Сооружения электроснабжения железных дорог

18



3



Содержание



Введение

	Сооружения и устройства электроснабжения

	Схема электроснабжения железных дорог

	Система тока и напряжения в контактной сети

	Задача

Заключение

Список использованной литературы




Введение



Электричество - основа развития экономики, фундамент технического прогресса во всем народном хозяйстве. Нет отрасли, нет современного предприятия, которые не нуждались бы в электричестве. Не может обойтись без него и железнодорожный транспорт.

Из нескольких систем тяги, применяемых на железных дорогах России, самой прогрессивной является электрическая тяга, вождение поездов электровозами. В масштабах страны электрические магистрали составляют сегодня примерно треть от всей длины железных дорог, но по ним осуществляется около двух третей общего объема перевозок, потому что на электротягу переводятся в первую очередь самые грузонапряженные и ответственные линии.

Сложной и ответственной частью технических средств, обеспечивающих движение поездов, является система электроснабжения тяги - комплекс устройств, с помощью которых к электровозу в каждой точке его движения подводится энергия необходимого качества.

В систему электроснабжения входят контактная сеть, смонтированная над путями, тяговые подстанции для преобразования и распределения поступающей от энергосистемы энергии, линии электропередач различного напряжения и назначения.

Современные способы электроснабжения предусматривают использование сложнейших устройств автоматики, электроники, микропроцессорной техники.

Железные дороги с электрической тягой - наиболее надежные, скоростные, высоко-комфортабельные, экономически выгодные линии. Это и наиболее экологически чистый вид транспорта.



	
Сооружения и устройства электроснабжения



Сооружения и устройства электроснабжения должны обеспечивать надежное электроснабжение:

- электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между ними при требуемых размерах движения;

- устройств связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии I категории.

- всех остальных потребителей железнодорожного транспорта в соответствии с установленной МПС России категорией.

При наличии аккумуляторного резерва источника электроснабжения автоматической и полуавтоматической блокировки он должен быть в постоянной готовности и обеспечивать бесперебойную работу устройств связи и вычислительной техники и переездной сигнализации в течение не менее 8 ч при условии, что питание не отключалось в предыдущие 36 ч.

Время перехода с основной системы электроснабжения автоматической и полуавтоматической блокировки на резервную или наоборот не должно превышать 1,3 с.

Для обеспечения надежного электроснабжения должны проводиться периодический контроль состояния сооружений и устройств электроснабжения, измерение их параметров вагонами-лабораториями, приборами диагностики и осуществляться плановые ремонтные работы.

Устройства электроснабжения должны защищаться от токов короткого замыкания, перенапряжений и перегрузок сверх установленных норм.

Металлические подземные сооружения (трубопроводы, кабели и т.п.), а также металлические и железобетонные мосты, путепроводы, опоры контактной сети, светофоры, гидроколонки и т.п., находящиеся в районе линий, электрифицированных на постоянном токе, должны быть защищены от электрической коррозии.

Тяговые подстанции линий, электрифицированных на постоянном токе, а также электроподвижной состав должны иметь защиту от проникновения в контактную сеть токов, нарушающих нормальное действие устройств связи и вычислительной техники.

Высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть на перегонах и станциях не ниже 5750 мм, а на переездах не ниже 6000 мм. В исключительных случаях на существующих линиях это расстояние может быть уменьшено до 5675 мм при электрификации линии на переменном токе и до 5550 мм на постоянном токе. Высота подвески контактного провода не должна превышать 6800 мм.

В пределах искусственных сооружений расстояние от токонесущих элементов токоприемника и частей контактной сети, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава должно быть не менее 200 мм на линиях, электрифицированных на постоянном токе, и не менее 350 мм - на переменном токе.

В особых случаях на существующих искусственных сооружениях с разрешения МПС России может допускаться уменьшение указанных расстояний.

Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на перегонах и станциях должно быть не менее 3100 мм.

Опоры в выемках должны устанавливаться вне пределов кюветов. В особо сильно снегозаносимых выемках (кроме скальных) и на выходах из них (на длине 100 м) расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети должно быть не менее 5700 мм. Перечень таких мест определяется начальником железной дороги.

На существующих линиях до их реконструкции, а также в особо трудных условиях на вновь электрифицируемых линиях расстояние от оси пути до внутреннего края опор контактной сети допускается не менее: 2450 мм на станциях и 2750 мм на перегонах.

Все указанные размеры установлены для прямых участков пути. На кривых участках эти расстояния должны увеличиваться в соответствии с габаритным уширением, установленным для опор контактной сети.

Все металлические сооружения (мосты, путепроводы, опоры), на которых крепятся элементы контактной сети, детали крепления контактной сети на железобетонных опорах, железобетонных и неметаллических искусственных сооружениях, а также отдельно стоящие металлические конструкции (гидроколонки, светофоры, элементы мостов, путепроводов и др.), расположенные на расстоянии менее 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением, должны быть заземлены или оборудованы устройствами защитного отключения при попадании на сооружения и конструкции высокого напряжения.

Заземлению подлежат также все расположенные в зоне влияния контактной сети и воздушных линий переменного тока металлические сооружения, на которых могут возникать опасные напряжения.

Расстояние от нижней точки проводов воздушных линий электропередачи напряжением свыше 1000 В до поверхности земли при максимальной стреле провеса должно быть на перегонах не менее - 6,0 м (в труднодоступных местах - 5,0 м; на пересечениях с автомобильными дорогами, станциях и в населенных пунктах - 7,0 м).

При пересечениях железнодорожных путей расстояние от нижней точки проводов воздушных линий электропередачи напряжением свыше 1000 В до уровня верха головки рельса неэлектрифицированных путей должно быть не менее 7,5 м.

Схема питания и секционирования контактной сети, линий автоблокировки и продольного электроснабжения должна быть утверждена начальником железной дороги. Выкопировки из этой схемы включаются в техническо-распорядительный акт станции.



	
Схема электроснабжения железных дорог



Вначале для высокоскоростных линий, была разработана система тягового электроснабжения по трехпроводной схеме с использованием автотрансформаторов (АТ), позволившая значительно увеличить расстояние между тяговыми подстанциями. Эта система была затем принята в качестве стандартной для всех железных дорог, электрифицированных на переменном токе. Для участков малой протяженности была специально разработана система электроснабжения с коаксиальным кабелем.

В таблице 1 приведены принципиальные схемы различных систем тягового электроснабжения, применяемых на железных дорогах.



Таблица 1

Система электроснабжения

Схема электроснабжения

Постоянного тока



Переменного тока с отсасывающими трансформаторами (ВТ)



Переменного тока с автотрансформаторами (АТ)



Переменного тока с коаксиальным кабелем






Схема системы тягового электроснабжения постоянного тока представлена на рисунке 1.





Рис. 1. Схема системы тягового электроснабжения постоянного тока HS CB — быстродействующие сетевые выключатели



Наиболее распространенными схемами электроснабжения систем централизации и блокировок СЦБ) предприятий железнодорожного транспорта являются схемы консольного и встречно-консольного питания. При схеме консольного питания (рис. 2) напряжение в линию СЦБ подается от одной из тяговых подстанций. В случае пропадания основного питания включается резервный выключатель на смежной тяговой подстанции. Если повреждение устойчивое и включение от смежной подстанции не даст успешного результата, резервирование устройств СЦБ производится по стороне 0,4 кВ от линии 6(10) кВ продольного электроснабжения. Расстояние между смежными подстанциями составляет порядка 15–25 км. Схема является основной для участков дорог с тягой на постоянном токе.






Рис. 3. Консольная схема построения ВЛ СЦБ АВР – автоматический ввод резервного питания; АПВ – автоматическое повторное включение; ПЭ – продольное электроснабжение



При встречно-консольной схеме (рис. 3) в нормальном режиме питание осуществляется от шин двух тяговых подстанций. В центре фидера устанавливается разъединитель или выключатель с дистанционным управлением. При отключении любой из питающих подстанций выключатель (разъединитель) включается и запитывает обесточенную полузону. В этом случае расстояние между двумя смежными подстанциями составляет 40–50 км. Схема является основной для участков дорог с тягой на переменном токе 27,5 кВ.





Рис. 3. Встречно-консольная схема построения ВЛ СЦБ УР – управляемый разъединитель; ДПР – два провода – рельс



	Система тока и напряжения в контактной сети



Структура системы электроснабжения электрифицированной железной дороги представлена на рис. 4.






Рис.4. Блок-схема системы электроснабжения электрифицированных железных дорог.



По линиям 110 – 220 кВ электроэнергия поступает в энергохозяйство электрифицированной железной дороги.

Далее электроэнергия к объектам электрифицированной железной дороги поступает различными путями в зависимости от рода тока. Если тяга на постоянном токе, то на тяговой выпрямительной подстанции напряжение воздушных линий 110 – 220 кВ снижается приблизительно до 2,5 кВ, выпрямляется, сглаживается и при постоянном напряжении 3,0 (3,3) кВ передается по контактной сети, откуда питается подвижной состав. При этом вторым полюсом системы электроснабжения являются рельсы.

Если тяга на переменном токе, то имеют место три способа электропитания подвижного состава:

- при напряжении 27,5 кВ (25 кВ) переменного тока частотой 50 Гц;

- при напряжении 2х25 кВ переменного тока (с отсасывающими автотрансформаторами) частотой 50 Гц;

- при напряжении 15 кВ переменного тока частотой 162/3 Гц или 25Гц.

Далее внутри электроподвижного состава напряжение 15,25 (27,5) кВ переменного тока снижается примерно до 2,5 кВ, выпрямляется и передается к тяговым электродвигателям.

Для получения 15 – 25 кВ напряжение энергосистем на тяговых подстанциях снижается с помощью соответствующих трансформаторов, имеющих неординарные системы вторичных обмоток, обеспечивающих симметрию в сети.

Тяговые подстанции на постоянном токе обслуживают участок дороги с протяженностью до 18-20 км, переменном токе 27,5 кВ до 40-50 км, переменном токе 2х25 кВ – до 80-100 км.

Передача электрической энергии по проводам связана с некоторым понижением напряжения у потребителя, тем большим, чем больше потребляемая их мощность и чем дальше от питающего центра он расположен. Вследствие этого поезда, удаляющиеся от подстанций, питаются электрической энергией при более низком напряжении, и если нельзя изменить режим ведения поезда, кроме тяговых двигателей, приводящих в движение поезда, располагаются также и другие, так называемые вспомогательные машины, выполняющие различные функции (обеспечение торможения, охлаждение двигателей и др.). Производительность связанных с ними устройств зависит от уровня напряжения на зажимах этих машин. Поэтому вопрос поддержания определенного значения напряжения в сети у поезда является весьма важным для обеспечения нормальной работы электрифицированных железных дорог.

Способы поддержания напряжения на необходимом уровне определяются техническими и экономическими соображениями.

Бесперебойность и экономичность работы электрифицированной дороги зависят от резервирования различных элементов устройства. Учитывая важность надежной работы электрифицированной железной дороги для обеспечения перевозочного процесса при всех условиях и особенно то, что электрическая тяга, как правило, работает на наиболее грузонапряженных магистралях, большое значение приобретает система резервирования.

Питание различных железнодорожных стационарных потребителей, а также потребителей прилегающих к железной дороге районов осуществляется от одной и той же системы электроснабжения. Поэтому при ее проектировании и сооружении вопросам надежности и экономичности питания этих потребителей также уделяют необходимое внимание. При этом питание железнодорожных потребителей в большинстве случаев прямо или косвенно связано с надежностью работы данной железнодорожной линии и должно, поэтому обеспечиваться с высокой надежностью. Систему резервирования в схемах питания не тяговых потребителей выбирают с учетом их характера и значимости.



4. Задача



Исходные данные:

- род груза и вагонов – железная руда в полувагонах – 0,14;

- серия локомотива (электровоза) – ВЛ80;

- приведенные затраты на 1 локомотиво-час простоя на участке с бригадой (), руб. – 15,07;

- число вагонов в составе поезда (m), вагонов – 56;

- участковая скорость (Vуч), км/ч – 50;

- длина участка между техническими станциями (lуч), км – 200;

- среднее время нахождения транзитного поезда на технической станции (tтр), час – 1 / 0,8.

При решении задачи необходимо:

1) определить приведенные затраты на один поездо-час простоя на участке маршрутных поездов;

2) определить коэффициент, учитывающий простой транзитного поезда на технической станции, примыкающей к участку;

3) дать описание основных показателей эксплуатационной работы (количественные и качественные);

4) дать понятие об обороте вагона и привести рисунок расчленения его на элементы (в процентах).

Решение:

Поезд представляет собой состав сцеплённых железнодорожных вагонов, приводимых в движение локомотивом.

Маршрутизация перевозок - это система организации отправления грузов маршрутами (целым составом поезда) с одной или нескольких железнодорожных станций назначением в пункты выгрузки, расположенные в одном районе. Осуществляется по планам маршрутизации, составленным на железных дорогах. Маршруты подразделяются на: отправительские, организуемые из вагонов, погруженных одним отправителем на одной станции; ступенчатые - из вагонов, погруженных разными отправителями на одной или нескольких станциях одного или двух участков; формируемые на специализированных маршрутных базах, которые создаются на выходах из районов массовой погрузки. По дальности следования отправительские и ступенчатые маршруты подразделяются на: местные (внутридорожные) - при следовании в пределах одной железной дороги, и сетевые - при следовании в пределах двух и более железных дорог. Маршруты, обеспеченные постоянно закрепленным составом вагонов для обращения между определёнными пунктами отправления и назначения, называются кольцевыми.

Приведенные затраты простоя на промежуточных станциях участка складываются из затрат на 1 локомотиво-час простоя с локомотивной бригадой и затрат на 1 вагоно-час простоя груженых вагонов с различными грузами, отгружаемыми маршрутами:



,



Где  - приведенные затраты на 1 локомотиво-час простоя локомотива с бригадой на участке (на промежуточных станциях участка);

 - затраты, связанные с простоем состава на участке в течение часа, руб.:



 = (1 + kз  Vуч)  m  свч,



Где kз – коэффициент, учитывающий простой транзитного поезда на технической станции, примыкающей к участку:



,



Где tтр – среднее время нахождения транзитного поезда на технической станции, ч.;

lуч – длина участка между техническими станциями, км;

Vуч – участковая скорость, км/ч;

m – число вагонов в составе поезда, вагонов;

свч – среднее значение приведенных затрат на 1 вагоно-час просто вагона (с учетом времени нахождения вагонов во всех плановых видах ремонта), руб.

 

1 = (1 + 0,005  50)  56  0,14 = 9,8 1 = (1 + 0,004  50)  56  0,14 = 9,408

 

Минимум затрат достигается при втором варианте. На величину расходов оказывает непосредственное влияние среднее время нахождения транзитного поезда на технической станции. Таким образом, сокращение времени нахождения транзитного поезда на технической станции ведет к снижению приведенных затрат на 1 поездо-час простоя на участке маршрутного поезда.. В свою очередь, сократить время нахождения транзитного поезда на технической станции можно путем снижения времени смены локомотивных бригад или времени смены локомотива поезда и приближением этого времени к нормативному.

Эксплуатационная работа характеризуется как количественными, так и качественными показателями, представленными на рис. 5.

Оборот вагона представляет собой цикл использования вагона, измеряемый от одной погрузки до следующей, измеряемое от одной его погрузки до след, в сутках и часах. В цикл входят время на погрузку, формирование поезда, следование вагона в составе поезда к месту выгрузки; простои вагона на участках и сортировочных станциях и под выгрузкой на станции назначения и т.д. Среднее время оборота вагона на железных дорогах определяется отношением затрат времени рабочего парка вагонов к числу погруженных вагонов. Понятие оборота вагона различают для разных категорий вагонов: для транзитных груженых вагонов (от приема до сдачи в груженом состоянии), для груженых вагонов, поступивших под разгрузку и затем используемых под погрузку (от приема в груженом состоянии до погрузки) и т.д. На оборот вагона оказывает существенное влияние величина полного рейса вагона. Элементы оборота вагона представлены на рис. 6.





Рис. 5. Основные показатели эксплуатационной работы






Рис. 6. Элементы оборота вагона




Заключение



Электроснабжение электрифицированных железных дорог осуществляется спец. системой, состоящей из тяговых подстанций (ТП), контактной сети (КС) и соединяющих их линий. На ТП электрическая энергия поступает по трёхфазным высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) и после необходимого преобразования передаётся через питающие и отсасывающие линии в КС и далее электрическому подвижному составу (ЭПС).

К особенностям электроснабжения электрифицированных железных дорог относятся резкая неравномерность нагрузок устройств, трудность защиты от токов короткого замыкания, несинусоидальность и несимметрия токов (в системах переменного тока), влияние на линии связи, возврат энергии при рекуперативном торможении локомотивов. Для уменьшения колебаний подводимого к ЭПС напряжения и улучшения энергетических показателей системы используются трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой, компенсирующие и другие устройства.

Бесперебойное движение поездов обеспечивается высокой надёжностью устройств энергоснабжения, стационарными и передвижными резервными агрегатами ТП.

Методы выбора параметров устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог (мощности трансформаторов и выпрямителей, сечения проводов КС, мощности компенсирующих устройств, установок защиты и системы автоматического регулирования напряжения) существенно отличаются от применяемых в системах электроснабжения других объектов.




Список использованной литературы



	Ефимов А.В., Галкин А.Г. Надежность и диагностика устройств электроснабжения железных дорог. - М.: УМК 2000. - 512 с.

	Кочнев Ф.П., Сотников И.Б. Управление эксплуатационной работой железных дорог. - М.: Транспорт, 1990. – 424 с.

	Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. – М.: Транспорт, 1982. – 528 с.

	Почаевец В. Т. АСУ устройствами электроснабжения железных дорог. – М.: Маршрут, 2003. – 318 с.

	Сотников И.Б. Эксплуатация железных дорог: в примерах и задачах. - М.: Транспорт, 1990. - 232 с.

	Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте / Под ред. П.С. Грунтова.- М.: Транспорт, 1994. - 543 с.