Схемы электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей по системам электроснабжения ДПР-25 кВ и ПР-25 кВ: схема, преимущества и недостатки

Федеральное Агентство Железнодорожного Транспорта

Иркутский Государственный Университет Путей Сообщения

Контрольная работа №2 по ЭЖД:

Схемы питания потребителей электроэнергии от тяговых подстанций систем тягового электроснабжения постоянного тока 3,3 кВ, переменного тока 1х25 и 2х25 кВ и схема внешнего электроснабжения электрических железных дорог

Выполнил: студент группы ЭНС-06-3

Брагин В.А.

Проверил: Молин Н. И.

Г. Иркутск 2010

Содержание

1. Схемы электроснабжения потребителей электроэнергии от тяговой подстанции системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,3 кВ: схема питания всех потребителей, схема питания электрической тяги постоянного тока 3 кВ, преимущества и недостатки;

2. Схемы электроснабжения потребителей электроэнергии от тяговой подстанции системы тягового электроснабжения переменного тока 1х25 кВ: схема питания всех потребителей, схема питания электрической тяги переменного тока 25 кВ, преимущества и недостатки;

3. Схемы электроснабжения потребителей электроэнергии от тяговой подстанции системы тягового электроснабжения переменного тока 2х25 кВ: схема питания всех потребителей, схема питания электрической тяги переменного тока 25 кВ, преимущества и недостатки;

4. Схемы электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей по системам электроснабжения ДПР-25 кВ и ПР-25 кВ: схема, преимущества и недостатки;

5. Схемы электроснабжения устройств автоблокировки: варианты схем, требования к схеме электроснабжения

6. Схема внешнего электроснабжения электрических железных дорог

Схемы электроснабжения потребителей электроэнергии от тяговой подстанции системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,3 кВ: схема питания всех потребителей, схема питания электрической тяги постоянного тока 3 кВ, преимущества и недостатки

На тяговой подстанции постоянного тока 3 кВ трёхфазный ток поступает от трёхфазной электрической системы напряжением 110(220) кВ преобразуется трансформаторами, выпрямляется с помощью выпрямителей и напряжение постоянного тока 3 кВ подаётся в контактную сеть.

Рис. Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги постоянного тока напряжением 3 кВ

При первичном напряжении 110(220) кВ устанавливается промежуточный понижающий трансформатор 110(220)/10 кВ мощностью 10,16,25 МВА. К трёхфазным шинам 10 кВ подключен преобразовательный агрегат, который состоит из тягового трансформатора и выпрямителя. Выпрямитель обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный напряжением на шинах 3,3 кВ. Контактная сеть подключается к «плюс шине», а рельсы – к «минус шине».

При наличии на тяговой подстанции первичного напряжения 6, 10, 35 кВ происходит преобразование в постоянный ток непосредственно с помощью преобразовательного агрегата (тяговый трансформатор и выпрямитель).

На тяговой подстанции используются трёхфазные 6 – пульсные схемы выпрямления две обратных звезды (нулевая) и мостовые; 12 – пульсные мостовые схемы выпрямления.

Принципиальный признак системы тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВ – электрическая связь тягового двигателя электровоза с контактной сетью (контактная система токосъема). Тяговые двигатели для электровозов постоянного тока предусмотрены на номинальное напряжение 1,5 кВ. Попарное последовательное соединение таких двигателей позволяет иметь в тяговой сети напряжение 3 кВ.

Преимущества системы тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВ:

1. Характеристики сериесного тягового двигателя постоянного тока обеспечивает качественное управления электровозом по скорости движения;

2. При напряжении 3 кВ в контактной сети энергия к тяговым двигателям передаётся без изменения уровня напряжения на электровозе. Поэтому электровоз получается простым. Это основное преимущество системы постоянного тока 3 кВ;

3. Тяговая нагрузка постоянного тока для трёхфазной сети внешнего электроснабжения является симметричной нагрузкой и поэтому не влияет на несимметрию тока и напряжения в трёхфазной сети внешнего электроснабжения.

4. Трёхфазные 6, 12 – ти пульсные (фазные) выпрямители переменного тока тяговой подстанции обеспечивают значительно лучшее качество электроэнергии по несинусоидальности напряжения в трёхфазной сети внешнего электроснабжения.

Недостатки системы тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВ:

1. Низкое напряжения 3 кВ в тяговой сети приводит к значительной величине токопотребления электровозом, создаются большие потери напряжения и низкое напряжение на электровозе;

2. Низкое напряжение ограничивает расстояние между тяговыми подстанциями до 15 км, а на участках с горным профилем до 8-10км. Усложняется проблема тяжеловесного движения поездов.

3. В тяговой сети постоянного тока значительное токопотребление определяет значительное сечение контактной сети, которое достигает 400 – 600 мм2 в медном эквиваленте на один путь. Это в 2-3 раза больше чем в системе переменного тока. На горных участках максимальное сечение подвески М120 + 2МФ100 + 3А185 (647 мм2). Это вызывает значительный перерасход дефицитных цветных металлов, возрастание механических нагрузок на опоры контактной сети;

4. Значительные потери активной электроэнергии создаются большими величинами потребляемых токов. Потери электроэнергии DР = I2R составляют 12 – 15%.

5. При питании ТП от 110(220) кВ требуется промежуточная трансформация 110(220)/10 кВ.

6. При электрической тяге постоянного тока имеет место интенсивная электрокоррозия подземных металлических сооружений, в том числе опор контактной сети;

7. Cложная схема регулирования скорости двигателей путём перегруппировки двигателей, включением реостатов, переключениями в цепях возбуждения. Включение пусковых реостатов увеличивает расход электроэнергии. Это особенно заметно на электропоездах пригородного сообщения.

8. Шестипульсовые выпрямители тяговых подстанций имеют низкий коэффициент активной мощности cosφ 0,88 ÷ 0,92 и значительную несинусоидальность кривой сетевого тока. Это ухудшает качество электрической энергии в сети переменного тока 10 кВ. В настоящее время на тяговых подстанциях используется двенадцатипульсовые схемы выпрямления с лучшими энергетическими характеристиками по реактивному электропотреблению и несинусоидальности тока и напряжения.

9. На особо грузонапряжённых участках с горным профилем при организации дви-жения тяжеловесных поездов система тяги постоянного тока 3 кВ ограничивает пропускную и провозную способность участков железной дороги по нагреву проводов контактной сети и напряжению на электровозе. В связи с этим участок постоянного тока Зима – Черемхово – Слюдянка в 1995г заменён на прогрессивный вид тяги переменного тока 25 кВ. В настоящее время в России электрификация железных дорог преимущественно выполняется на переменном токе 25 кВ. Электрификация на постоянном токе ограничивается

Протяженность электрических железных дорог, электрифицированных по системе постоянного тока с напряжением в тяговой сети 3 кВ, на 1 января 2005 г. составила 18,6 тыс. км.

На дорогах постоянного тока различают централизованную и распределенную схемы питания. Основное различие этих схем заключается в числе выпрямительных агрегатов на подстанциях и методах резервирования мощности. При схеме централизованного питания выпрямительных агрегатов на подстанции должно быть не менее двух. При распределенном питании все подстанции одноагрегатные, а расстояние между тяговыми подстанциями сокращается. Требование обеспечения нормальных размеров движения при выходе из работы одного преобразовательного агрегата обеспечивается:

- в первой схеме для резервирования используются дополнительные (резервные) агрегаты;

- во второй схеме переход к резервированию подстанций обеспечивается за счёт одноагрегатных подстанций с малой величиной расстояния между ними.

Схемы электроснабжения потребителей электроэнергии от тяговой подстанции системы тягового электроснабжения переменного тока 1х25 кВ: схема питания всех потребителей, схема питания электрической тяги переменного тока 25 кВ, преимущества и недостатки

Для схемы электроснабжения переменного тока 1х25 кВ тяговые подстанции превращаются в простые трансформаторные понижающие подстанции. Преобразовательный агрегат перемещается с тяговой подстанции на электровоз. Это усложняет электровоз, но при этом исключаются пусковые резисторы и коммутационная аппаратура для переключения двигателей при пуске. Двигатели включаются параллельно. Регулирование напряжения на тяговом двигателе постоянного тока осуществляется на тяговом трансформаторе электровоза.

Контактная сеть имеет меньшее сечение. На тяговых подстанциях устанавливают трёхфазные трёхобмоточные трансформаторы мощностью 40 МВА: первичная обмотка 110(220) кВ, обмотка 27,5 кВ для питания тяговых и нетяговых железнодорожных потребителей, третья обмотка напряжением 35(10) кВ для питания районных нетранспортных потребителей.

Основные преимущества системы электроснабжения тяги переменного тока 1х25 кВ по сравнению с системой электроснабжения тяги постоянного тока 3 кВ: 1). Более высокое напряжение 25 кВ в контактной сети уменьшает потребляемые токи. Это значительно уменьшает сечение контактной сети (экономия меди) при больших расстояниях между подстанциями 40 – 50 км. При той же мощности тяги S = UI с увеличением напряжения уменьшается ток и, следовательно, потери напряжения и активной мощности;

2). Значительно упростились тяговые подстанции;

3). Обеспечивается комплексное электроснабжение электрической тяги поездов, нетяговых железнодорожных потребителей и нетранспортных районных от одного трансформатора;

4). Величина потерь активной электроэнергии значительно меньше и составляет 4- 5%.

Недостатки системы электроснабжения тяги 1х25 кВ:

1). Однофазное потребление тягового тока от симметричной трёхфазной системы создаёт в трёхфазной сети внешнего электроснабжения, в сетях районных нетранспортных и нетяговых железнодорожных потребителей несимметрию токов и напряжений.

2). Нелинейность выпрямителя электровоза создаёт несинусоидальный тяговый ток и напряжение в тяговой сети. Кроме тока основной частоты 50 Гц имеются токи высших частот 150, 250, 350, 450 и т.д. (высшие гармоники 3, 5, 7. 9 и т. д.). Соответственно и напряжение на всех элементах в трёхфазной сети внешнего электроснабжения, в тяговой сети, в сетях районных нетранспортных и нетяговых железнодорожных потребителей имеет несинусоидальный характер.

3). Выпрямительные электровозы переменного тока 25 кВ потребляют значительную реактивную мощность, которая по величине в режиме тяги примерно равна активной мощности Q ≈ P, а в режиме рекуперации Q ≈ 1,5 P.

4). Электромагнитное влияние на линии связи, смежные воздушные ЛЭП, на отключённую контактную сеть соседнего пути усложняет безопасные условия работы. Требуется каблирование проводной связи или переход на оптоволоконную связь,

Несимметрия, несинусоидальность и значительное потребление реактивной мощности снижает технико-экономическую эффективность электрической тяги на переменном токе 25 кВ. Однако более высокое напряжение тяговой сети переменного тока 25 кВ по сравнении с тяговой сетью постоянного тока 3 кВ обеспечивает большую эффективность электрической тяги переменного тока 25 кВ.

Схемы электроснабжения потребителей электроэнергии от тяговой подстанции системы тягового электроснабжения переменного тока 2х25 кВ: схема питания всех потребителей, схема питания электрической тяги переменного тока 25 кВ, преимущества и недостатки.

Автотрансформаторная трёхпроводная схема электроснабжения однофазного тока промышленной частоты повышенного напряжения 2х25 кВ сохраняет существующее электрооборудование 25 кВ. Электроэнергия к электровозу передаётся напряжением 50 кВ на большей части межподстанционной зоны. Электровоз получает питание от автотрансформаторов (АТ) слева и справа напряжением 25 кВ от АТ.

Схема электроснабжения переменного тока 2х25 кВ по сравнению со схемой 1х25 кВ позволяет увеличить расстояние между подстанциями до 70 - 90 км, значительно увеличивается пропускная способность железнодорожной линии, уменьшаются потери активной энергии и потери напряжения в тяговой сети, уменьшается электромагнитное влияние тяговой сети на смежные устройства. При равной потребляемой мощности ток в сети кВ на большей части межподстанционной зоны уменьшается в 2 раза, так как S = UI.Схема электроснабжения 2х25 кВ является наиболее прогрессивной системой электроснабжения электрической тяги переменного тока 25 кВ на современном этапе развития электрифицированных железных дорог.

На тяговой подстанции устанавливаются три однофазных трёхобмоточных тяговых трансформатора мощностью 25 МВА. Один питает левое плечо питания тяги поездов, другой питает левое плечо и третий используется в качестве резервного.