§ 4. Общие сведения о тяговых преобразовательных подстанциях
Тяговые преобразовательные подстанции городского электротранспорта служат для преобразования трехфазного переменного тока напряжением 6—10 кВ в постоянный ток.
Напряжение постоянного тока на токоприемнике трамвая и троллейбуса принято 550 в, на шинах тяговых подстанций — 600 в, на токоприемниках подвижного состава метрополитена — 750 в, на шинах тяговых подстанций — 825 в.
Структурная схема современной тяговой преобразовательной подстанции изображена на рис. 4-1. Питание тяговых подстанций электроэнергией производится воздушными или кабельными сетями напряжением 6 или 10 кВ. Через вводы высокого напряжения электроэнергия поступает в распределительное устройство высокого напряжения, затем в трансформаторы и преобразователи. Электроэнергия постоянного тока через распределительное устройство, питающие и отсасывающие линии поступает в тяговую сеть для питания подвижного состава. Кроме перечисленных элементов, тяговая подстанция имеет еще систему собственных нужд постоянного и переменного тока.
Питание тяговых подстанций в черте города осуществляется преимущественно через кабельные линии.
Рис. 4-1. Структурная схема тяговой преобразовательной подстанции
Прием электрической энергии, а также распределение энергии по отдельным агрегатам подстанции производится в распределительном устройстве высокого напряжения сборными шинами. Сборные шины выполняются обычно в виде голых проводников, укрепленных на фарфоровых изоляторах.
Включение и отключение вводов и агрегатов в распределительном устройстве подстанции производится высоковольтными выключателями. Приводы высоковольтных выключателей могут быть ручными или дистанционными.
Обеспечение безопасности при ремонте высоковольтного оборудования действующей подстанции требует надежного двустороннего отключения ремонтируемого аппарата. Для этой цели применяются высоковольтные разъединители, по устройству напоминающие рубильники. Разъединители управляются посредством ручного или дистанционного привода и устанавливаются так, чтобы был хорошо виден разрыв цепи. В зависимости от места установки разъединители бывают шинными и линейными.
Приборы автоматической защиты оборудования от токов короткого замыкания и перегрузки, а также другие электроизмерительные приборы питаются от измерительных трансформаторов тока и напряжения. Защита оборудования от перенапряжения производится при помощи высоковольтных разрядников.
Все перечисленное оборудование, установленное в цепях высокого напряжения, носит общее название распределительного устройства. Распределительное устройство может быть закрытого (в помещении) или открытого типа.
Мощность тяговой подстанции обычно выбирается по нагрузке тех часов суток, в течение которых имеет место максимальная интенсивность движения электротранспорта в наиболее тяжелых зимних условиях. Кроме того, учитывается необходимость установки определенной резервной мощности.
Нагрузка на сборных шинах тяговой подстанции не остается постоянной по времени, так как непрерывно меняется количество поездов, курсирующих в районе подстанции, а также ток, потребляемый каждым из поездов. Ток поезда меняется в зависимости от сопротивления движению подвижного состава, профиля и состояния пути, наполнения вагона пассажирами, схемы соединения тяговых двигателей и напряжения сети.
Вследствие этого мгновенные значения суммарного тока на сборных шинах тяговой подстанции непрерывно меняются (рис. 4-2).
Рис. 3-1. Диаграммы тока и напряжения генератора при регулировании активной нагрузки
Рис. 3-2. Диаграммы тока и напряжения генератора при регулировании реактивной нагрузки
Рис. 4-2. Типичная кривая мгновенных значении тока на сборных шинах тяговой подстанции
Рис. 4-3. Типичный график нагрузки по часам суток:
а — в рабочий день; б — в нерабочий день
Таблица 4-1
Ориентировочные потери мощности в отдельных элементах системы электроснабжения
Характер изменения нагрузки на шинах тяговой подстанции по часам суток изображен на рис. 4-3.
Коэффициент полезного действия подстанций и потери в отдельных элементах системы электроснабжения могут быть охарактеризованы данными табл. 4-1.
Современные тяговые подстанции городского электрического транспорта классифицируются:
- по назначению — трамвайные, троллейбусные, трамвайно-троллейбусные, метрополитена;
- по типу преобразователей — с ртутными выпрямителями, с кремниевыми выпрямителями;
- по числу агрегатов — одно- и многоагрегатные;
- по способу резервирования — с резервными агрегатами и с резервированием по мощности, когда рабочие агрегаты подстанции принимают часть нагрузки, вышедшей из строя или перегруженной смежной подстанции;
- по способу управления — подстанции ручного управления (автоматизирована лишь защита оборудования от токов короткого замыкания); подстанции полуавтоматические (дополнительно автоматизированы ответственные и трудоемкие процессы управления и контроля основных технологических процессов); подстанции автоматические, работающие без персонала («на замке»); автотелеуправляемые подстанции (управляемые и контролируемые с диспетчерского пункта);
- по принципу электроснабжения — подстанции централизованного и децентрализованного питания. Подстанции централизованного питания, как правило, многоагрегатные. Резервирование мощности на них осуществляется путем установки дополнительного агрегата. Эти подстанции имеют большое число питающих и отсасывающих линий значительной протяженности. Отличительной особенностью подстанций децентрализованного питания являются резерв мощности в рабочем агрегате и отсутствие длинных питающих и отсасывающих линий. Как правило, такие подстанции строятся автоматическими или автотелеуправляемыми;
- по конструктивному оформлению — стационарные и передвижные. Стационарные подстанции в свою очередь подразделяются на: а) закрытые и полуоткрытые, когда часть оборудования (трансформаторы) устанавливается на открытой территории; б) одно- и многоэтажные; в) наземные и подземные; г) отдельностоящие или встроенные в здания другого назначения.