Система тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВ

Системы электроснабжения железных дорог

    Система электроснабжения железной дороги включает в себя обеспечение электроэнергией как тягового подвижного состава, так и различных предприятий, необходимых для полноценного функционирования отрасли. При этом электроэнергия может поступать как от внешних источников, чаще всего от энергосистемы региона, так и от собственных электростанций.

    Основным тяговым потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте является электрифицированный подвижной состав (ЭПС). Для его питания предусмотрено несколько схем, однако все они имеют общую структуру и включают в себя систему внешнего электроснабжения и систему тягового электроснабжения.

    Система внешнего электроснабжения включает в себя источники электрической энергии (электростанции), трансформаторные подстанции и линии электропередачи.

    Система тягового электроснабжения состоит из тяговых подстанций, питающих линий, контактной сети, тяговых рельсов и отсасывающих линий.

     В настоящее время в России существует три основные системы тягового электроснабжения:

    - постоянного тока с номинальным напряжением в контактной сети 3кВ;

    - переменного однофазного тока промышленной частоты 50 Гц с номинальным напряжением в контактной сети 25 кВ;

    - переменного однофазного тока промышленной частоты 50 Гц с номинальным напряжением в контактной сети 2х25 кВ.

     С системы постоянного тока началась электрификация железных дорог и она имеет самый длительный опыт эксплуатации. Кроме того, большая часть современного электроподвижного состава оборудована двигателями постоянного тока, технические характеристики которых наиболее соответствуют требованиям, предъявляемым к тяговым электродвигателям. Отсутствие устройств для преобразования электроэнергии значительно снижает стоимость ЭПС. На дорогах постоянного тока возможна рекуперация электроэнергии тяговыми электровозами.

    Однако система тягового электроснабжения постоянного тока имеет целый ряд существенных недостатков. Низкое напряжение в контактной сети ограничивает пропускную способность участков. Для ее увеличения применяют двойной контактный провод, что приводит к значительному утяжелению контактной подвески и к увеличению нагрузки на опорные конструкции.

Кроме этого, расстояние между тяговыми подстанциями при системе электроснабжения постоянного тока не превышает 20 – 25 км, что увеличивает как капитальные, так и эксплуатационные расходы.

Немаловажным является и тот факт, что при питании контактной сети постоянным током наблюдаются коррозионное действие блуждающих токов и возникает необходимость в установке специальных защит подземных металлических сооружений.

Система тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВ

    Система тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВ (рисунок 1) получает питание по районным электрическим сетям 110, реже 220 кВ. Электроэнергия поступает на тяговую подстанцию на распределительное устройство РУ-110(220) кВ, где понижается двухобмоточными трансформаторами Т до напряжения 10 кВ и передается на шины распределительного устройства РУ-10 кВ.

    Для питания тяговой нагрузки к шинам РУ-10 кВ подключают трансформаторы выпрямительной установки, которые понижают напряжение до 3,3 кВ и передают его на 6-ти или 12-пульсовый выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный. Распределительное устройство 3,3 кВ, получающее питание от выпрямительной установки, состоит из двух рабочих шин и одной запасной. От положительной шины запитывается контактная сеть перегонов и станций, а к отрицательной шине подключается отсасывающий фидер, соединяющий рельсовую цепь с подстанцией.

        

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги постоянного тока с напряжением в контактной сети 3 кВ

 

 

Тяговая подстанция, кроме тяговой нагрузки, служит также промежуточным звеном в системе электроснабжения нетяговых потребителей. В частности, от шин РУ-10 кВ, помимо тяговой нагрузки, получают питание нетяговые потребители, расположенные в непосредственной близости от подстанции. Как правило, это линейные предприятия железнодорожного транспорта, локомотиво- и вагоноремонтные заводы, а также предприятия, для которых получение электроэнергии от тяговых подстанций экономически более выгодно, чем от районных подстанций.

Линии продольного электроснабжения, также получающие питание от шин 10 кВ, обеспечивают электроэнергией удаленные нетяговые потребители, расположенные вдоль перегонов на расстоянии до 30 км от железной дороги. Электроснабжение таких объектов осуществляется через комплектные трансформаторные подстанции, понижающие напряжение до 0,4 кВ и передающие электроэнергию потребителям по кабельным линиям.

    Кроме этого, тяговая подстанция выполняет комплекс мероприятий по обеспечению безопасности движения поездов, связанный с электроснабжением устройств СЦБ, которые представляют собой потребители первой категории.

Для таких устройств предусмотрено обязательное резервирование питания, что достигается на перегонах следующим образом. Основное питание сигнальные точки автоблокировки и другие устройства СЦБ получают по воздушным линиям СЦБ, расположенным вдоль перегонов на отдельно стоящих опорах на расстоянии 6-10 м для уменьшения воздействия электромагнитного поля, создаваемого контактной сетью. ВЛ СЦБ запитывается от шин 0.4 кВ и изолируется от системы внешнего электроснабжения трансформатором собственных нужд, который подключается к шинам 10 кВ и служит, помимо этого, для обеспечения потребностей подстанции в освещении, отоплении, а также для питания электроинструмента при ремонтных и профилактических работах.

 Резервирование питания устройств СЦБ осуществляется через линии продольного электроснабжения, к которым подключаются резервные трансформаторы сигнальных точек автоблокировки (СТА).