Введение

Приоритет развития современного железнодорожного транспорта в России – это удовлетворение потребностей экономики страны в перевозках грузов и пассажиров. Основные показатели этого процесса – обеспечение требуемого качества предоставляемых услуг; повышение энергоэффективности и конкурентоспособности рельсового транспорта.

Важнейшая роль железных дорог в перспективе их развития состоит в организации международных перевозок по транспортным коридорам на основе формирования грузо и пассажиропотоков. В условиях реформирования транспорта ключевым в решении этих задач является совершенствование инфраструктуры электроснабжения железных дорог.

По протяженности электрифицированных линий российские железные дороги занимают первое место в мире: на электрическую тягу переведено 46 086 км (около 50% протяженности железных дорог), в том числе 24 660 км на переменном токе 50 Гц и 18 425 км на постоянном токе. Удельный вес объема перевозок на электротяге составляет 84,5%. При этом железнодорожный транспорт потребляет 4,5% электроэнергии, вырабатываемой в России. Доля потребления электроэнергии железными дорогами превышает 70 млрд кВт∙ч в год, или 6,5% электроэнергии, расходуемой отечественными потребителями. Среднегодовое удельное электропотребление на 1 км эксплуатационной длины главных путей в однопутном исчислении на 01.01.2016 г. составляет 512,1 тыс. кВт∙ч/км. Мощность потребления электроэнергии из контактной сети одним поездом зачастую превышает 10МВт.

Значительная часть электрифицированных линий оснащена устройствами электроснабжения, изготовленными в 50х и 60х годах прошлого столетия. Эти устройства, имеющие нормативный срок эксплуатации до 40 лет, исчерпали свой ресурс и ждут очереди на замену и обновление.

В условиях труднопреодолимого опережающего темпа выхода устройств за нормативный срок службы по отношению к темпу обновления принят ряд научно-технических программ, входящих в стратегию развития железнодорожного транспорта России до 2030 г. и реализуемых на основе инновационных проектов железнодорожной инфраструктуры, требующих значительных капитальных затрат.

Кроме того, для качественного энергообеспечения железнодорожного транспорта большое значение имеет совершенствование управления эксплуатационной работой, оптимизация штата работников и специалистов, повышение производительности труда и безопасности движения поездов, разработка и осуществление современной системы корпоративного управления отраслью.

Важную роль играет разработка современных технологий обслуживания устройств инфраструктуры. Необходимость обеспечения возрастающего объема и качества услуг по перевозкам, повышения эффективности использования имеющегося оборудования и сокращения эксплуатационных расходов вызывает потребность в ускоренном развитии технических средств, постоянной модернизации оборудования и обновления устройств электроснабжения. Это и определяет основные направления инновационной деятельности Российских железных дорог.

Такая стратегия должна стать основой и одновременно инструментом объединения усилий государства и предпринимательского сообщества для решения перспективных экономических задач и достижения крупных социально значимых результатов. Стратегия будет способствовать превращению железнодорожного транспорта Российской Федерации из фактора возможного риска ограничения роста российской экономики в источник её устойчевого развития.

1 Модернизация низковольтного оборудования тяговой подстанции

1.1 Электроснабжение собственных нужд тяговой подстанции и объектов сцб

На тяговых подстанциях расход электроэнергии происходит не только для питания тяговой нагрузки, но и для собственных нужд подстанции. Для этого на подстанциях всех типов применяют трансформаторы собственных нужд (ТСН).

На тяговых подстанциях всех типов, кроме опорных на напряжение 110-220 кВ, обычно устанавливают по два ТСН мощностью 250-400 кВ∙А каждый. На опорных подстанциях 110-220 кВ, масляные выключатели которых имеют мощные подогревательные устройства, применяют два дополнительных ТСН мощностью 250-400 кВ∙А для подогрева.

Общая нагрузка собственных нужд тяговых подстанций с учетом питания цепей подогрева выключателей, электроотопления зданий подстанции, электроснабжения устройств сигнализации централизации и блокировки (СЦБ) и потребителей дежурного пункта района контактной сети достигает 1400 кВ∙А на опорных подстанциях 220 кВ, 970 кВ∙А – на опорных подстанциях 110 кВ, 400-800 кВ∙А – на транзитных подстанциях на напряжение 110-220 кВ.

При этом мощность питания устройств СЦБ достигает 100 кВ∙А на одну подстанцию, мощность подогрева выключателей – от 25 до 650 кВ∙А в зависимости от количества выключателей; мощность на отопление зданий подстанций от 60 (подстанции переменного тока) до 140 кВ∙А (подстанции постоянного тока); мощность осветительной установки здания подстанции – 4-6 кВ∙А, открытой территории – 35 кВ∙А.

На подстанциях с двумя ТСН мощность каждого трансформатора должна обеспечить (с учетом его перегрузочной способности) питание всех потребителей собственных нужд, включая устройства подогрева высоковольтной аппаратуры. На опорных подстанциях, имеющих трансформаторы подогрева, мощность основного ТСН выбирается без учета питания подогревательных устройств РУ-110(220) кВ.

Распределение энергии собственных нужд тяговых подстанций переменного и постоянного тока показано на рисунке 1.1.1

К шинам 10 кВ трансформаторы собственных нужд подключаются через соответствующую коммутационную аппаратуру – разъединитель и выключатель.

Подключение вторичных обмоток ТСН к шинам 380/220 В в шкафах 1 и 2 переменного тока на открытой части подстанции осуществляется через разъединители (рубильники).

Шины СН выполняются одинарными секционированными разъединителем. В летний период включен обычно один ТСН, для второго предусматривается автоматика включения резерва (АВР). В зимний период включаются на опорных подстанциях 110(220) кВ и трансформаторы подогрева ТСН3 и ТСН4, которые подают питание в шкаф 15 подогрева масляных выключателей. От шкафа 15 получает электроэнергию шкаф 16 автоматики подогрева приводов выключателей 110 (220) кВ.

Рисунок 1.1.1 – Распределение энергии собственных нужд тяговых подстанций

К шинам шкафа 1 подключены фидеры, питающие цепи подогрева масляных выключателей и их приводов от шкафов автоматики 3, 4 и 5 соответственно 27,5 кВ (только для подстанций переменного тока), 35 и 110 кВ. К шинам СН шкафа 1 подключаются трансформатор СЦБ, подогрев КРУН-10, обдув понижающих трансформаторов, дежурный пункт контактной сети, а также могут подключаться различные передвижные устройства (подстанции, масляное хозяйство и т.д.). От шкафа 2 питание шкаф 6 СН переменного тока в здании подстанции, к которому подключены стойки и шкафы телеблокировки, телемеханики и связи, цепи управления моторными приводами, шкаф 10 рабочего освещения подстанции.

Дизель-генератор 9, установленный в специальном помещении здания подстанции, через шкаф 6 подключается к шинам СН 380/220 В и является источником резервного питания устройств СЦБ при аварийном выходе из работы ТСН или полном отключении питания электротяги на участке железной дороги.

Шкаф 12 СН постоянного тока получает выпрямленное напряжение от

зарядно-подзарядного агрегата 13 типа ВАЗП, а в аварийных ситуациях – от аккумуляторной батареи 14, которая питает также щиток 11 аварийного освещения подстанции, а также устройства телемеханики и связи.

Шкаф 7, подключенный к шинам СН. служит для включения цепей отопления и вентиляции помещения аккумуляторной батареи.

Шкаф 8 подключается к шинам СН через изолировочный трансформатор ТИ-1, который предотвращает попадание высокого напряжения при нарушении изоляции РУ-3,3 кВ в цепи СН.

Этот шкаф служит для питания потребителей собственных нужд, расположенных в местах, где возможно такое нарушение изоляции. Шкаф 8 применяется только на тяговых подстанциях постоянного тока.

Составим перечень используемого оборудования в системе собственных нужд.

В системе собственных нужд используется разнообразное оборудование, для примера приведем лишь некоторое :

- РВЗ 10/400(РВ 10/400) – разъединитель внутренней установки с заземляющим ножом РВЗ-10/400 предназначен для многократных включений и отключений без нагрузки участков цепей трехфазного тока напряжением 6 (10) кВ, частотой 50 Гц, а также заземления отключенных участков при помощи ножей заземления. Разъединитель серии РВ отличается отсутствием заземляющих ножей.

Расшифровка условного обозначения разъединителя РВ(З)-10/400:

Р – разъединитель; В – внутренней установки; З – с заземляющими ножами; 10 – номинальное напряжение; кВ, 400 – номинальный ток,

А - ВМП 10/630 – выключатель масляный подвесной.

Расшифровка условного обозначения выключателя ВМП-10/630:

В – выключатель; М – масляный; П – подвесной; 10 – номинальное напряжение, кВ; 630 – номинальный ток, А.

- ТПЛУ-10-100/5 – трансформатор предназначен для установки в комплексные распределительные устройства и служат для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты, автоматики и управления в установках переменного тока на класс напряжения до 10 кВ частоты 50 Гц.

Расшифровка условного обозначения трансформатора ТПЛУ-10-100/5:

Т – трансформатор; П – проходной; Л – литой; У – для умеренного климата; 10 – номинальное напряжение, кВ; 100 – номинальный ток первичной обмотки, А; 5 – номинальный ток вторичной обмотки, А.

- ТМ-400-10/0,23 – трансформатор масляный серий ТМ-400 предназначен для работы в электросетях напряжением 6(10) или 35 кВ в открытых электроустановках в условиях умеренного климата (исполнение У1 по ГОСТ 15150-69) и служит для понижения высокого напряжения питающей электросети до установленного уровня потребления. Трансформатор помещен в бак с маслом для охлаждения и предотвращения разрушение обмоток трансформатора от внешней среды.

Расшифровка условного обозначения трансформатора ТМ-400-10/0,23:

Т – трансформатор; М – масляный; 400 – номинальная мощность, кВ∙А; 10 – номинальное напряжение обмотки ВН, кВ; 0,23 – номинальное напряжение обмотки НН, кВ.

- ТК-0,23-200/5 – трансформатор катушечный.

Расшифровка условного обозначения трансформатора ТК-0,23-200/5:

Т – трансформатор; К – катушечный; 0,23 – номинальное напряжение, кВ; 200 – ток первичной обмотки, А; 5 – ток вторичной обмотки, А.

- Р-400, Р-600 – рубильники серии Р открытого исполнения, трехполюсные, с ручными приводами зависимого действия, для переднего присоединения проводников с выводами перпендикулярно плоскости монтажа (для рубильников на 400А и 630 А), обладающие свойствами разъединителей предназначены для нечастых (не более 6 в час) неавтоматических коммутаций электрических цепей переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 380 В.

Расшифровка условного обозначения разъединителя (рубильника) Р-400:

Р – разъединитель (рубильник); 400(600) – номинальный ток отключения,

А - ПР-250, ПР-400 – предохранители серии ПР выполняются в двух исполнениях ПР1 и ПР2 на напряжение до 250В для первого исполнения и до 500В – для второго. Предохранители этой серии выпускаются на токи от 15 до 1000А и предназначены для защиты электроустановок от больших нагрузок и коротких замыканий.

Расшифровка условного обозначения предохранителей ПР-250,ПР-400:

П – предохранитель; Р – разборный; 250(400) – максимальное значение пропускаемого тока.

- ДГА-100 – установка, состоящая из дизеля и электрического генератора, используемая в качестве источника электроэнергии. Применяется для питания телефонных и телеграфных устройств; аппаратуры селекторной, избирательной и дальней связи; цепей электрической централизации железнодорожных узлов и станций и других стационарных потребителей, а также служит источником резервного питания на тяговых подстанциях. Источником энергии в ДГА служит дизель мощностью 20—400 кВт (на 20—25% больше номинальной мощности электрогенератора).

Расшифровка условного обозначения ДГА-100:

Д – дизель; Г – генератор(ный); А – аппарат; 100 – номинальная мощность, кВт.