Схема тяговой подстанции переменного тока: Типовые схемы тяговых подстанций для разных видов транспорта

Содержание

Тяговая подстанция Википедия

Тя́говая подста́нция — электроустановка, предназначенная для понижения электрического напряжения и последующего преобразования (выпрямления) тока (для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов, электропоездов, трамваев и троллейбусов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.

Тяговые подстанции железной дороги

Тяговая подстанция железной дороги предназначена для распределения, преобразования электроэнергии, питания тяговых (электроподвижного состава) и нетяговых железнодорожных потребителей. Тяговые подстанции железной дороги получают электроэнергию от энергосистем через систему внешнего электроснабжения, после чего энергия распределяется между тяговыми (через систему тягового электроснабжения) и нетяговыми потребителями.

Классификация

По способу присоединения к системе внешнего электроснабжения:

  • Опорная (узловая) – получает питание от сети внешнего электроснабжения по трём и более линиям электропередачи напряжением 110 или 220 кВ, и служит источником питания для других тяговых подстанций.
  • Тупиковая (концевая) – получает питание по двум радиальным ЛЭП от соседней подстанции.
  • Промежуточная – получает питание по вводам от двух соседних подстанций.

Промежуточные в свою очередь делятся на:

  • Транзитная (проходная) – включается в рассечку ЛЭП.
  • Отпаечная – подключается к отпайкам или ответвлению ЛЭП.

По системе электрической тяги:

  • Постоянного тока 3,3 кВ
  • Переменного тока 27,5 кВ
  • Переменного тока 2×27,5 кВ
  • Стыковые

По типу преобразователей:

  • Выпрямительные
  • Выпрямительно-инверторные

По значению питающего напряжения:

6, 10, 35, 110, 220 кВ

По системе управления:

  • Телеуправляемые
  • Нетелеуправляемые

По способу обслуживания:

  • Без дежурного персонала
  • С дежурством на дому
  • С постоянным дежурным персоналом

По типу:

  • Стационарные
  • Передвижные

Схемы питания тяговых подстанций

Максимальное расстояние между соседними тяговыми подстанциями: 15 км на постоянном токе и 50 км – на переменном.

Каждая тяговая подстанция получает питание от двух независимых источников, так как электрифицированные железные дороги являются потребителем первой категории.

Питание тяговых подстанций может осуществляется по одноцепной ЛЭП, двухцепной ЛЭП на общих и на раздельных опорах.

При питании от одноцепной линии между опорными подстанциями располагаются не более трёх транзитных подстанций.

При питании от двухцепной линии на общих опорах:

  • для ЛЭП-220 кВ — не более пяти транзитных при электрической тяге как на переменном, так и постоянном токе;
  • для ЛЭП-110 кВ — не более пяти транзитных при электрической тяге на постоянном и трех — на переменном токе.

При питании от двухцепной линии на раздельных опорах:

  • для ЛЭП-220 кВ — не более пяти подстанций (2 транзитные 3 отпаечные) при электротяге как на постоянном, так и на переменном токе;
  • для ЛЭП-110 кВ — не более пяти подстанций (2 транзитные 3 отпаечные) при электрической тяге на постоянном и трех (2 транзитные 1 отпаечная) — на переменном токе.

Структура тяговых подстанций

Ввод

На тяговые подстанции железной дороги поступает энергия напряжением 110, 220 кВ, на некоторые старые тяговые подстанции постоянного тока может поступать напряжение 35 кВ.

Тяговые подстанции имеют от 2 (на транзитных, отпаечных, тупиковых подстанциях) до 6 (на опорных подстанциях) вводов.

Распределительное устройство высокого напряжения

Обычно это РУ 110 или 220 кВ, от них через понижающий трансформатор энергия поступает на РУ 6 (10), 35 кВ, а также на тяговое РУ 27,5 кВ.

На некоторых подстанциях постоянного тока РУ высокого напряжения может быть 35 кВ, в этом случае от него питаются: через преобразовательный агрегат тяговое РУ 3,3 кВ, трансформаторы собственных нужд, РУ 6 (10) кВ, а также нетяговые потребители.

Схемы РУ высокого напряжения различаются в зависимости от типа подстанции.

Распределительные устройства низкого напряжения

На тяговых подстанциях переменного тока РУ 6 (10) и 35 кВ используются только для питания нетяговых потребителей.

  Для питания тяговых потребителей, а также трансформаторов собственных нужд используется РУ 27,5 кВ.

На тяговых подстанциях постоянного тока РУ 6 (10) кВ используются для питания: через преобразовательный агрегат РУ 3,3 кВ, трансформаторов собственных нужд, а также нетяговых потребителей. РУ 35 кВ используется только для питания нетяговых потребителей, за исключением случаев, когда РУ 35 кВ является основным.

Преобразовательные агрегаты

Выпрямители и инверторы используются на тяговых подстанциях постоянного тока для питания РУ 3,3 кВ выпрямленным током и для возврата энергии, вырабатываемой при рекуперативном торможении из контактной сети в общую сеть переменного тока.

Фидеры

Фидеры используются для присоединения к распределительным устройствам тяговой подстанции контактной сети и других потребителей электроэнергии.

Тяговые подстанции постоянного тока

Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 10—15 км одна от другой

[источник не указан 3036 дней]. Это расстояние зависит, как от объёмов движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций ФСК «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередачи напряжением 6—220 кВ. Электроэнергия поступает в первичное открытое или закрытое распределительное устройство.

Далее электроэнергия поступает на понижающий 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 выключатели.

В связи с широким использованием на современном электротранспорте рекуперативного торможения, на тяговых подстанциях (в основном железнодорожных) начинают использоваться инверторы, передающие энергию из контактной сети в общую сеть переменного тока. Выключение выпрямителя и включение инвертора производится автоматически при повышении напряжения контактной сети выше номинального.

В Российской Федерации номинальное напряжение тяговой сети железных дорог установлено на уровне 3300 В Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации.

В тяговых сетях трамваев и троллейбусов используется напряжение 600 В, метрополитена — 825 В.

Тяговые подстанции наземного электротранспорта

Тяговые подстанции трамваев и троллейбусов служат для преобразования трехфазного переменного тока (обычно напряжением 6 или 10 кВ) в постоянный ток. Напряжение постоянного тока для городского электротранспорта в большинстве городов мира принято: на токоприемнике трамвая и троллейбуса 550 В, на шинах тяговых подстанций 600 В.

Питание тяговых подстанций электроэнергией производится по воздушным или кабельным линиям напряжением 6 или 10 кВ от энергосистемы.

Классификация

По способу работы и обслуживанию:

  • С обслуживающим персоналом (автоматизированные и нет)
  • Автоматические, без обслуживающего персонала
  • Телеуправляемые, без обслуживающего персонала

Обслуживающий персонал на тяговых подстанциях используется в основном в небольших городах, где количество подстанций малое и системы телеуправления не рациональны, либо на важных подстанциях в больших системах электротранспорта.

Кроме того, часто пункты управления подстанциями размещаются на одной из них, поэтому такая подстанция становится обслуживаемой.

Но, даже при наличии персонала на подстанции, управление на ней может быть автоматизировано и человек выполняет лишь наблюдение (кроме аварийных ситуаций)

Автоматические подстанции редко могут использоваться без персонала и не имея никакого внешнего управления. Но они имеют самую низкую надёжность электроснабжения, поэтому используются лишь для малозначимых линий с низкой интенсивностью движения.

В средних и крупных системах электротранспорта подстанции управляются дистанционно, по системе телеуправления. Персонал на них не используется, оперативные переключения выполняются из районных центров управления.

По структуре:

  • Одноагрегатные
  • Многоагрегатные

Одноагрегатные подстанции предлагалось располагать для систем децентрализованого электроснабжения, на вылетных линиях. Но они не получили широкого распространения ввиду невысокой надёжности, так как агрегат может часто выходить из строя, кроме того, он требует частого обслуживания, которое ограничивается в таком случае режимом работы электротранспорта.

Поэтому на таких линия более удобны двухагрегатные подстанции.

В централизованных системах электроснабжения, коих большинство, применяются 3-х агрегатные, а также 2-х и 4-х агрегатные, подстанции, которые обеспечивают достаточный резерв по мощности и по надёжности. Использование централизванной системы позволяет снизить суммарную мощность подстанций, их количество, а значит и затраты на их строительство, обслуживание.

По месторасположению:

  • Наземные
    • Открытые
    • Закрытые
  • Подземные

Структура подстанции

Ввод

Электроэнергия на тяговые подстанций поступает как правило напряжением 6 или 10 кВ от энергосистемы. Через коммутационную аппаратуру она подаётся на распределительное устройство (РУ) 6/10 кВ.

Коммутационная аппаратура ввода состоит из линейного разъединителя, высоковольтного выключателя (маломаслянного, вакуумного или др.) и шинного разъединителя.

Вводов у подстанции может быть до нескольких штук (1, 2, 3), но большинство подстанций на просторах СНГ имеют два: ввод α (основной) и ввод β (резервный). Переход с одного ввода может снабжаться автоматикой

Распределительное устройство высокого напряжения

Схемы РУ ВН подстанций достаточно разнообразны. Это может быть одна секция шин, две секции с раздельным подключением к вводам, две секции с возможностью работы от всех вводов и др. Между секциями на мощных подстанциях используются схемы с двумя (возможно и более) секциями шин обеспечивающие высокую их надёжность в случае аварийных ситуаций (КЗ, отключение одной из секций) или ремонта без полного отключения подстанции.

От РУ ВН через коммутационную аппаратуру питаются трансформаторы собственных нужд и преобразовательные агрегаты

Преобразовательные агрегаты

Количество преобразовательных агрегатов определяет мощность тяговой подстанции. Их может быть от одного и более, но наибольшее распространение на просторах СНГ имеют 2-х и 3-хагрегатные подстанции.

Преобразовательный агрегат тяговых подстанций трамвая и троллейбуса состоит из трансформатора и выпрямителя. Выпускавшиеся в СССР выпрямительные агрегаты ВАКЛЕ имели номинальный выходной ток 1000 А, 2000 А и, в редких случаях, 3000 А.

Трансформатор агрегата питается напряжением 6/10 кВ и на выходе имеет номинальное переменное напряжение в 565 В. Применяющиеся на тяговых подстанциях трансформаторы обычно имеют вторичную обмотку типа «звезда-обратная звезда» с уравнительным реактором, поэтому на выходе получается шестифазная система напряжения. Реактор соединяет нейтрали звёзд и имеет вывод со своей средней точки. Этот вывод — отрицательный полюс системы постоянного напряжения, поэтому он сразу подключается к РУ отрицательной полярности.

Трансформаторы современных агрегатов могут иметь и другие схемы вторичной обмотки (звезда, треугольник), так как что связано с применением более совершенных выпрямителей, например В-ТПЕД.

Выпрямитель ВАКЛЕ состоит из одного или нескольких блоков БВКЛЕ (номиналом 1000 А). Схема выпрямителя представляет из себя двойную схему Миткевича. Выпрямленный ток имеет шестипульсную форму.

Выход выпрямителя имеет положительный потенциал и подключается к РУ положительной полярности.

До 1970-х гг. широко использовались ртутные выпрямители

Трансформаторы тяговых подстанций переменного тока

Для питания ЭПС однофазным переменным током напряжением 27,5 кВ на тяговых подстанциях могут быть использованы однофазные и трехфазные понижающие трансформаторы. Однофазные трансформаторы нашли применение только при электрификации железных дорог по системе электроснабжения 2 х 25 кВ.

Трехфазные трехобмоточные трансформаторы типа ТДТНЖ (трехфазный, с дутьевым охлаждением, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, для железнодорожного транспорта) с первичным напряжением 110-220 кВ. Первичные обмотки таких трансформаторов соединяются в "звезду", вторичные на напряжение 27,5 и 10 кВ — в "треугольник", на напряжение 35 кВ — в "звезду" (рис. 1, а). Вершина с "треугольника" подключается к тяговому рельсу, а вершины — к контактной сети слева и справа от подстанции. Однофазная тяговая нагрузка слева от подстанции питается током /л, который протекает под действием напряжения, нагрузка справа получает ток /п, протекающий по ней под действием напряжения. Суммируясь в рельсовом фидере токи /л и /п создают ток /р (рис. 1, в) со знаком "минус", направленный от рельса к вершине с "треугольника". Распределение токов нагрузок между фазами "треугольника" определяется только сопротивлением этих фаз.
Трансформаторы ТДЦТП выпускаются для передвижных тяговых подстанций.
Неравномерная загрузка фаз трансформаторов, питающих контактную сеть, приводит к появлению токов и напряжений обратной последовательности (НОП). Последние оказывают влияние на работу потребителей, питающихся от тяговых подстанций и сетей, к которым подключаются тяговые подстанции,

Параметры трехфазных трансформаторов для электрической тяги переменного тока

Основными приемниками электроэнергии у потребителей являются асинхронные двигатели. Не симметрия напряжения приводит к уменьшению максимального момента двигателя и увеличению его нагрева. При несимметричной системе напряжений круговое вращающееся синхронное магнитное поле заменяется эллиптическим. Последнее может быть разложено на два круговых, вращающихся в разные стороны в соответствии с симметричными составляющими напряжений прямой и обратной последовательностей. То и другое поле создают свои вращающиеся моменты, действующие в противоположных направлениях. Результирующий момент вращения электродвигателя можно представить как разность двух моментов, создаваемых напряжениями прямой и обратной последовательностей. Практически встречающаяся не симметрия не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на максимальный вращающий момент асинхронного двигателя.
На нагревание двигателя не симметрия напряжений оказывает значительно большее влияние. Объясняется это тем, что сопротивление обратной последовательности асинхронного двигателя много меньше сопротивления прямой последовательности, поэтому даже при небольшом напряжении обратной последовательности ток обратной последовательности получается большим, что может приводить к перегреву двигателя. Для трехфазных двигателей допускается длительное напряжение нулевой последовательности 2% номинального.
Однофазные приемники электроэнергии воспринимают не симметрию напряжения как отклонение или колебание напряжения.
Рассмотрим параллельную работу трехфазных трансформаторов тяговых подстанций. Фазы обмоток 27,5 кВ загружены неравномерно. Если присоединить к высоковольтной линии ВЛ (рис. 2) трансформаторы одноименными первичными выводами к соответствующим фазам ВЛ питающей сети, то получится значительная неравномерность загрузки фаз сети, крайне нежелательная для энергосистемы b промышленных потребителей, так как вызывает дополнительные потери напряжения и искажение напряжения трехфазных потребителей. Основным методом выравнивания нагрузки по фазам, а следовательно, снижения несимметрии является чередование фаз А, В, С трансформаторов при подключении к высоковольтной воздушной линии электропередачи ВЛ, фазы которой обозначены Ж (А), 3 (В), К(С) буквами расцветки этих фаз (желтая, зеленая, красная).

Рис. 2. Схема фазировки тяговых подстанций переменного тока с трехфазными трансформаторами
На рис. 2 показано подключение трансформаторов семи подстанций. Так как две соседние подстанции питают с двух сторон контактную сеть КС одного участка, то их трансформаторы должны быть подключены так, чтобы от ВЛ подавались на этот участок напряжения одной и той же фазы. Каждый участок межподстанционной зоны таким образом является нагрузкой одной фазы энергосистемы. Подключение этих участков к фазам ВЛ чередуется, а тяговые подстанции делятся по способу подключения на три I, II, III. Этот метод выравнивания токов и напряжений по фазам питающей ВЛ является идеализированным. В реальных условиях добиться полной симметрии нагрузок и напряжений невозможно, так как нагрузки фаз трансформаторов зависят от количества поездов на участке и потребляемых ими токов, последнее во многом зависит от профиля пути, веса поезда и т.д.
На тяговых подстанциях системы электроснабжения 2 х 25 кВ устанавливаются однофазные трансформаторы типа ОРДНЖ с расщепленной вторичной обмоткой, дутьевым охлаждением и регулированием напряжения под нагрузкой на вторичных обмотках 27,5 кВ (табл. ). Предусмотрено ступенчатое регулирование напряжения в пределах ±6 х 1,67°/о от номинального напряжения с помощью переключателя типа РНТА-35/320А.
Для понижения напряжения 50 кВ между подстанциями устанавливают автотрансформаторы типа АОМНЖ. С их помощью напряжение регулируется в широком диапазоне: от 20,5 до 31,5 кВ.

Тип трансформатора

Номинальная мощность обмоток, МВ А

Напряжение обмоток, кВ

Напряжение К3,%

Схема и группа соединения обмоток

ВН

НН

ВН

НН

ОРДНЖ- 16000/220

16

8-8

230

27,5- 27,5

12,5

1/1-1-00

ОРДНЖ- 16000/110

16

8-8

115

27,5- 27,5

10,5

1/1-1-0-0

АОМНЖ- 10000/55

10

-

55

29

1,5

1авто

АОМНЖ- 16000/55

16

 

55

29

1,5

1авто

Ещё по теме:

Разработка схемы главных электрических соединений подстанции — КиберПедия

Курсовая работа

На тему: «тяговая подстанция переменного тока»

КП: 230505. 575-642

 

Выполнил: Мингалеев А.Ю.

Проверил: Парфианович А.П.

 

 

Хабаровск

2019


       
       
         

КП: 230505.575-642

         
Изм. Лист № докум. Подп. Дата

Разраб.

Мингалеев А.Ю.    

 

Лит.

Лист Листов

Пров.

Парфианович А.П. СслиС.И.нов       У   2  

Реценз

     

ДВГУПС

Кафедра "СЭ"

Н. контр.

     

Утв.

     
                     

Оглавление

 

Введение. 3

Исходные данные. 4

1. Разработка схемы главных электрических соединений подстанции. 5

1.1 Схема распределительного устройства высшего напряжения. 6

1.2 Схема распределительного устройства среднего напряжения. 8

1.3 Схема распределительного устройства низшего напряжения. 10

2. Выбор силовых трансформаторов. 12

3. Расчет токов короткого замыкания. 13

3.1 Расчетная схема. 13

3.2 Схема замещения. 13

3.3 Расчёт максимальных и ударных токов короткого замыкания          распределительных устройств. 16

4. Расчет максимальных рабочих токов. 18

4.1 Расчетная схема. 18

4.2 Расчет максимальных рабочих токов распределительных устройств. 18

5. Выбор основного оборудования подстанции. 19

5.1 Выбор выключателей. 20

5.2 Выбор разъединителей. 22

5.3 Выбор измерительных трансформаторов тока. 23

5.4 Выбор измерительных трансформаторов напряжения. 25

Заключение. 28

Список литературы.. 29

 

 

Введение

Тяговая подстанция (железнодорожная): Электрическая подстанция, предназначенная для электроснабжения железнодорожного электроподвижного состава. ГОСТ 34062-2017.

Расчет тяговой подстанции производится с целью обеспечить, электроподвижного состава и систему тягового электрооборудования, электроснабжением, достаточной мощностью и максимальной пропускной способностью.

Важные составные части курсовой:

1. Сделать расчетную часть физических и электрических величин тяговой подстанции и электрооборудования.

2. Рассчитать прежде всего токи: короткого замыкания, рабочие токи, токи фидеров, ударные токи и найти по паспортным данным номинальные токи.

3. Обеспечить работу электрооборудования в допустимых для него пределах по нагрузке и необходимым качеством электрической энергии (в первую очередь уровнем напряжением), а также создать необходимый резерв.



4. При выборе одно из элементов тяговой подстанции по паспортным данным производителя учитывать, чтобы электрооборудование соответствовало всем расчетным требованиям.

5. Определить оптимальное оборудование так, чтобы учесть эффективность, энергоустойчивость и энергобезопасность при подходящем финансовом капитале.

 

Исходные данные

Рис. 1. Схема подключения подстанций к ЛЭП

Номер расчетной подстанции: 7 (отпаячная)

Таблица 1 - Длина звеньев ЛЭП

Вариант

Длина звена ЛЭП, км

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

7

42

47

43

47

39

41

38

45

48

52

55

Таблица 2- Мощность короткого замыкания источников питания

Sкз1, мВА

Sкз2, мВА

1600

2600

Таблица 3 - Мощность и напряжение обмоток силового трансформатора, количество фидеров распределительных устройств тяговой подстанции

Силовой трансформатор

Количество фидеров

Мощность

Напряжение обмоток

Sном, МВА Uвн, кВ Uсн, кВ Uнн, кВ

СН

НН

40

230 38,5 27,5

uк,%

8

6

Uвс Uвн Uсн

12,5

22

9,5

Таблица 4 - Максимальные нагрузки фидеров районного напряжения

РУ 35 кВ, кВА

РУ 10 кВ, кВА

2600

1400

Таблица 5 - Максимальные токи фидеров контактной сети

Ток плеч, А

Левого

Правого

750

800

 

 

Расчет токов короткого замыкания

Расчетная схема

Рис. 7. Расчётная схема расчёта токов короткого замыкания

Необходимо предварительно выбрать расчетные условия, отвечающие требованиям ПУЭ, в частности расчетную схему электроустановки.

Выбор схемы следует производить с учетом возможных электрических схем соответствующей электроустановки при различных продолжительных режимах ее работы, а также с учетом электрической удаленности различных источников энергии от расчетной точки КЗ.

Расчетная схема, как правило, включает в себя все элементы, влияющие на ток КЗ: два источника питания, два трансформатора, длины линий. Учитываем воздействие источников сопротивлениями



Сопротивления звеньев ЛЭП определяем по формуле:

- длина i-го участка ЛЭП, км;

- удельное индуктивное сопротивление ЛЭП, Ом/км.

Допустимо удельное индуктивное сопротивление прямой последовательности воздушных линий напряжением до 220 кВ принимать равным 0,4 Ом/км.

Схема замещения

Рис. 8. Схема замещения ЛЭП

Преобразуем схему замещения относительно расчётной ТП №4.

Рис. 9. Первая преобразованная схема замещения ЛЭП

Первое преобразование:


Рис. 10. Вторая преобразованная схема замещения ЛЭП

Второе преобразование:

Сопротивление системы до шин высокого напряжения ТП определяется по формуле:

Получаем:

Рис. 11. Четвертая преобразованная схема замещения ЛЭП

Третье преобразование:

Рис. 12. Четвертая преобразованная схема замещения ЛЭП

Четвертое преобразование – это переход от трёх лучевой звезды к двухлучевой:

Далее составляем расчетную схему.

Рис. 13. Расчетная схема

Сопротивления обмоток:

Определим результирующие сопротивления до каждой из точек КЗ:

 

Расчетная схема

Рис. 14. Расчетная схема для определения максимальных рабочих токов

Выбор выключателей

Выбираем элегазовый выключатель ВГУ–220 50/3150 У3 производства ОАО "Нижнетуринский электроаппаратный завод". Предназначен для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 и 60 Гц для закрытых распределительных устройств напряжением 220 кВ. Выключатель имеет пополюсное управление встроенным электромагнитным приводом.

Таблица – 9 Технические характеристики выключателя ВГУ–220 У3

Выключатель,

ВГУ–220 50/3150 У3

Номинальное напряжение, кВ Номинальный ток выключателя, А Номинальный ток отключения, кА Предельный сквозной ток, кА Ток термической стойкости, кА Время включения, с,
220 3150 50 127 50 не более - 0,12

1. По напряжению:

 - номинальное напряжение, кВ

 - рабочее напряжение РУ, кВ.

2. По длительно допустимому току:

 А

 - номинальный ток выключателя, А

 - максимальный рабочий ток присоединения (установка выключателя), А

3. По отключающей способности:

 А

 - номинальный ток отключения, кА

- максимальный ток короткого замыкания, кА

4. По электродинамической стойкости:

4.1. По предельному периодическому току

 А

 - предельный сквозной ток, кА

- максимальный ток короткого замыкания, кА

4.2. По ударному току, кА:

5. По термической стойкости:

 кА

 - предельный ток термической стойкости, кА

- время прохождения тока термической стойкости, с

- тепловой импульс тока к.з.,

Рис. 15. Выключатель элегазовый ВГУ–220 50/3150 У3

1. Модуль дугогасительный

2. Колонка опорная

3. Шкаф управления с приводом

4. Шкаф распределительный

5. Конденсаторы (емкостные делители)

Таблица 10 – Результаты выбора выключателей

Наименование места установки Тип разъединителя Номинальный ток выключателя, А Ток термической стойкости, кА Предельный сквозной ток, кА Время включения, с, Производитель
РУ-220 кВ ВГУ-220 У3 3150 50 127 не более - 0,12 ООО "ЭЛЕКОМ"
РУ-38,5 кВ VXC - 6325/35-200 2500 25 95 не более - 0,3 Schneider Electric
РУ-27,5 кВ ВБЦО-27,5 1600 25 63 не более - 0,6 ООО "ЭЛЕКОМ"

Выбор разъединителей

Рис. 16. Разъединитель РГНП-220/1000 УХЛ1

Таблица – 11 Технические характеристики разъединителя РГНП-220/1000 УХЛ1

Наименование и тип изделия Ток термической стойкости, кА Предельный сквозной ток, кА Масса, кг Комплектующий привод, тип
РГНП-220/1000 УХЛ1 40 100 448 ПД-14УХЛ1

РГНП-220/2000 УХЛ1

Р – разъединитель
Г – горизонтально-поворотный тип

Н – уровень изоляции по ГОСТ 1516.3-96
П – с полимерной изоляцией

Количество заземлителей – 1

220 — номинальное напряжение, кВ

Номинальный ток - 2000, А
УХЛ – климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69
Категория размещения по ГОСТ 15150-69 (2 – для разъединителей РГ-В-35 вертикальной установки; 1 – для всех остальных разъединителей)

Преимущества

· Контактные поверхности покрыты гальваническим оловом и серебром

· Элементы конструкции, выполненные из черного металла, имеют стойкие антикоррозийные покрытия горячим и термодиффузионным цинком

· В основаниях поворотных колонок и скользящем контакте главного токоведущего контура применены закрытые подшипники с заложенной в них долговременной смазкой, не требующие обслуживания в течение всего срока службы

· Надежность контактной системы (в конструкции отсутствуют гибкие связи, применен скользящий контакт)

· Разъединители работоспособны при гололеде до 20 мм, тогда как разъединители РДЗ допускают оперирование при толщине корки льда до 10 мм.

· Отсутствие межколонковой тяги.

ПД-14УХЛ1

Разъединители комплектуются полимерными или высоко прочными фарфоровыми изоляторами.Управление главными контактными ножами разъединителей и заземлителями может осуществляться как электродвигательными приводами ПД-14УХЛ1, так и ручными приводами ПРГ-5УХЛ1. Приводы ПРГ-5УХЛ1 комплектуются переключающими устройствами типа ПУ на базе герконов, а приводы ПД-14УХЛ1 — блоком коммутации на базе микро выключателей.

Таблица 12 – Результаты выбора разъединителей

Наименование места установки Тип разъединителя Ток термостойкости, кА Сквозной ток, кА Масса, кг Комплектующий привод, тип Производитель
РУ-220 кВ РГНП-220/2000 УХЛ1 40 100 448 ПД-14УХЛ1 ООО "ЭНЕРГОСЕТЬ"
РУ-38,5 кВ РРЗ 2-35/2000 УЗ 40 100 80 гл. нож – ПД-14УХЛ1 зазем. –ПД-14УХЛ1 ООО "ЭНЕРГОСЕТЬ"
РУ-27,5 кВ РНДЖ-27,5/1600 25 65 49 ПД-14УХЛ1 ООО «ТЕСЛА»

Курсовая работа

На тему: «тяговая подстанция переменного тока»

КП: 230505.575-642

 

Выполнил: Мингалеев А.Ю.

Проверил: Парфианович А.П.

 

 

Хабаровск

2019


       
       
         

КП: 230505.575-642

         
Изм. Лист № докум. Подп. Дата

Разраб.

Мингалеев А.Ю.    

 

Лит.

Лист Листов

Пров.

Парфианович А.П. СслиС.И.нов       У   2  

Реценз

     

ДВГУПС

Кафедра "СЭ"

Н. контр.

     

Утв.

     
                     

Оглавление

 

Введение. 3

Исходные данные. 4

1. Разработка схемы главных электрических соединений подстанции. 5

1.1 Схема распределительного устройства высшего напряжения. 6

1.2 Схема распределительного устройства среднего напряжения. 8

1.3 Схема распределительного устройства низшего напряжения. 10

2. Выбор силовых трансформаторов. 12

3. Расчет токов короткого замыкания. 13

3.1 Расчетная схема. 13

3.2 Схема замещения. 13

3.3 Расчёт максимальных и ударных токов короткого замыкания          распределительных устройств. 16

4. Расчет максимальных рабочих токов. 18

4.1 Расчетная схема. 18

4.2 Расчет максимальных рабочих токов распределительных устройств. 18

5. Выбор основного оборудования подстанции. 19

5.1 Выбор выключателей. 20

5.2 Выбор разъединителей. 22

5.3 Выбор измерительных трансформаторов тока. 23

5.4 Выбор измерительных трансформаторов напряжения. 25

Заключение. 28

Список литературы.. 29

 

 

Введение

Тяговая подстанция (железнодорожная): Электрическая подстанция, предназначенная для электроснабжения железнодорожного электроподвижного состава. ГОСТ 34062-2017.

Расчет тяговой подстанции производится с целью обеспечить, электроподвижного состава и систему тягового электрооборудования, электроснабжением, достаточной мощностью и максимальной пропускной способностью.

Важные составные части курсовой:

1. Сделать расчетную часть физических и электрических величин тяговой подстанции и электрооборудования.

2. Рассчитать прежде всего токи: короткого замыкания, рабочие токи, токи фидеров, ударные токи и найти по паспортным данным номинальные токи.

3. Обеспечить работу электрооборудования в допустимых для него пределах по нагрузке и необходимым качеством электрической энергии (в первую очередь уровнем напряжением), а также создать необходимый резерв.

4. При выборе одно из элементов тяговой подстанции по паспортным данным производителя учитывать, чтобы электрооборудование соответствовало всем расчетным требованиям.

5. Определить оптимальное оборудование так, чтобы учесть эффективность, энергоустойчивость и энергобезопасность при подходящем финансовом капитале.

 

Исходные данные

Рис. 1. Схема подключения подстанций к ЛЭП

Номер расчетной подстанции: 7 (отпаячная)

Таблица 1 - Длина звеньев ЛЭП

Вариант

Длина звена ЛЭП, км

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

7

42

47

43

47

39

41

38

45

48

52

55

Таблица 2- Мощность короткого замыкания источников питания

Sкз1, мВА

Sкз2, мВА

1600

2600

Таблица 3 - Мощность и напряжение обмоток силового трансформатора, количество фидеров распределительных устройств тяговой подстанции

Силовой трансформатор

Количество фидеров

Мощность

Напряжение обмоток

Sном, МВА Uвн, кВ Uсн, кВ Uнн, кВ

СН

НН

40

230 38,5 27,5

uк,%

8

6

Uвс Uвн Uсн

12,5

22

9,5

Таблица 4 - Максимальные нагрузки фидеров районного напряжения

РУ 35 кВ, кВА

РУ 10 кВ, кВА

2600

1400

Таблица 5 - Максимальные токи фидеров контактной сети

Ток плеч, А

Левого

Правого

750

800

 

 

Разработка схемы главных электрических соединений подстанции

Электроприемники первой категории — это электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

И электрифицированные железные дороги являются потребителями именно этой категории. Поэтому, необходимо в нормальных режимах обеспечить их электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допускается лишь на время автоматического восстановления питания.

Независимый источник питания — источник питания, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания. К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих двух условий:

1. каждая из секций или систем шин в свою очередь имеет питание от независимого источника питания.

2. секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций (систем) шин.

Далее рассмотрим подробнее каждое РУ подстанции.

Рис. 2. Структурная схема отпаячной подстанци

Тяговая подстанция - Википедия

Тя́говая подста́нция — в общем случае, электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии.

Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования (выпрямления) тока (для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов, трамваев и троллейбусов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.

Тяговые подстанции железной дороги

Тяговая подстанция железной дороги предназначена для распределения, преобразования электроэнергии, питания тяговых (электроподвижного состава) и нетяговых железнодорожных, а также нежелезнодорожных потребителей. Тяговые подстанции железной дороги получают электроэнергию от энергосистем через систему внешнего электроснабжения, после чего энергия распределяется между тяговыми (через систему тягового электроснабжения) и нетяговыми потребителями.

Классификация

По способу присоединения к системе внешнего электроснабжения:

  • Опорная (узловая) – получает питание от сети внешнего электроснабжения по трём и более линиям электропередачи напряжением 110 или 220 кВ, и служит источником питания для других тяговых подстанций.
  • Тупиковая (концевая) – получает питание по двум радиальным ЛЭП от соседней подстанции.
  • Промежуточная– получает питание по вводам от двух соседних подстанций.

Промежуточные в свою очередь делятся на:

  • Транзитная (проходная) – включается в рассечку ЛЭП.
  • Отпаечная – подключается к отпайкам или ответвлению ЛЭП.

По системе электрической тяги:

  • Постоянного тока 3,3 кВ
  • Переменного тока 25кВ
  • Переменного тока 2х25 кВ
  • Стыковые

По типу преобразователей:

  • Выпрямительные
  • Выпрямительно-инверторные

По значению питающего напряжения:

6, 10, 35, 110, 220 кВ

По системе управления:

  • Телеуправляемые
  • Нетелеуправляемые

По способу обслуживания:

  • Без дежурного персонала
  • С дежурством на дому
  • С постоянным дежурным персоналом

По типу:

  • Стационарные
  • Передвижные

Схемы питания тяговых подстанций

Максимальное расстояние между соседними тяговыми подстанциями: 15 км на постоянном токе и 50 км – на переменном.

Каждая тяговая подстанция получает питание от двух независимых источников, так как электрифицированные железные дороги являются потребителем первой категории.

Питание тяговых подстанций может осуществляется по одноцепной ЛЭП, двухцепной ЛЭП на общих и на раздельных опорах.

При питании от одноцепной линии между опорными подстанциями располагаются не более трёх транзитных подстанций.

При питании от двухцепной линии на общих опорах:

  • для ЛЭП-220 кВ — не более пяти транзитных при электрической тяге как на переменном, так и постоянном токе;
  • для ЛЭП-110 кВ — не более пяти транзитных при электрической тяге на постоянном и трех — на переменном токе.

При питании от двухцепной линии на раздельных опорах:

  • для ЛЭП-220 кВ — не более пяти подстанций (2 транзитные 3 отпаечные) при электротяге как на постоянном, так и на переменном токе;
  • для ЛЭП-110 кВ — не более пяти подстанций (2 транзитные 3 отпаечные) при электрической тяге на постоянном и трех (2 транзитные 1 отпаечная) — на переменном токе.

Структура тяговых подстанций

Ввод

На тяговые подстанции железной дороги поступает энергия напряжением 110, 220 кВ, на некоторые старые тяговые подстанции постоянного тока может поступать напряжение 35 кВ.

Тяговые подстанции имеют от 2 (на транзитных, отпаечных, тупиковых подстанциях) до 6 (на опорных подстанциях) вводов.

Распределительное устройство высокого напряжения

Обычно это РУ 110 или 220 кВ, от них через понизительный трансформатор энергия поступает на РУ 6 (10), 35 кВ, а также на тяговое РУ 27,5 кВ.

На некоторых подстанциях постоянного тока РУ высокого напряжения может быть 35 кВ, в этом случае от него питаются: через преобразовательный агрегат тяговое РУ 3,3 кВ, трансформаторы собственных нужд, РУ 6 (10) кВ, а также нетяговые потребители.

Схемы РУ высокого напряжения различаются в зависимости от типа подстанции.

Распределительные устройства низкого напряжения

На тяговых подстанциях переменного тока РУ 6 (10) и 35 кВ используются только для питания нетяговых потребителей.   Для питания тяговых потребителей, а также трансформаторов собственных нужд используется РУ 27,5 кВ.

На тяговых подстанциях постоянного тока РУ 6 (10) кВ используются для питания: через преобразовательный агрегат РУ 3,3 кВ, трансформаторов собственных нужд, а также нетяговых потребителей. РУ 35 кВ используется только для питания нетяговых потребителей, за исключением случаев, когда РУ 35 кВ является основным.

Преобразовательные агрегаты

Выпрямители и инверторы, используются на тяговых подстанциях постоянного тока для питания РУ 3,3 кВ выпрямленным током и для возврата энергии, вырабатываемой при рекуперативном торможении из контактной сети в общую сеть переменного тока.

Фидеры

Фидеры используются для присоединения к распределительным устройствам тяговой подстанции контактной сети и других потребителей электроэнергии.

Тяговые подстанции постоянного тока

Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 10—15 км одна от другой[источник не указан 3036 дней]. Это расстояние зависит, как от объёмов движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций ФСК «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередачи напряжением 6—220 кВ. Электроэнергия поступает в первичное открытое или закрытое распределительное устройство.

Далее электроэнергия поступает на понижающий 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 выключатели.

В связи с широким использованием на современном электротранспорте рекуперативного торможения, на тяговых подстанциях (в основном железнодорожных) начинают использоваться инверторы, передающие энергию из контактной сети в общую сеть переменного тока. Выключение выпрямителя и включение инвертора производится автоматически при повышении напряжения контактной сети выше номинального.

В Российской Федерации номинальное напряжение тяговой сети железных дорог установлено на уровне 3300 В Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. В тяговых сетях трамваев и троллейбусов используется напряжение 600 В, метрополитена — 825 В.

Тяговые подстанции переменного тока

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. Расстояние между подстанциями составляет 40-50 км. Номинальное напряжение, подаваемое в контактную сеть 27,5 кВ. Подстанции переменного тока питаются по линиям напряжением 110 или 220 кВ. Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, нейтраль заземляется. Вторичные обмотки соединены в треугольник, фаза C заземляется и соединяется с рельсами железной дороги без каких-либо коммутационных аппаратов. Напряжение фаз A и B через открытое распределительное устройство подаётся в контактную сеть двух путей соответственно, а также в линию ДПР («Два Провода — Рельс») для питания нетяговых потребителей.

Как правило, силовые трансформаторы имеют третью обмотку — 6, 10, реже 35 кВ, так как на железной дороге имеется множество других потребителей, кроме электровозов. Во-первых, это автоматика и телемеханика дороги — светофоры, стрелки, связь. Эти потребители требуют качественного и стабильного напряжения, для их снабжения прокладываются линии СЦБ (Сигнализация-Централизация-Блокировка) напряжением 6 или 10 кВ, которые запитываются через повышающий трансформатор 0,23 (0,4)/6 (10) кВ от сети собственных нужд подстанции.

Во-вторых, прочие потребители — отопление и освещение станций, переездов и так далее, а также сторонние потребители. Для их подключения используются либо фидеры ДПР напряжением 27,5 кВ, либо специальные линии ПЭ (Продольное Электроснабжение) на напряжении 6 или 10 кВ.

Исторически сложилось так, что тяговые подстанции в России иногда были единственными источниками электрической энергии приемлемого уровня напряжения для последующего распределения электроэнергии, поэтому на большинстве тяговых подстанций имеется распределительное устройство для распределения и дальнейшей транспортировки электрической энергии напряжением 0,23 — 35 кВ как железнодорожным, так и нежелезнодорожным потребителям.

Тяговые подстанции наземного электротранспорта

Тяговые подстанции трамваев и троллейбусов служат для преобразования трехфазного переменного тока (обычно напряжением 6 или 10 кВ) в постоянный ток. Напряжение постоянного тока для городского электротранспорта в большинстве городов мира принято: на токоприемнике трамвая и троллейбуса 550 В, на шинах тяговых подстанций 600 В.

Питание тяговых подстанций электроэнергией производится по воздушным или кабельным линиям напряжением 6 или 10 кВ от энергосистемы.

Классификация

По способу работы и обслуживанию:

  • С обслуживающим персоналом (автоматизированные и нет)
  • Автоматические, без обслуживающего персонала
  • Телеуправляемые, без обслуживающего персонала

Обслуживающий персонал на тяговых подстанциях используется в основном в небольших городах, где количество подстанций малое и системы телеуправления не рациональны, либо на на важных подстанциях в больших системах электротранспорта. Кроме того, часто пункты управления подстанциями размещаются на одной из них, поэтому такая подстанция становится обслуживаемой.

Но, даже при наличии персонала на подстанции, управление на ней может быть автоматизировано и человек выполняет лишь наблюдение (кроме аварийных ситуаций)

Автоматические подстанции редко могут использоваться без персонала и не имея никакого внешнего управления. Но они имеют самую низкую надёжность электроснабжения, поэтому используются лишь для малозначимых линий с низкой интенсивностью движения.

В средних и крупных системах электротранспорта подстанции управляются дистанционно, по системе телеуправления. Персонал на них не используется, оперативные переключения выполняются из районных центров управления.

По структуре:

  • Одноагрегатные
  • Многоагрегатные

Одноагрегатные подстанции предлагалось располагать для систем децентрализоваого электроснабжения, на вылетных линиях. Но они не получили широкого распространения ввиду невысокой надёжности, так как агрегат может часто выходить из строя, кроме того, он требует частого обслуживания, которое ограничивается в таком случае режимом работы электротранспорта. Поэтому на таких линия более удобны двухагрегатные подстанции.

В централизованных системах электроснабжения, коих большинство, применяются 3-х агрегатные, а также 2-х и 4-х агрегатные, подстанции, которые обеспечивают достаточный резерв по мощности и по надёжности. Использование централизванной системы позволяет снизить суммарную мощность подстанций, их количество, а значит и затраты на их строительство, обслуживание.

По месторасположению:

  • Наземные
    • Открытые
    • Закрытые
  • Подземные

Структура подстанции

Ввод

Электроэнергия на тяговые подстанций поступает как правило напряжением 6 или 10 кВ от энергосистемы. Через коммутационную аппаратуру она подаётся на распределительное устройство (РУ) 6/10 кВ.

Коммутационная аппаратура ввода состоит из линейного разъединителя, высоковольтного выключателя (маломаслянного, вакуумного или др.) и шинного разъединителя.

Вводов у подстанции может быть до нескольких штук (1, 2, 3), но большинство подстанций на просторах СНГ имеют два: ввод α (основной) и ввод β (резервный). Переход с одного ввода может снабжаться автоматикой

Распределительное устройство высокого напряжения

Схемы РУ ВН подстанций достаточно разнооборазны. Это может быть одна секция шин, две секции с раздельным подключением к вводам, две секции с возможностью работы от всех вводов и др. Между секциями На мощных подстанциях используются схемы с двумя (возможно и более) секциями шин обеспечивающие высокую их надёжность в случае аварийных ситуаций (КЗ, отключение одной из секций) или ремонта без полного отключения подстанции.

От РУ ВН через коммутационную аппаратуру питаются трансформаторы собственных нужд и преобразовательные агрегаты

Преобразовательные агрегаты

Количество преобразовательный агрегатов определяет мощность тяговой подстанции. Их может быть от одного и более, но наибольшее распространение на просторах СНГ имеют 2-х и 3-хагрегатные подстанции.

Преобразовательный агрегат тяговых подстанций трамвая и троллейбуса состоит из трансформатора и выпрямителя. Выпускавшиеся в СССР выпрямительные агрегаты ВАКЛЕ имели номинальный выходной ток 1000 А, 2000 А и, в редких случаях, 3000 А.

Трансформатор агрегата питается напряжением 6/10 кВ и на выходе имеет номинальное переменное напряжение в 565 В. Применяющиеся на тяговых подстанциях трансформаторы обычно имеют вторичную обмотку типа «звезда-обратная звезда» с уравнительным реактором, поэтому на выходе получается шестифазная система напряжения. Реактор соединяет нейтрали звёзд и имеет вывод со своей средней точки. Этот вывод — отрицательный полюс системы постоянного напряжения, поэтому он сразу подключается к РУ отрицательной полярности.

Трансформаторы современных агрегатов могут иметь и другие схемы вторичной обмотки (звезда, треугольник), так как что связано с применением более совершенных выпрямителей, например В-ТПЕД.

Выпрямитель ВАКЛЕ состоит из одного или нескольких блоков БВКЛЕ (номиналом 1000 А). Схема выпрямителя представляет из себя двойную схему Миткевича. Выпрямленный ток имеет шестипульсную форму. Выход выпрямителя имеет положительный потенциал и подключается к РУ положительной полярности.

До 1970-х гг. широко использовались ртутные выпрямители

Распределительное устройство постоянного тока

Распределительное устройство (РУ) постоянного тока имеет две отдельных части РУ положительной шины (ПШ) и РУ отрицательной шины (ОШ).

РУ ПШ, как правило, имеет две шины, рабочую и запасную. На подстанциях большой мощности рабочая шина может быть разделена на секции, для повышения надёжности и ремонтопригодности.

Рабочая шина РУ ПШ получает питание от выпрямителей через коммутационные аппараты: автоматический быстродействующий выключатель (катодный автомат) и шинный разъединитель.

К рабочей шине через автоматический выключатель подключается запасная шина РУ ПШ. Иногда запасная шина может иметь и дополнительное подключение непосредственно от агрегата (в обход рабочей шины).

РУ ОШ подключается к нулевым точкам трансформаторов (при схеме «звезда-обратная звезда») либо к анодам выпрямителей (на современных агрегатах) через шинные разъединители. Автоматика, как правило отсутствует.

ОШ может заземляться через балластное сопротивление, это актуально для троллейбусных подстанций, так как у трамвайных подстанций это происходит естественным путём через рельсы. При незаземлённом «минусе» система называется изолированной, она позволяет сохранять работоспособность в случае безопасных замыканий на землю одного из полюсов.

Фидеры

Фидеры (присоединения, выводы) используются для подключения контактной сети к РУ постоянного тока. Выполняются в виде подземных, надземных кабельных линий или ВЛ.

Количество фидеров определяется мощностью подстанции и разветвлённость сети в зоне энергоснабжения и может колебаться от одного-двух (в децентрализованных системах) до десятка (в централизованных).

Фидер положительной полярности подключается к РУ ПШ через устройство переключателя запасной шины (ПЗШ). ПЗШ имеет два положения рабочее и запасное, при которых соответственно фидер подключается к рабочей шине через линейный автомат (быстродействующий токоограничивающий выключатель) либо к запасной (без автомата). Такая система позволяет выводить для обслуживания линейный автомат без длительного отключения питания фидера, что происходит очень часто.

Фидер отрицательной полярности подключается РУ ОШ лишь через разъединитель.

Тяговые подстанции метрополитена

Подстанции метрополитена, также, как и подстанции наземного транспорта, предназначены для преобразования трехфазного переменного тока напряжением 6 или 10 кВ в постоянный ток, но имеют ряд особенностей.

Классификация

В зависимости от назначения:

  • Тяговые
  • Понизительные
  • Тяговопонизительные (совмещённые)

По месту расположения:

  • Наземные
  • Подземные

Понизительные подстанции по местоположению на трассе делятся на:

  • Основные (у станций)
  • Вестибюльные (возле машинных залов эскалаторов)
  • Тоннельные (на перегоне)
  • Деповские (при депо)
Тяговые подстанции

На тяговых подстанциях осуществляется преобразование трехфазного переменного тока напряжением 6—10 кВ, получаемого от энергосистемы города, в постоянный ток номинальным напряжением 825 В для тяговой сети.

Понизительные подстанции

На понизительных подстанциях трехфазный переменный ток напряжением 6—10кВ, получаемый от тяговых подстанций, трансформируется в трехфазный переменный ток напряжением 400 и 230/133 В для питания силовых и осветительных нагрузок и устройств СЦБ.

Тяговопонизительные подстанции

На тяговопонизительных подстанциях совмещаются электротехнические устройства для электроснабжения тяговой и силовых сетей, СЦБ и осветительных приборов.

Исполнение, количество и расположение подстанций определяют на основе технико-экономических расчётов системы электроснабжения.

Схемы питания подстанций

Каждая тяговая подстанция должна снабжаться энергией от двух независимых источников.

Питание может осуществляться как по двум самостоятельным линиям от двух источников, либо от одного источника с резервированием от второго через кабельную перемычку между подстанциями. В первом случае каждая линия должна быть рассчитана на всю нагрузку одной подстанции, так как одна из линий всегда находится в резерве, во втором случае линия должна быть рассчитана на полную нагрузку двух подстанций, а кабельная перемычка – одной.

Вторая схема питания наиболее распространена в системе электроснабжения метрополитенов страны, так как является более экономичной, а также обеспечивает надёжность и удобство в оперативной работе.

Для электроснабжения понизительных подстанций применяются централизованные схемы, которые могут быть двух видов:

Питание по радиальным линиям – такая схема применялась на первых участках строительства Московского метрополитена, но из-за необходимости в большом количестве кабелей и ячеек распределительных устройств была принята другая схема.

Питание по линиям и перемычкам – более экономически целесообразная схема, обладающая достаточной надёжностью при объединении в группы нескольких понизительных подстанций.

Каждая из них имеет две самостоятельные секции шин 6—10 кВ, которые в нормальном режиме работают раздельно, получая питание от разных источников энергосистемы через шины двух тяговых подстанций.  Повреждение любой питающей линии не приводит к перерыву электроснабжения. При необходимости обе секции шин могут быть объединены секционным выключателем.

К каждой секции шин 6—10 кВ подключены по одному трансформатору силовой и осветительной нагрузок, а также трансформатор нагрузок СЦБ. При выходе из строя одного трансформатора или одной секции шин б—10 кВ оставшиеся в работе трансформаторы обеспечивают питание всех ответственных нагрузок данного вида.

Для питания совмещённых тяговопонизительных подстанций используется децентрализованная схема, впервые такая система была применена на первой линии Ленинградского метрополитена.

Распределительное устройство 6—10 кВ совмещенной тяговопонизительной подстанции (СТП) выполняется из двух секций, работающих независимо и получающих питание от разных источников энергосистемы. При этом все преобразовательные агрегаты подключают к одной (первой) секции шин Р У 6—10 кВ, питание которой осуществляется по принципу тяговых подстанций. Необходимость подключения преобразовательных агрегатов к одной секции, обусловлена тем, что напряжение, подводимое к двум секциям Р У 6—10кВ от разных источников, как правило, имеет некоторое различие. Если преобразовательные агрегаты подключить к разным секциям, имеющим разное напряжение, то нагрузка агрегатов будет неодинаковой: одни из агрегатов будут перегружены, а другие недогружены. Таким образом, первые секции шин 6—10 кВ получают питание непосредственно от источников энергосистемы, а вторые секции связаны с вторым источником через смежные подстанции.

Структура подстанций метрополитена

Основными элементами тяговых подстанций являются:

  • Распределительные устройства 6 – 10 кВ;
  • Распределительное устройство постоянного тока 825 В;
  • Преобразовательные агрегаты;
  • Аккумуляторные батареи;
  • Распределительные устройства собственных нужд.
Наземные тяговые подстанции

РУ 10 кВ выполнено с одинарной секционированной системой шин. Секционный выключатель нормально включен. Питание осуществляется двумя линиями от одного источника электроэнергии. Вводы подключены к двум секциям и работают параллельно. В качестве резерва от второго источника служит кабельная перемычка с соседней тяговой подстанции, подключенная к второй секции. В качестве РУ 10 кВ применяют комплектные распределительные устройства. К шинам 10 кВ подключены преобразовательные агрегаты, линии понизительных подстанций и трансформаторы собственных нужд.

Оборудование наземной тяговой подстанции размещено на двух этажах. На первом этаже расположены трансформаторы, РУ 10 кВ и 825 В и аппаратура автотелеуправления, на втором этаже — выпрямители, щиты собственных нужд, аккумуляторная батарея и устройства вентиляции подстанции. Вся аппаратура управления и сигнализации размещена на фасадах распределительных устройств. Основные кабельные коммуникации находятся в подвальном помещении.

Подземные тяговопонизительные подстанции

Подстанция получает основное питание от одного источника электроэнергии по двум параллельно работающим линиям, оборудованным максимальной направленной защитой. Обе линии подключены через электромагнитные выключатели к первой секции шин РУ 10кВ. К этой же секции подключены два кремниевых выпрямительных агрегата.

Вторая секция шин РУ 10 кВ получает питание по кабельной перемычке от смежной подстанции, электроснабжение которой осуществляется от другого источника энергосистемы.

К первой секции подключены три понижающих трансформатора, предназначенных для питания силовых(ТС), осветительных(ТО) нагрузок и устройств автоблокировки и централизации(СЦБ).

Ко второй секции шин РУ 10 кВ подключены два понижающих трансформатора для силовой и осветительной нагрузок. В некоторых случаях в соответствии со схемой питания устройств СЦБ ко второй секции подключают также второй трансформатор СЦБ.

От шины РУ 825 В отходят четыре основные питающие линии, также может быть предусмотрена пятая резервная линия.

Как правило, подстанции размещаются в непосредственной близости от пассажирских станций между путевыми тоннелями.

Подстанции мелкого заложения сооружают открытым способом; они имеют прямоугольное поперечное сечение.

Подстанции глубокого заложения в большинстве случаев имеют круглое сечение, их выполняют в чугунной обделке и реже в бетоне.

Основной вход на подстанцию выполнен со стороны станции. Вторым входом является эксплуатационная дверь в тоннель из отсека трансформаторов. Для вентиляции принята замкнуто –циркуляционная система с автоматизацией режима работы в зависимости от температуры воздуха в помещении, где установлены трансформаторы.

Подземные понизительные подстанции

Схема подземной понизительной подстанции имеет некоторые особенности. На подстанциях установлены двухобмоточные трансформаторы с изолированной нейтралью со вторичным напряжением 400 и 230/133В. В виду требования высокой надежности электроснабжения на подстанции устанавливают два трансформатора для силовых нагрузок и два для осветительных, причем каждый трансформатор одного вида потребителей должен получать питание напряжением 6—10 кВ от отдельного источника электроэнергии.

Распределительные устройства 6—10 кВ выполняют с двумя секциями шин, которые могут быть объединены секционным выключателем. Последний в нормальном режиме выключен, обе секции работают независимо друг от друга, и каждая из них получает питание от отдельного источника электроэнергии. На подстанции устанавливают один или дватрансформатора для питания устройств СЦБ.

Наиболее распространенные станционные понизительные подстанции сооружают вблизи пассажирских станций, где сосредоточены основные силовые и осветительные нагрузки. Для удобства в эксплуатации все РУ10 кВ; 380,220/127 и 115—150 В компактно размещены в одном помещении.

Так как подстанция, как правило, сооружается в обделке из металлических тюбингов, последние используют для устройства защитного заземления.

Вентиляция выполняется, как и для подстанции мелкого заложения, но приточный воздух забирается только из тоннеля.

Тяговые подстанции в истории и культуре

Тяговая подстанция № 11, известная как «Блокадная подстанция», расположена по адресу: Санкт-Петербург, набережная реки Фонтанки, 3, лит. А. На здании размещается мемориальная доска «Подвигу трамвайщиков блокадного Ленинграда. После суровой зимы 1941—1942 года эта тяговая подстанция дала энергию в сеть и обеспечила движение возрожденного трамвая».

16 декабря 2010 года Совет по сохранению культурного наследия Санкт-Петербурга одобрил большинством голосов снос здания ради строительства гостиницы[1].

Примечания

Литература

  • Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. — М.: Транспорт, 1997. — 79 с.
  • Бей Ю.М., Мамошин Р.Р., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г.  Тяговые подстанции: Учебник для вузов ж.д. транспорта.  —  М.: Транспорт, 1986.  — 319 с.
  • Быков Е. И. Электроснабжение метрополитенов. Устройство, эксплуатация и проектирование. —  М.: Транспорт, 1977. — 431 с.
  • Загайнов Н. А., Финкельштейн Б. С. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. — издание третье, переработанное и дополненное. — М.: Транспорт, 1978. — 336 с. — 7000 экз.
  • Штин  А.Н., Несенюк Т.А.  Проектирование  тяговых  и  трансформаторных подстанций. — Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. — 88 с.
  • Ю. И.Ефименко, М. М.Уздин, В. И. Ковалев и др. Общий курс железных дорог: Учеб. пособие для учреждений сред. проф. образования - М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 256 с.- 5100 экз.
Однолинейная схема подстанции 11 кВ

- значение и объяснение

Подстанция

обеспечивает электроснабжение местности, в которой расположена линия. Основная функция подстанции состоит в том, чтобы собирать энергию, передаваемую при высоком напряжении от генерирующей станции, а затем снижать напряжение до соответствующего значения для местного распределения и предоставлять возможности для переключения. Подстанция бывает двух типов: один - простой коммутационный тип, при котором выполняются различные соединения между линиями передачи, а другой - это станции преобразования, которые преобразуют переменный ток в постоянный или наоборот или преобразуют частоту с более высокой на более низкую или с более низкой на более высокую.

Подстанция выполняет дополнительную функцию, например, обеспечивает точки, в которых могут быть установлены предохранительные устройства для отключения оборудования или цепи в случае неисправности. Синхронный конденсатор размещается в конце линии передачи для повышения коэффициента мощности и для измерения работы в различных частях энергосистемы. На подстанции можно установить уличное освещение, а также устройство управления переключением уличного освещения.

Однолинейная схема подстанции 11 кВ показана на рисунке ниже.Однолинейная схема упрощает работу с системой и облегчает считывание данных об электропитании и подключении.

Основные элементы ПС 11кВ

Работа электрооборудования, используемого на подстанции, подробно описывается ниже.

  1. Изолятор - Изолятор подключает или отключает входящую цепь, когда питание уже прервано. Он также используется для отключения зарядного тока линии передачи.Изолятор размещается на стороне питания автоматического выключателя, так что автоматический выключатель изолирован от токоведущих частей при техническом обслуживании.
  2. Грозовой разрядник - Грозовой разрядник - это защитное устройство, которое защищает систему от воздействия молнии. Он имеет две клеммы: одна - для высокого напряжения, а другая - для заземления. Клемма высокого напряжения подключена к линии передачи, а клемма заземления передает выбросы высокого напряжения на землю.
  3. Измерение ТТ - Измерительный ТТ измеряет и записывает ток, когда их вторичный вывод подключен к панели измерительного оборудования.
  4. Понижающий трансформатор - Понижающий трансформатор преобразует ток высокого напряжения в ток низкого напряжения.
  5. Конденсаторная батарея - Конденсаторная батарея состоит из последовательного или параллельного соединения конденсаторов. Основная функция конденсаторной батареи - улучшить коэффициент мощности линии. Он направляет ведущий ток в линию, уменьшая реактивную составляющую цепи.
  6. Автоматический выключатель - Автоматический выключатель прерывает ненормальный ток или ток неисправности, протекающий по линии.Это тип электрического переключателя, который размыкает или замыкает контакты при возникновении неисправности в системе.

Исходящий фидер подает входную мощность на сторону потребителя.

Что такое наружная подстанция? - Определение, типы, их преимущества и недостатки

Подстанция, которая используется для всех уровней напряжения от 55 кВ до 765 кВ, называется наружной подстанцией. Такой тип подстанции требует меньше времени на строительство, но занимает больше места.Наружные подстанции в основном подразделяются на два типа: опорные подстанции и фундаментные подстанции.

Подстанция на опоре

Такие подстанции используются для поддержки распределительных трансформаторов мощностью до 250 кВА. Такие типы трансформаторов - самые дешевые, самые простые и самые маленькие из распределительных устройств. Все оборудование наружное и монтируется на опорных конструкциях ЛЭП высокого напряжения. Трехполюсный переключатель с механическим приводом, используемый для включения и выключения ЛЭП высокого напряжения.

Предохранитель

HT используется для защиты ЛЭП высокого напряжения. Для управления линиями низкого напряжения оборудованы выключатели низкого напряжения и предохранители. Разрядники устанавливаются над линией высокого напряжения для защиты трансформаторов от скачков напряжения. Подстанции на опорах заземляются в двух или более местах.

Наружная подстанция на опоре

Трансформаторы мощностью до 125 кВА устанавливаются на двухполюсной конструкции, а для трансформаторов мощностью от 125 до 250 кВА используется 4-полюсная конструкция с подходящей платформой.Такие типы подстанций размещаются в очень густонаселенных местах.

Стоимость их обслуживания невелика, и при использовании большого количества подстанций в городе желательно размещать распределительные устройства с меньшими затратами. Но когда количество трансформаторов увеличивается, общая кВА увеличивается, потери нагрузки увеличиваются, а стоимость на кВА увеличивается.

Подстанция фундаментного монтажа

На подстанции, установленной на фундаменте, смонтирована вся площадь оборудования, а подстанции в целях безопасности заделаны забором. Оборудование, необходимое для такого типа подстанции, тяжелое, и, следовательно, место, выбранное для такого типа подстанции, должно иметь хороший путь для тяжелого транспорта. На рисунке ниже показана подстанция, установленная в фундаменте.

Открытая подстанция, монтируемая в фундаменте

Преимущества открытой подстанции

У наружных подстанций есть следующие основные преимущества. Это

  • Все оборудование наружных подстанций находится в пределах видимости, что упрощает поиск неисправностей.
  • На открытых подстанциях расширение установки проще.
  • На строительство таких подстанций требуется меньше времени.
  • Требуется меньшее количество строительных материалов, таких как сталь, бетон.
  • Требуемые строительные работы сравнительно меньше, и стоимость установки распределительного устройства также очень низкая.
  • Ремонтные работы просты, и между аппаратами предусмотрено надлежащее пространство, чтобы неисправность, возникшая в одной точке, не переносилась на другую.

Недостатки УПС

  • Требуется больше места для наружных подстанций.
  • Для защиты от скачков молнии необходимо установить защитные устройства.
  • Длина кабелей управления увеличивается, что увеличивает стоимость подстанции.
  • Оборудование, предназначенное для наружной подстанции, является более дорогостоящим, поскольку для оборудования наружной дверной подстанции требуется дополнительная защита от грязи и пыли.

Несмотря на недостаток, наружные подстанции очень широко используются в энергосистеме.

Электрические тяговые системы |

Система, использующая электроэнергию для системы тяги, например, для железных дорог, трамваев, тележек и т. Д., Называется электрической тягой. Электрификация пути относится к типу системы электроснабжения, которая используется при питании систем электровоза. Это может быть переменный или постоянный ток или композитный источник питания.

Выбор типа электрификации зависит от нескольких факторов, таких как доступность электроснабжения, тип области применения или такие услуги, как городские, пригородные и магистральные услуги и т. Д.

Существуют три основных типа систем электрической тяги:

  1. Система электрификации постоянного тока (DC)
  2. Система электрификации переменного тока
  3. Композитная система.


1- Система электрификации постоянного тока

Выбор системы электрификации постоянного тока включает в себя множество преимуществ, таких как размеры и вес, быстрое ускорение и торможение электродвигателей постоянного тока, меньшая стоимость по сравнению с системами переменного тока, меньшее потребление энергии и так далее.

В системе этого типа трехфазная мощность, полученная от электросетей, деэскалируется до низкого напряжения и преобразуется в постоянный ток выпрямителями и силовыми электронными преобразователями.

Этот тип источника постоянного тока подается на автомобиль двумя разными способами:

  • 3-я и 4-я рельсовая система работают при низких напряжениях (600-1200В)
  • В надземных рельсах используется высокое напряжение (1500-3000 В)

В состав систем электроснабжения электрификации постоянного тока входят;

  • Питание 300-500 В для специальных систем, таких как аккумуляторные.
  • 600-1200В для городских железных дорог, трамваев и легкого метро.
  • 1500-3000В для пригородных и магистральных перевозок, таких как легкое и тяжелое метро.

Благодаря высокому пусковому моменту и умеренному регулированию скорости, двигатели серии постоянного тока широко используются в тяговых системах постоянного тока. Они обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях и низкий крутящий момент на высоких скоростях.

Преимущества;

  • В случае тяжелых поездов, требующих частых и быстрых ускорений, тяговые двигатели постоянного тока являются лучшим выбором по сравнению с двигателями переменного тока.
  • Электропоезд
  • постоянного тока потребляет меньше энергии по сравнению с агрегатом переменного тока при тех же условиях эксплуатации.
  • Оборудование тяги постоянного тока дешевле, легче и эффективнее, чем тяговая система переменного тока.
  • Не вызывает электрических помех на близлежащих линиях связи.

Недостатки;

  1. Дорогие подстанции требуются часто.
  2. Воздушный провод или третий рельс должны быть относительно большими и тяжелыми.
  3. Напряжение падает с увеличением длины.

2- Система электрификации переменного тока

Система тяги переменного тока стала очень популярной в настоящее время, и она чаще используется в большинстве систем тяги из-за ряда преимуществ, таких как быстрая доступность и генерация переменного тока, который можно легко повышать или понижать, простое управление двигателями переменного тока , меньшее количество подстанций и наличие легких воздушных контактных сетей, передающих низкие токи при высоких напряжениях и т. д.

Системы электропитания электрификации переменного тока включают одно-, трехфазные и композитные системы. Однофазные системы состоят из источника питания от 11 до 15 кВ при 16,7 Гц и 25 Гц для обеспечения регулируемой скорости коммутирующих двигателей переменного тока. Он использует понижающий трансформатор и преобразователи частоты для преобразования высокого напряжения и фиксированной промышленной частоты.

Однофазная конфигурация 25 кВ при 50 Гц - наиболее часто используемая конфигурация для электрификации переменного тока. Он используется для систем перевозки тяжелых грузов и магистральных линий, поскольку не требует преобразования частоты.Это один из широко используемых типов композитных систем, в которых питание преобразуется в постоянный ток для привода тяговых двигателей постоянного тока.

В трехфазной системе для привода локомотива используется трехфазный асинхронный двигатель, рассчитанный на 3,3 кВ, 16,7 Гц. Система распределения высокого напряжения с питанием 50 Гц преобразуется в электродвигатель этой мощности с помощью трансформаторов и преобразователей частоты. В этой системе используются две воздушные линии, а рельс является еще одной фазой, но это создает множество проблем на пересечениях и перекрестках.

Преимущества;

  1. Требуется меньше подстанций.
  2. Можно использовать более легкий провод электропитания.
  3. Пониженный вес опорной конструкции.
  4. Снижены капитальные затраты на электрификацию.

Недостатки;

  1. Значительные затраты на электрификацию.
  2. Повышенная стоимость обслуживания линий.
  3. Воздушные провода дополнительно ограничивают зазор в туннелях.
  4. Обновление требует дополнительных затрат, особенно если есть бригады и туннели.
  5. Железнодорожная тяга требует иммунной мощности, без порезов.

3- композитная система

Поезда

Composite System (или мультисистемы) используются для обеспечения непрерывного движения по маршрутам, электрифицированным с использованием более чем одной системы. Один из способов добиться этого - сменить локомотивы на коммутационных станциях. У этих станций есть воздушные провода, которые можно переключать с одного напряжения на другое. Другой способ - использовать мультисистемные локомотивы, которые могут работать при нескольких типах напряжения и тока.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *