Что такое тяговая подстанция

Тяговая подстанция

сооружение, в котором расположено оборудование, предназначенное для трансформации, преобразования и распределения электрической энергии, используемой на электрифицированных железных дорогах, трамвайных и троллейбусных линиях, в метрополитене.

На магистральных железных дорогах общего пользования и путях промышленного транспорта, работающих на переменном токе промышленной частоты, Т. п. выполняются в виде трансформаторных подстанций (См. Трансформаторная подстанция) и служат для понижения напряжения трёхфазного тока, получаемого от энергосистем, до необходимого значения —27,5 кв на магистральных железных дорогах и 6—10 кв на путях промышленного транспорта. На электрифицированных участках, работающих на переменном токе пониженной частоты (16 и 25 гц), Т. п. предназначены для понижения напряжения однофазного тока, получаемого от специальных электростанций, или преобразования трёхфазного тока промышленной частоты, получаемого от энергосистем, в однофазный ток пониженной частоты (см. Преобразовательная подстанция). На линиях, работающих на постоянном токе, Т. п. преобразуют трёхфазный переменный ток в постоянный ток напряжением 275 в (подземная электровозная откатка), 600 и 825 в (городской и промышленный транспорт), 1650 в (промышленный транспорт), 3300 в (магистральные железные дороги).

В СССР Т. п. железнодорожного транспорта обычно используются также и для питания электроэнергией не тяговых потребителей различных железнодорожных служб, промышленных, с.-х. и коммунально-бытовых предприятий, расположенных в районах, прилегающих к электрифицированным железным дорогам.

Т. п. бывают без постоянного обслуживающего персонала — с автоматическим и телеуправлением (на магистральных железных дорогах, в метрополитене, на трамвайных и троллейбусных линиях) и с постоянным обслуживающим персоналом (на путях промышленного транспорта и др.).

По конструктивному выполнению различают Т. п. открытого типа, в которых основное оборудование размещается на открытом воздухе, и закрытого типа — с основным оборудованием, находящимся в здании. Применяют также передвижные Т. п. с оборудованием, обычно размещенным на железно-дорожном подвижном составе, которые предназначены главным образом для резерва на случай выхода из строя стационарных Т. п.

Лит.: Грубер Л. О., Засорин С. Н., Перцовский Л. М., Электрические станции и тяговые подстанции, М., 1964.

Л. О. Грубер.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Лекции

Лекции № 1, № 2 ТЕМА: Общие сведения о тяговых подстанциях. Схемотехника тяговых подстанций постоянного и переменного тока. 1. Назначение и классификация подстанций. 2. Требования, предъявляемые к подстанциям. 3. Структурные схемы подстанций переменного и постоянного тока. 4. Типовые схемы отдельных присоединений распределительных устройств тяговых подстанций постоянного и переменного тока. 5. Схемы главных электрических соединений РУ – 3,3 кВ. 6. Схемы главных электрических соединений ОРУ – 27,5 кВ. 7. Однолинейная схема подстанции переменного тока. 8. Функционально-блочное построение тяговых подстанций. Лекции № 3, № 4 ТЕМА: Короткие замыкания и расчет токов к.з. 1. Короткие замыкания, цель расчета токов к.з. виды к.з. 2. Векторные диаграммы различных видов к.з. 3. Аналитическое выражение для тока к.з. Ударный ток к.з. Временные диаграммы процесса к.з. 4. Расчет токов к.з. Лекции № 5, № 6 ТЕМА: Электродинамическое и термическое действии токов к.з. Проверка электрооборудования на действия токов к.з. 1. Электродинамическое действие токов к.з. 2. Термическое действие токов к.з. 3. Проверка электрооборудования на электродинамическую и термическую стойкость.

Л е к ц и и № 1, № 2 В данных лекциях рассматривается первая обширная тема курса, связанная с общими сведениями о тяговых и трансформаторных подстанциях, а также со схемотехникой тяговых и трансформаторных подстанций, постов секционирования. Начнем рассмотрение данной темы с назначения и классификации тяговых подстанций. Назначение и классификация тяговых подстанций. Как известно, электрическая тяга является неавтономной, в связи с чем электроподвижной состав (ЭПС) получает электрическую энергию от внешних источников – генераторов электростанций. Так как вырабатываемая на электростанциях электрическая энергия представляет собой переменное синусоидальное напряжение, передаваемое потребителям при высоком уровне (35-220 кВ), а электроподвижному составу требуется для питания постоянное (3 кВ) или переменное (25 кВ) напряжение, то необходимо иметь устройства преобразования электрической энергии. Для получения электрической энергии от системы внешнего электроснабжения (СВЭ) и преобразования её в тот род тока и уровень напряжения, который необходим для питания ЭПС и служат специальные электротехнические устройства – тяговые подстанции. Также, кроме питания ЭПС, от тяговых подстанций получают питание железнодорожные нетяговые потребители (устройства СЦБ, депо, платформы и др.) и посторонние (районные) потребители. Тяговые подстанции можно классифицировать по следующим признакам: • по роду тока; • по схемам присоединения к ЛЭП; • по конструктивному выполнению; • по видам управления и обслуживания. Развернутое представление такой классификации приведено на рис.1.1. Кратко охарактеризуем такую классификацию. По роду тока тяговые подстанции подразделяются на подстанции постоянного тока 3,3 кВ и переменного тока – 27,5 кВ, 2х27,5 кВ, а также стыковые (3,3/27,5 и 3,3/2х27,5 кВ). В ряде стран Западной Европы (Германия, Швеция, Норвегия, Швейцария) для питания ЭПС применяются тяговые подстанции, от которых в контактную сеть подается напряжение 15 кВ, 16 и 2/3 Гц, а в ЮАР и Канаде имеются подстанции, от которых в контактную сеть подается напряжение 50 кВ, 50 Гц.

Рис. 1.1 Классификация тяговых подстанций С целью повышения технико-экономических показателей системы тягового электроснабжения (СТЭ) в начале 1990-х годов на Октябрьской ж.д. сооружена тяговая подстанция постоянного тока повышенного напряжения (12 кВ), а на Забайкальской ж.д. на участке Карымская – Забайкальск начинается сооружение тяговых подстанций переменного тока повышенного напряжения 94 кВ. Следует отметить, что в СТЭ повышенного напряжения как постоянного, так и переменного тока сохраняется традиционный ЭПС 3 кВ постоянного тока и 25 кВ переменного тока, в связи с чем в межподстанционной зоне устанавливаются преобразовательные пункты для понижения напряжения и подаче его в контактную сеть. В настоящее время на электрифицированных линиях Российской Федерации протяженностью 43 тыс. км. в эксплуатации находится 1397 тяговых подстанций, из них переменного тока 456 (32,8 %), совмещенных на два рода тока – 24. Имеется также 1210 постов секционирования (из них переменного тока 383), пунктов параллельного соединения – 882 (из них переменного тока 168) и 80 автотрансформаторных пунктов системы электрической тяги 2х25 кВ. По схемам присоединения тяговых подстанций к ЛЭП они подразделяются на опорные, промежуточные (транзитные, отпаечные) и тупиковые. Выбор схем присоединения тяговых подстанций регламентируется рядом нормативных документов – Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), ПУСТЭ ж.д. РФ, строительными нормами и правилами (СНиП), Ве

домственными нормами технологического проектирования электрификации железных дорог (ВНТП). В этих документах учитываются требования надежности электроснабжения, гибкости схемы, удобства оперативных переключений и выводов в ремонт оборудования, экономичности РУ. В соответствии со СНиП и ВНТП, с точки зрения надежности и гибкости, схему электроснабжения выполняют так, чтобы обеспечить необходимый уровень напряжения на шинах подстанции в аварийных и нормальных режимах работы СВЭ. При этом, исходя также из того, чтобы на электрифицированном участке длинной 150-200 км при отключении ЛЭП или районной подстанции обесточивалась лишь одна тяговая подстанция. Для обеспечения необходимого уровня напряжения на шинах тяговых подстанций через каждые 150-200 км при ЛЭП 110 кВ и 250-300 км при ЛЭП 220 кВ сооружают опорные подстанции. Опорные подстанции служат для приема электрической энергии от СВЭ и распределение ее на другие подстанции. Опорная подстанция имеет не менее 3 высоковольтных вводов. Между опорными подстанциями включают промежуточные подстанции, которые в свою очередь делятся на транзитные и отпаечные. Транзитные подстанции включаются в рассечку ЛЭП 110-220 кВ через высоковольтные выключатели, т.е. через них проходит транзит энергии от одной до другой опорной подстанции. Подстанции, которые питаются глухими ответвлениями, отпайками от ЛЭП, называется отпаечными. Подстанции, питаемые двумя и радиальными линиями от другой подстанции, называются тупиковыми. Схема внешнего электроснабжения электрифицированной железной дороги должна обеспечивать питание тяговых подстанций (кроме расположенных на слабозагруженных участках) от энергосистемы на условиях, предусмотренных для потребителя с электроприемниками категории I, т.е. выход из работы одной из подстанций (секции шин) энергосистемы или питающей линии не должен приводить к отключению тяговой подстанции. Для этого тяговые подстанции должны иметь, как правило, двустороннее питание от двух подстанций энергосистемы или по двум радиальным линиям от разных систем шин одной подстанции энергосистемы, имеющей не менее двух источников питания. По двухцепной тупиковой воздушной линии электропередачи (ВЛ) допускается питание не более одной тяговой подстанции. При двустороннем питании подстанций по одноцепной ВЛ число промежуточных подстанций (в том числе подстанций не питающих тягу), включаемых в рассечку ВЛ между опорными подстанциями (рис. 1.2), как правило не должно быть более трех. Присоединение тяговых подстанций к одноцепной ВЛ на ответвлениях не допускается.

Рис. 1.2. Схема питания тяговых подстанций по одноцепным ЛЭП От двухцепной ВЛ (при подвешивании обеих цепей на общих опорах) с двусторонним питанием на участке между двумя опорными подстанциями рекомендуется обеспечить питание следующего числа промежуточных подстанций, присоединяемых по схеме (рис. 1.3): — для ВЛ 220 кВ – не более пяти при электрической тяге как на постоянном, так и на переменном токе; — для ВЛ 110 кВ – не более пяти при электрической тяге на постоянном токе и трех – на переменном токе. Рис. 1.3. Схема питания тяговых подстанций по двухцепным ЛЭП на общих опорах

От двух одноцепных ВЛ с двусторонним питанием на участке между опорными подстанциями рекомендуется обеспечивать питание следующего числа промежуточных подстанций, присоединяемых по схеме рис. 1.4: — для ВЛ 220 кВ – не более пяти на электрической тяге как на постоянном, так и на переменном токе; — для ВЛ 110 кВ – не более пяти при электрической тяге на постоянном и трех на переменном токе. Рис. 1.4. Схема питания тяговых подстанций по двум одноцепным ЛЭП На слабозагруженных участках железных дорог допускается обеспечение надежности питания тяговых подстанций как потребителей с электроприемниками категории II: односторонее питание тяговых подстанций, питание тяговых подстанций от одной секционированной линии электропередачи при условии подключения смежных подстанций к разным секциям линии, подключение подстанций к питающей линии электропередачи отпайкой, с помощью одного ввода с выключателем. Тип и число промежуточных тяговых подстанций между опорными, в том числе при строительстве дополнительных подстанций должны быть согласованы с энергоснабжающими организациями.

Воздушные линии электропередачи в особо гололедных и лавиноопасных районах независимо от принимаемых схем питания тяговых подстанций должны выполнятся на одноцепных опорах. По конструктивному выполнению тяговые подстанции подразделяются на стационарные и передвижные. Основным видом на электрифицированных ж.д. РФ являются стационарные тяговые подстанции различного конструктивного исполнения. Для оперативной замены стационарных подстанций при их выходе из строя по причине аварии, стихийного бедствия и т.п., либо при плановом выводе их из работы для реконструкции или ремонта, а также для усиления СТЭ в периоды интенсивных перевозок грузов применяют передвижные подстанции. По схеме и оборудованию они аналогичны стационарным подстанциям, но выполнены несколько проще: имеют по одному понижающему трансформатору и выпрямительному агрегату, минимальное число фидеров, отсутствует запасной выключатель. Понижающий трансформатор имеет специальную конструкцию, позволяющую вписаться в габариты подвижного состава. Различное оборудование одного класса напряжения на тяговых и трансформаторных подстанциях образуют функциональные устройства – т.н. распределительные устройства (РУ). В зависимости от конструктивного выполнения РУ делятся на внутренние (закрытого типа — ЗРУ) и наружные (открытого типа – ОРУ). Аппаратура ЗРУ размещается в зданиях или комплектных распределительных устройствах (КРУ) и, следовательно, защищена от различных атмосферных воздействий. В ОРУ аппаратура устанавливается на вне зданий, поэтому она требует защитных корпусов и кожухов для защиты от внешних воздействий, а также электрического подогрева в зимнее время. По видам управления и обслуживания тяговые подстанции подразделяются на нетелеуправляемые (с местным дистанционным управлением и автоматикой) и автотелеуправляемые. В настоящее время на подавляющем большинстве тяговых подстанций все операции по поддержанию необходимых режимов работы оборудования и обеспечению заданной последовательности переключения осуществляют устройства автоматики, а 95 % подстанций оборудованы различными системами телемеханики. Методы оперативного обслуживания тяговых подстанций и количество персонала устанавливается начальником службы электроснабжения в зависимости от местных условий, типа подстанции, первичного напряжения, наличия районных потребителей, степени оснащенности оборудования автоматикой, блокировочными устройствами и стационарными заземляющими ножами, наличия телеуправления , а также от роли данной подстанции в схемах энергосистемы и электроснабжения тяги поездов. Современная структура оперативного обслуживания тяговых подстанций представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5 Структурная схема оперативного обслуживания тяговых подстанций. Рассмотрев назначение и классификацию тяговых подстанций, далее охарактеризуем основные требования, предъявляемые к тяговым подстанциям. Требования, предъявляемые к тяговым подстанциям. Основные требования, предъявляемые к тяговым подстанциям, изложены в 4-й главе ПУ СТЭ ж.д. РФ – «Тяговые подстанции». Данная глава довольно объемная (содержит 46 пунктов), поэтому кратко охарактеризуем основные положения этих требований. В соответствии с ПУ СТЭ к тяговым подстанциям предъявляются следующие основные требования: • тяговые подстанции следует располагать, как правило, на железнодорожных станциях; • территория тяговой подстанции должна иметь сплошное ограждение высотой 2-2,5 м.; • на тяговых подстанциях для маслонаполненного оборудования с массой масла более 1 т необходимо иметь систему стока масла и резервуар, не допускающие растекания и проникновения масла в почву; • здания тяговых подстанций должны быть оборудованы автоматической охранной и пожарной сигнализацией, обеспечивающей передачу сигналов в щитовое помещение, в квартиру дежурного (при дежурстве на дому), энергодиспетчеру и в пожарную часть; • все оборудование, на которое возможно попадание напряжения вследствие нарушения изоляции, должно быть надежно присоединено к внешнему или внутреннему контурам заземления; • цепь отсоса тяговых подстанций переменного тока должна состоять из трех параллельно включенных элементов: воздушной

отсасывающей линии, рельсов подъездных путей и заземляющего устройства подстанции; • цепь отсоса тяговых подстанций постоянного тока может состоять из одного элемента – воздушной или кабельной линии; • оборудование тяговых подстанций должно быть защищено от атмосферных и коммутационных перенапряжений в соответствии с ПУЭ; • бесперебойность питания нагрузок тяги должна обеспечиваться установкой на подстанциях: — переменного тока напряжением 25 кВ и постоянного с двойной трансформацией – не менее двух понижающих трансформаторов; — системы 2х25 кВ с однофазными трансформаторами – резервного трансформатора с возможностью подключения его к каждому плечу питания; — постоянного тока – не менее двух выпрямительных агрегатов; • сборные шины распределительных устройств 3 кВ, 25 и 2х25 кВ должны быть секционированы на три секции – две рабочие и одну (среднюю) соединительную. Каждая рабочая секция должна иметь: питающий ввод от разных трансформаторов, трансформатор напряжения, разрядники, трансформаторы собственных нужд; • распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ выполняют, как правило, с одинарной системой шин, секционированной выключателем. При питании распределительного устройства одним вводом шины не секционируют; • распределительные устройства 3 кВ, 25 и 2х25 кВ должны быть оборудованы запасной шиной с выключателем для замены любого из выключателей фидеров контактной сети; • во всех цепях распределительных устройств должны быть установлены разъединители с видимым разрывом; • все распределительные устройства тяговых подстанций должны быть оборудованы стационарными заземляющими ножами; • все распределительные устройства тяговых подстанций должны быть оборудованы блокировками, предотвращающими возможность выполнения ошибочных операций разъединителями, отделителями, короткозамыкателями, выкатными тележками, заземляющими ножами; • цепи собственных нужд (СН) переменного тока напряжением 380/220 В должны получать питание от трансформаторов собственных нужд (ТСН) с глухозаземленной нейтралью. На подстанциях переменного тока ТСН подключаются к шинам тяговой нагрузки, а на подстанциях постоянного тока – к шинам питания преобразовательных агрегатов;

4 Тяговая подстанция (эчэ)

Тяговые подстанции относятся к числу основных сооружений электрической тяги. Железнодорожный транспорт является крупнейшим потребителем электрической энергии: им потребляется около 5% всей энергии вырабатываемой в стране. Основным потребите­лем этой энергии на транспорте является электрическая тяга. Значительное количество электроэнергии потребляется на освещение и обогрев.

Тяговая подстанция служит для обеспечения бесперебойного электроснабжения контактной сети, ВЛ ДПР, ВЛ СЦБ и районных потребителей, расположенных в зоне тяго­вой подстанции. На тяговой подстанции работают две бригады: оперативная и ремонтная. Оперативная — осуществляет дежурство на подстанции и контроль над оборудованием, подготовку рабочего места и допуск ремонтной бригады к работам. Ремонтная — осущест­вляет текущий ремонт всего оборудования подстанции и капитальный ремонт разъедини­телей, кабелей вторичной коммутации, внутреннего и наружного освещения подстанции, вентиляции и отопления. Все работы на подстанции выполняются: в порядке текущей экс­плуатации, по наряду и по распоряжению.

ЭЧЭ располагается непосредственно на подстанции в одноэтажном здании, здесь находится, кабинет начальника подстанции, комната приема пищи, дежурный пункт, ак­кумуляторная, вентиляционная, технический кабинет. В отдельном здании располагаются: механическая мастерская, душевая, раздевалка, гараж-склад. Также имеются: дизельная, склад ГСМ и компенсирующее устройство 27.5 кВ (под навесом) с реактором.

К подстанции проложены железнодорожные подъездные пути и автомобильная до­рога.

Все основные устройства тяговой подстанции спроектированы на открытой терри­тории. В открытую часть подстанции входят три распределительных устройства: первич­ного напряжения 110 кВ, вторичного напряжения 35 кВ и второго вторичного напряжения 27.5 кВ. Кроме того на открытой части установлены главные тяговые трансформаторы, районные понижающие трансформаторы, трансформаторы собственных нужд и вспомога­тельные устройства.

Распределительной устройство (РУ) 27.5 кВ, от которого отходят питающие линии тяговой сети, располагается параллельно подъездному пути. Распределительное устройст­во 35 кВ располагается по отношению к оси подъездного пути перпендикулярно. В связи с таким расположением распределительных устройств, ошиновки от главного тягового трансформатора к РУ 27.5 кВ и к РУ 35 кВ пересекаются и поэтому выполнены в разных уровнях. Кабели для управления, сигнализации и защиты прокладываются в кабельных каналах, идущих от распределительных устройств к зданию подстанции, в котором поме­щается щит управления. Распределительное устройство 6 — 10 кВ выполнено из комплект­ных металлических ячеек (КРУН), располагаемых вблизи районного трансформатора 35/6-10 кВ. Последний присоединяется к концу линии 35 кВ, идущей от главного тягового трансформатора 110/35/27.5 кВ к распределительному устройству 35 кВ.

Трансформаторы являются надежным оборудованием и при правильной эксплуатации случаи выхода их из работы сравнительно редки. Являясь основным видом оборудования подстанции, от исправности которого зависит электроснабжение потребителей, трансформаторы должны иметь защиты, исключающие или уменьшающие развитие аварии при возникновении повреждений и ненормативных режимов.

К основным повреждениям трансформаторов относятся:

• двухфазные;
• трехфазные КЗ в обмотках и на их наружных выводах;
• витковые замыкания ( замыкания между витками одной фазы);
• однофазные замыкания на землю обмоток или их наружных

Виды защит устанавливаемых на трансформаторе зависят от: мощности трансформатора, количества обмоток, способа выполнения нейтрали и способов его подключения, от характера возможного нарушения режимов его работы.

Защиты трансформатора мощностью 6300 кВа и выше:

Дифференциальная продольная токовая защита от внутренних повреждений, от КЗ на выводах и остановке трансформатора до трансформаторов тока, к которым подключена защита. Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты основан на сравнении токов одноименных фаз первичной и вторичной сторон трансформатора. В нормальном режиме работы через реле дифференциальной защиты протекает разность токов вторичных обмоток трансформаторов токов, которая не достаточна по величине для срабатывания защиты.

При КЗ в зоне действия защиты через реле протекает разность токов, вторичных обмоток трансформаторов тока, которая по величине не достаточна для срабатывания защиты.

Перевод питания через обходной выключатель производится следующим об­разом:

1. Убеждаемся во включенном положении секционных разъединителей РС1 и РС2.
2. Включаем РШ обходного ВМ той фазы, от которой питается отключаемый фидер.
3. Включаем обходной разъединитель обходного ВМ.
4. Включаем обходной разъединитель отключаемого фидера.
5. Включаем обходной ВМ и по амперметру убеждаемся, что он взял нагрузку.
6. Отключаем ВВ и ВМ отключаемого фидера.
7. Отключаем РЛ и РШ отключаемого фидера.

Для защиты фидера контактной сети применяются защиты:

1. Токовая отсечка с защитой 30-40% зоны.
2. Дистанционная направленная защита, защищающая всю фидерную зону; работает с выдержкой времени.
3. Ненаправленная дистанционная защита без выдержки времени с зоной 80-85% тяговая подстанция — пост секционирования.
4. Направленная дистанционная защита с выдержкой времени с зоной — до шин соседней подстанции.
5. Направленная дистанционная защита с зоной действия до поста секционирования сле­дующей фидерной зоны.

Для питания не тяговых потребителей, расположенных вдоль железнодорожного полотна (переезды, небольшие станции, казармы и т.п.) применяются линии продольного электроснабжения — «два провода — рельс» (ДПР). Фидера ДПР1 и ДПР2 питаются от раз­ных секций шин 27,5 кВ.

Фидер ДПР подключается к двум фазам. На нем установлены РШ с заземляющими ножами, масляный выключатель МКП-35 (на ДПР2-С-35 с приводом ПШЭ-12), трансфор­маторы тока и линейный разъединитель с моторным приводом.

В качестве защиты ДПР применяется МТЗ и ТО.

Трансформаторы собственных нужд (ТСН) предназначены для питания ВЛ СЦБ, цепей управления РЗ, АТМ, обдува трансформаторов, освещения, обогрева и т.п. На ЭЧЭ-12 установлены два ТСН типа ТМ-320-27.5/0.23/0,133. ТСН подключаются к трем фазам 27,5 кВ через РШ с одним заземляющим ножом, МВ. С вторичной обмотки вывод через кабельные воронки подходит в ГРШ и в щит СН. Трансформаторы напряжения к шинам 27,5 кВ подключены через РШ с двумя заземляющими ножами. Обмотки трансформаторов напряжения соединены по схеме «разомкнутый треугольник».К шинам вторичного напряжения 100 В подключается дистанционная защита фидеров контактной сети и реле минимального напряжения, установленные на ввод 27,5 кВ.

Наименование структурных подразделений и наименование должностей

Начальник тяговой подстанции (Отрожка, Колодезная)

Содержание тяговых подстанций цехового персонала /не относящегося к аппарату управления/

3.Тяговая подстанция.

Тяговая подстанция (ТП) — электрическая подстанция, предназначенная для питания транспортных средств на электрической тяге через контактную сеть. От ТП получают питание и другие потребители.

Тяговые подстанции различают по следующим признакам:

▪ обслуживаемой системе электрической тяги:

переменного тока 25 или 2*25 кВ, постоянного тока 3,3 кВ и стыковые (переменного — постоянного тока);

▪ значению питающего напряжения — 6, 10, 35, 110 и 220 кВ;

▪ схеме присоединения к сети внешнего электроснабжения — опорные, промежуточные и концевые (тупиковые);

▪ системе управления: телеуправляемые и не телеуправляемые;

▪ способу обслуживания: без дежурного персонала, с дежурством на дому и постоянным дежурным персоналом;

▪ типу: станционные и передвижные.

Тяговые подстанции постоянного тока различают по типу и способу трансформации. На ТП постоянного тока при питающем напряжении 35 кВ и ниже устанавливают трансформаторы, которые в зависимости от схемы преобразователя понижают напряжение до 1,52 -3,79 кВ (одна ступень трансформации). Если же на шины ТП подается питающее напряжение 110 кВ и выше, его с помощью специальных трансформаторов понижают до 10 кВ (реже до 35 кВ), а затем, используя дополнительные трансформаторы, — до уровня, соответствующего схеме преобразователя (две ступени трансформации).

Тяговые подстанции дорог постоянного и переменного тока значительно различаются по устройству. Однако и те и другие должны отвечать следующим требованиям: обеспечивать надежность электроснабжения локомотивов, быть по возможности несложными, безопасными в обслуживании. Желательно также, чтобы расходы на их монтаж и эксплуатацию были невелики.

Познакомимся с устройством типовой тяговой подстанции постоянного тока (Рис.6). На ней установлено два силовых трансформатора 77 и Т2 . Каждый из трансформаторов соединен со своим выпрямителем. В, собранным по трехфазной мостовой схеме. Катоды выпрямителей быстродействующими выключателями БВ и разъединителями Р соединены с шиной «+» распределительного устройства РУ постоянного тока. Аноды выпрямителей соединены разъединителями с шиной «—». Рис.8

Шина «+ », или, как еще ее называют, главная шина, соединена фидерами с контактной сетью. В фидер для защиты подстанций от коротких замыканий в контактной сети включены быстродействующий выключатель БВ$ и два разъединителя Рф. Отключив эти разъединители, можно производить в безопасных условиях ревизию или осмотр быстродействующего выключателя. Защита от коротких замыканий должна действовать избирательно (селективно) и не отключать контактную сеть в тяжелых рабочих режимах, например при одновременном пуске нескольких единиц электроподвижного состава, резком колебании нагрузок, связанных с перегруппировкой тяговых двигателей.

На подстанциях дорог переменного тока используют силовые трансформаторы различных типов с разными схемами соединения их обмоток в зависимости от величины нагрузок и условий электроснабжения тяговой подстанции. В случае питания тяговой подстанции от двух линий электропередачи (ЛЭП) первичные обмотки трансформаторов 77 и Т2 (Рис 7) присоединяют к разным ЛЭП.

В случае необходимости эти обмотки можно подключить к одной и той же ЛЭП, применив перемычку. Две фазы вторичных обмоток трансформаторов, например А и С, соединены с шинами тяговой подстанции.

Шины высоковольтными выключателями ВВ и фидерами соединены с контактными подвесками путей I и II двухпутного участка. Третья фаза (в нашем примере В) соединена с рельсами. Более или менее равномерная нагрузка фаз обеспечивается благодаря подключению контактной подвески 1 к фазам Л и С.

Опорная тяговая подстанция — ТП, получающая питание от сети внешнего электроснабжения по трем или более линиям электропередачи напряжением 110 (150) или 220 кВ.

Промежуточная тяговая подстанция — ТП, получающая питание от сети внешнего электроснабжения и осуществляющая питание тяговой сети электрифицированной железной дороги между опорными ТП. Существуют два типа промежуточных ТП — на ответвлениях и транзитные. Тяговая подстанция на ответвлениях получает питание по двум линиям электропередачи 110 или 220 кВ. Концевая (тупиковая) тяговая подстанция получает питание по двум радиальным линиям электропередачи 110 или 220 кВ от другой (тяговой или районной) подстанции. Опорные подстанции получают питание сразу по нескольким. В каждую ВЛ при подходе ее к опорной подстанции (на вводе) врезаны выключатели, оборудованные устройствами релейной защиты.

Аккумуляторные батареи. На тяговых подстанциях в качестве источника оперативного постоянного тока используют, как правило, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.

Основные конструктивные элементы свинцово — кислотного аккумулятора — положительные и отрицательные пластины, электролит, сепараторы и сосуд из кислотоупорного материала. К системе сборных шин комплектных распределительных устройств (КРУН) обычно подключают следующие фидеры: обдува понижающих трансформаторов; передвижного масляного хозяйства, дистанций контактной сети и другие. На зажимах приемников электрической энергии допускаются отклонения напряжения в пределах 5% номинального. Опыт эксплуатации показывает, что на вводах тяговых подстанций эти отклонения достигают — 15 и +5%. В связи с этим отечественная промышленность выпускает трансформаторы снабженные устройствами для регулирования напряжения.

Заземляющие устройства. Заземляющими называют устройства, служащие для создания надежного пути тока через землю.

Главной частью заземляющего устройства является искусственный заземлитель, представляющий собой систему неизолированных проводников, обычно стальных, погруженных в землю. При возможности параллельно искусственному заземлению присоединяют естественные заземлители-рельсы подъездного пути, металлические оболочки силовых кабелей, водопроводные и другие металлические коммуникации, находящиеся на территории тяговой подстанции. Искусственный и естественный заземлители образуют собственно заземлитель, с помощью которого и обеспечивается контакт с землей и вывод тока в землю.

Шины — неизолированные проводники распределительных уст­ройств. Шины должны обладать необходимой электрической проводи­мостью и достаточной механической прочностью. Первое требование вытекает из необходимости обеспечения малых потерь энергии, второе диктуется необходимостью обеспечения механической устойчивости к действию сил, возникающих при коротком замыкании. Шины бывают медные, алюминиевые, стальные. Медные шины имеют малое удельное электрическое сопротивление и достаточную механическую прочность. Они применяются в мощных электроустановках с большими токами. Алюминий обладает большим, чем медь, удельным электричес­ким сопротивлением и меньшей механической прочностью. Стальные шины имеют большое удельное сопротивление, но по механической прочности они превосходят медные и алюминиевые. Наибольшее применение получили алюминиевые шины.

Кабелями называются проводники тока, изолированные между собой и от земли бумажной, пластмассовой или резиновой изоляцией и помещенные в свинцовую, алюминиевую, полихлорвиниловую или резиновую оболочку. Оболочка служит гидроизоляцией жил. В целях предохранения от механических повреждений гидроизолирующей оболочки кабель покрывают броней. Броню покрывают асфальтированным жгутом.

Высоковольтные выключатели — основные аппараты для вклю­чения и отключения высоковольтных цепей перемен­ного тока при нормальном и аварийном (КЗ) режимах.

При размыкании цепи, по которой протекает ток большой мощности, возникает дуговой разряд, пагубно влияющий на работу выключателя, приводящий к потерям энергии, КЗ между фазами, а также не позволяющий надежно разомкнуть цепь. По роду дугогасящей среды выключатели подразделяют на мас­ляные, воздушные, газогенерирующие, вакуумные и элегазовые. Выключатели различают также по следующим признакам: по числу фаз — одно, двух и трехфазные; месту установки — для внут­ренней и наружной; способу управления—с ручным или дистанци­онным приводом; времени отключения — быстродействующие (до 0,08с), ускоренного действия (до 0,12с), небыстродействующие (до 0,25 с).

Масляные выключатели, как и другие высоковольтные выключатели, предназначены для вклю­чения и отключения высоковольтных цепей. Они получили большое применение в электроустановках благодаря простым и достаточно эффективным дугогасительным свойствам трансформаторного масла. Масляные выключатели подразделяют на многообъемные и малообъемные. В многообъемных выключателях масло служит дугогасительной и изолирующей средой, в малообъемных — только дугогасительной средой.

В воздушных выключателях дугу гасят сжатым воздухом, пода­ваемым к выключателям по воздухопроводам от центральной компрес­сорной установки. Для отключения выключателя в любой момент времени в резервуаре имеется необходимый запас сжатого воздуха.

Вакуумные выключатели представляют собой герметизированные камеры, из которых откачан воздух. Процесс гашения дуги выглядит так. При расхождении контактов уменьшается площадь их соприкосновения, что приводит к резкому повышению температу­ры контактируемых поверхностей. Между этими поверхностями обра­зуется мостик из расплавленного металла, который очень быстро нагре­вается и испаряется. В среде паров металла загорается дуга. Глубокий вакуум способствует быстрой диффузии заряженных частиц в окружаю­щее пространство, не ионизируя его.

Разъединителями называют аппараты, применяемые в установках напряжением свыше 1 кВ и предназначенные для раз­мыкания и замыкания предварительно обесточенных электрических цепей. Создавая видимый разрыв цепи, разъединители обеспечивают безопасность работы персонала, производящего осмотр или ремонт отключенной части электроустановки. Разъединители не имеют уст­ройств для гашения дуги и поэтому не допускают отключения ими цепи под нагрузкой, так как это приводит к возникновению устойчивой дуги, вызывающей КЗ между фазами.

Разъединители изготовляют однополюсными и трехполюсными, для наружной и внутренней установок.

Трансформаторы тока (ТТ.) при­меняют в установках напряжением до 1 кВ и выше. Они относятся к измерительным трансформаторам и предназначены для расширения предела измерения измерительных приборов, а в высоковольтных це­пях, кроме того, — для изоляции приборов и реле от высокого напря­жения. Для измерения токов с применением ТТ, имеющих различные коэффициенты трансформации, амперметры, счетчики, реле и прочие приборы изго­товляют с токовыми обмотками, рассчитанными на одинаковый и не­большой ток. Поэтому облегчается их конструкции и повышается чув­ствительность. ТТ изготовляют с расчетом получить во вторичной об­мотке ток 5 или 1 А при номинальном токе и первичной обмотке.

Трансформаторы напряжения (ТН) применяют для измерения напряжения в электроустановках напряжением свыше 1 кВ. Они предназначены для изоляции цепей обмоток вольтметров, реле, счетчиков и др. приборов от сети первичного напряжения и понижения первичного напряжения до величины, удобной для питания приборов.

По величине погрешности в процентах ТН делят на четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3. Один и тот же ТН может работать в различных классах точности. Высшему классу точности соответствует наименьшая нагрузка вторичной обмотки, с повышением нагрузки класс точности снижается. Высший класс точности ТН является номинальным, а на­грузка вторичной обмотки, при которой погрешность его не превышает установленной для этого класса точности, называется номинальной мощностью.

Электромагнитные реле. Релейная защита какого-либо элемента электроустановки состоит из комплекта различных реле, соединенных по опреде­ленной схеме. Каждое реле имеет два органа: воспринимающий и исполнительный. Первый воспринимает изменение контролируемого параметра, а вто­рой действует или на отключение выключателя. У электромагнитных реле воспринимающим органом служит об­мотка, а исполнительным — контакты.

К электромагнитным реле относятся: основные — реле тока и на­пряжения, вспомогательные — реле времени и промежуточные, а так­же указательные реле.

Реле тока мгновенного действия, работа которых основана на электромагнитном принципе, имеют наибольшее применение в систе­мах защит от токов КЗ.

На якорь реле действуют два момента — тормозной и вращающий. Тормозной момент создается пружиной и его величина зависит от по­ложения указателя на шкале, т.е. натяжения пружины: при пово­роте указателя влево момент уменьшается, вправо — увеличивается. Вращающий момент, воздействуя на якорь, стремится всегда повернуть и поставить его вдоль оси полюсов. При нормальном режиме работы защищаемого элемента вращающий момент, создавае­мый рабочим током, меньше тормозного момента, и якорь находится в крайнем левом положении, а подвижной контакт замыкает неподвиж­ные контакты. Протекающий по обмоткам реле ток аварийного ре­жима создает вращающий момент, который больше тормозного момен­та. В этом случае якорь притягивается к электромагниту и подвижной контакт замыкает неподвижные контакты, предварительно разомк­нув контакты.

Реле напряжения имеют схожее с токовыми устройство. Отличие реле напряжения от реле тока состоит в том, что первое имеет обмотки с большим числом витков из проводников малого сечения и подключается к сети или ТН как вольтметр, а у второго — обмотки с малым числом витков, но большого сечения и оно подключа­ется как амперметр.

Реле времени предназначены для создания определенной выдержки времени, чтобы обеспечить избирательное действие защит. Эти реле работают на постоянном и переменном токе.

Промежуточные реле, предназначенные для размножения контак­тов основного реле при необходимости одновременного замыкания нескольких цепей и увеличения отключающей способности основного реле.