Система тягового электроснабжения переменного тока 2х25 кВ и режимы её работы

Федеральное Агентство Железнодорожного Транспорта

Иркутский Государственный Университет Путей Сообщения

























Контрольная работа №4 по ЭЖД:

Система тягового электроснабжения переменного тока 2х25кВ и режимы её работы











Выполнил: студент группы ЭНС-06-3

	Брагин В.А.

	Проверил: Молин Н. И.

	

	

	

	

	г. Иркутск 2010

	
Задание:



1.Принципиальная схема СТЭ: нарисовать схему, назвать элементы схемы, обозначить токи и напряжения, принцип устройства системы, векторная диаграмма.

2.Преимущества и недостатки системы 2х25кВ по сравнению с 1х25кВ.

3.Принципиальная схема тяговой подстанции с однофазными двухобмоточными и трехобмоточными трансформаторами.

4.Принципиальная схема автотрансформаторного пункта.

5.Принципиальная схема питания потребителей электрической энергии от тяговой подстанции железной дороги, электрифицированной по системе 2х25кВ.




1.Принципиальная схема СТЭ: нарисовать схему, назвать элементы схемы, обозначить токи и напряжения, принцип устройства системы, векторная диаграмма





Uкп

Uкр

Uпр

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений СТЭ 2х25 кВ, 

Uкп = Uкр - Uпр

110 –

220 кВ

ТТ1

АТ

АТ

ТТ2

110 -120 кВ

КС

ПП

 ТР

электровоз

А

Х

А

Х

а1







х2

х1

а2

Рис 1. Принципиальная схема системы электроснабжения 2х25 кВ: ТТ - тяговый трансформатор; КС – контактная сеть; ПП – питающий провод; АТ - автотрансформатор; ЭПС – электроподвижной состав



На ТП1 и ТП2 рис.1 установлены однофазные трансформаторы, име-ющие первичные обмотки А – Х и две одинаковые вторичные обмотки а1 – х1 и а2 – х2 с номинальным напряжением 27,5 кВ. 

Обмотки соединены последовательно и их общая точка подключена к тяговому рельсу ТР. Вывод одной из вторичных обмоток подключён к контактной сети КС, а другой к питающему проводу ПП, который подвешивается на опорах КС с полевой стороны. Напряжение между КС, ПП и Р – 27,5 кВ, а между КС и ПП – 55 кВ.

На МПЗ на расстоянии L А = 7 ÷ 15 км устанавливают автотрансформаторы АТ с Ктт = 2. АТ подключены к КС и ПП, а средняя точка присоединена к тяговому рельсу ТР. АТ понижает напряжение Uкс-пп = 50 кВ до напряжения Uкс-тр = 25 кВ.

Вектора напряжения Uкр = Uпр = 27,5 кВ и сдвинуты друг относительно друга на 180 электрических градусов. Напряжение между КС и ПП Uпр = Uкр - Uпр (рис. 2).

Электроэнергия к электровозу передаётся по замкнутым контурам слева и справа до АТ. Слева ТТ1 – КС – АТ - ПП до АТ при напряжении 50 кВ и по контуру справа ТТ2 – КС – АТ - ПП при напряжении 50 кВ. АТ понижает напряжение до 25 кВ и передаёт её к электровозу по КС.

При движении поезда по МПЗ АТ по очереди принимают нагрузку от электровоза. Ток электровоза напряжением 50 кВ протекает до ближайшего к электровозу АТ. На большей части расстояния МПЗ электроэнергия передаётся к ЭПС напряжением 50 кВ. Так как S = U х I, то ток в КС при U=50 кВ в два раза меньше чем ток в КС при напряжении 25 кВ. Поэтому уменьшаются потери напряжения и потери активной энергии в СТЭ 2х25 кВ по сравнению с СТЭ 1х25 кВ.

В СТЭ 2х25 кВ КС и ПП являются ЛЭП для АТ. Возврат тягового тока на ТП осуществляется по ПП, расположённому на одной высоте с КС. Это приводит к существенному снижению опасного и мешающего магнитного влияния на смежные устройства ЖД.

Изоляция КС и ПП, также применяемое оборудование СТЭ и электровоза выполняется на напряжение 25 кВ.

Для СТЭ 2х25 кВ на ТП используются однофазные трансформаторы ТТ1, ТТ2 с двумя одинаковыми вторичными обмотками с номинальным напряжением 27,5 кВ. Обе обмотки снабжены устройством РПН и соединяются последовательно. Каждое плечо подстанции питается от отдельного трансформатора. Это позволяет регулировать напряжение на шинах ТП устройством РПН независимо от нагрузки соседнего плеча питания. Для резервного трансформатора используют дополнительный однофазный трансформатор Т3 с возможностью подключения его к шинам 110(220) кВ и 55 кВ вместо любого трансформатора (рис.3).



2. Преимущества и недостатки системы 2х25кВ по сравнению с 1х25кВ



Преимущества СТЭ 2х25 кВ по сравнению с 1х25 кВ: 1.Увеличивается напряжение передачи ЭЭ до электровоза до 50 кВ на большей части расстояния МПЗ. Чем больше АТ в МПЗ тем больше эффект от передачи электроэнергии напряжением 50 кВ; 2.В МПЗ уменьшаются токи тяговой сети, потери напряжения и активной мощности (энергии);

3.Снижается опасное и мешающее влияние на смежные устройства;

4.Увеличивается расстояние между ТП и существенно сокращается число дорогостоящих ТП и отпаек от ЛЭП;

5.Увеличивается пропускная способность участка по устройствам электроснабжения;

6.Регулирование напряжения на шинах ТП с помощью РПН трансформатора не зависит от нагрузки смежного плеча;

7.Используются электровозы, изоляция контактной сети и электрооборудование ТП на напряжение 25 кВ при передачи ЭЭ напряжением 50 кВ.

8.СТЭ 2х25 кВ перспективна для электрификации грузонапряжённых участков и усиления действующих участков переменного тока.  Недостатки СТЭ 2х25 кВ по сравнению с 1х25 кВ:

1. Увеличенное количество тяговых трансформаторов на тяговой подстанции: три однофазных трёх обмоточных тяговых трансформатора и один трёхфазный двух обмоточный трансформатор 110(220) кВ для питания районных нетранспортных потребителей;

2. Дополнительный питающий провод А-185;

3.Значительное количество автотрансформаторов в межподстанционной зоне 5 – 7 шт;

4. Увеличенное количество выключателей 110(220), 27,5 кВ. 



3. Принципиальная схема тяговой подстанции с однофазными двухобмоточными и трехобмоточными трансформаторами



Для одновременного питания районных и тяговых трансформаторов используют трех обмоточные однофазные трансформаторы (рис.3). В этой схеме трансформаторы Т1, Т2, Т3 подключают к первичным шинам 110(220) кВ по схеме полного треугольника. Для тяги используют вторичные обмотки только двух трансформаторов Т1 и Т2. Третьи обмотки всех трёх трансформаторов соединяют в треугольник для питания районных нетранспортных потребителей. Трансформатор Т3, питающий только районный потребитель, является резервным для тяги и должен иметь три варианта подключения к шинам 110(220) кВ и два варианта - к РУ 55 кВ. При выходе из строя одного из тяговых трансформаторов третий заменяет его, а районный потребитель питается от открытого треугольника с ухудшенными качествами напряжения.

На ТП с двухобмоточными однофазными тяговыми трансформаторами для питания районных потребителей устанавливают два трёхфазных двух или трех обмоточных трансформаторов, один из которых резервный. Такой вариант схемы ТП требует пять трансформаторов. При этом районный и тяговый потребители разделены, что приводит к значительному снижению влияния тяги на районный потребитель. 

Для улучшения электроснабжения районных потребителей схему с тремя трёхобмоточными тяговыми трансформаторами дополняют одним трёхфазным двух или трёхобмоточным трансформатором для районных нетранспортных потребителей (рис.3). 

Параллельная работа по контактной сети ТТ с однофазными трансформаторами (СТЭ 2х25 кВ) и ТП с трёхфазными трансформаторами (СТЭ 1х25 кВ) не возможна, так как однофазные трансформаторы подают в тяговую сеть линейное напряжение ЛЭП, а трёхфазные трансформаторы – фазное напряжение. Угол между этими напряжениями - 30 эл. градусов. 



UB 



UВА	





UCB 



UA	 UC 

UAC



Стыкование двух систем тяги выполняют на ТП, на которой устанавливают два трёхфазных трансформатора Т1 и Т2 для питания одного плеча напряжением 25 кВ и два однофазных Т3 и Т4 – для другого плеча напряжением 55 кВ (рис.4). Второй трансформатор устанавливают для резерва. На стыковой подстанции трёхфазный трансформатор загружен одним плечом тяги. По КС между СТЭ 1х25 кВ и 2х25 кВ устанавливают нейтральную вставку.

Подстанции с однофазными трансформаторами потребляют из ЛЭП 110(220) кВ несимметричный ток. 



4. Принципиальная схема автотрансформаторного пункта



Важным элементом СТЭ 2х25 кВ являются автотрансформаторные пункты (АТП). На двухпутном участке на АТП устанавливают АТ независимо на каждый путь. АТ располагают на расстоянии 7 – 25 кВ. 

АТ подключают к КС и ПП через разъединители. Средний вывод АТ присоединяют к средней точке дроссель – трансформатора. АТП оборудованы короткозамыкателями (КЗ), на который воздействует защита АТ. Отключается АТ при отсутствии напряжения в КС. Отключение одного АТ не нарушает движение поездов, а только несколько снижается напряжение КС и увеличивается нагрузка смежных АТ (рис. 5).

Посты секционирования (ПСК) в СТЭ 2х25 кВ имеют такое же значение, что и в СТЭ 1х25 кВ: облегчить условия работы защиты КС, улучшить режим напряжения, уменьшить потери активной мощности, ограничить участок КС, с которого снимается напряжение при повреждении.

ПС имеет две шины, фидера – двухфазные выключатели. ПСК оборудован защитой КС, телемеханикой, ТСН от ДПР (рис. 6). 







П



К









ЗР



ТН

						ОД





 



КЗ









  

АТ						

 

 





ТР







Рис. Электрическая схема автотрансформаторного пункта: П – питающий провод, К – контактная сеть, ОД – отделитель, ЗР - заземляющий разъединитель, КЗ – короткозамыкатель, АТ – автотрансформатор, ТР – тяговый рельс


Симметрирование токов и напряжений в питающей сети. В СТЭ 2х25 кВ, так же как в СТЭ 1х25 кВ, необходимо выполнять симметрирование токов в трёхфазной ЛЭП. Симметрирование выполняется путём циклического изменения присоединения однофазных трансформаторов ТП к проводам ЛЭП.

В схеме фазировки однофазных трансформаторов к шинам КС подключают начала первых обмоток 27,5 кВ обоих трансформаторов, а к шинам ПП – концы вторых обмоток. Концы первых обмоток соединяют с началом вторых и подключают к рельсам.

Из векторных диаграмм вторичных обмоток трансформаторов видно, что угол между напряжениями шин КС равен 120 эл. град. И Uном = 27,5 √3 = 47,6 кВ. Такое же напряжение между шинами ПП. Это вызывает необходимость подключать один провод ДПР к шинам КС одного трансформатора , а другой к к шине ПП второго трансформатора. Так же подключают ТСН.

Возможен другой вариант фазировки ТП. К шинам КС подключают первую обмотку одного трансформатора и вторую обмотку второго трансформатора. К шинам ПП – наоборот вторую обмотку первого трансформатора и первую обмотку второго трансформатора. Между шинами КС напряжение равно 27,5 кВ и угол между векторами составляет 60 эл. град. Такое же напряжение между шинами питающего провода. В этой схеме ДПР может быть подключён к шинам КС.

В обоих схемах фазировка подключения трансформаторов к шинам 27,5 кВ одинаково на всех ТП. КС получает питание от трансформаторов смежных ТП, подключённых к одноимённым фазам ЛЭП. Это обеспечивает двустороннее питание КС.

8