Электрические железные дороги 2 (стр. 3 из 6)

Устройство и работа тяговых подстанций дорог, электрифицированных на постоянном и переменном токе, резко различаются.

На тяговой подстанции постоянного тока, которая показана на рис. 2, переменный ток преобразуется в постоянный. Первоначально для этой цели использовали вращающиеся преобразователи, которые состояли из мощных двигателей переменного тока, установленных на одном валу с генераторами постоянного тока. Затем вместо тяжелых и громоздких машинных преобразователей стали применять ртутные выпрямители. В дальнейшем все ртутные выпрямители были заменены полупроводниковыми.

Выпрямленное напряжение через специальный защитный аппарат — быстродействующий выключатель — и питающую линию (фидер) подводится к контактной сети. При включенных тяговых двигателях электровоза ток от вторичной обмотки трансформатора проходит через выпрямитель, быстродействующий выключатель, фидер, контактную сеть, пускорегулирующие аппараты и тяговые двигатели в рельсы. Чтобы получить замкнутую электрическую цепь, рельсы соединяют отсасывающей линией с нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора.

Быстродействующий выключатель автоматически отключает фидер, а, следовательно, и контактную сеть в случае перегрузки и коротких замыканий последней. Кроме того, иногда необходимо отключать контактную сеть (снимать с нее напряжение) для производства каких-либо работ, для чего также отключают быстродействующий выключатель.

Следовательно, тяговые подстанции дорог постоянного тока служат для понижения напряжения, подводимого от ЛЭП, преобразования переменного тока в постоянный и распределения электрической энергии постоянного тока по участкам контактной сети.

Если железная дорога электрифицирована на переменном токе промышленной частоты, то тяговая подстанция предназначена для понижения напряжения, подводимого ЛЭП, и распределения электрической энергии по участкам контактной сети. На линиях, электрифицированных на переменном токе, замкнутый контур тока образуется присоединением одного конца первичной обмотки трансформатора, расположенного на электровозе, к контактной сети, а другого — к рельсу и далее через отсасывающую линию к подстанции. Устройство тяговых подстанций дорог переменного тока значительно проще, поскольку выпрямление напряжения для питания тяговых двигателей осуществляется на самом подвижном составе.

Коэффициент полезного действия электрической тяги выражается произведением к. п. д. отдельных звеньев системы питания электрифицированной железной дороги: электростанции, линии электропередачи, тяговой подстанции, контактной сети и самого электровоза. Если энергия поступает от тепловой электростанции, к. п. д. которой примерно 35%, то полный к. п. д. электрической тяги составляет около 28%. С тем же примерно к. п. д. работают электрифицированные железные дороги, которые начали получать энергию от атомных электростанций. Гидроэлектростанции, к. п. д. которых достигает 85%, питают примерно одну пятую часть электрифицированных железных дорог; к. п. д. электротяги составляет при этом 60—62%.

1.3. Тяговые подстанции

Тяговая подстанция — в общем случае, электроустановка для 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 энергии и 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 напряжения и последующего преобразования тока (только для подстанций постоянного тока 3,3 кВ) для передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.

Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на 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 электропередач напряжением 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

Напряжение входное			220 (110, 35, 10) кВ
Напряжение выходное			3,3 кВ
Мощность преобразования			до 10 МВт
Количество фидеров постоянного тока			4 - 8 шт.

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