double arrow

Передача электроэнергии


Электроэнергия, вырабатываемая генератором, отводится к повышающему трансформатору по массивным жестким медным или алюминиевым проводникам, называемым шинами. Шина каждой из трех фаз изолируется в отдельной металлической оболочке, которая иногда заполняется изолирующим элегазом (гексафторидом серы).

Трансформаторы повышают напряжение до значений, необходимых для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Генераторы, трансформаторы и шины соединены между собой через отключающие аппараты высокого напряжения – ручные и автоматические выключатели, позволяющие изолировать оборудование для ремонта или замены и защищающие его от токов короткого замыкания. Защита от токов короткого замыкания обеспечивается автоматическими выключателями. В масляных выключателях дуга, возникающая при размыкании контактов, гасится в масле. В воздушных выключателях дуга выдувается сжатым воздухом или применяется «магнитное дутье». В новейших выключателях для гашения дуги используются изолирующие свойства элегаза.

Для ограничения силы токов короткого замыкания, которые могут возникать при авариях на ЛЭП, применяются электрические реакторы. Реактор представляет собой катушку индуктивности с несколькими витками массивного проводника, включаемую последовательно между источником тока и нагрузкой. Он понижает силу тока до уровня, допустимого для автоматического выключателя.

С экономической точки зрения, наиболее целесообразным, на первый взгляд, представляется открытое расположение большей части высоковольтных шин и высоковольтного оборудования электростанции. Тем не менее все чаще применяется оборудование в металлических кожухах с элегазовой изоляцией. Такое оборудование необычайно компактно и занимает в 20 раз меньше места, нежели эквивалентное открытое. Это преимущество весьма существенно в тех случаях, когда велика стоимость земельного участка или когда требуется нарастить мощность существующего закрытого распредустройства. Кроме того, более надежная защита желательна там, где оборудование может быть повреждено из-за сильной загрязненности воздуха.

Для передачи электроэнергии на расстояние используются воздушные и кабельные линии электропередачи, которые вместе с электрическими подстанциями образуют электросети. Неизолированные провода воздушных ЛЭП подвешиваются с помощью изоляторов на опорах. Подземные кабельные ЛЭП широко применяются при сооружении электросетей на территории городов и промышленных предприятий. Номинальное напряжение воздушных ЛЭП – от 1 до 750 кВ, кабельных – от 0,4 до 500 кВ.

2. Распределение электроэнергии

На трансформаторных подстанциях напряжение последовательно понижается до уровня, необходимого для распределения по центрам электропотребления и, в конце концов, по отдельным потребителям. Высоковольтные ЛЭП через автоматические выключатели присоединяются к сборной шине распределительной подстанции. Здесь напряжение понижается до значений, установленных для магистральной сети, разводящей электроэнергию по улицам и дорогам. Напряжение магистральной сети может составлять от 4 до 46 кВ.




Рис. 2 ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ близ Бергена (Норвегия).

На трансформаторных подстанциях магистральной сети энергия ответвляется в распределительную сеть. Сетевое напряжение для бытовых и коммерческих потребителей составляет от 120 до 240 В. Крупные промышленные потребители могут получать электроэнергию с напряжением до 600 В, а также с более высоким напряжением – по отдельной линии от подстанции. Распределительная (воздушная или кабельная) сеть может быть организована по звездной, кольцевой или комбинированной схеме в зависимости от плотности нагрузки и других факторов. Сети ЛЭП соседних электроэнергетических компаний общего пользования объединяются в единую сеть.

2. Электроснабжение электрических железных дорог

Электрифицированные железные дороги в нашей стране получают электроэнергию от энергосистем.

Энергосистема – это совокупность крупных электрических станций, объединены линиями электропередачи и совместно питающих потребителей электрической и тепловой энергией. Энергосистемы объ­единяют электростанции различных ти­пов: тепловые, где используются разно­образные виды органического топлива, гидравлические и атомные.



Рис. 3 Общий вид электрифицированной железной дороги постоянного тока и питающих её устройств

Следует отметить, что нагрузки элек­трической тяги отличаются большой равномерностью, а это способствует бо­лее стабильной работе энергосистем. От Единой энергетической системы нашей страны питаются электрические маги­страли европейской части страны, Ура­ла, Сибири. Питание от мощных энерго­систем обеспечивает бесперебойность снабжения электроэнергией потребите­лей, в том числе и электрического подвижного состава.

На рис. 3 изображена в несколько упрощенном для наглядности виде об­щая схема электроснабжения электри­фицированной железной дороги условно от одной тепловой электростанции.

Трехфазный переменный ток напря­жением 6—10 кВ от генераторов элек­тростанции по кабелю проходит к повы­шающему трансформатору, здесь в за­висимости от различных условий напря­жение может быть повышено до 20. 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Эти номиналь­ные значения напряжений предусмотре­ны действующими в СССР стандартами.

Затем ток по линии электоопередачи (ЛЭП) проходит к потребителям, в дан­ном случае к тяговой подстанции. Если произойдет короткое замыкание на ли­нии электропередачи или возникнут не­допустимые перегрузки, высоковольт­ный выключатель отключит ее от элек­трической станции. Этот же выключа­тель используют для снятия напряже­ния с линии, например, при ее осмотре.

Далее ток проходит через другой высоковольтный выключатель в первич­ную обмотку трансформатора тяговой подстанции, который понижает напряжение переменного трехфазного тока до значения, необходимого1 для нормаль­ной работы электроподвижного состава (э. п. с).

Устройство и работа тяговых под­станций дорог, электрифицированных на постоянном и переменном токе, резко различаются.

На тяговой подстанции постоянного тока, которая показана на рис. 2, пере­менный ток преобразуется в постоян­ный. Первоначально для этой цели ис­пользовали вращающиеся преобразова­тели, которые состояли из мощных дви­гателей переменного тока, установлен­ных на одном валу с генераторами по­стоянного тока. Затем вместо тяжелых и громоздких машинных преобразовате­лей стали применять ртутные выпрями­тели. В дальнейшем все ртутные вы­прямители были заменены полупровод­никовыми.

Выпрямленное напряжение через специальный защитный аппарат — быстродействующий выключатель — и питающую линию (фидер) подводится к контактной сети. При включенных тяговых двигателях электровоза ток от вторичной обмотки трансформатора проходит через выпрямитель, быстро­действующий выключатель, фидер, кон­тактную сеть, пускорегулирующие аппа­раты и тяговые двигатели в рельсы. Чтобы получить замкнутую электриче­скую цепь, рельсы соединяют отсасыва­ющей линией с нулевой точкой вторич­ной обмотки трансформатора.

Быстродействующий выключатель автоматически отключает фидер, а, сле­довательно, и контактную сеть в случае перегрузки и коротких замыканий по­следней. Кроме того, иногда необходимо отключать контактную сеть (снимать с нее напряжение) для производства ка­ких-либо работ, для чего также отклю­чают быстродействующий выключатель.

Следовательно, тяговые подстанции дорог постоянного тока служат для по­нижения напряжения, подводимого от ЛЭП, преобразования переменного тока в постоянный и распределения электри­ческой энергии постоянного тока по уча­сткам контактной сети.

Если железная дорога электрифици­рована на переменном токе промышлен­ной частоты, то тяговая подстанция предназначена для понижения напря­жения, подводимого ЛЭП, и распреде­ления электрической энергии по участ­кам контактной сети. На линиях, элек­трифицированных на переменном токе, замкнутый контур тока образуется при­соединением одного конца первичной обмотки трансформатора, расположен­ного на электровозе, к контактной сети, а другого — к рельсу и далее через отсасывающую линию к подстанции. Устройство тяговых подстанций дорог переменного тока значительно проще, поскольку выпрямление напряжения для питания тяговых двигателей осу­ществляется на самом подвижном со­ставе.

Коэффициент полезного действия электрической тяги выражается произ­ведением к. п. д. отдельных звеньев сис­темы питания электрифицированной железной дороги: электростанции, ли­нии электропередачи, тяговой подстан­ции, контактной сети и самого элек­тровоза. Если энергия поступает от теп­ловой электростанции, к. п. д. которой примерно 35%, то полный к. п. д. элек­трической тяги составляет около 28%. С тем же примерно к. п. д. работают электрифицированные железные доро­ги, которые начали получать энергию от атомных электростанций. Гидроэлек­тростанции, к. п. д. которых достигает 85%, питают примерно одну пятую часть электрифицированных железных дорог; к. п. д. электротяги составляет при этом 60—62%.

3. Тяговые подстанции

Тяговая подстанция — в общем случае, электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии.

Электроустановка — совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены). Может быть предназначена для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования её в другой вид энергии.

Основным нормативным документом для создания электроустановок являются «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ), а при эксплуатации — «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП).

Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования тока (только для подстанций постоянного тока 3,3 кВ) для передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.

Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 5—25 км для подстанций постоянного тока и 50—80 км для подстанции переменного тока. Это расстояние зависит как от размеров движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций РАО «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередач напряжением 10—220 кВ. Электроэнергия поступает в открытое распределительное устройство, на понижающий трансформатор. С понижающего трансформатора электроэнергия поступает на тяговый 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 автоматы. В Российской Федерации номинальное напряжение выпрямленного тока нормируется Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и установлено на уровне 3100 В.

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.

Исторически сложилось так, что тяговые подстанции в России иногда были единственными источниками электрической энергии приемлемого уровня напряжения для её последующего распределения, поэтому на всех тяговых подстанциях имеется распределительное устройство для распределения и дальнейшей транспортировки электрической энергии напряжением 35—0,4 кВ как железнодорожным, так и нежелезнодорожным потребителям.

Страницы: ← предыдущая следующая →

Тяговые подстанции преобразующие переменный ток высокого напряжения в постоянный ток более низкого напряжения 850 В (750-900 В) применяются и в метро.

1. Тяговые подстанции для электрификации железных дорог
постоянного и переменного тока

Подстанции в модульном исполнении собираются из типовых модулей-контейнеров, содержащих готовые функциональные блоки. Подстанции в капитальных зданиях монтируются из укрупненных функциональных блоков (ФБ), собранных в заводских условиях.

Рис. 7 Схема основных цепей типовой тяговой подстанции постоянного тока

Таблица 1 Основные технические параметры

Напряжение входное 220 (110, 35, 10) кВ
Напряжение выходное 3,3 кВ
Мощность преобразования до 10 МВт
Количество фидеров постоянного тока 4 - 8 шт.
   
       

Рис. 8 Тяговая подстанция переменного тока "Олехновичи" (Белоруссия)

Рис. 9 Схема основных цепей типовой тяговой подстанции переменного тока

Таблица 2 Основные технические параметры

Напряжение входное 110 (220) кВ
Напряжение выходное 27,5 кВ
Количество фидеров контактной сети 4-8 шт.
Количество фидеров ДПР 2. шт.

2. Комплекты функциональных блоков тяговых подстанций

Все распределительные устройства на напряжение 6 / 10 / 27,5 кВ выполнены в виде комплектных распредустройств (КРУ) внутренней установки и поставляются вместе с токопроводами, кабелями вторичных цепей и с сухими трансформаторами собственных нужд 10 / 0,4 кВ и ВЛ СЦБ 0,4/10 кВ.

Рис. 10 Машинный зал тяговой подстанции "Полтава" Южной железной дороги Украины  

Комплект ФБ общего применения ( как для ТП постоянного тока, так и для ТП переменного тока) включает в себя следующие базовые блоки: блок РУ-10 кВ, блок РУ-10 кВ ВЛ СЦБ с сухим трансформатором, блок ОПС, блок ОПУ-110 (220) кВ, блок собственных нужд постоянного и переменного тока, блок аккумуляторов, блок дизель-генератора, сухие трансформаторы собственных нужд.

В комплект ФБ для ТП постоянного тока, помимо выше упомянутых блоков общего применения, входят: ячейки фидеров РУ-3,3 кВ; ячейка запасного выключателя РУ-3,3 кВ; блок фильтрустройства; блок заземляющего разъединителя шин РУ-3,3 кВ; блок тягового выпрямителя; камера реактора отсоса.

Рис. 11 Функциональный блок РУ-10 кВ, ПВА и сухой трансформатор на тяговой подстанции постоянного тока "Броневая" Октябрьской железной дороги

В комплект ФБ для ТП переменного тока помимо упомянутых выше блоков общего применения входят: блоки шкафов управления РУ-27,5 кВ; ячейка ввода 27,5 кВ; ячейка фидера КС 27,5 кВ; ячейка запасного выключателя 27,5 кВ; ячейка ДПР 27,5 кВ; ячейка трансформатора напряжения ТН 27,5 кВ; ячейка секционного разъединителя 27,5 кВ; ячейка компенсирующего устройства 27,5 кВ; блок конденсаторов комплектующего устройства 27,5 кВ.

Рис. 12 ЗРУ-27,5 кВ на тяговой подстанции переменного тока "Олехновичи" (Белоруссия) Рис. 13 Ячейка ввода ЗРУ-27,5 кВ на тяговой подстанции переменного тока "Олехновичи" (Белоруссия)

3. Конструктивное исполнение блоков тяговых подстанций

Конструктивно блоки представляют собой сборку ячеек, шкафов и панелей КРУ, объединенных несущими рамами, общим токопроводом и вторичными цепями.

Рис. 14 РУ-10 кВ на тяговой подстанции постоянного тока "Яндеба" Октябрьской железной дороги

Разработано два варианта конструкции укрупненных функциональных блоков:

· собственно функциональные блоки, в которых все оборудование размещено на рамах (для удобства установки в капитальных или легковозводимых зданиях);

· модули, в которых функциональные блоки размещены в закрытых контейнерах, обеспечивающих установку на открытых площадках.

Конструкция контейнера представляет собой жесткий каркас, обшитый металлическими листами и утеплителем. Модуль укомплектован устройствами для освещения, подогрева и вентиляции, что обеспечивает необходимые условия для работы установленного оборудования.

Рис. 15 Модули преобразовательно - выпрямительных агрегатов на тяговой подстанции постоянного тока "Металлострой" Октябрьской железной дороги

Типовые модули выполняются двух типоразмеров: 4,8(6.0) L * 3,2 C * 3,9 Н м;

В обоих вариантах конструктивного исполнения в блоках обеспечен свободный доступ ко всем элементам оборудования, включая шинопроводы и изоляторы, для осмотра и проведения регламентных работ. Высоковольтные вводы осуществляются шинами или кабелем; низковольтные кабели подключаются к клеммникам шкафов.

Блоки устанавливаются в зданиях на кабельный канал или ровный бетонный пол. Климатическое исполнение блоков по ГОСТ 15150-69-УХЛ, категория размещения 4.

При этом:

· Диапазон рабочих значений температур окружающего воздуха +1оС ÷ +35оС

· Нижнее значение температуры окружающего воздуха при транспортировке и хранении -50оС

Рис. 16 Машинный зал на тяговой подстанции постоянного тока "Мурманские Ворота" Октябрьской железной дороги

Модули (контейнеры) могут устанавливаться на рельсошпальную решетку или бетонный фундамент. Климатическое исполнение модулей по ГОСТ 15150-69-У, категория размещения 1.

При этом:

· Диапазон рабочих значений температур окружающего воздуха -40оС ÷ +40оС

· Нижнее значение температуры окружающего воздуха при транспортировке и хранении -60оС

Блоки (в заводской упаковке) и модули (без упаковки) могут транспортироваться железнодорожным и автомобильным транспортом; условия транспортирования по группе С ГОСТ 23216-78.

4. Эксплуатационная готовность системы тягового электроснабжения

Длительная эксплуатационная готовность оценивается как вероятность того, что система при определенных условиях будет в полном объеме выполнять свои задачи.

На практике решающим фактором является длительность перерыва в подаче электроэнергии на электроподвижной состав. В связи с этим были проведены исследования, целью которых было определение влияния перерывов в питании от контактной сети на маршрутную скорость поезда. На основе этих исследований предложено в качестве допустимого считать 2-минутный перерыв в подаче напряжения из системы тягового электроснабжения на электроподвижной состав.

Структура системы для оценки надежности системы тягового электроснабжения железных дорог целесообразно представить структуру системы таким образом, чтобы были видны как взаимосвязи в системе, так и параметры отдельных ее элементов. Упрощенно ее можно рассматривать как последовательную систему, которая может быть полностью выведена из строя при отказе одной из составляющих. Таким образом, данные о выходах из строя отдельных частей и их элементов могут являться основой для оценки надежности всей системы в целом.

Система тягового электроснабжения рассчитана таким образом, чтобы в нормальных условиях был возможен режим движения с интервалом следования поездов Ј 2 мин. Основными критериями оценки при этом являются: допустимое падение напряжения, токовые нагрузки в контактной сети и мощность тяговой подстанции.

Элементы системы тягового электроснабжения после выхода из строя ремонтируются и затем используются дальше до достижения предельного срока, который, как правило, превышает нормативный. Такие элементы системы электроснабжения, как электростанции, линии электропередачи и распределительные устройства, всегда имеют резервы и поэтому обладают высокой эксплуатационной готовностью.

Страницы: ← предыдущая следующая →

Заказать ✍️ написание учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Сейчас читают про:
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7