Глава вторая ТЯГОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ
- Классификация тяговых подстанций и схемы первичной коммутации
На электрифицированных железных дорогах СССР сооружают тяговые подстанции постоянного тока напряжением 3300 В и однофазного переменного тока промышленной частоты напряжением 27,5 кВ на стороне- тягового тока.
Подстанции могут быть опорными, промежуточными и тупиковыми. По конструктивному выполнению подстанции делят на стационарные и передвижные. Передвижные монтируют на железнодорожных платформах и в крытых вагонах и используют при капитальном ремонте агрегатов стационарных подстанций или для усиления их мощности. В зависимости от размещения оборудования подстанции бывают закрытые, открытые, смешанные. По способу управления различают подстанции с ручным управлением, автоматические, телеуправляемые. Последними управляет диспетчер средствами телемеханики.
Схема первичной коммутации зависит от типа подстанции, первичного напряжения, наличия и ответственности районной нагрузки. Рассмотрим схему опорной подстанции постоянного тока с двумя системами шин 110 кВ и одинарной секционированной системой шин 10 кВ районной нагрузки (рис. 23). Питание подстанции осуществляется двухцепными ВЛ напряжением 110 кВ. К шинам каждую ВЛ подключают линейными 1 и шинными 5 разъединителями и выключателем 3. Разъединители 1 и 5 служат для снятия напряжения и создания видимого разрыва электрической цепи после ее отключения выключателем 3.
Рис. 23. Однолинейная схема тяговой подстанции постоянного тока
Выключатель 3 предназначен для разрыва цепи под нагрузкой и автоматического отключения этой цепи при. перегрузках и коротких замыканиях. Он отключает, цепь при срабатывании релейной защиты, получающей питание от трансформаторов тока 2, специально установленных или встроенных в выключатель. Выключатели могут быть масляными, воздушными и газовыми. Шиносоединительный выключатель 4 и двойная система шин обеспечивают высокую надежность работы РУ 110 кВ.
К шинам 110 кВ через разъединители, 7 и выключатель 10 присоединен преобразовательный агрегат, состоящий из тягового трансформатора 12 и полупроводникового выпрямителя 15. Вывод положительной полярности выпрямителя присоединен к главной шине ГШ распределительного устройства — 3,3 кВ выпрямленного тока через быстродействующий (БВ) выключатель 18 и разъединитель 21. Нулевая точка трансформатора подключена разъединителем 22 к минусовой шине РУ.
Контактная сеть получает питание по фидерам Ф1, Ф2, ФЗ через разъединители 27, быстродействующие выключатели 28. Минусовая шина РУ (шина отрицательной полярности) через реактор 23 соединена с ходовыми рельсами отсасывающей линией 31. Быстродействующие выключатели 18 и 28 служат для включения и отключения цепей постоянного тока под нагрузкой и обеспечивают автоматическое отключение их при перегрузках и коротких замыканиях. Однополюсные разъединители 21 и 27 предназначены для создания видимого разрыва цепи и снятия напряжения с токоведущих частей после отключения БВ.
Распределительное устройство 3,3 кВ имеет вспомогательную шину (ВШ), соединенную с главной плюсовой шиной (шиной положительной полярности) ГШ разъединителями 24 и выключателем 29, называемым запасным. Последний может заменить любой из выключателей 28 в случае его повреждения или ремонта. Для этого включают разъединители 26, 24 и выключатель 29, а 28 отключают. Применение вспомогательной шины и запасного выключателя обеспечивает высокую надежность работы РУ 3,3 кВ. Плюсовая ГШ и вспомогательная ВШ шины разделяются на три секции двумя разъединителями каждая. Нормально все секции работают параллельно. При ревизиях и ремонтах может отключаться любая крайняя секция. Ревизия средней секции выполняется только при отключении всего РУ 3,3 кВ.
К шинам постоянного тока присоединяют сглаживающее устройство 19, предназначенное для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Пульсирующая переменная составляющая выпрямленного напряжения в проводах контактной сети наводит помехи в линиях связи, расположенных вдоль железной дороги, ухудшает коммутацию тяговых двигателей электроподвижного состава и увеличивает их нагрев. Переменная составляющая может быть разложена на ряд высших гармонических с частотами 300, 600, 900, 1200 и 1500 Гц, которые оказывают наибольшее влияние на линии связи и воспринимаются органами слуха.
Сглаживающее устройство состоит из пяти контуров, включаемых в цепи после главного реактора параллельно тяговой сети. Четыре контура состоят из конденсаторов и реакторов (фильтров) и настроены в резонанс соответственно на частоты 300, 600, 900 и 1200 Гц, пятый имеет только конденсатор. Индуктивность и емкость каждого контура подобраны таким образом, что сопротивление его для тока данной частоты очень мало. Поэтому переменный ток данной частоты замыкается в этом контуре сглаживающего устройства и не выходит за пределы подстанции. Ток через резонансные контуры ограничивается реактором 23, имеющим индуктивность 6,5 мГн и небольшое сопротивление постоянному току.
Для разряда конденсаторов после отключения сглаживающего устройства 19 используют резистор Rp, цепь на который создается разъединителем Р. Фильтры сглаживающего устройства могут быть однозвенными и двухзвенными. Однозвенные снижают помехи в 25 раз. Коэффициент сглаживания фильтров двухзвенных выше, чем однозвенных.
Районные трансформаторы 14 понижают напряжение со 110 до 10 кВ. К шинам 10 кВ через разъединители 32 и 34 и выключатель 33 подключены ВЛ, питающие районные потребители. К этим же шинам подключены два трансформатора собственных нужд ТСН мощностью по 100—400 кВ-A каждый: один рабочий, второй резервный. Трансформаторы соединены с шинами собственных нужд напряжением 230/133 или 400/230 В, от которых получают питание цепи освещения, отопления, защиты, автоматики, телемеханики и вспомогательные устройства преобразовательных агрегатов.
На подстанции устанавливают независимый источник напряжения — аккумуляторную батарею для питания оперативных цепей защиты и сигнализации, держащих катушек БВ в РУ 3,3 кВ и аварийного освещения подстанции.
К шинам 110 кВ через разъединители подключены трансформаторы напряжения 11, к которым подключают приборы для измерения напряжения на стороне 110 кВ, питания цепей защиты и учета энергии, а также разрядники 8, необходимые для защиты оборудования подстанции от атмосферных перенапряжений.
Нагрузку подстанции по ВЛ 110 кВ измеряют амперметром, включаемым через трансформатор тока 2. Общий ток подстанции замеряют амперметром в цепи отсасывающей линии 31. Амперметр 16 показывает нагрузку агрегата, а амперметр 30 — нагрузку питающего фидера. Напряжение на стороне 110 кВ измеряют вольтметром 9, а на стороне постоянного тока — вольтметром 17 В цепи выключателя 29 установлен амперметр 25, а в цепи фильтр-устройства 19 — предохранитель 20. Для защиты агрегата от коммутационных перенапряжений между анодами выпрямителя и нулевой точкой трансформатора устанавливают разрядники 13.
Рассмотрим однолинейную схему промежуточной тяговой подстанции переменного тока (рис. 24). Трансформаторы ТМ1 и ТМ2 присоединены к различным воздушным линиям 110 кВ ВЛ1 и ВЛ2 через разъединители 1 и быстродействующие отделители 2 и 3. Перемычка между вводами с разъединителем 4 и отделителем 5 предназначена для питания обоих трансформаторов от одной ВЛ. Нормально разъединитель 4 включен, а отделитель 5 отключен. К каждому вводу через разъединители подключают комплекты разрядников 6. Между отделителями 3 и трансформатором к одной из фаз присоединяют короткозамыкатель 7.
Трансформаторы ТМ1 и ТМ2 трехобмоточные, предназначены для питания тяговой и районной нагрузки. Одна вторичная обмотка, соединенная в звезду, питает ОРУ 38,5 кВ; другая, соединенная в треугольник, — двухфазное ОРУ 27,5 кВ тягового тока. Фазы обмотки тягового тока через трехполюсный разъединитель 8 и масляный выключатель 10 присоединяют одну наглухо к рельсам подъездного пути, соединенного с контуром заземлениями воздушной отсасывающей линией с ходовыми рельсами главного пути, а две другие через разъединители 11 к шинам ОРУ 27,5 кВ. К этим шинам подключают фидеры контактной сети Ф1, Ф2, ФЗ, Ф4 и нетяговых потребителей ДПР, трансформаторы напряжения и собственных нужд, устройства компенсации реактивной мощности. Имеется запасная шина 33, на которую с помощью запасного выключателя 17 можно подавать напряжение от любой из рабочих фаз.
Рис. 24. Однолинейная схема тяговой подстанция переменного тока
Сборные шины ОРУ 27,5 кВ а и б секционированы разъединителем Р. Он нормально включен и отключается при выведении одной секции в ремонт.
Питающие линии (фидеры) контактной сети присоединены к определенной фазе в соответствии с принятой для данной подстанции схемой фазировки. На каждый фидер устанавливают шинный 12 и линейный 14 разъединители и масляный выключатель 13. К фидерам присоединяют обходной разъединитель 15 и разрядник 16. Запасной выключатель 17 предназначен для замены выключателя любого фидера контактной сети. Для перехода на него необходимо включить разъединители 18 и 19, выключатель 17 и обходной разъединитель 15. Выключатель 13 отключается. Фидеры ДПР оборудованы шинными разъединителями 20, линейными 22 и масляными выключателями 21.
Для измерения напряжения, питания релейной защиты и обмоток счетчиков к шинам РУ 27,5 кВ через разъединители 23, добавочные резисторы 24 и предохранители 25 подключены однофазные трансформаторы напряжения 26 с коэффициентом трансформации 27,5/0,1. Концы первичных обмоток этих трансформаторов присоединяют к контуру заземления подстанции. Через эти же разъединители к шинам РУ 27,5 кВ подключены разрядники. К шинам 27,5 кВ через разъединители 27 и выключатель 28 присоединяют два трансформатора собственных нужд ТСН1 и ТСН2 мощностью каждый 250—400 кВ-А. Третью фазу ТСН после выключателя 28 присоединяют к контуру заземления тяговой подстанции. От вторичной обмотки ТСН1 и ТСН2 получают питание шины собственных нужд 230/133 или 400/230 В.
С целью повышения коэффициента мощности (до 0,93) на подстанциях или на постах секционирования устанавливают компенсирующие устройства. Они состоят из батареи статических конденсаторов 29 и реактора 30, подключенных через разъединители 31 и выключатель 32 к шинам РУ 27,5 кВ и рельсу подъездного пути (установка поперечной компенсации реактивной мощности). Реактор служит для предотвращения возникновения резонансных явлений, так как емкость конденсаторов и индуктивность контактной сети и трансформаторов образуют колебательный контур.
Для питания районных потребителей на подстанции имеется РУ 38,5 кВ с одинарной секционированной системой шин. Отходящие ВЛ 35 кВ и трансформаторы напряжения оборудованы соответствующей коммутационной аппаратурой, указанной на схеме. На подстанциях устанавливают трансформаторы для питания цепей СЦБ.
