

Опорная Проходные (транзитные) Опорная

Рисунок 1.1 - Схема питания тяговой подстанции по двухцепнной ЛЭП на общих опорах

Опорная Опорная

Проходные (транзитные)

Рисунок 1.2 - Схема питания тяговой подстанции по одноцепной ЛЭП

- для ЛЭП-220 кВ – не более пяти при электрической тяге как на переменном так и постоянном токе;

- для ЛЭП-110 кВ – не более пяти при электрической тяге на постоянном и трёх – на переменном токе.

От двух одноцепнных ЛЭП с двусторонним питанием на участке между опорными подстанциями рекомендуется обеспечить питание следующего числа промежуточных подстанций, присоединяемых по схеме (рисунок 1.3)

Опорная Проходная Ответвительная Проходная Опорная

Ответвительные

Опорная Проходные Опорные

Рисунок 1.3- Схемы питания тяговой подстанции по двум одноцепным ЛЭП.

- для ЛЭП – 220 кВ – не более пяти подстанций при электротяге как на постоянном, так и на переменном токе;

- для ЛЭП -110 кВ – не более пяти подстанций при электрической тяге на постоянном и трёх – на переменном токе.

Как видно на схемах рисунок 1.3. часть промежуточных подстанций может присоединиться к ЛЭП ответвлениями. Между двумя проходными (транзитными) подстанциями или между проходной и опорной ЛЭП может быть подключена только одна ответвительная (отпаечная) подстанция.

Если все тяговые подстанции электрифицированных железных дорог принять 100 %, то примерное процентное содержание различных типов тяговых подстанций следующие: опорных – 20 %; проходных – 60 %; ответвительные - 15 %; концевых – 5 %.

2 Общие сведения о тяговых подстанциях переменного тока.

Системы однофазного тока промышленной частоты получили широкое распространение во всём мире после второй мировой войны. По этой системе электрифицировано около 25% общей протяжённости электрических железных дорог мира. В нашей стране первый участок (Ожерелье- Павалец) был электрифицирован на переменном токе в 1956-57 годах. Протяжённость его составила 137 км. Он стал опытном участком, на котором проходило проверку новое оборудование и электровозы системы переменного тока.

Система переменного тока напряжением 25 кВ имеет более высокое напряжение в контактной сети возможность легко понизить его трансформатором электровоза, что является его главным достоинством. Электровозов мощностью 6000 кВт на постоянном токе потребует из тяговой сети 2000 А, а на переменном – лишь 300 А. Поэтому контактная сеть на переменном токе более лёгкая, опорные конструкции для её крепления также более лёгкие, требуют меньше материала, а значит – дешевле.

Конструкция подстанций переменного тока по сравнению с подстанциями постоянного тока более простая благодаря отсутствию преобразовательных агрегатов, понижающих и выпрямляющих переменное напряжение. Количество подстанций при системе всей переменного тока значительно меньше, оно составляет менее 400 на всей сети электрифицированных железных дорог страны. Эксплуатационная же длина линий, электрифицированных на переменном токе, составляет более 20 тыс. км. Среднее расстояние между подстанциями переменного тока превышает 50 км.

Для экономии эксплуатационных расходов некоторые участки, электрифицированные ранее на постоянном токе, переводятся на переменный. Так, в 1995 г. впервые в мире на действующем, интенсивно работающем участке протяжённостью почти 400 км. Зима – Слюдянка Восточно- Сибирской дороги практически без остановки движения поездов произведено переключение электрической тяги с постоянного тока на переменный, что позволило решить многие технические проблемы и снизить эксплуатационные расходы.

На рисунок 3.1 приведена схема питания участка железной дороги, электрифицированного на переменном токе напряжением 25 кВ.

ЛЭП -110 кВ

СН СЦБ ВЛ СЦБ 10кВ

35 (10) кВ 0.4 кВ

НП Т_СТА

Т_сн

		Релейный шкаф СЦБ

С Т_ктп

В ^{27,5 кВ}

А

Q₁ Q₂ Q₃ Q₄ ^TV

^{ДПР А}

В

В ИС _{В НВ} А Q₅

Т_Э

_{25 кВ Рельс}

Рисунок. 3.1 Упрощённая схема питания тяги и нетяговых потребителей от тяговой подстанции однофазного переменного тока.

К линии электропередачи трёхфазного переменного тока ЛЭП – 110 кВ. подключён понижающий трансформатор подстанции Т, который понижает напряжение до 27,5 кВ. для питания тяги, а также до 35 или 10 кВ для питания нетяговых потребителей НП. Напряжение с трансформатора Т подаётся на шины А,В,С 27,5 кВ и используется для питания ЭПС через тяговую сеть.

Для равномерной загрузки всех трёх фаз системы внешнего электроснабжения в тяговую сеть станции и перегона слева подаётся напряжение, отличающееся по фазе от напряжения, подаваемого тяговую сеть перегона справа. Контактная сеть перегона слева от станции получает питание от шины фазы В через выключатель Q₁ которая на подстанции заземляется, контактная сеть станции получает питание от шины фазы В через выключатель Q₂, перегон справа питается от фазы А через выключатель Q₃.

Контактная сеть станции отделяется от перегона слева изолирующим сопряжением ИС, а от перегона справа- нейтральная вставкой НВ, состоящей из двух изолирующих сопряжений. Нейтральная вставка позволяет токоприёмнику ЭПС переходить с фазы В станции на фазу А перегона, не создавая короткого замыкания между фазами, так как изолирующие сопряжения НВ перекрываются токоприёмником поочерёдно.

После подачи напряжения в тяговую сеть выключателями Q₁,Q₂,Q₃ машинист может, подняв токоприёмник электровоза и включив выключатель Q₅, подать напряжение на первичную обмотку тягового трансформатора электровоза Т_э. Напряжение, снимаемое со вторичной обмотки Т_э, выпрямляется UD и через сглаживающий реактор LR подводится к тяговым двигателям М, через которые протекает ток. Вращение двигателей приводит ЭПС в движение.

От шин 27,5 кВ тяговой подстанции получают питание также нетяговые потребители. Для этого через выключатель Q₄ к шинам А и В подключены два провода, проложенные на опорах контактной сети с полевой стороны, третьим проводом этой системы является рельс. Система получила название ДПР (два провода – рельс). Понижающие трансформаторы комплектных трансформаторных подстанций потребителей ТКТП подключаются к проводам и рельсу системы ДПР, понижает напряжение до величины необходимой потребителю.

Электроэнергию для собственных нужд подстанции СН (питание цепей управления, сигнализации, защиты, автоматики, освещения, отопления, вентиляции) получают от трансформатора собственных нужд Т_сн. От шин собственных нужд через трансформатор Т_СЦБ напряжение подаётся в линию ВЛ СЦБ 10 кВ, предназначенную для питания устройств СЦБ. От ВЛ СЦБ получают электроэнергию трансформаторы сигнальных точек автоблокировки Т_СТА, которые, в свою очередь, питают релейные шкафы СЦБ, а через них – лампы светофоров. Так как от работы устройств СЦБ зависит бесперебойное движение поездов на участке, они должны иметь резервный источник питания. В качестве резервного источника используется трансформатор TV, подключённый к одному из проводов линии ДПР и рельсу.

Система электроснабжения переменного тока имеет ряд недостатков. Один из них заключается в значительном электромагнитном влиянии тяговой сети на линии связи, проходящие вдоль железных дорог, что заставляет выполнять их не воздушными, как на постоянном токе, а кабельным. Это приводит к увеличению стоимости электрификации железных дорог. К недостатком системы переменного тока можно отнести усложнение и удорожание электровозов, т.к. на них перенесены с подстанций постоянного тока тяговые трансформаторы Т_э и выпрямители UD.

Однако есть у системы переменного тока и свои хитрости. Во-первых значительно сложнее, капризнее и дороже оказывается сам ПС: тяжёлые пожароопасные тяговые трансформаторы, высоковольтные схемы коммутации, выпрямители (на первых электровозах переменного тока применялись т.н. игнитроны - ртутные диоды, которые помимо всего прочего были источниками сильного рентгеновского излучения), повышенные требования к изоляции токоприёмников и высоковольтных шин от корпуса электровоза.

Во-вторых поступающий от электростанций ток - трёхфазный, а ПС - однофазный. Фазы подключаются к участкам контактной сети по специальной схеме, чтобы исключить появление асимметрии тока под нагрузкой. Поэтому в КС переменного тока очень важным моментом явлется секционирование. Различают продольное и поперечное секционирование.

В продольном секционировании различают изолирующее и не изолирующее сопряжение анкерных участков. Анкерный участок - это участок контактной подвески, на котором обеспечивается постоянное натяжение контактного провода с помощью систем блоков и противовесов. Максимальная длина такого участка - 1600м. Наверное, все видели, проезжая на поезде, такие блоки и полиспасты, закреплённые на опорах контактной сети - это т.н. компенсаторы.

При смене фаз в пределах одной подстанции, а так же при сопряжении участков двух разных подстанций, применяется т.н. нейтральная вставка - полностью изолированный участок КС, расположенный между двумя анкерными сопряжениями. В нормальных условиях нейтральная вставка не находится под напряжением, поэтому при подъезде к ней машинист обязан по специальному предупреждающему знаку "отключить ток" выключить электровоз и пройти нейтральную вставку "накатом". Если вдруг произошла аварийная остановка ПС под нейтральной вставкой, то с поста секционирование на неё может быть подано напряжение.

Поперечное секционирование применяется в т.н. воздушных стрелках - участках контактной сети, расположенных над стрелочными переводами. Т.к. чётное и нечётное направления как правило питаются от разных фаз (см рис. 146), то на переходных стрелках участки КС должны быть изолированы друг от друга. Для изоляции анкерных участков и воздушных стрелок применяются т.н. секционные изоляторы, которые врезаются непосредственно в нитку КС и обеспечивают беспрепятственный проход токоприёмника электровоза.

На практике в основном применяется модифицированная версия системы переменного тока 2х25кВ. При этом на тяговой подстанции устанавливают тяговые трансформаторы Т1 и Т2 с двумя вторичными обмотками (т.н. фазоинверторы). Обмотки соединены последовательно, а их общие точки присоединены к рельсам. Выводы обмоток подключены к дополнительному питающему проводу П и к контактному проводу К таким образом, что между контактным и питающим проводом напряжение составляет 50 кВ, но по отношению к рельсам (к земле) провода П и К имеют напряжение 25 кВ.

Для передачи электроэнергии к электровозам на расстоянии около 10 км друг от друга устанавливают автотрансформаторы AT1, АТ2 и т.д. с коэффициентом трансформации 2. Энергия для питания электровоза, находящегося между двумя автотрансформаторами, от тягового трансформатора Т2 по проводам П и К передается к автотрансформаторам ATI и АТ2, которые понижают напряжение до 25 кВ. По тяговой сети оно подводится к электровозу. Если электровоз находится в середине участка между автотрансформаторами, то от каждого из них к тяговой сети проходит ток, вдвое меньший по отношению к току электровоза. По проводам П и К при этом течёт ток, равный 1/4 тока электровоза так как напряжение между ними вдвое больше. В результате потери напряжения и разогрев фидеров на участке значительно уменьшаются, что позволяет пропускать несколько токопотребляющих единиц ПС. Главным образом это важно для работы электровозов по системе многих единиц в условиях сложного профиля, что позволяет величить вес составов до 10 тысяч тонн и тем самым поднять пропускную и провозную способность участка.

Кроме того на переменном токе проявляет себя т.н. скин-эффект, т.е. ток течёт не по всей толще провода, а только по краям сечения. Это позволяет применять в конструкции контактного провода стальные сердечники без заметных изменений его электрических свойств. Такие армированные медно-стальные провода обладают меньшим весом и существенно большей прочностью и долговечностью, что важно в условиях сурового климата или при прокладке магистралей на участках с сильными боковыми ветрами (например в степях).

Список литературы

Структурная схема тяговой подстанции переменного тока 25 кВ с первичным напряжением 110(220) кВ и РУ 35 кВ для питания района.

Схема электроснабжения электрифицированной железной дороги на переменном токе представлена на рис. 2.2.

Схема соединения обмоток тяговых трансформаторов обычно «звезда- треугольник» (рис. 2.2). Тяговые однофазные нагрузки получают от обмотки НН трансформатора. Обычно вывод трансформатора «с» подключен в рельсовую цепь, а выводы «а» и «в» к правому или к левому плечу контактной сети. Поэтому контактная сеть справа и слева от подстанции питаются от разных фаз. Во избежания короткого замыкания между ними монтируется нейтральная вставка (см. рис. 2.2).

Между контактной сетью и рельсами напряжение составляет 25 кВ, а на питающих шинах 27.5 кВ.

Дата добавления: 2017-02-01