РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
РТУТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЯГОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Подвижной состав троллейбуса и трамвая оснащен тяговыми электродвигателями постоянного тока, обладающими наиболее благоприятными пускорегулирующими и тяговыми характеристиками.
Необходимая для подвижного состава электроэнергия, получаемая с электростанций, районных понизительных подстанций или распределительных пунктов, обычно поступает по кабелям 6—10 кВ на преобразовательные подстанции. Здесь она распределяется на сборных шинах 6—10 кВ по присоединениям преобразовательных (в частности, выпрямительных) агрегатов, преобразуется и далее распределяется на сборных шинах постоянного тока при напряжении 600 в по питающим кабельным (реже воздушным) линиям на участки тяговой контактной сети (рис. 36).
Передача электроэнергии по контактной сети непосредственно к токоприемникам подвижного состава осуществляется при напряжении 600 в постоянного тока. Это напряжение является оптимальным по условиям электробезопаcности в условиях городского пассажирского движения с учетом технико-экономических показателей и исторически сложившихся условий.
1 В связи с тем что текст собственно ПТЭ остается прежним до их переработки и переиздания, в настоящем пособии в возможной и необходимой части приводятся сведения и о подстанциях с более совершенными современными кремниевыми преобразователями.
При весьма выгодном по экономическим соображениям повышении напряжения между контактными проводами троллейбуса до 1200 в на практике, по условиям безопасности, относительно земли сохраняется напряжение 600 в на каждом из проводов, как положительном, так и отрицательном. Такая система по напряжению является системой 1200/600 в (рис. 37).
Рис. 36. Принципиальная схема первичной коммутации тяговой подстанции системы электроснабжения троллейбуса
1 — масляный выключатель; 2 — трансформатор; 3 — кремниевый выпрямитель; 4 — быстродействующий выключатель обратного тока; 5 — запасный выключатель; 6 — быстродействующий выключатель питающей линии 600 в; 7 — провода (кабели) питающей линии; 8 — контактные провода
Рис. 37. Принципиальная схема первичной коммутации тяговой подстанции системы электроснабжения троллейбуса при напряжении 1200/600 в постоянного тока
1 — масляный выключатель; 2 — трансформатор; 3 — кремниевые выпрямители; 4 — быстродействующие выключатели обратного тока; 5 — быстродействующие выключатели питающей линии 1200 в; 6 — провода (кабели) питающей линии 1200 в; 7 — специальное компенсационное устройство для заземления средней точки системы постоянного тока, обусловленное особенностями выпрямительной схемы
Тяговые преобразовательные подстанции могут быть одноагрегатными и многоагрегатными (по числу преобразовательных агрегатов).
На современных тяговых преобразовательных подстанциях применяются различные типы преобразователей (выпрямителей): кремниевые выпрямители типов ВАК-1000/600-Н, ВАК-2000/600-Н, ВАК-3000/600-Н, ВАК-1000/600-М, ВАК-2000/600-М и др., а также ртутные выпрямители типов РМНВ-1000, РМНВ-500Х6, АИНВ-500/2Х6, РМ-500-ВС, РМВ-250Х6, РМВ-250Х12 и др.
Исключительное и преимущественное развитие получают тяговые подстанции с кремниевыми преобразователями. Однако еще некоторое время, очевидно, будут эксплуатироваться и ртутные выпрямители.
ГЛАВА I
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
§ 83. Настоящие Правила распространяются на ртутные преобразовательные тяговые подстанции ручного управления, с частичной автоматизацией, автоматические и телеуправляемые.
Применение на тяговых подстанциях кремниевых преобразователей наряду с ртутными привносит ряд особенностей в эксплуатацию. Однако общеподстанционные положения настоящих ПТЭ в равной степени отражают сущность эксплуатационных требований вне зависимости от типов преобразователей.
На подстанциях ручного управления оперативные переключения любого назначения (ремонтного или режимного) и управление заданными режимами оборудования осуществляются с помощью приводов; переключения пускорегулирующих устройств —только непосредственно вручную или дистанционно со щитов управления, расположенных в производственных помещениях подстанций (в распределительных устройствах, машинных залах и т. п.). Вывод оборудования из аварийных режимов частично осуществляется автоматической защитой, частично вручную по визуальным наблюдениям или показаниям автоматических сигналов.
При частичной автоматизации обычно автоматизируются лишь операции по поддержанию заданных режимов, как наиболее трудоемкие, требующие непрерывного внимания и контроля обслуживающего персонала.
На автоматических подстанциях все операции управления технологического порядка по преобразованию электроэнергии выполняются автоматически; лишь операции
по выводу оборудования в ремонт и из ремонта выполняются вручную. Такие подстанции при определенных условиях могут действовать без дежурного персонала.
К телеуправляемым относятся подстанции, управление которыми осуществляется с помощью тех или иных устройств телемеханики с дальнего расстояния. Телеуправление может быть местным, из отдельного помещения при подстанции, если не имеется районных каналов связи, или с диспетчерских пунктов (что более эффективно) при наличии каналов связи между диспетчерским пунктом и подстанциями. На телеуправление переводятся только автоматические подстанции.
Объем автоматизации, в зависимости от системы электроснабжения, быстродействия, разрешающей способности и качества телеустановок, может быть несколько меньшим или большим, что определяется экономическими показателями.
При этом на подстанциях дежурный персонал не требуется. Их обслуживает оперативно-ремонтный персонал.
§ 84. При одновременной эксплуатации в городе троллейбуса и трамвая троллейбусные ртутные преобразовательные тяговые подстанции могут использоваться для электроснабжения трамвая при обязательном условии раздельного питания сетей троллейбуса и трамвая через самостоятельные кабели (линии)
Троллейбус и трамвай в районе подстанции питаются от общих шин постоянного тока данной подстанции по самостоятельным питающим линиям, обычно кабельным, реже — воздушным.
Разделение питающих линий обусловливается:
а) необходимостью исключения зависимости двух видов транспорта при повреждениях на линиях (сетях, подвижном составе) одного из них;
б) возможностью регулирования, в соответствии с правилами защиты подземных сооружений, потенциалов рельсовой сети с целью ограничения утечек тяговых токов с рельсов.
Совместное питание трамвая и троллейбуса имеет следующие достоинства:
а) большая оперативная гибкость при меньшем количестве резерва мощности агрегатов (главное преимущество);
б) весь монтерский состав совершенно четко представляет себе характер напряжения отрицательного провода по отношению к земле.
В отношении утечек тока на корпус троллейбуса питание по изолированной системе проводов в принципе несколько лучше, однако практически контроль за состоянием изоляции электропроводки и электрооборудования троллейбуса как положительной, так и отрицательной системы должен проводиться с одинаковой требовательностью, тем более что при авариях в контактной сети (при обрывах проводов) возникают ситуации, аналогичные ситуациям при питании с заземленным проводом.
Объединенная система электроснабжения троллейбуса и трамвая несколько усложняет оперативный режим сети постоянного тока из-за необходимости жестких требований по соблюдению потенциальной настройки рельсовой сети, а также затрудняет защиту кабельных линий постоянного тока при повреждениях кабелей с замыканием на землю. Этот недостаток характерен для любой из систем с заземленным полюсом.
При автономности троллейбуса (один вид электротранспорта) система электроснабжения с изолированными полюсами приобретает решающее преимущество перед системой с заземленным полюсом. Сравнительно несложный автоматический контроль изоляции системы полюсов позволяет практически исключить тяжелые последствия повреждений кабелей с замыканием на землю на любом из полюсов.
§ 85. Устройство ртутных преобразовательных тяговых подстанций должно отвечать требованиям:
а) бесперебойного электроснабжения линий троллейбуса;
б) правил устройств электроустановок;
в) правил технической эксплуатации электроустановок промышленных предприятий;
г) правил техники безопасности;
д) правил пожарной безопасности;
е) санитарных правил.
Целью разумного соблюдения требований всех указанных правил, предъявляемых при сооружении и эксплуатации подстанций, является обеспечение надежного бесперебойного и безаварийного электроснабжения транспортных линий в нормальных санитарно-гигиенических и безопасных для персонала условиях при возможно наименьших капитальных затратах на сооружение и эксплуатационные расходы.
§ 86. Для бесперебойного снабжения подстанции электроэнергией переменного тока питание ее от электросети должно осуществляться не менее чем двумя вводами. При наличии двух вводов каждый ввод рассчитывается на рабочую мощность подстанции. При наличии на подстанции более двух вводов последние должны быть рассчитаны таким образом, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся в работе вводы обеспечили рабочую мощность подстанции.
Питание одноагрегатной подстанции может быть осуществлено и одним вводом, но при условии, что при выходе такой подстанции из строя питание сети может быть переключено на другие подстанции без перерыва нормального электроснабжения троллейбуса.
Исчезновение высоковольтного питания подстанции, нагрузка которой не может быть принята другими подстанциями, приводит к полной остановке общественного электрического транспорта города как в районе действия данной подстанции, так и в прилегающих районах, вызывая нарушение нормальной деятельности предприятий, учреждений, но без особо тяжелых последствий. Поэтому по классификации нагрузок в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) нагрузку тяговых подстанций троллейбуса можно рассматривать как занимающую промежуточное положение между I и II категориями.
При прокладке высоковольтных питающих линий на подстанции учитывается их значимость, местоположение, возможность разгрузки, а также надежность источников питания (питающего центра, РП).
При ограниченных возможностях разгрузки и расположении подстанции на напряженных транспортных магистралях питающие линии присоединяются к различным независимым питающим центрам или РП (по I категории) или в крайнем случае к различным секциям шин достаточно надежного питающего центра или РП, имеющих, в свою очередь, двухстороннее питание.
Учитывая постоянное совершенствование организации эксплуатации электроустановок и сетей, повышение их надежности, рациональное размещение мощностей подстанций и разгрузочные возможности, на практике в целях более эффективного использования алюминия (меди) кабелей все более применяется параллельная работа их с присоединением кабелей одной подстанции к одному надежному питающему центру, одной секции шин.
§ 87. Напряжение на шинах постоянного тока может изменяться в пределах от 600 до 700 в.
Напряжение выпрямительных агрегатов при номинальном токе (номинальное напряжение) и соответствии напряжения сетевых обмоток преобразовательных трансформаторов напряжению питающей сети переменного тока равно 600 в.
Учитывая допустимые и гарантированные колебания напряжения питающей сети переменного тока в пределах ±5% номинального, на шинах постоянного тока задается номинальное напряжение 600 в из расчета на пониженное на 5% напряжение питающей сети переменного тока. При этом напряжение на шинах постоянного тока при номинальной нагрузке и повышении напряжения переменного тока от минимума до максимума на 10% (от —5 до +5%) будет соответственно изменяться от 600 до 660 в. С учетом наклона внешней характеристики выпрямительных агрегатов при изменении нагрузки тяговой сети от номинальной до минимальной критической и до нуля (рис. 38) напряжение на шинах может повыситься еще на 30—40 в, в зависимости от параметров выпрямительных агрегатов и влияния питающей сети.
Наклон внешней характеристики в основном определяется реактансом трансформатора и внутренним падением напряжения преобразователя. Так, в кремниевом выпрямителе оно почти втрое меньше падения напряжения в дуге ртутного выпрямителя.
При номинальном напряжении тяговых электродвигателей подвижного состава 550 в фактическое напряжение на его токоприемниках может колебаться от максимальной величины до некоторого минимума, при котором возможно движение без снижения средней ходовой скорости на участке по мере удаления токоприемников от питающей линии подстанции и в зависимости от общей нагрузки, а также параметров питающей линии и участка контактной сети.
§ 88. Каждый питающий и обратный кабель (линия) постоянного тока должен быть оборудован отдельными амперметрами.
Каждая отдельная питающая линия постоянного тока двухпроводной системы электроснабжения состоит из двух электрических проводов (кабелей) — положительного и отрицательного.
Количество положительных и отрицательных проводов (кабелей) может быть неравным. В эксплуатации число отрицательных проводов (кабелей) может быть меньше числа положительных. При этом каждый из отрицательных проводов является общим для питающих линий с количеством положительных проводов больше единицы.
Сечение отдельных положительных и отрицательных проводов (кабелей) может быть различным. Отдельные амперметры необходимы для периодического визуального контроля за нагрузкой каждого из проводов последовательно-параллельных цепей в часы максимумов нагрузки, а также при выводе в ремонт для профилактических испытаний и в моменты аварийного состояния питающей сети, возникающего внезапно.
§ 89. Соединительные кабели (линии) постоянного тока должны быть оборудованы на каждой подстанции амперметрами с двусторонней шкалой.
Поскольку направление тока соединительной линии изменяется в зависимости от режима работы подстанций и соединительной линии, шкалы контрольных магнитоэлектрических амперметров, устанавливаемых с обеих сторон линии, должны быть двусторонними для возможности определения величины тока линии.
§ 90. Питающие кабели (линии) должны быть оборудованы звуковой и световой сигнализацией, указывающей на отсутствие напряжения.
Исчезновение напряжения на любой питающей линии, находящейся в работе, является ненормальным режимом, приводящим к остановке движения транспорта, если своевременно не принять мер.
Звуковой сигнал исчезновения напряжения необходим для эффективного привлечения внимания персонала на подстанции или диспетчерском пункте. Этот сигнал является общим для всех линий.
Для быстрого определения, на какой из линии исчезло напряжение, служат световые сигналы, индивидуальные для каждой линии. На диспетчерских пунктах световые индивидуальные сигналы комбинируются с общим световым сигналом.
Диспетчер (дежурный, лицо оперативно-ремонтного персонала), получив звуковой сигнал по индивидуальным световым сигналам определяет линию с исчезнувшим напряжением и квитирует (прекращает) звуковой. Световой сигнал квитируется восстановлением напряжения на линии.
§ 91. Каждая подстанция должна быть обеспечена резервом мощности в размере, обеспечивающем нормальное бесперебойное электроснабжение линии троллейбуса при выходе из строя на данной подстанции наибольшего по мощности агрегата.
В зависимости от системы электроснабжения (типа и мощности комплекса смежных подстанций и преобразовательных агрегатов, наличия межподстанционных силовых токопроводных связей и возможностей передачи мощностей по сети постоянного тока) резерв мощности может иметь место непосредственно на каждой подстанции в резервном агрегате, либо на отдельных подстанциях при наличии связи, передающей мощность соседней подстанции, либо на каждой подстанции во всех рабочих агрегатах. Резервные агрегаты устанавливаются на многоагрегатных подстанциях, а на одноагрегатных подстанциях предусматривается резерв мощности в каждом агрегате и обязательная возможность передачи его на соседние подстанции.
§ 92. Питание цепей собственных нужд должно быть обеспечено надежным резервом в виде низковольтного независимого ввода, рассчитанного на мощность трансформатора собственных нужд, или в виде второго трансформатора собственных нужд с вводом низкого напряжения мощностью 5 кВт.
Надежный резерв питания собственных нужд (СН) необходим на подстанциях, нагрузка которых не может передаваться полностью на соседние подстанции, так как нарушение питания цепей СН выводит из работы основное оборудование и вызывает остановку транспорта в районе таких подстанций, а часто и в прилегающих районах.
В варианте с двумя трансформаторами СН независимый ввод небольшой (до 5—8 кВт) мощности 1 предусматривается из расчета на технологические нагрузки вспомогательных цепей преобразователей, перерыв питания которых на сравнительно небольшое время (3— 10 мин) вызывает либо увеличение времени ввода в работу основного оборудования при исчезновении и последующем восстановлении высоковольтного питания, либо его повреждение. К таким нагрузкам относятся электроплитки ртутных насосов, электродвигатели вентиляторов ртутных выпрямителей воздушного охлаждения.
При внезапном исчезновении высоковольтного питания, а также при плановых работах с полным снятием напряжения на независимый ввод включается минимальное аварийное освещение. На автотелеуправляемых подстанциях с управлением на оперативном переменном токе и управляемых с диспетчерских пунктов независимые вводы необходимы, кроме того, для первоначального включения приводов масляных выключателей питающих линий после внезапного исчезновения и последующего восстановления напряжения на них.
В связи с резким уменьшением нагрузки СН, обусловленным применением кремниевых преобразователей, преимущественно вводятся в эксплуатацию подстанции с одним трансформатором СН и независимым вводом. Однако при этом независимый ввод должен рассчитываться как на небольшую постоянную нагрузку СН, так и на толчковую нагрузку приводов выключателей с соблюдением не только абсолютных допусков по напряжению, но и в сравнении с аналогичным режимом при питании от трансформатора СН.
Должны также соблюдаться повышенные требования надежности и контроля состояния независимого ввода как по постоянству наличия и уровню напряжения, так и по стабильности фазировки.
§ 93. На подстанции должны быть мастерская и специальные приспособления для производства ремонта силовых трансформаторов и ртутных выпрямителей, если в хозяйстве нет мастерских по ремонту ртутных выпрямителей и трансформаторов.
При наличии в хозяйстве более одной подстанции рекомендуется оборудовать специальную мастерскую для централизованного ремонта всех выпрямителей (по условиям ртутной и вакуумной гигиены, возможности лучшего соблюдения технологии ремонтов, повышения качества и экономичности).
По объему и виду ремонтов трансформаторов, выполняемых в хозяйствах, достаточно иметь помещения для подъема их сердечников.
В зависимости от конструктивных решений здания подстанций, трансформаторных камер, типов трансформаторов (габаритов и веса), общей компоновки помещений подстанции, наличия и совершенства подъемно-транспортных и такелажных средств подъемы сердечников могут производиться непосредственно в камерах, в специальном помещении при подстанции или в центральной мастерской.
Выбор того или иного решения определяется при проектировании технико-экономическим расчетом.
§ 94. Тяговые подстанции должны иметь надежные средства связи, обеспечивающие быструю связь обслуживающего персонала с электродиспетчером, а в предприятиях, не имеющих таковых, — с лицом, уполномоченным Управлением троллейбуса.
§ 95. На каждой подстанции должны быть:
а) правила внутреннего распорядка;
б) правила техники безопасности;
в) санитарные правила;
г) правила подачи первой помощи пострадавшим от электрического тока;
д) принципиальная (однолинейная) схема электрических соединений подстанций и схема вторичной коммутации;
е) схема водоснабжения подстанции;
ж) схема района питания подстанции;
з) должностные инструкции;
и) эксплуатационные инструкции;
к) график планово-предупредительного ремонта оборудования подстанции;
л) журналы для записи оперативных распоряжений и переговоров, оперативных переключений, допуска бригад к ремонтным работам, распоряжений административно-технического персонала;
м) графики работы агрегатов и дежурств обслуживающего персонала;
н) журнал записи ремонтных работ;
о) противопожарные правила;
п) аптечка с набором медикаментов;
р) набор инструментов и запасных предохранителей;
с) защитные средства техники безопасности;
т) запасные части и плавкие вставки к предохранителям по установленной номенклатуре;
у) ключи помещений с электрооборудованием и других производственных помещений в двух комплектах.
Один из указанных комплектов ключей является запасным и должен храниться в специальном запломбированном шкафчике. Пользование запасными ключами разрешается только в особых случаях, когда ключами рабочего комплекта, передаваемого по смене, почему-либо воспользоваться нельзя.
К п. «г». Правила подачи первой помощи пострадавшим от электрического тока изложены в правилах техники безопасности.
К пп. «д», «е», «ж». Принципиальные (однолинейные) схемы электрических соединений подстанции, схемы вторичной коммутации, водоснабжения (при наличии оборудования с водяным охлаждением), района питания подстанции имеют исключительно важное значение для ведения грамотной безаварийной эксплуатации.
Подготовка оперативных переключений в распорядительных устройствах переменного и постоянного тока, особенно сложных (с большим количеством операций, на одном или более присоединениях), ориентация при внезапных нарушениях нормального режима работы (повреждениях) электрических или водопроводных цепей производится по схемам. Схемы периодически должны выверяться и своевременно корректироваться при изменениях в натуре. Оперативно-ремонтный персонал должен хорошо изучить и свободно читать схемы.
К п. «м». Под графиком работы агрегатов подразумевается типовой график оптимальной (наивыгоднейшей по коэффициенту полезного действия) загрузки агрегатов в зависимости от их типа и мощности. Такой график приводится в инструкции по загрузке преобразовательных агрегатов, в инструкции по эксплуатации кремниевых преобразователей. Чем искуснее выполняется этот график (дежурным, диспетчером), тем меньше потери электроэнергии в агрегатах (выше к.п.д.) при хорошем коэффициенте мощности. Кроме того, график должен учитывать чередование агрегатов в работе, в частности ртутно-выпрямительных, для поддержания их в состоянии работоспособности.
Графики, естественно, могут корректироваться с учетом не только режима наивыгоднейших к.п.д. и коэффициента мощности, но и всего комплекса технико-экономических показателей, включая степень надежности системы электроснабжения, износ коммутационной аппаратуры, автотелемеханических устройств и другие эксплуатационные расходы.
§ 96. На каждой подстанции должны быть паспортные карты оборудования, в которые руководитель подстанции регулярно и своевременно записывает все изменения в оборудовании и данные о ремонте оборудования с указанием дат и лиц, производивших ремонт.
Паспортные карты оборудования для удобства могут быть сведены в один общий эксплуатационный журнал, в который и вносятся все изменения, ремонты и пр.
§ 97. Работы на подстанциях, связанные со снятием напряжения с контактной сети, должны выполняться по согласованию со службой движения или Управлением троллейбуса.
В современной организации эксплуатации в большинстве своем к работам па подстанциях, связанным со снятием напряжения с контактной сети, относятся ревизии и ремонты запасной шины (см. рис. 34), переключателей (или разъединителей) запасной шины или, в зависимости от конструкции распределительного устройства, любых выходных (линейных) сборок питающих линий постоянного тока.
Такие работы производятся периодически один раз в 6 месяцев в часы ночного минимума нагрузок. Ночью пассажирского движения нет, но могут работать грузовые маршруты, служебные троллейбусы различного назначения.
§ 98. Электроснабжение посторонних абонентов как постоянным током от шин подстанции, так и переменным током от шин 6—10 кВ и от трансформатора собственных нужд, как правило, не разрешается.
Примечание. Как исключение, допускается подключение посторонних потребителей, отключение которых возможно без предупреждения в любое время суток для производства осмотра и ремонта оборудования подстанции.
Тяговая нагрузка городского электротранспорта, неравномерная, с постоянными резкими толчками, частыми короткими замыканиями в сети постоянного тока, нередко вызывающими обратные зажигания ртутных выпрямителей или сопровождаемые большими сквозными (прямыми) сверхтоками. Обратные зажигания и сквозные сверхтоки при коротких замыканиях сопровождаются глубоким (до 40—60%) понижением напряжения на шинах переменного (и постоянного) тока, частыми автоматическими отключениями защитных аппаратов, требующими незамедлительного вывода в ремонт для ревизий. Время плановых ревизий и ремонтов тяговых подстанций (часы минимума ночью) не совпадает с временем ревизий и ремонтов оборудования других потребителей. Все эти факторы в совокупности чрезвычайно затрудняют выполнение требований, предъявляемых к системам электроснабжения, ответственным за гарантированное электроснабжение всех потребителей сети 6—10 кВ в соответствии с нормами.
В настоящее время находят все большее развитие рациональные и экономичные комплексные схемы распределительных сетей 6—10 кВ с размещением комплекса распределительных пунктов, специально рассчитанных на присоединение нагрузок различного назначения.
В исключительных случаях, обычно связанных с временным электроснабжением и явно экономных, на определенный срок при обоюдном согласии потребителей и энергоснабжающей организации, ответственной за достаточность и надежность электроснабжения, с разрешения вышестоящей организации (министерства,
исполкома Совета депутатов трудящихся) такие присоединения допускаются с оформлением четкого разграничения ответственности обеих сторон.