Типы тяговых подстанций

Согласно ПУЭ электрическая тяга относится к потребителям первой категории. Поэтому основным требованием к тяговым и трансформаторным подстанциям является обеспечение надёжной работы оборудования и бесперебойного электроснабжения электроподвижного состава. Из этого требования исходят при проектировании и реконструкции тяговых и трансформаторных подстанций, ими руководствуются во время монтажа и эксплуатации. Надёжность работы тяговых и трансформаторных подстанций и бесперебойность электроснабжения тяговых потребителей обеспечиваются правильным выбором схемы питания от электроснабжающей системы, типа и мощности преобразовательных агрегатов, схемы и аппаратуры распределительных устройств, системы резервирования, системы защиты от возможных нарушений нормального режима, системы управления. Тяговые подстанции постоянного тока различают: по первичному напряжению – 6 или 10 кВ, 35 кВ, 110 или 220 кВ; по роли и назначению в электрической схеме питающей энергосистемы – опорные, тупиковые и промежуточные, которые подразделяются на транзитные и отпаечные.

Тяговые подстанции обеспечивают электроэнергией не только электрическую тягу. но и железнодорожных нетяговых потребителей (локомотивные депо, мастерские, погрузочные площадки, обеспечение железнодорожных объектов, связь и др). Одновременно большинство тяговых подстанций на дорогах России питает прилегаюшие промышленные, коммунальные и сельскохозяйственные нагрузки, осуществляя тем самым функции районных подстанций. Нетяговые потребители получают питание или от шин первичного напряжения тяговых подстанций или от шин пониженного напряжения. Выбор напряжения или числа линий для питания нетяговых потребителей зависит от местных условий и категории потребителей.

1.2 Схема внешнего электроснабжения тяговой подстанции Толмачёво

Существующая схема электроснабжения тяговой подстанции Толмачёво представлена на рис 1.1.

Тяговая подстанция Толмачёво в схеме внешнего электроснабжения является транзитной и носит обозначение ПС-406. Она питается от соседних подстанций ПС-538 и ПС -144, также транзитных, по двум линия 110 кВ Толмачёвской – 4 и Толмачёвской – 1 соответственно. Длина линии Толмачёвской -4 – 18, 5 км. Она выполнена проводом АС-120. Длина линии Толмачёвской – 1 4, 7 км. Она выполнена также проводом марки АС-120.

Подстанция ПС-538является районной и транзитной. Питается от подстанции ПС-259 Белогорка по линии Толмачёвская -3 110 кВ. Подстанция ПС-259 Белогорка осуществляет транзит электрической энергии через высоковольтный масляный выключатель 110 кВ и питается от опорной подстанции ПС – 42 по линии 110 кВ Белогорка - 2. Подстанция ПС- 42 является опорной и имеет источник питания от Гатчинских сетей.

Подстанция ПС-144 транзитная, питается по линии Лужская-7 110 кВ от подстанции ПС-48 Луга. Подстанция ПС-48 Луга – опорная. Она имеет источник питания от Псковэнерго.

В схеме электроснабжения дистанции Тяговая подстанция Толмачёво имеет обозначение ЭЧЭ -14. На вводах подстанции в качестве защитных коммутационных аппаратов установлены отделители и короткозамыкатели. Транзит электрической энергии осуществляется через секционный выключатель марки МКП – 110.

В данном дипломном проекте схема будет предложена реконструкция тяговой подстанции Толмачёво. Схемы внешнего электроснабжения и транзита электрической энергии останутся прежними. Изменения коснутся только оборудования подстанции, через которое она питается и проходит транзит.

Рис. 1.1 – Схема внешнего электроснабжения тяговой подстанции Толмачёво

1.3 Анализ существующей схемы тяговой подстанции Толмачёво

Тяговая подстанция Толмачёво питается по двум линиям 110кВ. Линия Толмачёвская – 4 питает 1 секцию шин 110 кВ. Линия Толмачёвская- 1 питает 2 секцию шин 110 кВ. На каждом из вводов подстанции установлены линейные разъединители ЛР – 1 л. Тлм – 4 и ЛР – 1 л. Тлм.-1 марки РГ-110/1000. Они совмещены с заземляющими разъединителями линий ЛР – 1 л. Тлм. - 4 и ЛР -1 л. Тлм. - 1. После линейных разъединителей установлены трансформаторы тока ТТ – 110 л. Тлм. – 4 и ТТ – 110 л. Тлм. – 1 марки ТБМО – 110.

РУ – 110 кВ оснащено ремонтной перемычкой для предотвращения перерыва в транзите электрической энергии при проведении ремонтных работ на тяговой подстанции. В ней установлены два разъединителя РП – 1 110 и РП – 2 110 марки РЛНД – 110/600. Разъединитель РП – 2 110 совмещён с заземляющим разъединителем ЗР РП – 110, установленным со стороны РП – 1 110.

На 1 и 2 секций шин 110 кВ после ремонтной перемычки установлены заземляющие ножи ЗР ЛР Тлм – 4 и ЗР ЛР Тлм – 1. За заземляющими ножами установлены линейные разъединители ЛР л. Тлм – 4 и ЛР л. Тлм – 1 марки РЛНД - 110/600. Транзит электрической энергии и соединение секций шин 110 кВ осуществляет масляный выключатель СВ – 110 марки МКП – 110 – 630 – 20. На выключателе с обеих сторон установлены трансформаторы тока марки ТВ – 110 -20. Также с двух сторон выключателя стоят разъединители СР – 1 110 и СР – 2 110, совмещённые с заземляющими разъединителями ЗР – 1, ЗР – 2. Они осуществляют заземление СВ – 110.

На каждой секции шин 110 кВ контроль напряжения обеспечивают трансформаторы напряжения ТН – 110 №1 и ТН – 110 № 2 марки НАМИ – 110.

К первой секции шин подключён главный понижающий трансформатор Т1 марки ТДН – 10000/110/10. Его подключение осуществляется через разъединитель ШР -110 Т1 марки РЛНД – 2 110/600, совмещённый с двумя заземляющими разъединителями ЗР ТН – 110 №1 и 1ЗР – 110 Т1. Между ШР – 110 Т1 и Т1 установлены: ТТ ввода №1 марки ТБМО – 110, ОПН – 110, отделитель ОД – Т1 110 марки ОД – 110/600; заземляющий разъединитель 2ЗР – 110 Т1 и короткозамыкатель КЗ – Т1 марки КЗ – 110. На вводах трансформатора стоят трансформаторы тока марки ТВТ – 110. На нейтрали трансформатора установлен разрядник марки РВС – 35 и заземляющей разъединитель нейтрали ЗРН Т – 1 марки ЗОН – 110м.

Ко второй секции шин подключён главный понижающий трансформатор Т2 марки ТДН – 10000/110/10. Его подключение осуществляется через разъединитель ШР - 110 Т2 марки РЛНД – 2 110/600, совмещённый с двумя заземляющими разъединителями ЗР ТН – 110 №2 и 1ЗР – 110 Т2. Между ШР – 110 Т2 и Т2 установлены: ТТ ввода №2 марки ТБМО – 110, ОПН – 110, отделитель ОД – Т2 110 марки ОД – 110/600; заземляющий разъединитель 2ЗР – 110 Т2 и короткозамыкатель КЗ – Т2 марки КЗ – 110. На вводах трансформатора стоят трансформаторы тока марки ТВТ – 110. На нейтрали трансформатора установлен разрядник марки РВС – 35 и заземляющей разъединитель нейтрали ЗРН Т – 2 марки ЗОН – 110м.

РУ – 110 кВ выполнено проводом марки АС – 120.

От главных понижающих трансформаторов Т1 и Т2 проходит шинный мост к комплектному распределительному устройству 10 кВ (КРУН – 10 кВ). На шинном мосту установлены разрядники РВП – 10. КРУН – 10 кВ представляет собой закрытое помещение в котором располагаются ячейки с высоковольтными выключателями, панелями защит и др. Сквозь все ячейки проходят две секции шин 10 кВ к которым и подключены выключатели. Ячейки конструктивно могут обслуживаться с двух сторон. Каждая ячейка имеет высоковольтный отсек, в котором располагается выключатель и отсек вторичных цепей для устройств автоматики и защиты. Выключатели смонтированы на тележках, что позволяет ставить выключатель в ремонтное положение. Две ячейки выделены под панели защит Т – 1 и Т – 2. К данному РУ подключены трансформаторы ТСН, ТО, ТПВ. Они располагаются на открытой части вблизи здания КРУН. Трансформаторы ТРСН – 1 и ТРСН – 2 имеют собственные ячейки. Секции соединяются через перемычку с выключателем и разъединителем. Все ячейки пронумерованы. Нечётные номера присвоены ячейкам 1 с. ш. Чётные номера имеют ячейки 2 с. ш.

В ячейке № 1 располагается вводной выключатель 10 кВ марки ВМП – 10. На вводных шинах стоит заземляющий разъединитель ЗР10 Т – 1 и трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10. В ячейки №3 смонтирована панель защит Т1. Ячейка №7 предназначена для выключателя трансформатора выпрямительного агрегата ПВ – 1. На данном фидере стоит выключатель В – ПВА1 - 10 марки ВВ/TEL-10-1000-20000. За выключателем стоят трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10 и заземляющий разъединитель ЗР ТПВ – 1. В ячейке №9 установлен выключатель с/х фидера №9 марки ВМП – 10. Ниже выключателя – трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10. Этот фидер питает Лужский комбикормовый завод. Ячейка №11 включат в себя трансформатор напряжения ТН – 10 №1 марки НТМИ – 10. Он защищён предохранителем ПКТ – 10 и разрядником РВП – 10. Перед ним установлен заземляющий разъединитель ЗР 1СШ. В ячейке №13 стоит секционный выключатель СВ – 10 марки ВМП – 10. За ним располагается заземлитель секционной перемычки 2ЗР СП – 10. Ячейку №14 занимает с/х фидер №3. Он оснащён масляным выключателем марки ВМП – 10, трансформаторами тока марки ТПОЛ – 10 и заземляющем разъединителем ЗР ф3. Ячейку №17 занимает выключатель В – ТСН - 1 трансформатора ТСН – 1. Выключатель марки ВВ/ТЕL 10/1000 – 20000, трансформатор ТМ – 400 10/0, 23. Также на этом фидере установлены трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10. На самом трансформаторе с двух сторон смонтированы заземляющие разъединители ЗР – 10 ТСН – 1 и ЗР – 220 ТСН – 1. В ячейке № 19 располагается трансформатор ТРСН – 1 марки ТМ – 63 10/0, 23 и предохранители ПКТ – 10. Этот трансформатор подключён к шинам соседней ячейки №21 фидера ПЭ – 1.Ячейку №21 занимает фидер ПЭ – 1, содержащей в себе В – ПЭ1 – 10 марки ВВ/ТЕL 10/1000 – 20000, трансформаторы тока ТПОЛ – 10, заземляющий разъединитель ЗР ПЭ – 1 и ограничители перенапряжений марки PT/TEL 10/11, 5. В ячейке №23 находится выключатель трансформатора ТО – 1 марки ВВ/ТЕL 10/1000 – 20000. За ним расположен разъединитель ЗР – 10 ТО -1. Сам трансформатор имеет марку ТМ – 250 10/0, 4 и с двух сторон заземляется разъединителями ЗР – 10 ТО – 1 и ЗР – 380 ТО – 1.

В ячейке № 2 располагается вводной выключатель 10 кВ марки ВМП – 10. На вводных шинах стоит заземляющий разъединитель ЗР10 Т – 2 и трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10. В ячейки №4 смонтирована панель защит Т2. В ячейке №6 установлен выключатель с/х фидера №2 марки ВМП – 10, трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10 и заземляющий разъединитель линии фидера ЗР Ф2. Данный фидер питает Лужский завод железобетонных консктрукций. Ячейка №8 предназначена для выключателя трансформатора выпрямительного агрегата ПВ – 2. На данном фидере стоит выключатель В – ПВА2 - 10 марки ВВ/TEL-10-1000-20000. За выключателем стоят трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10 и заземляющий разъединитель ЗР ТПВ – 2. В ячейке №10 установлен выключатель с/х фидера №10 марки ВМП – 10. Ниже выключателя – трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10. Этот фидер, также как и фидер №9, питает Лужский комбикормовый завод. Ячейка №11 включат в себя трансформатор напряжения ТН – 10 №2 марки НТМИ – 10. Он защищён предохранителем ПКТ – 10 и разрядником РВП – 10. Перед ним установлен заземляющий разъединитель ЗР 2СШ. В ячейке №13 стоит секционный разъединитель СР – 2 10кВ. За ним располагается заземлитель секционной перемычки 2ЗР СП – 10. Ячейку №16 занимает с/х фидер №6. Он оснащён масляным выключателем марки ВМП – 10, трансформаторами тока марки ТПЛ – 10 и заземляющем разъединителем ЗР ф6 Данный фидер питает Туристическую базу. Ячейку №18занимает выключатель В – ТСН - 2 трансформатора ТСН – 2. Выключатель марки ВВ/ТЕL 10/1000 – 20000, трансформатор ТМ – 400 10/0, 23. Также на этом фидере установлены трансформаторы тока марки ТПОЛ – 10. На самом трансформаторе с двух сторон смонтированы заземляющие разъединители ЗР – 10 ТСН – 2 и ЗР – 220 ТСН – 2. В ячейке № 19 располагается трансформатор ТРСН – 2 марки ТМ – 63 10/0, 23 и предохранители ПКТ – 10. Этот трансформатор подключён к шинам соседней ячейки №22 фидера ПЭ – 2. Ячейку №22 занимает фидер ПЭ – 2, содержащей в себе В – ПЭ2 – 10 марки ВВ/ТЕL 10/1000 – 20000, трансформаторы тока ТПОЛ – 10, заземляющий разъединитель ЗР ПЭ – 2 и ограничители перенапряжений марки PT/TEL 10/11, 5. В ячейке №24 находится выключатель трансформатора ТО – 2 марки ВВ/ТЕL 10/1000 – 20000. За ним расположен разъединитель ЗР – 10 ТО - 2. Сам трансформатор имеет марку ТМ – 250 10/0, 4 и с двух сторон заземляется разъединителями ЗР – 10 ТО – 2 и ЗР – 380 ТО – 2.

От ячейки №7 через высоковольтный выключатель В-ПВ1-10 получает питание тяговый трансформатор Т-ПВ1-10 марки ТРДП-12500/10-ЖУ1. На стороне 3, 3 кВ смонтирован шинный мост, к которому подключены шесть разрядников марки РВКУ-1, 65ДО1. Шинный мост соединяет тяговый трансформатор Т-ПВ1-10 с выпрямительным агрегатом ПВ1 марки ТПЕД-3150-3, 3кВ. Данный агрегат имеет двенадцатипульсовую схему выпрямления. За выпрямителем смонтирован шинный мост, который содержит в себе «+» и «-» шины. «+» шина входит в отдельную ячейку, где установлен выключатель БАОД1 марки ВАБ-28-3000-30к. После выключателя стоит шинный разъединитель ШР+-ПВ1 марки РВКЗ-10/3000 с совмещённым заземляющем разъединителем ЗР+-ПВ1. От ШР+-ПВ1 шины приходят на секцию 3, 3 кВ.

От ячейки №8 через высоковольтный выключатель В-ПВ2-10 получает питание тяговый трансформатор Т-ПВ1-10 марки УТМРУ-6300/10. На стороне 3, 3 кВ смонтирован шинный мост. Он соединяет тяговый трансформатор Т-ПВ2-10 с выпрямительным агрегатом ПВ2 марки ТПЕД-3, 15К. Данный агрегат имеет шестипульсовую схему выпрямления. К нему также подключён шкаф RCcзаземляющем разъединителем 2ЗР RC-2. За выпрямителем смонтирован шинный мост, который содержит в себе «+» и «-» шины. «+» шина входит в отдельную ячейку, где установлен выключатель БАОД2 марки ВАБ-28-3000-30к. После выключателя стоит шинный разъединитель ШР+-ПВ2 марки РВКЗ-10/3000 с совмещённым заземляющем разъединителем ЗР+-ПВ1. От ШР+-ПВ1 шины приходят на секцию 3, 3 кВ.

Секция шин 3, 3 кВ проходит над ячейками сглаживающего устройства, фидеров питания контактной сети с 1 по 4 и ячейкой запасного выключателя. Она содержит в себе «+» главную шину, «+» запасную шину и «-» шину. На секции шин установлен заземляющий разъединитель ЗР-3, 3 кВ. Между «+» и «-» шинами подключено сглаживающее устройство. «+» главная с «+» запасной шиной соединяются выключателем БВ-ЗП. Ячейка БВ-ЗП содержит выключатель БВ-ЗП марки ВАБ-28-2500/30л и разъединитель ШР БВ-ЗП марки РВКЗ-10/2000ПР3 с заземляющем разъединителем ЗР БВ-ЗП.

Ячейка фидера №1 контактной сети содержит в себе шинный разъединитель ШР-БВ1 марки РВКЗ-10/2000ПР3 с совмещённым с ним заземляющем разъединителем ЗР-БВ1, быстродействующий выключатель БВ-1 марки ВАБ-206, линейный разъединитель ЛР-БВ2, разъединитель запасной шины ЗП БВ-1 марки РВК-10/2000ПР2 и заземляющий разъединитель ЗР ф1. На крыше ячейки установлен разрядник РМВУ-3, 3кВ. К «+» шины подключён шлейф, который ведёт на опору контактной сети с установленным на ней разъединителем марки Ф1, оснащённым моторным приводом марки УМП-II.

Ячейка фидера №2 контактной сети содержит в себе шинный разъединитель ШР-БВ2 марки РВКЗ-10/2000ПР3 с совмещённым с ним заземляющем разъединителем ЗР-БВ2, быстродействующий выключатель БВ-2 марки ВАБ-206, линейный разъединитель ЛР-БВ2, разъединитель запасной шины ЗП БВ-2 марки РВК-10/2000ПР2 и заземляющий разъединитель ЗР ф2. На крыше ячейки установлен разрядник РМВУ-3, 3 кВ. К «+» шины подключён шлейф, который ведёт на опору контактной сети с установленным на ней разъединителем марки Ф2, оснащённым моторным приводом марки УМП-II.

Ячейка фидера №3 контактной сети содержит в себе шинный разъединитель ШР-БВ3 марки РВКЗ-10/2000ПР3 с совмещённым с ним заземляющем разъединителем ЗР-БВ3, быстродействующий выключатель БВ-3 марки ВАБ-206, линейный разъединитель ЛР-БВ3, разъединитель запасной шины ЗП БВ-3 марки РВК-10/2000ПР2 и заземляющий разъединитель ЗР ф3. На крыше ячейки установлен разрядник РМВУ-3, 3 кВ. К «+» шины подключён шлейф, который ведёт на опору контактной сети с установленным на ней разъединителем марки Ф3, оснащённым моторным приводом марки УМП-II.

Ячейка фидера №4 контактной сети содержит в себе шинный разъединитель ШР-БВ4 марки РВКЗ-10/2000ПР3 с совмещённым с ним заземляющем разъединителем ЗР-БВ4, быстродействующий выключатель БВ-1 марки ВАБ-206, линейный разъединитель ЛР-БВ4, разъединитель запасной шины ЗП БВ-4 марки РВК-10/2000ПР2 и заземляющий разъединитель ЗР ф4. На крыше ячейки установлен разрядник РМВУ-3, 3 кВ. К «+» шины подключён шлейф, который ведёт на опору контактной сети с установленным на ней разъединителем марки Ф4, оснащённым моторным приводом марки УМП-II.

«-» шина берёт своё начало от путевых дросселей марки ДТ-1000 и приходит в реактор марки РБФАУ-660/3250. На этом участке «-» шина имеет длину 290м и выполнена проводом марки 5АС-185.

РУ СЦБ представляет собой отдельно стоящее здание, в которое от шин собственных нужд ШСН – 220 В через предохранители ПР – 2 приходит питание на трансформатор СЦБ-1 марки ТМ-63 10/0, 23. Сами шины собственных нужд получают питание от трансформаторов ТСН1, ТСН2 или в аварийных ситуациях – от дизельного генератора марки ДГМА-48, также установленного на подстанции. От шин 10кВ СЦБ получают питание два фидера СЦБ1 и СЦБ2. Каждый из фидеров занимает две ячейки. В одной установлен выключатель 10 кВ, в другой – трансформатор напряжения. Выключатели смонтированы на выкатных тележках и имеют обозначения В-СЦБ1-10 и В-СЦБ-10 соответственно. Их марка BB/TEL 10/1000/12500. Ниже выключателей установлены трансформаторы тока марки ТПЛ-10/5 и заземляющие разъединители ЗР СЦБ1, ЗР СЦБ2. Трансформаторы напряжения имеют обозначения ТН-СЦБ1, ТН СЦБ2 и имеют марку НТМИ-10. Они смонтированы также на выкатных тележках и подключены через высоковольтные разъёмы, предохранители ПКТ-10 с подключёнными разрядниками марки РВП-10. От каждого фидера отходит кабель, ведущий на опору с разъединителем Р1 СЦБ и Р2 СЦБ.

1.4 Нагрузка тяговой подстанции Толмачёво

В связи с увеличение грузовых и пассажирских перевозок на магистрали Санкт-Петербург – Луга – Нижний Новгород на тяговых подстанциях наблюдается повышение рост потребляемой мощности тяговой нагрузки в максимальных кратковременных режимах, повышение расхода электрической энергии на тягу поездов, что представлено в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Нагрузка тяговой подстанции Толмачёво