Вопрос №3. Принципиальные схемы питания однопутного и двухпутного участка контактной сети и их технико-экономическая эффективность
Надёжность и экономичность работы контактной сети зависят от схемы её питания и секционирования. Секционирование позволяет отключить при повреждении КС или её ремонте небольшой участок. Секционирование осуществляется с помощью секционирующих устройств: изолирующие сопряжения анкерных участков (воздушные промежутки), нейтральные вставки (НВ), секционные изоляторы. Рельсовый путь не секционируется.
У мест расположения ТП КС секционируется. Каждая примыкающая секция КС питается через свой фидер, который присоединяется к шинам ТП через выключатель. На переменном токе секционирование станции с ТП с одной стороны выполняется с помощью НВ, так как контактная сеть станции и перегона имеют разные фазы. С другой стороны воздушным промежутком, так как контактная сеть станции и перегона имеют одинаковые фазы. Для питания КС станций и локомотивного депо используют отдельные ФКС.
Изолирующее сопряжение для отделения станции и перегона располагают между входным сигналом и первой стрелкой станции со стороны перегона, чтобы при снятии напряжения со станции поезд мог быть остановлен у входного сигнала
Все схемы питания разделяют на схемы одностороннего и двустороннего питания.
1.Одностороннее питание контактной сети:
1.1. Встречно-консольное питание (раздельная работа подстанций) рис 1,а провода контактной сети межподстанционной зоны (МПЗ) в середине участка между подстанциями разделяются, как правило, нейтральной вставкой на две секции на посту секционирования (ПСК). Питание каждой секции осуществляться от одной подстанции. Разделение секций нейтральной вставкой вызвано возможной значительной разницей напряжения, появлением дуги при замыкании токоприёмником двух секций КС и её пережога.
Рис.1,а. Встречно-консольное питание контактной сети (раздельная работа смежных ТП по КС).
1.2 Одностороннее питание контактной сети на всю длину МПЗ рис. 1,б.
При встречно-консольном питании поезд получает питание от одной ТП. Подстанция и секция КС загружаются током в течении меньшего времени, но с большей величиной тока.
Рис.1,б. Одностороннее питание контактной сети на всю длину МПЗ (консольное питание)
3.3.3 Двустороннее питание контактной сети:
1.Двустороннее питание контактной сети (параллельная работа тяговых подстанций (ТП) по контактной сети) рис.1,в обеспечивает питание поезда одновременно от двух ТП.
Рис. 1,в. Двустороннее питание контактной сети (параллельная работа смежных ТП по КС).
2.Схемы контактной сети двухпутных участков:
Схемы двустороннего питания КС двухпутного участка различают:
2.1.Раздельная схема КС первого и второго пути:
Рис. 3. Раздельная схема КС двухпутного участка.
2.2 Узловая схема КС:
В середине МПЗ включён пост секционирования (ПСК) для электрического соединения КС обеих путей, разделения на секции и защиты КС;
Рис.4 Узловая схема КС двухпутного участка.
2.3 Встречно-кольцевая схема контактной сети;
2.4. Встречно-консольная схема контактной сети;
2.5.Параллельная схема контактной сети:
Рис. 5. Параллельная схема КС двухпутного участка.
Между ПСК и ТП включёны дополнительно пост параллельного соединения (ППС), который электрически соединяет КС обеих путей.
2.6 Эффективность схем контактной сети
Схемы питания КС оцениваются по технико-экономическим показателям: потери активной мощности (электроэнергии), напряжение на электровозе, нагрев проводов КС, эффективность рекуперации, длина участка, отключаемая при КЗ.
1.Односторонние схемы контактной сети.
При схеме одностороннего питания КС до ПСК (раздельная работа смежных ТП) КС в середине участка между ТП делится на две секции нейтральной вставкой (НВ). При этом каждая секция питается от одной ТП через питающий провод (ФКС).
При схеме двустороннего питания КС (параллельная работа ТП по КС) поезда в МПЗ получают питание одновременно от двух смежных подстанций.
Часть схемы КС, которая получает питание от одной ТП, называется фидерной зоной (ФЗ), от двух ТП - межподстанционной зоной (МПЗ). Часть схемы, которая присоединена непосредственно к определённой подстанции называется подстанционной зоной.
Односторонняя схема контактной сети по сравнению с двусторонней имеет следующие недостатки:
- Неравномерная по времени загрузка ТП и КС;
- Большая величина токов в КС увеличивает потери активной мощности, снижает напряжение на токоприёмнике ЭПС;
- Меньшая надёжность электроснабжения при повреждении ТП.
- В месте секционирования КС возникает разница напряжений и поэтому требуется выполнять секционирование с НВ, что усложняет КС и работу машиниста ЭПС;
- Большая неравномерность распределения тока по времени при одностороннем питании создаёт увеличенные потери энергии и увеличенную потребную мощность тяговых трансформаторов подстанции.
Преимущества:
- При одностороннем питании ФЗ меньше и при КЗ отключается меньшая часть участка;
- При одностороннем питании отсутствуют уравнительные токи.
2. Двухсторонние схемы контактной сети.
При двустороннем питании ток к ЭПС поступает с двух сторон в течение всего времени движения по МПЗ. ТП загружается по времени более равномерно с меньшей величиной тока. Потери активной мощности (энергии), потери напряжения в КС, нагрев проводов КС и тягового трансформатора (ТТ) ТП меньше, чем при одностороннем питании.
Подстанция и контактная сеть загружается большее время меньшей нагрузкой и более равномерно во времени. Потери активной мощности (энергии) ∆Р = I2 R зависят от квадрата тока и износ изоляции трансформаторов подстанции зависят от тока в большей степени. Потери напряжения до поезда зависят от схемы питания и получаются меньшими при двустороннем питании.
Недостатком двустороннего питания является наличие уравнительного тока. При использовании схем двустороннего питания МПЗ имеется некоторое неравенство напряжений по модулю и фазе на шинах смежных тяговых подстанций и возникает уравнительный ток. Уравнительный ток приводит к дополнительным потерям активной мощности (электроэнергии).
При неодинаковых напряжениях на шинах смежных подстанций при двустороннем питании появляется уравнительный ток.
ŪА - ŪВ
İур =
Z АВ
Величина уравнительного тока зависит от разницы модулей и угловых сдвигов напряжения смежных подстанций.
В некоторых случаях уравнительный ток уничтожает преимущества двустороннего питания. Увеличенный уравнительный ток может возникнуть на переменном токе:
- при питании смежных ТП от различных энергосистем;
- при питании межподстанционной зоны тяговыми подстанциями от ЛЭП с разными напряжениями 110 и 220 кВ;
- при значительной разнице мощности короткого замыкания на первичных шинах подстанций;
- при значительной величине районных промышленных нагрузок третьих обмоток тяговых трансформаторов (более 50% потребляемой мощности).
В таких МПЗ не удаётся согласовать уровни напряжений смежных подстанций. На ряде таких межподстанционных зон, где имеются возможности по уровню напряжения, выполняются схемы одностороннего питания контактной сети на всю зону или до середины. Для повышения уровня напряжения целесообразно использование установок продольной емкостной компенсации (УПК) в плечо (фазу) одностороннего питания тяговой сети.
На двухпутных участках, как правило, применяют узловую схему КС.
Параллельная схема контактной сети наиболее эффективна:
- Для МПЗ с большой разницей электропотребления по путям;
- Для МПЗ с горным профилем и интенсивной рекуперацией электроэнергии
Поперечные соединения проводов КС смежных путей многопутных и двухпутных участков выравнивают нагрузки в КС путей, уменьшаются потери активной мощности (энергии) и потери напряжения в сети. Такие соединения улучшают условия рекуперации энергии, облегчают передачу энергии от рекуперирующего ЭПС к тяговому ЭПС.
Степень уменьшения потерь энергии и напряжения при поперечных соединениях зависит:
- от соотношения расходов энергии поездами по путям;
- степени использования пропускной способности;
- разнотипности поездов;
- характера изменения тока поезда;
- числа поперечных соединений и их расположения;
- соотношения сопротивлений проводов КС на обоих путях.
Преимущества схемы двустороннего питания достигаются при равных действующих значениях и отсутствии фазового сдвига напряжений смежных подстанций.
3.Выводы по эффективности схем контактной сети:
1.По условиям минимизации потерь активной мощности (электроэнергии), напряжения на ЭПС и нагреву проводов контактной сети целесообразно применять следующие схемы питания контактной сети:
- Двусторонние схемы питания контактной сети.
- Узловые и параллельные схемы контактной сети.
2.Нормальными проектными схемами контактной сети являются узловые схемы. Параллельные схемы эффективно использовать в межподстанционных зонах горного профиля с интенсивной рекуперацией, со значительной разницей электропотребления по чётным и нечётным путям. Сегодня главный ход ВСЖД характеризуется значительной разницей грузопотока на восток и на запад, поэтому область эффективного использования параллельных схем может быть значительно увеличена. Требуется детальный анализ электропотребления и потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения
3.Для уменьшения величины уравнительного тока при двусторонней схеме контактной сети необходимо проведение работ по согласованию напряжений на шинах смежных подстанций и определение оптимальных положений РПН трансформаторов.
4. Энергодиспетчерский контроль за нормальными схемами контактной сети по условиям минимальных потерь активной мощности (электроэнергии) в контактной сети.
5. Энергодиспетчерский контроль за положениями РПН трансформаторов по условиям минимальных потерь электроэнергии в контактной сети от уравнительных токов
Вопрос №4.Схемы секционирования контактной сети переменного тока
4.1 Продольное и поперечное секционирование контактной сети. Устройства секционирования
В местах примыкания перегонов к станциям контактную сеть делят на секции (продольное секционирование). При этом контактную сеть на каждом перегоне и на каждой станции выделяют в отдельную секцию. Исключение составляют перегоны с крупными искусственными сооружениями, контактную сеть которых выделяют в особую секцию. На двухпутных и многопутных участках контактную сеть каждого главного пути выделяют в отдельную секцию (поперечное секционирование). Такое деление сохраняют на перегонах и станциях. В местах сопряжения секций устанавливают продольные разъединители, обозначаемые первыми буквами русского алфавита А, Б, В, Г и т.д. Для поперечного соединения секций устанавливают поперечные разъединители, обозначаемые буквой П с цифрами.
