20. Какие агрегаты устанавливаются на тяговых постанциях при электификации участка на постоянном токе ? укажите назначение этих агрегатов.

Тяговая подстанция магистральной железной дороги — электроустановка для преобразования электроэнергии и питания электроэнергией электроподвижного состава и других потребителей на железной дороге.

Тяговая подстанция получает питание, как правило, от двух независимых источников, так как электрифицированные участки железной дороги — потребители первой категории. Допускается радиальное питание тяговых подстанций от одного источника при условии, что оно осуществляется по двум ЛЭП.

По способу присоединения к сети внешнего электроснабжения тяговые подстанции с высшим напряжением 110 (150), 220 кВ могут быть опорными или промежуточными. Опорная тяговая подстанция получает питание от сети внешнего электроснабжения по трём и более ЛЭП, промежуточная тяговая подстанция — по двум питающим вводам. По характеру присоединения промежуточные подстанции разделяются на транзитные тяговые подстанции, присоединяемые к сети внешнего электроснабжения в рассечку, и отпаечные тяговые подстанции, присоединяемые отпайками. Тяговые подстанции нередко совмещают с дежурными пунктами районов контактной сети. Для питания тяговых нагрузок иногда непосредственно на территории подстанции энергосистемы (на районных подстанциях) сооружают распределительное устройство (РУ); в этом случае подстанция называется совмещённой тяговой подстанцией.

По способу управления различают телеуправляемые и нетелеуправляемые тяговые подстанции; по способу обслуживания — с постоянным дежурным персоналом, с дежурством на дому, без дежурного персонала; по конструктивным особенностям тяговые подстанции бывают стационарные и передвижные. Цепи защиты, автоматики, управления тяговых подстанций исполняются на постоянном или переменном токе

На отечественных дорогах тяговые подстанции питают тяговые сети на переменном токе (27,5 кВ или 2×25 кВ) или на постоянном токе (3,3 кВ). На линиях, где стыкуются участки, электрифицированные по разным системам, используют многосистемный ЭПС (например, электровозы двойного питания) либо сооружают стыковые тяговые подстанции (на отечественных железных дорогах), что обеспечивает на этих участках обращение ЭПС постоянного и переменного тока. Тяговая подстанция постоянного тока получает питание от сети внешнего электроснабжения либо напряжением 6; 10 или 35 кВ, либо напряжением 110 (150) или 220 кВ.

В первом случае высшее напряжение переменного тока преобразуется в выпрямленное напряжение 3,3 кВ с помощью тяговых трансформаторов ТТ1, ТТ2 и выпрямителей В1, В2 (рис., в); во втором случае — с помощью промежуточных трансформаторов ПТ1, ПТ2, тяговых трансформаторов ТТ1, ТТ2 и выпрямителей В1, В2 (рис., г).

С целью резервирования питания тяговой нагрузки на тяговой подстанции устанавливают два и более преобразовательных агрегата, каждый из которых состоит из тягового трансформатора и выпрямителя. Для рационального использования электроэнергии и повышения надёжности рекуперативного торможения на некоторых тяговых подстанциях устанавливают выпрямительно-инверторные преобразователи, позволяющие возвращать электроэнергию в питающую сеть. При напряжении питающей сети 6; 10 или 35 кВ на тяговой подстанции сооружают РУ, от которого получают питание трансформаторы, преобразующие переменное напряжение 6; 10 или 35 кВ в напряжение 3 кВ, подаваемое на выпрямители. Напряжение 3 кВ переменного тока выпрямители преобразуют в напряжение 3,3 кВ постоянного тока.

Все присоединения в РУ 6; 10 или 35 кВ имеют выключатели; иногда предусматривают специальные присоединения для питания районных нагрузок. РУ 6 или 10 кВ выполняют на базе КРУ наружной или внутренней установки. РУ 35 к В размещается на открытой части тяговой подстанции.

Фидеры контактной сети станционных путей питает РУ 3,3 кВ постоянного тока. Все фидеры и вводы выпрямителей оснащаются быстродействующими выключателями.

Конструкции РУ 3,3 кВ различны, но во всех случаях их сооружают в закрытых помещениях, совмещённых в общем здании с щитовым помещением.

При питании тяговой подстанции постоянного тока от сетей 110 (150) или 220 кВ возможны два варианта выполнения схемы. При напряжении питающей сети 110 кВ на тяговой подстанции имеются преобразовательные агрегаты с трансформаторами 110/3 кВ. В этом случае структура тяговой подстанции не изменяется (рис., в). При электроснабжении нетяговых районных потребителей напряжением 6; 10 или 35 кВ на тяговой подстанции сооружаются соответствующие РУ, получающие питание от РУ 110 кВ через специальные понизительные трансформаторы. Трансформаторы собственных нужд можно подключить к РУ 6, 10; 35 кВ.

Тяговые подстанции постоянного тока, получающие питание от ЛЭП 110 или 220 кВ, выполняют с двойной или одинарной трансформацией напряжения (рис. 8.4,в): сначала его понижают промежуточные трех-обмоточные трансформаторы Т1 до 10 или 6 кВ, а затем трансформаторы Т2 преобразовательных агрегатов – до 3,3 кВ. От третьей обмотки трехобмоточных трансформаторов обычно подается напряжение 35 кВ для питания районных нетяговых потребителей. При питании ТПС от ЛЭП 6; 10 и 35 кВ осуществляется одиночная трансформация напряжения (рис. 8.4,г) до 3,3 кВ. В этом случае от РУ 35 кВ могут также получать питание районные и другие нетяговые потребители, а иногда от них подается питание на смежные ТПС. РУ 3,3 кВ ТПС постоянного тока содержит две плюсовые (рабочую и запасную) и минусовую шины. На фидерах контактной сети применяют поляризованные выключатели, но чаще неполяризованные быстродействующие автоматические (особенно на вновь сооружаемых и реконструируемых ТПС), что позволяет обеспечить более эффективное отключение цепей при коротких замыканиях в контактной сети. РУ 3,3 кВ, размещаемые в капитальных зданиях, сооружают индустриальными методами. Для этого применяют камеры и ячейки заводского изготовления, в которых установлены разъединители силовой цепи 3,3 кВ, рукоятки управления, измерительные приборы и щиток управления. Ячейки представляют собой сборную конструкцию, состоящую из камеры разъединителей, щита с дверями и ограждения. Преобразователь тяговой подстанции постоянного тока состоит из преобразовательного трансформатора, выпрямительной или выпрямительно-инверторной установки и вспомогательной аппаратуры – коммутационные аппараты, устройства управления и сигнализации, защиты от токов перегрузки, короткого замыкания, перенапряжений, устройства охлаждения. Выпрямительные агрегаты, осуществляющие преобразование переменного тока в постоянный, выполняют на кремниевых силовых диодах (неуправляемых вентилях). На ТПС применяют выпрямители с различными видами охлаждения: УВКЭ-1, ПВЭ-2, ПВЭ-3, ПВК-6 с принудительным воздушным охлаждением, ПВК-2, ПВК-3, ПВЭ-5АУ1 наружной установки с естественным воздушным охлаждением. Наиболее широко применяют преобразователи с естественным воздушным охлаждением в связи с простотой их обслуживания и высокими технико-экономическими показателями. Выпрямительные агрегаты указанных типов собраны по 6-пульсовой (3-фазной) схеме. Для повышения коэффициента мощности, уменьшения высших гармоник токов в напряжении питающей сети, а также в выпрямленном напряжении применяют 12-пульсовые (12-фазные) схемы выпрямления. С этой целью осуществляют параллельное или последовательное соединение двух выпрямителей, выполненных по 3-фазной мостовой схеме. Выпрямительно-инверторные агрегаты (ВИП) используются для преобразования постоянного тока рекуперации (избыточный ток, возникающий при торможении ЭПС) в переменный, возвращаемый во внешнюю систему электроснабжения. Первый инвертор на тиристорах был выполнен передвижным и введен в работу на Закавказской железной дороге в 1969 г. В дальнейшем были разработаны стационарные выпрямитель-но-инверторные агрегаты ВИПЭ-1 (инвертор и выпрямитель выполнены на тиристорах) и ВИПЭ-2УЗ (инвертор на тиристорах, выпрямитель на диодах). Выпрямитель или инвертор в зависимости от режима работы, который задается датчиком переключения, подключается к шинам ТПС быстродействующими выключателями, которые одновременно обеспечивают защиту агрегата при перегрузках, коротких замыканиях и опрокидываниях. Частые переключения ВИП (40-50 раз в сутки) неблагоприятно сказываются на коммутационной аппаратуре, приводя к различным отказам преобразователя. В связи с этим на базе ВИП-2УЗ был разработан агрегат с бесконтактным переключением режимов (т. н. переключаемый ВИП), управляемый импульсами, подаваемыми на тиристоры.