5.2 Схемы электроснабжения железных дорог

Электрифицированные железные дороги снабжаются электрической энерией от объединённых энер-гетических систем (ОЭС).Электрическая энергия от ОЭС подаётся по высоковольтным линиям элек-трической передачи (ЛЭП) к понизительным тяговым подстанциям железных дорог. В ряде случаев для этого строят специальные ЛЭП, которые называют линиями продольного энергоснабжения, так как они идут вдоль (параллельно) железнодорожных линий. Применяются, как правило, воздушные ЛЭП трёхфазного тока напряжением 110 и 220 кВ. Таким образом в систему электроснабжения элек-трифицированных железных дорог входят: ОЭС с электрическими станциями, районные трансформа-торные подстанции и линии электропередач. Это называется внешним электроснабжением.

К внутреннему или тяговому электроснабжению относят тяговые подстанции и электротяговую се-ть, которая включает в себя контактную и рельсовую сети, питающие и отсасывающие линии.

Система тока и величина напряжения. На железных дорогах России применяются две системы электрификации: постоянный ток номинальным напряжением 3000 Вольт и однофазный перемен-ный ток частотой 50 Гц, номинальным напряжением 25 кВ. В настоящее время применяется также система питания контактной сети напряжением 2×25 кВ с промежуточными трансформаторами. Та-кая система обеспечивает большую стабильность напряжения в контактной сети и даёт возможность сократить примерно в 2 раза количество тяговых подстанций. Конструкция электроподвижного сос-тава при системе электроснабжения 2×25 кВ остаётся без изменения. Западный участок Байкало-Амурской магистрали на участке Усть-Кут – Таксимо электрифицирован именно по этой системе.

При электротяге на переменном токе уменьшаются примерно в 2 раза затраты меди на контактную сеть.Тяговые подстанции на переменном токе проще по оборудованию и количество их примерно в

2 раза меньше при одинаковой длине электрифицированного участка, чем на постоянном токе. При переменном токе значительно проще снабжать электроэнергией нетяговые потребители ж.д.тр-та.

Оценивая возможности дальнейшего повышения энергетической эффективности электрической тяги разработками ВНИИЖТа последних лет определены наиболее перспективные нетрадиционные системы тягового электроснабжения. К ним относится, прежде всего, автотрансформаторная система 2×25 кВ. дальнейшим развитием которой является повышение напряжение питающего провода до 65 кВ (фазное напряжение от 110 кВ) при сохранении напряжения 25 кВ в контактной сети и ЭПС. В ре-зультате энергия к поездам подаётся напряжением 90 кВ (65 + 25 кВ). Если при системе электроснаб-жения 2×25 кВ провозная способность по отношенпию к базовой системе 25 кВ повышается в 1,8 – 1,9 раза, то при системе (65+25)/25 кВ в 2,8 раза; в том случае, когда провозная способность сохра-няется на уровне базовой, оказывается возможным увеличить расстояние между тяговыми подстан-циями до 130-140 км. Аналогичную систему разрабатывает МГУПС при участии ВНИИЖТа – допо-лнительно к питающему проводу 65 кВ вводится ещё один провод с напряжением 25 кВ. Образуется ЛЭП продольного электроснабжения 90 кВ, прокладываемая по опорам контактной сети, с отбором мощности для тяги трансформаторами 90/25 кВ (не автотрансформаторами). Головные тяговые под-станции располагаются через 200-300 км. Система электрической тяги переменного тока с напряже-нием 50 кВ в контактной сети и на ЭПС позволяет повысить провозную способность (по отношению к базовой 25 Кв) почти в два раза и увеличить расстояние между подстанциями до 80-100 км.

Увеличить энергетическую эффективность действующих транспортных магистралей постоянного то-ка возможно путём повышения напряжения в контактной сети до 6 или 12 кВ с модернизацией суще-ствующего ЭПС, рассчитанного на напряжение 3 кВ, и сохранением существующей изоляции контак-тной сети без её усиления. Это может оказаться целесообразным, если учесть, что при переводе на переменный ток требуется замена всего парка ЭПС.

Схемы питания тяговых подстанций электрифицированных дорог от ЛЭП должны иметь не менее двух независимых источников, как потребители 1-ой категории, и перерыв их электроснабжения мо-жет быть допущен лишь на время автоматического переключения на резервное питание.

Наиболее распространённые схемы питания тяговых подстанций:

Двухстороннее питание тяговой подстанции от двухцепной ЛЭП (рис.2.8,а). Линии электропередач выполняют двухцепными, при этом каждая цепь рассчитана на передачу полной мощности. Через высоковольтные выключатели две ЛЭП присоединяют к шинам опорных тяговых подстанций. Все остальные тяговые подстанции включают поочерёдно к разным цепям ЛЭП либо в разрез линии, либо на ответвлениях (отпайках). Для обеспечения требования, по которому не должно отключаться более одной промежуточной тяговой подстанции при любой аварии на линии электропередач, между опорными подстанциями предусматривается присоединение в разрез линии не более двух

промежуточных тяговых подстанций, остальные присоединяют на ответвлениях. При переменном токе число промежуточных подстанций между опорными должно быть не более 3-х при напряжении ЛЭП 110 кВ и не более 5-и при ЛЭП 220 кВ; для электрической тяги постоянного тока – не более 5-и.

Двустороннее питание тяговой подстанции от одноцепной ЛЭП (рис.2.8,б). Требования, предъявляемые к этой схеме, такие же как и к двухцепной, Поэтому все промежуточные тяговые подстанции должны быть транзитными и включаться в разрез ЛЭП, которая секционируется на подстанции высоково-льтными выключателями. Присоединение тяговых подстанций на ответвлениях не допускается, а количество подстанций, как правило, должно быть не более 3-х.

Тупиковое питание тяговой подстанции. При наличии электрической станции или районной трансформаторной подстанции вблизи электрифицированной дороги тяговые под-станции питаются непосредственно от этих источников электроэнергии. Для обеспечения необходимой надёжности в этих схемах питания предусматривают двухцепные ЛЭП. Если тупиковые ЛЭП размещены на одних и тех же опорах, то присоединение к ним других трансформаторных подстанций не допускается (тяговая подстанция Таксимо). Если районная трансформаторная подстанция расположена вблизи железной дороги, то тяговую подстанцию совмещают с районной, где часть оборудования размещается на территории районной трансформаторной подстанции (тяговая подстанция Киренга).

Схемы питания контактной сети должны быть выбраны так, чтобы обеспечивалась бесперебойная работа на электрифицированном участке. При выборе схем питания учитывают распределение нагру- зки между тяговыми подстанциями, потерю напряжения в тяговой сети, мощности тяговых подстан-ций и обеспечение надёжной защиты устройств электроснабжения от токов короткого замыкания.

С хема раздельного пи-тания путей.(рис.2.13,а)

Контактные подвески главных путей между тяговыми подстанциями не имеют поперечных соединений между собой и питаются раздельно.

Схема узлового питания путей (рис.2.13,б)

Контактная сеть главных путей электрически сое-динена между собой в одной точке при помощи поста секционирования, размещённого примерно в середине между под-станциями.

Схема параллельного соединения путей (рис. 2.13, в). Контактные подвески главных путей соединены между собой не в одной, а в нескольких точках, кроме поста секционирования, ещё и пунктами пара-ллельного соединения. Установлено, что на межподстанционной зоне целесообразно иметь не более 3-х поперечных соединения, включая пост секционирования. Обычно эту схему применяют на участках постоянного тока.