Схемы внешнего электроснабжения электрифицированных железных дорог

Электрифицированные железные дороги занимают особое место среди потребителей электроэнергии. Эта специфика определяется кон­фигурацией электрической сети, сооружаемой для электрификации железной дороги (географически протяженный потребитель с близки­ми значениями нагрузок тяговых ПС, расположенных примерно на рав­ных расстояниях одна от другой), и высокими требованиями к надеж­ности электроснабжения.

Электрификация железных дорог проектируется, как правило, на переменном однофазном токе промышленной частоты напряжением 25 кВ в контактной сети (номинальное напряжение на шинах тяговых ПС – 27,5 кВ), а при наличии обоснований – на постоянном токе на­пряжением 3 кВ (номинальное напряжение па шинах тяговых ПС – 3,3 кВ).

Электрификация на постоянном токе используется, как правило, при усилении или продлении действующих электрифицированных уча­стков, выполненных на напряжении 3,0 кВ.

При электрификации на переменном токе тяговые ПС располага­ются, как правило, на расстоянии 40–50 км одна от другой, при посто­янном токе – на расстоянии 20–25 км. Соответственно электрические нагрузки тяговых ПС при переменном токе существенно больше, чем при постоянном.

В последнее время внедряется также система электрификации на переменном токе 2x25 кВ, позволяющая сохранить напряжение 25 кВ в контактной сети, но большую часть энергии передавать от тяговых ПС к электровозам на напряжении 50 кВ. Для этого кроме контактного под­вешивается дополнительный питающий провод, напряжение которого по отношению к земле равно 25 кВ, а к контактному проводу – 50 кВ. Питание электровозов осуществляется через линейные AT 50/25 кВ, устанавливаемые между тяговыми ПС через 8-15 км и подключаемые крайними выводами к контактному и питающему проводам, а средним – к рельсам. На тяговых ПС устанавливаются однофазные трансформа­торы с двумя вторичными обмотками 27,5 кВ каждая, соединяемыми последовательно. При одинаковом размещении тяговых ПС потери мощности в системе 2x25 кВ в 1,5–2 раза ниже, чем в системе 25 кВ. При увеличении расстояния между ПС в системе 2x25 кВ в 1,7–1,8 раза по сравнению с системой 25 кВ потери в обеих системах равны.

Тяговые ПС по надежности электроснабжения приравниваются к потребителям первой категории и должны обеспечиваться двусторон­ним питанием. При выборе схемы должен решаться вопрос о комплек­сном электроснабжении электрифицируемых железных дорог и всех других потребителей в прилегающем районе.

Питание тяговых ПС осуществляется от одноцепных или двухцепных линий электропередачи 110 кВ (при электрификации на перемен­ном токе – также и 220 кВ), сооружаемых для этой цели, как правило, вдоль железной дороги. Присоединение этих так называемых тяговых линий электропередачи в свою очередь осуществляется к расположен­ным вблизи железных дорог или вновь сооружаемым ПС 500–220 кВ.

Выбор схемы электроснабжения должен производиться на основа­нии технико-экономического сравнения возможных вариантов в зави­симости от следующих факторов:

расстояния между источниками питания;

нагрузки тяговых и районных потребителей и динамики их развития;

количества тяговых и районных ПС;

конкретных условий в энергосистеме (наличия тех или иных напря­жений питающей сети, необходимости использования тяговых линий электропередачи в качестве сетевых связей и т. п.).

При наличии развитой распределительной сети 110-220 кВ в райо­не железной дороги, что имеет место на большей части обжитой терри­тории страны, отдельные тяговые ПС могут получать питание непос­редственно от районных ПС энергосистемы или присоединяться к су­ществующей сети.

Требования к схемам присоединения к сети тяговых ПС сводятся к следующему:

по двухцепной тупиковой ВЛ рекомендуется питание одной тяго­вой ПС; присоединение к этой ВЛ других ПС, не питающих тягу, не допускается;

при питании двух тупиковых параллельных одноцепных ВЛ от раз­ных секций системы сборных шин допускается присоединение к этим ВЛ в рассечку двух тяговых ПС;

при присоединении ПС к одноцепной ВЛ с двусторонним питани­ем (рис. 4.17, б) между двумя узловыми ПС допускается включение не более пяти промежуточных ПС для ВЛ 220 кВ при электрификации до­роги на переменном и постоянном токе и ВЛ 110 кВ при электрифика­ции на постоянном токе и не более трех ПС подстанций для ВЛ 110 кВ при электрификации дороги на переменном токе;

к двухцепной ВЛ с двусторонним питанием допускается присоеди­нение одной тяговой ПС на ответвлениях к обеим цепям;

от двух одноцепных ВЛ с дву­сторонним питанием (рис. 4.17, в) между двумя узловыми ПС вклю­чается такое же количество про­межуточных ПС, как и от двухцепных ВЛ;

для тяговых ПС, присоединя­емых на ответвлениях или питае­мых по двухцепным тупиковым ВЛ, принимается типовая схема электрических соединений 4Н (рис. 4.8, табл. 4.4), а для проме­жуточных ПС, включаемых в рассечку одноцепных и двухцепных ВЛ -типовые схемы 5Н и 5АН.

При прохождении в особо гололедных районах тяговые ВЛ и ответвления от них выполняются на одноцепных опорах независимо от схем питания тяговых ПС; на тяговых ВЛ, проходящих в районе с гололед­ными условиями и наблюдавшейся пляской проводов, должны предус­матриваться мероприятия по плавке гололеда.

На слабозагруженных участках железных дорог (до 24 пар поездов в сутки) допускается обеспечение надежности питания тяговых ПС как потребителей II категории: одностороннее питание тяговых ПС, пита­ние тяговых ПС от одной секционированной ВЛ при условии подклю­чения смежных ПС к разным секциям ВЛ, подключение ПС к питаю­щей ВЛ отпайкой с помощью одного ввода с выключателем.

Схема электроснабжения электрифицируемой железной дороги должна быть тесно увязана со схемой электроснабжения районных по­требителей. От тяговых ПС осуществляется также электроснабжение районных потребителей в пределах экономически целесообразного ра­диуса действия сетей 35–10 кВ.

Возможные варианты электроснабжения районных потребителей от тяговых ПС приведены на рис. 4.18. На тяговых ПС постоянного тока обычно устанавливаются трансформаторы напряжением 110/10 кВ.

Тяговые трансформаторы в блоке с выпрямительными агрегатами под­ключаются к шинам 10 кВ. Питание районных потребителей может осу­ществляться от общих двух- или трехобмоточных трансформаторов.

Питание района от тяговых ПС переменного тока с высшим напря­жением 110 кВ может осуществляться от трехобмоточных тяговых транс­форматоров или от отдельных трансформаторов.

Если для электроснабжения района требуется одно питающее на­пряжение, наиболее целесообразна схема питания от третьей обмотки тяговых трансформаторов. При наличии существующей районной на­грузки на двух напряжениях может оказаться более экономичным ва­риант питания тяговых и районных потребителей от отдельных транс­форматоров. Эффективность схемы раздельного питания возрастает в случаях, когда для питания тяги можно ограничиться установкой одно­го трансформатора, а также когда тяговая ПС сооружается вблизи дей­ствующей районной ПС. Для тяговых ПС переменного тока с высшим напряжением 220 кВ целесообразно питание районной и тяговой на­грузок от общих трехобмоточных трансформаторов или AT 220/110/25 кВ (при наличии нагрузки на напряжении 110 кВ).