12. Общие сведения о системе электроснабжения электрифицированных дорог

Тяговые подстанции

Тяговые подстанции дорог постоянного и переменного тока значительно различаются по устройству. Однако и те и другие должны отвечать следующим требованиям: обеспечивать надежность электроснабжения локомотивов, быть по возможности несложными, безопасными в обслуживании; желательно, чтобы расходы на их монтаж и эксплуатацию были невелики.

Познакомимся с устройством типовой тяговой подстанции постоянного тока (рис. 136). На подстанции установлено два тяговых трансформатора. Каждый из них соединен со своей выпрямительной установкой, собранной из кремниевых вентилей, которые соединены последовательно и параллельно, как и на электровозах переменного тока. Катоды выпрямительных установок быстродействующими выключателями БВ и разъединителями Р соединены с шиной "+" распределительного устройства постоянного тока. Нулевые точки вторичных обмоток тяговых трансформаторов соединены разъединителями с шиной "-".

Рис. 136. Принципиальная схема тяговой подстанции постоянного тока

Шина "+" или, как еще ее называют, главная шина, питающей линией (фидером) соединена с контактной, сетью. В питающую линию для защиты подстанции от коротких замыканий в контактной сети включены быстродействующий выключатель и два разъединителя. Отключив эти разъединители, можно производить в безопасных условиях ревизию или осмотр быстродействующего выключателя. Защита от коротких замыканий должна действовать избирательно (селективно), не допуская ложных отключений контактной сети, например, при одновременном пуске нескольких единиц электроподвижного состава, резком колебании нагрузок, связанных с перегруппировкой тяговых двигателей.

Питающих линий несколько. Количество их зависит от числа электрифицированных путей на перегоне, путевого развития станций, наличия депо. Шину "-" (ее еще называют обратной) соединяют с рельсами отсасывающей воздушной или кабельной линией (отсасывающий фидер).

Поясним особенности выпрямления переменного тока на тяговых подстанциях. Выше было отмечено, что выпрямленный ток на подстанциях практически постоянный в отличие от пульсирующего на электровозах переменного тока. Объясняется это тем, что на тяговых подстанциях выпрямляется трехфазный ток в отличие от однофазного, который подводится к электровозам переменного тока.

При однофазном токе для уменьшения пульсаций применяется двухполупериодная схема выпрямления (см. рис. 62, а); по такой же схеме включают и все три фазы вторичной обмотки трансформатора. Вследствие этого три обмотки соединены в прямую звезду и три в обратную (рис. 136, б); к обмоткам присоединены шесть вентилей, работающих поочередно. В действительности с помощью специальной катушки, соединяющей нулевые точки прямой и обратной звезды, две трехфазные группы работают параллельно, но обеспечивается шестифазная схема выпрямления (рис. 136, в). Кроме того, для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в шину "-" включают сглаживающий реактор.

Схема рис. 136, а упрощена; на ней, например, не показаны запасная шина и запасной БВ, с помощью которых, не прерывая питание, можно заменить любой БВ, включенный в питающий провод, не показан также ряд других устройств и аппаратов.

На подстанциях дорог переменного тока используют тяговые трансформаторы различных типов с разными схемами соединения их обмоток, что зависит от величины нагрузок и условий электроснабжения тяговой подстанции. В случае питания тяговой подстанции от двух линий электропередачи (ЛЭП) первичные обмотки тяговых трансформаторов Tp1 и Тр2 (рис. 137) присоединяют к разным ЛЭП. При необходимости эти обмотки можно подключить к одной и той же линии электропередачи, применив перемычку (на рис. 137 перемычка не показана). Две фазы вторичных обмоток тяговых трансформаторов, например А и С, соединены с шинами тяговой подстанции.

Рис. 137. Принципиальная схема тяговой подстанции переменного тока с трехобмоточными трансформаторами

Шины высоковольтными выключателями ВВ и питающими линиями электрически соединены с контактной сетью I и II двухпутного участка. Третья фаза (в нашем примере В) соединена с рельсами отсасывающей линией. Более или менее равномерная нагрузка фаз обеспечивается благодаря подключению контактной сети пути I к фазам А и С. Также подсоединена контактная подвеска и пути II. Для предупреждения короткого замыкания между фазами А и С контактная подвеска участка каждого пути, питающегося от разных фаз, разделена электрически нейтральной вставкой.

Тяговые подстанции имеют также трансформаторы для питания собственных нужд (например, освещение, отопление и пр.), трансформаторы напряжения для питания релейной защиты, счетчиков и т. п. Эти присоединения на рис. 136 и 137 не показаны. От тяговых подстанций получают питание устройства железнодорожной сигнализации, связи, автоблокировки.

Электрификация железных дорог одновременно способствует развитию централизованного снабжения электроэнергией промышленных предприятий и сельских районов, прилегающих к электрифицированным линиям.

Для электроснабжения нетяговых потребителей тяговые трансформаторы подстанций дорог переменного тока имеют третью обмотку, соединенную с шинами, А', В', С'. На тяговых подстанциях дорог постоянного тока устанавливают отдельные трансформаторы РТ (см. рис. 136), питающие районные потребители. К тяговым подстанциям к 1977 г. было подключено более 2600 колхозов, свыше 1100 совхозов, примерно 1800 различных промышленных предприятий.

Многие тяговые подстанции превратились по существу в районные, нагрузки которых в значительной мере определяются нетяговыми потребителями. Большие задачи по электрификации сельского хозяйства поставил XXV съезд КПСС. Предусматривается довести к концу пятилетки потребление электроэнергии на селе до 130 млрд. кВт·ч против 74 млрд. кВт·ч в 1975 г. Это позволит почти удвоить энерговооруженность труда и значительно повысить его производительность, улучшить условия быта и отдыха жителей села. Важную роль в решении этих задач сыграет электрификация железных дорог. Кроме того, в районах, через которые проходят электрифицированные железные дороги, оказывается возможным закрыть маломощные транспортные, промышленные и сельские электростанции, что дает значительный экономический эффект. Электрификация преобразила быт многих тысяч железнодорожников, живущих вдали от крупных населенных пунктов.