Схемы внутреннего и внешнего электроснабжения тяговых сетей - Схемы внешнего электроснабжения

Тяговые подстанции электрического транспорта соединяются с источником питания по различным схемам Наиболее распространенными в настоящее время являются радиальные, магистральные и кольцевые схемы В качестве источника питания для тяговых подстанций чаще всего используют понижающие подстанции (ПП) энергосистем Выбор схемы внешнего электроснабжения диктуется рядом факторов (взаимным расположением тяговой подстанции и источника питания, требуемой степенью надежности, планом транспортных линий) и производится на основе технико-экономических расчетов
Радиальные схемы (рис 5) разделяют на однолучевые (рис 5, а) с параллельной работой питающих вводов (рис 5, б), с раздельной работой питающих вводов (рис 5, в), а также с одиночными кабелями связи между тяговыми подстанциями (рис 5, г)
В радиальной однолучевой схеме (рис 5, а) тяговая подстанция (ТП) получает питание по одному кабелю от одной питающей подстанции (ПП) Нарушение электроснабжения тяговой подстанции будет связано как с повреждением ввода, так и с выходом из строя самого источника питания Однако сочетание такой схемы внешнего электроснабжения с децентрализованным принципом внутреннего электроснабжения при одноагрегатлых тяговых подстанциях позволяет получить систему электроснабжения электрического транспорта с довольно высокой степенью надежности, так как одновременный выход из строя двух смежных тяговых подстанций маловероятен Радиальная однолучевая схема имеет упрощенное (без выключателей высокого напряжения ВВ) распредустройство 6—10 кВ (вводы Г/7), что снижает стоимость этого варианта На длинных вылетных линиях городского транспорта при наличии ряда понизительных подстанций, расположенных вдоль транспортной линии, применение радиальной однолучевой схемы позволяет сократить длину кабелей переменного тока
Технико-экономические показатели этой схемы конкуренто-способны с показателями других вариантов и за счет уменьшения стоимости кабельной сети постоянного тока
В схеме с параллельной работой вводов (рис 5, б) питание тяговой подстанции осуществляется от одной понижающей подстанции ПП, шины которой секционированы При повреждении на одной секции питающей подстанции или на линии, питающей эту секцию, электроснабжение тяговой подстанции будет осуществляться от оставшейся в работе неповрежденной секции ПП Если же выходит из строя питающая подстанция, то тяговая подстанция теряет питание
Более высокой степенью надежности обладает схема с раздельной работой вводов (рис 5, в), так как тяговая подстанция имеет два независимых источника питания ПП1 и ПП2, и при выходе из строя одного из них электроснабжение тяговой подстанции не прекращается.

Рис. 7. Кольцевая схема внешнего электроснабжения
Схема с одиночными кабелями между тяговыми подстанциями (рис. 5, г) позволяет питать каждую тяговую подстанцию от двух независимых источников питания ПП1 и 77772, чем обеспечивается достаточно высокая степень надежности схемы. При выходе из строя одной питающей подстанции оставшаяся в работе осуществляет транзитное электроснабжение тяговых подстанций через связывающий их кабель.

Рис. 6. Магистральные схемы внешнего электроснабжения

При высокой степени надежности электроснабжения схем, изображенных на рис. 5, в и г, схема с кабелями между ТП имеет меньше защитной аппаратуры и меньшую протяженность кабелей переменного тока. Обе схемы рекомендуются для питания мощных многоагрегатных тяговых подстанций, обеспечивающих электроснабжение разветвленной тяговой сети.
Как правило, радиальные схемы внешнего электроснабжения (за исключением одно- лучевой) применяют при централизованном способе внутреннего электроснабжения.
Магистральные схемы (рис. 6, а, б, в) целесообразно использовать, когда цепь тяговых подстанций вытянута в длину. Тяговые подстанции, имеющие связи с питающими подстанциями, называют головными (Т/7/ и ТП4, рис. 6). Прочие тяговые подстанции в цепи называют промежуточными (на рис. 6 — ТП2 и ТПЗ). Головные подстанции с промежуточными и промежуточные между собой соединены кабелями. Если сравнить радиальные схемы с раздельной работой вводов и с кабелями между 777 (рис.  5, в, г) с магистральной схемой (рис. 6, а), то они равноценны по надежности с точки зрения повреждения вводов или выхода из строя источника питания. Но повреждения в упомянутых радиальных схемах приводят к перерыву электроснабжения одной тяговой подстанции (максимум — двух), тогда как при магистральной схеме такие же повреждения лишают питания всю цепь тяговых подстанций. Однако магистральная схема имеет меньшую стоимость, чем радиальная (при питании одинакового числа ТП), за счет уменьшения длины кабелей переменного тока и сокращения защитной аппаратуры высокого напряжения.
Для повышения надежности магистральной схемы ее можно выполнить с двумя вводами и с попарными кабелями между ТП (рис. 6, б). Но это удорожает схему, так как увеличивается длина кабелей переменного тока и увеличивается количество выключателей высокого напряжения. Стоимость схемы можно снизить при сохранении высокой степени надежности, если ее выполнить, как показано на рис. 6, е.
Количество тяговых подстанций, получающих питание от одного источника питания, определяется мощностью этого источника, мощностями тяговых подстанций и пропускной способностью головного кабеля. При нескольких тяговых подстанциях в группе питающая подстанция должна быть достаточно мощной, поэтому, как правило, питание магистральных схем внешнего электроснабжения осуществляют от мощных трансформаторных подстанций энергосистем.
Кольцевые схемы (рис. 7) целесообразно применять в тех случаях, когда две тяговые подстанции одной группы находятся вблизи источника питания, мощность которого определяется мощностью всех присоединенных к нему тяговых подстанций. Сравнение кольцевой схемы с радиальной (см. рис. 5) говорит в пользу кольцевой, так как при питании одного и того же числа тяговых подстанций кольцевая схема имеет меньшую стоимость за счет сокращения количества защитной аппаратуры высокого напряжения и уменьшения длины кабелей переменного тока. При выходе из строя источника питания (понижающей подстанции ПП) в кольцевой схеме прерывается электроснабжение всей группы тяговых подстанций, а в радиальной — одной тяговой подстанции. Это позволяет сделать вывод о несколько меньшей надежности кольцевой схемы по сравнению с радиальной (см. рис. 5, б), хотя степень надежности этих вариантов с точки зрения выхода из строя ввода или питающей подстанции одинакова. Кольцевая схема уступает в надежности радиальным схемам с раздельной работой вводов (см. рис. 5, в) и с кабелями между ТП (см. рис. 5, г). Так же, как и магистральные, кольцевые схемы применяются в основном при децентрализованном питании контактной сети.
Для тяговых подстанций магистрального транспорта наиболее типичной является схема питания от продольной линии электропередачи. При двухстороннем питании тяговых подстанций от двухцепной линии передачи (рис. 8) две цепи заводятся только на так называемые опорные тяговые подстанции (ОТП). Остальные тяговые подстанции (промежуточные) получают питание через отпайку — отпаечные (рис. 8, а; на рис. 8,в - ТП2; на рис. 8,г-ТП1, ТПЗ, ТП5) или включаются в рассечку линии передачи п00чередно к разным цепям линии-проходные (рис. 8,6; на рис. 8, в — ТП1 и ТПЗ на рис. 8, г - 7772 и ТП4).
Отпаечные и проходные тяговые подстанции чередуются между собой так, чтобы при любой аварии на линии передачи (даже при повреждении двух цепей линии) отключалось не более одной тяговой подстанции.
На дорогах России для обеспечения необходимой надежности число промежуточных подстанций, включаемых между опорными подстанциями, при электрической тяге переменного тока допускают не более трех при напряжении 110 кВ и не более пяти при напряжении 220 кВ. При электрической тяге постоянного тока также не более пяти.

Рис. 8. Схема двухстороннего питания тяговых подстанций переменного и постоянного тока от двухцепной линии электропередачи:
а — при одной промежуточной ТП; б — при двух промежуточных ТП; в — при трех промежуточных ТП; г — при пяти промежуточных ТП
Двухстороннее питание от одноцепных линий чаще всего осуществляется по схеме рис. 6,а.

Таблица  1. Сопротивление 1 км контактной сети гк, Ом/км, для одного пути
(износ контактного провода 15%)

*сопротивления петли контактная сеть — рельсы, отнесенные к 1 км линии. Индуктивное сопротивление х обусловлено взаимоиндуктивностью элементов тяговой сети. В табл. приведены значения активного и индуктивного сопротивлений для некоторых типов контактных подвесок тяговой сети.
Активное сопротивление га проводов контактной сети при переменном токе можно принять равным омическому сопротивлению постоянному току, так как разница в этих величинах незначительна.