Схемы внутреннего и внешнего электроснабжения тяговых сетей.
Страница 1 из 2.
Схемы внутреннего электроснабжения.
По степени бесперебойности электроснабжения электрический транспорт относится к потребителям I категории, а потому схемы внешнего и внутреннего электроснабжения ГЭТ должны выбираться с учетом этого обстоятельства и отличаться довольно высокой надежностью. Контактная сеть электрического транспорта секционируется по своей длине, т. е. разделяется на ряд изолированных участков (секций) с помощью специальных секционирующих устройств, которые обеспечивают беспрепятственный проход токоприемника э. п. с. Секционирование сети позволяет отключать в аварийных режимах и при проведении ремонтных работ только небольшой участок контактной сети, не нарушая электроснабжения всего пути. Правильно выбранные схемы питания и секционирования контактной сети повышают ее надежность. На городском электрическом транспорте в качестве секционирующего устройства применяется секционный изолятор (СИ) с дугогашением; на магистральном транспорте секционирующим устройством служат изолирующие сопряжения и нейтральные вставки. Рельсовая сеть не секционируется во избежание образования на рельсах опасной разности потенциалов. Основные схемы внутреннего электроснабжения э. п. с. представлены на рис. Эти схемы иллюстрируют электроснабжение двухпутного участка пути длиной L, км (движение туда — обратно). Контактная сеть КС секционирована секционными изоляторами СИ (на магистральном транспорте — изолирующими сопряжениями) и защищена быстродействующими автоматическими выключателями БВ, установленными на тяговой подстанции 777. Рельсовая сеть, чтобы не загромождать рисунок, не показана. Рис. Схемы внутреннего электроснабжения двухпутного участка На двухпутных участках контактная сеть обоих путей может не иметь соединений между собой — схема раздельного питания путей (рис. а,в); иметь соединение в одной точке — схема с постом секционирования ПС (рис. г); иметь соединения в нескольких точках — схема параллельного соединения путей (рис. б, д). Секция контактной сети может иметь одностороннее (консольное) (рис. а, б) и двухстороннее (рис. в, г, д) питание. Поезд на участке с односторонним питанием (рис. а) получает энергию всегда по одной питающей линии (при раздельном питании контактной сети обоих путей). В случае повреждения питающей линии или одной из секций контактной сети в схеме выходит из строя минимальный участок сети одного направления. При повреждении тяговой подстанции обесточивается участок длиной L/2 обоих направлений. В схеме консольного питания при параллельной работе контактной сети обоих путей (рис. б) от одной питающей линии тяговой подстанции получают энергию две секции пути обоих направлений. В схеме по сравнению с предыдущей схемой меньше защитной аппаратуры. Потери мощности при нахождении поезда в конце секции уменьшаются в 2 раза по сравнению с предыдущей схемой. При коротком замыкании на секции выходят из строя оба участка сети: прямой и обратный, электроснабжение которых осуществляется по одной питающей линии от одной тяговой подстанции. При выходе из строя тяговой подстанции необходимо провести дополнительные работы на контактной сети по закорачиванию нормально разомкнутого секционного изолятора. В этом случае весь участок длиной L будет запитываться от оставшейся в работе тяговой подстанции, имеющей резерв по мощности. Несмотря на это, схема нашла широкое применение на городском транспорте, так как преимущество предыдущей схемы (при повреждении питающей линии выходит из строя секция контактной сети только одного направления) в условиях города не реализуется из-за того, что невозможно организовать нормальное движение в обоих направлениях по оставшейся в работе линии, а преимущество от увеличения суммарного сечения контактной сети дает реальные положительные результаты (меньше потери мощности). В схеме двухстороннего питания участка сети при раздельной работе путей обоих направлений (рис. в) ток к поезду поступает с двух сторон в течение всего времени нахождения на участке, т. е. подстанции и контактная сеть загружаются более равномерно во времени, чем в случае одностороннего питания. При уменьшении неравномерности нагрузки уменьшаются потери мощности в линии, нагрев проводов и трансформаторов при условии равенства напряжения на подстанциях. Поезд, находящийся в середине участка, будет получать питание по двум параллельным путям длиной L/2 от двух источников, а потому потери мощности в сети в 2 раза меньше, чем в схеме рис. а, и в 4 раза меньше, чем в варианте схемы одностороннего питания консольного участка длиной L при раздельной работе путей. При выходе из строя питающей линии или тяговой подстанции электроснабжение всего участка не прерывается и будет осуществляться от другой тяговой подстанции, питающей этот участок сети. При коротком замыкании в тяговой сети одного направления защита отключает весь участок длиной L этого направления (в схеме консольного питания рис. а отключается в этом случае участок L/2). При коротком замыкании в тяговой сети вблизи тяговой подстанции ток короткого замыкания может оказаться меньше уставки быстродействующего выключателя питающей линии другой подстанции, подпитывающей место аварии, поэтому для ликвидации аварии необходимо предусматривать специальные меры защиты от малых токов короткого замыкания. Пост секционирования ПС устанавливается примерно в середине участка между двумя тяговыми подстанциями, питающими этот участок (рис. г). Через разъединители и выключатели поста, которые замкнуты в нормальном режиме, соединяются между собой контактные сети обоих направлений. Эта схема двухстороннего питания объединяет в себе достоинства трех ранее рассмотренных схем. Во-первых, при КЗ на секции контактной сети отключается соответствующими выключателями поста секционирования и питающей линии только поврежденная секция длиной L/2 одного направления. Во-вторых, при выходе из строя одной тяговой подстанции питание всего участка сохраняется от другой, оставшейся в работе. В-третьих, в схеме наименьшие по сравнению с ранее рассмотренными схемами потери мощности. И, наконец, в-четвертых, схема двухстороннего питания с постом секционирования более чувствительна к малым токам короткого замыкания по сравнению со схемой рис. в, так как уменьшается в 2 раза зона между быстродействующими выключателями (при одной и той же длине участка между тяговыми подстанциями). К недостаткам схемы следует отнести увеличение капитальных затрат на установку поста секционирования и дополнительной защитной аппаратуры. На магистральном транспорте параллельное соединение путей осуществляется на пунктах параллельного соединения (ППС на рис. д). Когда повреждается контактная сеть одного пути, пункты параллельного соединения автоматически разъединяют контактные подвески, позволяя неповрежденным путям остаться в работе. Для транспортных линий городского электрического транспорта при однопутном движении применимы схемы одностороннего (рис. 2, а, б) и двухстороннего питания (рис. 2, в) при нормально замкнутом секционном изоляторе. При расположении питающего пункта на середине участка (рис. 2, а) уменьшаются потери напряжения и энергии. Но тогда соседние секции контактной сети будут питаться по длинным кабелям (показаны штриховыми линиями) или от соседней тяговой подстанции. Питающие линии могут быть присоединены к контактной сети непосредственно у секционного изолятора (рис. 2, б). В этом случае при выходе из строя одной питающей линии электроснабжение обеих секций может быть обеспечено при закорачивании секционного изолятора. Питание всех рассмотренных выше схем внутреннего электроснабжения может быть отнесено к одному из двух основных принципов: централизованному и децентрализованному. При централизованном способе электроснабжения (рис. 3, а) мощная тяговая подстанция питает несколько секций разветвленной транспортной сети, в том числе и находящихся на значительном расстоянии от подстанции. Как правило, это подстанция с обслуживающим персоналом, а необходимая степень надежности обеспечивается наличием резервных преобразовательных агрегатов, т. е. резервирование осуществляется по числу устройств. При таком способе электроснабжения каждая тяговая подстанция осуществляет автономное питание тяговой сети без автоматической разгрузки соседними подстанциями. Рис. 2. Схемы внутреннего электроснабжения однопутного участка.
Рис. 3. Схемы внутреннего электроснабжения При децентрализованном способе электроснабжения (рис. 3, б) каждая секция контактной сети получает питание от двух соседних тяговых подстанций, расположенных вблизи секционных изоляторов. При выходе из строя одной подстанции ее нагрузку берут на себя соседние подстанции, имеющие определенный резерв мощности, т. е. налицо резервирование по мощности устройства. Это полное взаимное резервирование тяговых подстанций по контактной сети осуществляется без переключения в контактной сети. Децентрализованное питание позволяет уменьшить расстояние между подстанциями, что снижает потери напряжения и энергии. Тяговые подстанции при таком способе питания, как правило, небольшой мощности, одноагрегатные, автоматизированные (без дежурного персонала), и стоимость их относительно невелика. На практике при реализации децентрализованного принципа электроснабжения может возникнуть необходимость создания мощных опорных подстанций в наиболее напряженных транспортных узлах. Эти многоагрегатные подстанции выполняются по модульному (блочному) принципу. В качестве модуля используется одноагрегатная тяговая подстанция, являющаяся основой децентрализованной системы. Это позволяет унифицировать основное оборудование и облегчает эксплуатацию и обслуживание его. В реальных системах электроснабжения возможны сочетания централизованного и децентрализованного способов питания. Для промышленного наземного транспорта, как правило, характерны схемы магистрального транспорта, а для промышленного подземного транспорта применяют схемы питания трамвайно-троллейбусных сетей. Применение той или иной схемы питания тяговой сети для различных типов электроподвижного состава приведено в табл. 1. Рис. 4. Схема параллельной работы тяговых подстанций переменного тока при двухстороннем питании ВЛ с симметричным присоединением выводов тяговых трансформаторов подстанций относительно середины участка (для шести тяговых подстанций.
Таблица 1. Схемы внешнего и внутреннего электроснабжения для различного типа э. п. с.
Вид электроподвижного состава.
Характерная схема внутреннего электроснабжения.
Характерная схема внешнего электроснабжения.
Рис. 1,б Рис. 2, а, б, в.
Рис. 5, а, б, в, г Рис. 6, а Рис. 7.
Магистральный транспорт: постоянный ток однофазный переменный ток, 50 Гц.
Рис. 1, г, д Рис. а, в, г.
Промышленный транспорт: подземный наземный.
Рис. 2, а Рис. 3, а.
Рис. 5, а, б Рис. 5, а, б.
На магистральном транспорте однофазного переменного тока промышленной частоты возникает проблема равномерного распределения тяговой нагрузки между фазами внешнего электроснабжения. В качестве примера на рис. 4 представлена схема питания магистральной железной дороги переменного однофазного тока. Схема обеспечивает параллельную работу смежных подстанций по тяговой сети при использовании трансформаторов одной группы соединений У/Д-11. Для симметрирования нагрузки в питающей линии требуется при двустороннем питании BЛ шесть тяговых подстанций (на рис 34 5, а поз J—б) Рис 5 Радиальные схемы внешнего электроснабжения За полный цикл чередования фаз (I—III на рис 34 5, б) от шести тяговых подстанций в контактную сеть относительно рельсов подаются четыре сдвинутых по фазе напряжения отрицательное напряжение красной фазы (—К), положительное желтой (Ж), отрицательное зеленой ( — 3) и положительное (К.
