Электроснабжение железных дорог. Конспект лекций. Часть 4_V3

энергосистемы вне зависимости от типа тяговой подстанции должно производиться с циклическим подключением наиболее загруженных фаз тяговых подстанций к разным фазам ВЛ.

Схема внешнего электроснабжения электрифицируемого участка железной дороги разрабатывается специализированными институтами на основании исходных данных по размещению тяговых подстанций и их мощности, получаемых от ОАО «РЖД» или от проектной организации, разрабатывающей проект электрификации, и должна определять:

–номинальное значение питающего напряжения тяговых подстанций;

–тип подстанции (опорная, промежуточная, совмещенная с районной и пр.) и главные электрические схемы со стороны питания;

–мощность и напряжение районных потребителей на пятый и десятый годы эксплуатации;

–мощность или токи короткого замыкания на шинах питающего напряжения тяговых подстанций;

–рекомендации по регулированию напряжения, местам расположения, мощности и схемам источников реактивной энергии;

–требования к плавке гололеда на питающих ВЛ;

–значения несимметрии токов и напряжений, создаваемых тяговой нагрузкой;

–типы релейной защиты питающих ВЛ, оборудования высокочастотной связи, средства диспетчерского и технологического управления, а также необходимость межсистемного учета;

–распределение объемов работ между энергосистемами и другими организациями по сооружению объектов системы внешнего электроснабжения.

10.2. Схема питания устройств СЦБ от тяговых подстанций переменного и постоянного тока

Автоблокировка является основной системой интервального регулирования движения поездов железных дорог. Для обеспечения минимального интервала попутного следования поездов при автоблокировке межстанционные перегоны делят на блок-участки, ограждаемые светофорами, показания которых из-

30

меняются автоматически в зависимости от расположения поездов. В пределах каждого блок-участка устраивают электрические рельсовые цепи.

Простейший вид электрической цепи можно представить как источник электрической энергии и ее потребитель, соединенные между собой проводниками электрического тока. В рельсовой электрической цепи в качестве источника электрической энергии может быть аккумулятор или преобразователь напряжения переменного тока (частотой 25, 50 или 75 Гц) и тональной частоты, а потребителем – реле. Проводниками электрической энергии от источника к потребителю всегда служат обе нити рельсовой колеи.

Кроме подразделения по роду питающего тока, рельсовые цепи различают по способу питания, месту применения и способу пропускания обратного тягового тока. По способу питания подразделяют рельсовые цепи непрерывного питания, импульсные и кодовые; по месту применения – неразветвленные и разветвленные; по способу пропускания обратного тягового тока по рельсам – одно- и двухниточные (дроссельные). В однониточных рельсовых цепях тяговый ток пропускают по одной рельсовой нити, а в двухниточных – по обеим рельсовым нитям.

На участках без электротяги предусматривают рельсовые цепи постоянного или переменного тока частотой 50 Гц, на участках с электротягой постоянного тока – рельсовые цепи переменного тока, как правило, частотой 50 Гц. На линиях с электротягой переменного тока частотой 50 Гц осуществляют рельсовые цепи переменного ток частотой 25 Гц, в отдельных случаях используют рельсовые цепи частотой 75 Гц. Существующие участки с рельсовыми цепями частотой 75 Гц должны переводиться на 25 Гц.

При электрической тяге постоянного и переменного тока рельсовые цепи на перегонах и приемо-отправочных путях выполняют двухниточными. На главных путях и прилегающих к ним стрелочных участках для пропуска тягового тока устанавливают дроссель-трансформаторы, при этом их размещают как на питающем, так и на релейном концах рельсовых цепей только на главных путях, а на боковых путях, как правило, – только на питающем конце рельсовой цепи. В горловинах станций, а также на коротких участках приемоотправочных путей рельсовые цепи, за исключением кодируемых, допускаются однониточными, но при этом должна быть обеспечена возможность прохожде-

31

ния тягового тока не менее чем по четырем рельсовым нитям на двухпутных и по трем нитям на однопутных участках.

Внешнее электроснабжение включает пункты (источники) питания; продольные воздушные и кабельные линии 6 (10) кВ; линейные трансформаторы и трансформаторные подстанции 6 (10) кВ; комплектные трансформаторные подстанции (КТП) и линии продольного электроснабжения 25, 35 кВ. На крупных станциях с большой потребляемой мощностью постов ЭЦ для них прокладывают отдельные питающие фидеры.

Система электроснабжения обеспечивает питание следующих объектов СЦБ:

–сигнальной точки автоблокировки;

–устройств электрической централизации промежуточных станций;

–устройств централизации крупных станций;

–устройств централизации маневровых районов;

–переездной сигнализации и автошлагбаумов;

–диспетчерской централизации.

Устройства СЦБ как потребители первой категории должны получать питание от двух взаимно резервируемых источников через две взаимно резервируемые линии.

Питание устройств СЦБ осуществляют, как правило, по трехфазным трехпроводным линиям напряжением 6 (10) кВ от трехфазных источников питания частотой 50 Гц с изолированной нейтралью.

Основное питание устройства СЦБ получают от специальных линий автоблокировки (ВЛ СЦБ), резервное питание – на участках, электрифицированных по системе постоянного тока и неэлектрифицированных участках, как правило, от трехфазных линий продольного электроснабжения (ПЭ) 6; 10 кВ, а на участках, электрифицированных по системе переменного тока, – от линий «два провода – рельс» (ДПР 27,5 кВ). В отдельных случаях резервное питание устройств СЦБ осуществляют от прилегающих линий напряжением до 1000 В. Источниками питания перечисленных линий являются тяговые и специальные трансформаторные подстанции, сооружаемые для питания линий автоблокировки и продольного электроснабжения, причем на электрифицированных участках трансформаторные подстанции используют в качестве резервных источников питания, а на неэлектрифицированных – в качестве основных.

32

Существуют три схемы питания линий автоблокировки: односторонняя (консольная), встречно-консольная и двусторонняя (параллельная) 12 .

При схеме консольного питания напряжение в линию автоблокировки подается от одной из тяговых подстанций, например подстанции ТП1 (рис. 10.4). В случае пропадания напряжения на подстанции ТП1 питание линии автоблокировки автоматически переводится на смежную тяговую подстанцию ТП2 после включения выключателя Q3 устройством автоматического включения резерва АВР. Таким же образом при схеме консольного питания подается напряжение и в линию ПЭ 6 (10) кВ.

Рис. 10.4. Линии основного и резервного питания устройств СЦБ и характерные схемы их подключения к источникам питания при электрификации по системе

постоянного тока 3,3 кВ

С целью повышения надежности при повреждениях на подстанциях или на линиях консольную схему питания необходимо выполнять так, чтобы линии основного и резервного питания устройств СЦБ на каждой фидерной зоне нормально получали питание от разных подстанций. Поэтому на каждой подстанции включают только один фидер ВЛ СЦБ для питания фидерных зон в одном направлении и один фидер ПЭ 6 (10) кВ – во встречном направлении. Например, питание устройств СЦБ на фидерной зоне между подстанциями ТП1 и ТП2 целе-

33

сообразно осуществлять по фидеру Q2 ВЛ СЦБ подстанции ТП1 и по фидеру Q7 ПЭ 6 (10) кВ подстанции ТП2 (см. рис. 10.4). Кроме фидера Q2 на подстанции ТП1 нормально включен фидер Q5, а на подстанции ТП2, кроме фидера Q7, – фидер Q4 и т. д.

Схема консольного питания ВЛ СЦБ и линий продольного электроснабжения получила широкое распространение и является основной для участков постоянного тока, протяженность которых эквивалентна расстоянию между смежными подстанциями и не превышает 15 – 25 км.

При схеме встречно-консольного питания в середине зоны между подстанциями на ВЛ СЦБ делается раздел и напряжение на каждый участок линии подается от одной из смежных подстанций (рис. 10.5). По сравнению с консольной эта схема более совершенна, так как протяженность питаемых участков линии уменьшается вдвое. При этом улучшается режим напряжения в линии, а при повреждениях отключается только половина участка ВЛ СЦБ между подстанциями.

Рис. 10.5. Линии основного и резервного питания устройств СЦБ и характерные схемы их подключения к источникам питания при электрификации по системе переменного тока 25 кВ

34

Схема встречно-консольного питания получила распространение на участках, электрифицированных по системе переменного тока 25 кВ, где расстояния между подстанциями увеличены до 40 – 50 км. При этой схеме у места раздела в середине фидерной зоны устанавливают пост секционирования с выключателем, оборудованным устройством АВР. В упрощенном варианте вместо выключателя допускается использование разъединителя с дистанционным или телеуправлением. При отключении любой из питающих подстанций выключатель (разъединитель) поста секционирования автоматически включается от АВР и питание обесточенной полузоны осуществляется от смежной подстанции. Однако качество напряжения в конце фидерной зоны при этом ниже.

При двусторонней схеме питания линия автоблокировки питается от двух смежных подстанций. Теоретически двусторонняя схема питания является наилучшей, так как в этом случае получаются наименьшие потери напряжения и потери мощности в линии, а при аварийном отключении одной подстанции линия без перерыва продолжает получать питание от другой. Но практически осуществить такую схему питания трудно из-за появления уравнительных токов, которые определяются векторной разностью напряжения на питающих подстанциях и достигают значений, при которых срабатывают токовые защиты фидеров ВЛ СЦБ или продольного электроснабжения. Кроме того, при отключении одной из подстанций или режимном, а также аварийном изменении напряжения на ней ток подпитки по ВЛ СЦБ и ПЭ 6 (10) кВ резко возрастает и вызывает срабатывание защит и отключение линий на смежных подстанциях. В связи с этим схема двустороннего питания не получила распространения в эксплуатации. Тем не менее во всех схемах питания линий автоблокировки, продольного электроснабжения и ДПР пункты питания должны быть сфазированы между собой и допускать двустороннее питание после принятия мер по ограничению уравнительных токов.

10.3.Работа контактной сети в условиях гололеда

испособы борьбы с ним

Гололед значительно усложняет работу контактной сети и процесс токосъема. Гололедные образования обычно наблюдаются во время смены оттепели похолоданием при температурах, незначительно отличающихся от нуля, во время туманов или при дождях, когда температура воздуха ниже нуля. Очень

35

часто одновременно с образованием гололеда возникают значительные ветры. Интенсивность гололеда характеризуют толщиной его корки и плотностью. Гололед имеет плотность от 0,6 до 0,9 г/см3. Чем больше интенсивность гололеда, тем меньше его плотность.

Наличие гололеда на контактных проводах ухудшает, а иногда и прерывает контакт между ними и полозами токоприемников, так как ледяная корка имеет очень низкую проводимость. В ряде случаев образуется электрическая дуга, которая повреждает контактные поверхности, вызывает пережог контактных проводов и их обрыв. Образование гололеда увеличивает нагрузку на провода, что при полукомпенсированных подвесках приводит к значительному увеличению натяжения несущих тросов, а при компенсированных вызывает большие стрелы провеса всех проводов.

Основными способами борьбы с гололедом на проводах контактной подвески являются электрический, механический и химический 13 . Последние два способа подробно рассматриваются при изучении дисциплины «Контактные сети и линии электропередачи».

Электрический способ применим обычно только для главных путей, где сечение контактных подвесок легче привести к одному и тому же значению. Он включает в себя создание на некоторое время искусственного короткого замыкания, при котором протекающий ток нагревает провода, что приводит к плавке гололеда, а также профилактический подогрев проводов контактной сети 14 .

Для создания цепи нагревающего тока провода или соединяют с тяговыми рельсами, применяя специальные разъединители, или на двухпутных линиях провода двух путей включают петлей. Желательно организовать предварительный прогрев проводов, чтобы их температура поднялась выше нуля и образование гололеда стало невозможным. В этом случае плотность тока, необходимого для нагрева проводов, составляет 2,5 – 3,5 А/мм2. Если же гололед уже образовался на проводах, то для его плавления необходимо иметь плотность тока

6,5 – 8 А/мм2.

По схемам рис. 10.6 осуществляют плавку гололеда на линиях переменного тока, а по схемам рис. 10.7 – на линиях постоянного тока. Путь тока на всех схемах указан утолщенной линией и стрелками.

На линиях переменного тока движение поездов во время плавки можно не прерывать, но должно быть исключено замыкание секционных изоляторов на

36

съездах между главными путями. На линиях постоянного тока движение поездов из-за недостаточного напряжения временно прекращают.

Путь 1

Путь 2

б

Рис. 10.6. Схемы плавки гололеда на однопутной (а) и двухпутной (б) линиях переменного тока

Схему рис. 10.6, а применяют на однопутных линиях переменного тока, и плавление гололеда производят сразу на двух зонах между подстанциями. Среднюю тяговую подстанцию Б отключают, а расположенную около нее нейтральную вставку шунтируют, включая секционные разъединители 2 и 3. Посты секционирования также отключают от сети и для создания цепи тока включают продольные разъединители 1 и 4. На тяговой подстанции А к сети подключают фазу а (или b), а на подстанции В – фазу b (или а), осуществляя таким образом замыкание разных фаз через контактную сеть между подстанциями А и В.

37

Схему рис. 10.6, б применяют на двухпутных линиях переменного тока. Здесь фазы замыкают на одной из тяговых подстанций через контактные сети обоих путей, соединяемые запасной шиной другой подстанции (как это показано на рисунке) или поперечным секционным разъединителем, установленным у другой подстанции.

На линиях постоянного тока для плавки гололеда применяют схемы, где циркуляционный ток приходит от « + » шины к « – » шине. На однопутных линиях применяют схему с использованием рельсов (рис. 10.7, а). На двухпутных осуществляется одновременная плавка гололеда на контактных подвесках обоих путей (рис. 10.7, б), рельсовые цепи в схему плавки гололеда не входят. В этих схемах соединение проводов двух подвесок может быть осуществлено включением поперечных разъединителей, завеской заземляющих штанг при использовании рельсов или применением разъединителя с заземляющим ножом.

б

Рис. 10.7. Схемы плавки гололеда на однопутной (а) и двухпутной (б) линиях постоянного тока

38

На участках постоянного тока в гололедных районах осуществляют профилактический подогрев проводов контактной сети без прекращения движения поездов с помощью специального прогревочного агрегата (рис. 10.8). Прогревочный агрегат 2 подключают с одной стороны к « + » шине и к подвеске одного пути, а с другой стороны к запасной шине и к подвеске другого пути. Прогревочный ток проходит по подвескам обоих путей, соединенным у поста секционирования 3. Для электроснабжения поездов используется рабочий агрегат 1, подключаемый только к подвеске одного пути.

рабочий ток прогревочный ток

+

Запасная

шина

Путь 1

Путь 2

Рельс

Рис. 10.8. Принципиальная схема профилактического подогрева проводов контактной сети на линиях постоянного тока

На второстепенных путях станций, на деповских парковых путях и нейтральных вставках плавку гололеда осуществить не удается, поэтому в таких местах применяют механические способы очистки проводов от гололеда. Эти же способы в сочетании с электрическим могут быть применены и на главных путях.

39