СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1.ЛЕКЦИЯ 3 . СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1.1.СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Система тягового электроснабжения электрического транспорта включает

тяговую часть (электротяговый комплекс) электроснабжение нетяговых потребителей

Основной задачей электротягового комплекса является обеспечение эксплуатационной работы железной дороги. Для этого необходимо, чтобы мощность всех элементов системы электроснабжения была достаточной для обеспечения потребной каждому локомотиву мощности при самых разнообразных условиях работы железнодорожной линии. Эти задачи могут быть решены только при правильно выбранных параметрах системы электроснабжения, т. е. обеспечивающих работу оборудования в допустимых для него пределах по нагрузке и необходимое качество электрической энергии (в первую очередь уровень напряжения), а также при обеспечении необходимого резерва

Тяговая часть системы электроснабжения содержит тяговую подстанцию (4), и тяговую сеть. На тяговых подстанциях трехфазный переменный ток преобразуется в ток нужного рода и напряжения для питания устройств электрической тяги и районных потребителей.

Тяговая сеть, в свою очередь, включает питающие фидеры 5, отсасывающий фидер 6, контактную сеть 7 тяговый рельс 9,

а также другие линейные устройства, присоединяемые по длине линии и контактной подвески непосредственно или через специальные автотрансформатор.

Распространение получили несколько систем тягового электроснабжения:

система электроснабжения постоянного тока с номинальным напряжением в тяговой сети 3,3 кВ.

−система электроснабжения однофазного переменного тока 50 Гц с номинальным напряжением в тяговой сети 25 кВ

−система электроснабжения однофазного переменного тока 50 Гц с номинальным напряжением в тяговой сети 2 х 25 кВ .

Под напряжением системы электроснабжения понимают номинальное напряжение, на которое изготавливается электроподвижной состав (ЭПС). Оно же является номинальным напряжением в контактной сети, напряжение на шинах подстанции обычно принимают на 10 % выше этого значения.

Более высокое напряжение дает возможность существенно увеличить передаваемую по тяговой сети мощность, однако приходится усиливать изоляцию контактной сети,

Электричесие железные дороги относятся к потребителям первой категории . Такие потребители должны получать электроэнергию от двух независимых источников и перерыв их электроснабжения допускается только на время автоматического переключения питания с одного источника на другой.

Независимыми считаются отдельные районные подстанции, разные секции шин одной и той же подстанции – районной или тяговой.

Вследствие большой протяженности электрических железных дорог питание каждой

подстанций от одного источника по двум одноцепным ЛЭП, расположенным на отдельных опорах, или по идущим вдоль железной дороги двухцепным или одноцепным ЛЭП, имеющим двустороннее питание. При выходе из строя одной ЛЭП допускается перерыв

электроснабжения не более чем одной тяговой подстанции. Достичь этого можно путем выбора рациональной схемы питания тяговых подстанций от энергосистемы.

Схема питания тяговых подстанций от энергосистемы должна быть такой, чтобы выход из работы одной из районных подстанций или линии передачи не мог бы быть причиной выхода из строя более одной тяговой подстанции.

Обеспечение надежности системы электроснабжения достигается:

использованием двухцепной линии высокого напряжения,

обеспечением двустороннего питания каждой сети ЛЭП,

секционированием ЛЭП на транзитных подстанциях,

наличием быстродействующей автоматической защиты на опорных, транзитных тяговых и районных подстанциях.

Обеспечение экономичности системы электроснабжения достигается сокращением высоковольтной аппаратуры (выключателей) за счет промежуточных

подстанций, не имеющих таких выключателей. При повреждениях на этих подстанциях быстродействующей защитой отключаются линии на опорных подстанциях, а в бестоковую паузу – на промежуточных. Неповрежденные подстанции включаются системой автоматического повторного включения.

При питании от одноцепной линии передачи присоединение подстанций на отпайках не допускается. Все подстанции включаются в разрез линии, причем на каждой подстанции промежуточные линии передачи секционируются выключателем.

Подстанции подразделяются на опорные и промежуточные.

Опорные сооружаются для поддержания необходимого уровня напряжения на тяговых

электрифицирована дорога.

На практике используются следующие схемы питания тяговых подстанций: кольцевая схема, схема двустороннего питания,

схема одностороннего питания Кольцевая схема (рис.2. ) надежна и экономична;

Кольцевая схема 1 – тяговая подстанция, 2 – электростанция, 3 – ВЛ, 4 –рельсовая линия

Все тяговые подстанции по кольцевой схеме питания имеют два ввода высоковольтной линии. Отключение любой электростанции или ВЛ не вызывает отключения питания тяговой подстанции Схема двустороннего питания - электростанции соединенны двухцепными линиями

передачи через шины тяговых подстанций (рис 1.3.); все подстанции имеют два ввода. Такая система питания надежна и экономична, но дорогая.

.

1.3. att.Схема двустороннего питания

По эконосическим соображенияи применяют схему двустороннего питания с уменьшенным числом проводов

Рис 1.4. . Схема двустороннего питания с уменьшенным числом проводов

Схема одностороннего питания

рис. 1.5.. Односторонняя схема Односторонняя схема (рис. 1.5..) применяется в тех случаях, когда имеется одна

электростанция. Надежность в этом случае ниже. Для повышени надежности применяют двухцепные ВЛ.

радиальная схема присоединения тяговых подстанций к линиям электропередачи является наиболее эффективной , если конфигурация железной дороги имеет вид, показанный на рис 1.6. . Для повышения надежности каждую подстанцию соединяют с электростанцией двумя линиями электропередачи.

Рис 1.6. Радиальная схема питания тяговых подстанций

Ниже приведена наиболее типичная схема питания тяговых подстанций от двух энергосистем, в каждую из которых входят две электростанции и несколько районных подстанций.

Между опорными тяговыми подстанциями сооружена двухцепная ЛЭП, при которой промежуточные тяговые подстанции могут быть включены как в рассечку одной из цепей ЛЭП (проходные ), или присоединены на отпайках к обеим цепям ЛЭП (отпаечные).

При одноцепной ЛЭП между опорными подстанциями все промежуточные будут проходными.

районной сети, резерва мощности электрических станций и подстанций, возможности их расширения и др. Во всех случаях для большей надежности стремятся иметь схему двухстороннего питания тяговых подстанций (см. рис. 1.8).

высоковольтных линий). Оснащается комплексом высоковольтных коммутационных аппаратов и устройств автоматической защиты от повреждений; 2 – промежуточная отпаечная подстанция. Высоковольтные выключатели не устанавливаются, за счет чего удешевляется система электроснабжения; 3 – промежуточная транзитная подстанция, обеспечивается секционирование высоковольтных линий для ремонта или отключения при повреждениях.

1.1.3. . СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

свободу выбора систем тягового электроснабжения , а критериями выбора рода тока и уровня напряжения в тяговой сети служили показатели надежности работы тяговых электродвигателей и экономичности передачи энергии по контактной сети. В качестве тяговых двигателей использовались двигатели постоянного тока на номинальное напряжение 1,5 кВ.

Достоинство системы постоянного тока определяется качеством сериесного двигателя постоянного тока, характеристика которого в большей мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к тяговым двигателям

Попарное последовательное соединение таких двигателей позволяет иметь в тяговой сети напряжение 3 кВ. Исходя из этого на электрифицированных железных дорогах тяговая сеть организовывалась по системе постоянного тока 3300 В

При таком напряжении энергия к тяговым двигателям ЭПС передается без изменения уровня напряжения. Принципиальный признак системы тягового электроснабжения постоянного тока – электрическая связь тягового двигателя с контактной сетью, т. е. имеется контактная система токосъема...Системы тягового электроснабжения ЭПС в этой системе получается наиболее простой конструкции. Это и является главным преимуществом системы тяги постоянного тока ,

переменного тока напряжением 110 (220) кВ через понизительный трансформатор, Здесь который обеспечивает понижение напряжения до 10 кВ.

К шинам 10 кВ подключен преобразователь, который состоит из тягового трансформатора и выпрямителя.

Преобразовательный агрегат обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный напряжением на шинах 3,3 кВ.

Контактная сеть подключается к «плюс шине», а рельсы – к «минус шине». Недостатки системы тягового электроснабжения постоянного тока можно назвать

следующие Расстояния между подстанциями на грузонапряженных дорогах принимаются, как

правило, около 15 – 20 км, В дальнейшем при увеличении грузопотоков (при больших токовых нагрузках), приходится добавлять подстанции, расстояние между ними уменьшается, что определяет высокую стоимость системы электроснабжения и большие эксплутационные расходы.

большие токовые нагрузки определяют необходимость иметь контактную подвеску большего сечения; сечения проводов контактной сети по сравнению с другими системами тока и напряжения в 2 – 3 раза больше, в столь же раз больше получаются потери энергии в проводах контактной сети при этом имеет место значительный расход дефицитных цветных металлов, а также возрастание механических нагрузок на опоры контактной сети;.. Большая площадь сечения проводов контактной сети и большее число тяговых подстанций, вызванное

относительно невысоким напряжением в тяговой сети, являются существенным недостатком системы постоянного тока.

вследствие низкого напряжения в тяговой сети токовыми нагрузками и большими потерями электроэнергии полный коэффициент полезного действия (КПД) системы электрической тяги постоянного тока оценивается равным 22 %;

Недостатком системы постоянного тока являются также большие потери энергии в пусковых реостатах при разгоне поезда. Особенно при пригородном движении, где доля пусковых потерь достигает – 12 - 15%. от общего расхода электрической энергии на тягу поездов);

еще одним существенным недостатком системы постоянного тока является то, что при электрической тяге постоянного тока имеет место интенсивная коррозия подземных металлических сооружений, в том числе опор контактной сети. .

Влияние тяговой сети на смежные линии и линии связи при системе постоянного тока относительно невелико, что можно отнести к существенным преимуществам этой системы.

На дорогах постоянного тока нетяговые потребители питаются через специальные трансформатор от шин тяговых подстанций

Принципиальная схема питания участка железной дороги , злектрифицированного по

1.1.4. СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НАПРЯЖЕНИЕМ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ 25 КВ,

ЧАСТОТОЙ 50 ГЦ

Рис. 1.7. Принципиальная схема питания железной дороги переменного

тока

Всвязи с мировой тенденцией в области электрификации жд - переходу к