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 также, чтобы расходы на их
монтаж и эксплуатацию были невелики.
Познакомимся с устройством типовой тяговой подстанции постоянного
тока (рис. 132). На ней установлено два силовых трансформатора 77 и
Т2 (их может быть и больше). Каждый из трансформаторов соединен со
своим выпрямителем В, собранным по трехфазной мостовой схеме. Катоды
выпрямителей быстродействующими выключателями БВ и разъединителями Р
соединены с шиной <-(- > распределительного устройства РУ
постоянного тока. Аноды выпрямителей соединены разъединителями с
шиной <->.
Шина <+ >, или, как еще ее называют, главная шина, соединена
фидерами с контактной сетью. В фидер для защиты подстанций от
коротких замыканий в контактной сети включены быстродействующий
выключатель БВф и два разъединителя Рф. Отключив эти разъединители,
можно производить в безопасных условиях ревизию или осмотр
быстродействующего выключателя. Защита от коротких замыканий должна
действовать избирательно (селективно)
и не отключать контактную сеть в тяжелых рабочих режимах, например
при одновременном пуске нескольких единиц электроподвижного состава,
резком колебании нагрузок, связанных с перегруппировкой тяговых
двигателей.
Фидеров обычно бывает несколько (на рис. 132 показан один).
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.
Поясним особенности выпрямления переменного тока на тяговых
подстанциях. Выше было отмечено, что выпрямленный ток на подстанциях
является практически постоянным 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
двухпериодная схема выпрямления (см. рис. 62, б); по такой же схеме
включают и все три фазы вторичной обмотки трансформатора,
соединенные <звездой>. К обмоткам присоединены шесть групп вентилей,
работающих поочередно. При этом обеспечивается шестифазное
выпрямление. Кроме того, для сглаживания пульсаций выпрямленного
тока в шину <-> включают сглаживающий реактор СР. л
Схема рис. 132 упрощена; на ней, например, не показаны запасная шина
и запасной БВ, с помощью которых, не прерывая питание, можно
заменить любой БВ фидера; не показан также ряд других устройств и
аппаратов.
Чтобы еще больше уменьшить колебания выпрямленного напряжения, можно
применить параллельную работу двух преобразовательных агрегатов,
каждый из которых имеет шестипульсовые схемы выпрямления. Пульсации
выпрямленного напряжения каждой установки следуют со сдвигом 360°:6=
= 60°. Если искусственно сделать дополнительный сдвиг на 30° при
параллельной работе двух выпрямителей, то на выходных линиях
подстанции будет выпрямленное напряжение с 12-фазной пульсацией.
Отклонение этих колебаний от среднего значения выпрямленного
напряжения меньше, чем при шестипульсовой схеме.
Рис. 132. Принципиальная схема тяговой
подстанции постоянного тока
Для того чтобы можно было осуществить рекуперацию на
электроподвижном составе, независимо от наличия потребителя на линии
устанавливают инверторы или поглощающие устройства на подстанциях.
Принцип инвертирования (преобразование постоянного тока в
переменный) был рассмотрен применительно к установкам на
электроподвижном составе. В отличие от рассмотренного инвертор,
расположенный на подстанции, является многофазным: он преобразует
постоянное напряжение в трехфазное.
В СССР применяют в основном выпрямительно-инверторные установки,
силовая схема которых рассчитана на работу в двух режимах:
выпрямления и инвертирования. При наличии такой установки энергия
рекуперации передается от тяговой подстанции в систему первичного
(внешнего) электроснабжения.
Поглощающие устройства состоят из резисторов. Поглощающие резисторы,
в которых энергия рекуперации бесполезно рассеивается, целесообразно
применять лишь тогда, когда количество энергии рекуперации,
поступающее на подстанции, незначительно, и эта энергия в основном
потребляется электровозами, находящимися в тяговом режиме. Это
возможно на многопутных электрифицированных участках с интенсивным
движением, на которых всегда в зонах питания имеются электровозы,
потребляющие энергию.
Однако в некоторые моменты времени на таких участках кратковременно
могут отсутствовать электровозы - потребители энергии рекуперации.
При отсутствии приемников этой энергии возможны срывы
рекуперативного торможения поездов, движущихся с большой скоростью
по уклону. Это недопустимо как с точки зрения безопасности движения,
так и вследствие возникновения в таких случаях чрезмерно высокого
напряжения, опасного для тяговых двигателей.
Поэтому на тяговых подстанциях устанавливают поглощающие резисторы,
служащие резервным приемником энергии рекуперации в указанные
моменты времени. Их включение должно производиться безынерционно как
только напряжение в контактной сети превысит напряжение на выходе
выпрямителя, установленного на подстанции.
На подстанциях дорог переменного тока используют силовые
трансформаторы различных типов с разными схемами соединения их
обмоток в зависимости от величины нагрузок и условий
электроснабжения тяговой подстанции. В случае питания тяговой
подстанции от двух линий электропередачи (ЛЭП) первичные обмотки
трансформаторов 77 и Т2 (рис. 133) присоединяют к разным ЛЭП.
В случае необходимости эти обмотки можно подключить к одной и той же
ЛЭП, применив перемычку (на рис. 133 перемычка не показана). Две
фазы вторичных обмоток трансформаторов, например Л и С, соединены с
шинами тяговой подстанции.
Шины высоковольтными выключателями ВВ и фидерами соединены с
контактными подвесками путей I и II двухпутного участка. Третья фаза
(в нашем примере В) соединена с рельсами. Более или менее
равномерная нагрузка фаз обеспечивается благодаря подключению
контактной подвески I к фазам Л и С.
Так же подсоединена контактная подвеска II другого пути. Для
предотвращения короткого замыкания между фазами Л и С контактные
подвески электрически разделены нейтральными вставками.
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. 132 и 133 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 трансформаторы тяговых
подстанций дорог переменного тока имеют третью трехфазную обмотку,
соединенную с шинами Л', В', С'. На тяговых подстанциях дорог
постоянного тока устанавливают отдельные трансформаторы ТЗ (см. рис.
132), питающие районные потребители.
Многие тяговые подстанции превратились по существу в районные,
нагрузки которых в значительной мере определяются нетяговыми
потребителями. Электровоор^женность труда значительно повышает его
производительность, улучшает условия быта и отдыха населения. Важную
роль в решении этих задач играет 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.
