АБСОЛЮТНАЯ ТЯГОВАЯ СЕТЬ ЛИНИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА С НЕПРЕРЫВНЫМ ПИТАНИЕМ ВАГОНОВ
ABSOLUTE NETWORK OF METROPOLITEN LINES WITH CONTINUOUS NUTRITION OF CARS

Использование: энергоснабжение тяговой сети линий метрополитена.
Сущность изобретения: тяговая сеть состоит из контактной сети, включающей контактный рельс (КР) и подводящие кабели, и отсасывающей сети с ходовыми рельсами и отсасывающими кабелями. Секционирование осуществляется при помощи активных узлов секционирования (АУС). Такое секционирование позволяет непрерывно питать вагоны (неперекрываемых воздушных промежутков контактного рельса (ВПКР) попросту нет!) в штатных ситуациях и избежать передачи напряжения между смежными секциями КР через токоприемники вагона при отключениях хоть одной из секций. АУС позволяет секционировать КР в любом месте, следовательно, возможно, а даже нужно, выбирать место с минимизацией длин питающих кабелей. Количество кабелей в линии берем максимальное по токам, тогда контактная сеть становится абсолютной. Улучшить проводящие характеристики невозможно, препятствием становится КР, а КР не рассчитывается и задан.
По сути удалось ослабить требование: «при движении поезда не замыкать через токоприемники вагона разделенные секции», [3, стр. 32] следующим «при движении поезда не замыкать через токоприемники вагона разделенные секции при отключении одной из них», так как при включенных секциях они всегда замкнуты через шину 825+ на тяговой подстанции (ТП).
Уровень техники. В настоящее время на всех отечественных метрополитенах применяется система электроснабжения тяговой сети от подстанций с секционированием контактного рельса неперекрываемыми (>=14 м) ВПКР по каждому главному пути на участках перед пассажирскими станциями (не далее 50 метров от края платформы), где поезд, как правило, движется в режиме выбега или торможения. В известной из патента SU 1771451 A3 1992 г., Бюл. №39 схеме питания делалась попытка обеспечить непрерывную передачу энергии рекуперации, но при этом увеличивалось количество разъединителей и усложнялась схема управления разъединителями, особенно при поперечном транзите электроэнергии. Поэтому за 25 лет эта схема не применялась и осталась без дальнейшего развития.
На Рис. 1 представлена принципиальная схема питания контактной сети главных путей метрополитена от АО «Моспромпроект». Назовем ее МПП-схема. Схема универсальна, т.к. обозначена только необходимость секционирования при децентрализованном питании секций, а выбор способа секционирования отложен. Если в качестве узла секционирования взять неперекрываемый ВПКР, то получится классическая принципиальная схема от Метрогипротранса.
В дальнейшем на всех рисунках сквозная система условных обозначений:
1 - контактный рельс
2 - нейтральная вставка
3 - отвод контактного рельса
4 - изолирующий стык
5 - шкаф подключения тяговой сети (ШПТС) с двухполюсным разъединителем
6 - двухполюсный разъединитель ручной
7 - ячейка РУ-825 В с ВАБ и трехполюсным разъединителем
8 - кабели подключения питания
9 - медная шина 2×(120×10 мм) с компенсатором
10 - медная шина 60×10 мм с компенсатором
11 - медная шина 2×(120×10 мм)
12 - медная шина 60×10 мм
КР претерпевает конструктивные разрывы (переход КР с одной стороны тоннеля на другую, входы в притоннельные помещения, съезды на стрелочных переводах, съезды в депо и другие линии). Электрических разрывов в этих местах быть не должно. Эти разрывы обеспечиваются воздушными промежутками КР (ВПКР) с концевыми отводами (длина <=10 м; расстояние между токоприемниками (по 2 шт на каждой стороне вагона) ровно 12,6 м), а электрический разрыв восстанавливается кабельными перемычками.
Секционирование контактного рельса необходимо, чтобы была возможность отключать только участки контактной сети, не отключая всю сеть целиком и защищать контактную сеть от к.з. и перегрузок.
Рассмотрим вспомогательные неортодоксальные промежутки КР.
В начале своей истории КР - это просто приподнятый ходовой рельс. Обслуживание, а затем и монтаж КР были переданы от службы электроснабжения службе пути и КР стал составной частью верхнего строения пути, [4, стр. 9]. За прошедшие более полувека ходовой рельс обогатился изолирующими стыками, а с КР этого не случилось.
Деление контактной сети на участки (секции) осуществляется в местах присоединения питающих линий к КР. Разрывы КР в этих местах называем токоразделами. Физический разрыв КР в месте токораздела вовсе необязателен, достаточно электрического разрыва. Для этой цели подходит воздушный промежуток КР шириной >=3 мм (обеспечивает изоляцию для напряжения до 3000 В). Для преодоления почти предельного консерватизма службы пути заменим нормальные стыки с обеих сторон перекрываемого ВПКР температурными стыками с зазором 38 мм, а металлические накладки заменим изолирующими с полным натяжением болтов с крутящим моментом 60-80 Н-м, Рис. 2а; на самом деле получились классические клееболтовые изолирующие стыки, но для КР, [4, стр. 53]. Второй промежуток - это конструкция из 4-х кусков КР с длинами 6, 5, 5 и 6 метров, соединенными теми же клееболтовыми изолирующими стыками, Рис. 2б. Проведенные действия допустимы по СП Метрополитены.
Оба промежутка КР (ПКР) эквивалентны неперекрываемому ВПКР, а концевые отводы в первом и короткие отрезки КР во втором служат нейтральными вставками (т.е. не запитываются), показаны незакрашенными под цифрой 2. Идея нейтральных вставок не нова, применяется в метрополитене на контактном шинопроводе в ОРК (в депо), там же применяется изолирующий промежуток шинопровода, [4, стр. 87 и рис. 4.10].
Применение МПП-схемы питания главных путей
Для секционирования КР в качестве узла секционирования (УС) применим активный узел секционирования, Рис. 3. Здесь синхронное включение-отключение секций обеспечивается двухполюсным разъединителем.
На Рис. 4 показана схема секционирования КР в местах, где поезд идет в режиме тяги: при включении двухполюсного разъединителя обеспечивается перекрываемый ПКР, а при отключении - ПКР становится неперекрываемым, Рис. 4а.
В местах съездов в депо и на соединительных ветках поступаем аналогичным образом, Рис. 4б.
Таким образом искореняются все неперекрываемые ПКР, точнее говоря, при включенных секциях неперекрываемых ПКР нет, но они немедля появляются при отключениях.
По своей конструкции активный узел секционирования толерантен к режиму (тяга, выбег, торможение) движения поезда. Выберем место для УС максимально близко к тяговой подстанции (ТП). Суммарная длина кабелей подводящих питание к линейным разъединителям - минимальна, поэтому можно обеспечить максимально необходимое количество кабелей для питающих линий независимо от типа вагонов. Достаточно 4-х кабелей марки ПвБПнг(А)-НР 1x500-3. После этого тяговая сеть становится абсолютной, т.к. дальнейшее усиление ограничивается электротехническими характеристиками КР, а КР не рассчитывается по определению.
Ничто не препятствует перемещению шкафа подключения тяговой сети (ШПТС) на ТП при помощи шин или шинопроводов. Как предельный вариант возможно перемещение моторного двухполюсного разъединителя прямо в ячейку РУ-825, к нему присоединяется имеющийся разъединитель и он становится трехполюсным, при этом ручной ремонтный двухполюсный разъединитель оставляем для подстраховки, Рис. 5.
Путем незапрещенных нормативными документами действий выстроена схема питания контактной сети главных путей со свойствами:
- Во включенном состоянии прерывания питания вагонов нет.
- Все разъединители сосредоточены на ТП.
- Питающие кабели отсутствуют.
Основные идеи изобретения опубликованы в [1 и 2] и приложены к заявке.
Список литературы
1. Куровский А.Б. Применение активного узла секционирования для схемы питания контактной сети метрополитена // Метро и тоннели. - №3-4. - 2017. С. 8-9.
2. Меркулова А.Д., Куровский А.Б., Поляков Б.Ю., Чумаков Е.Ф. Секционирование контактной сети метрополитена. Неперекрываемые воздушные промежутки контактного рельса, прощайте? // Метро и тоннели. - №5. - 2016. С. 16-17.
3. Электроснабжение метрополитенов, под ред. В.А. Туманова, Москва, 1957.
4. Электроснабжение метрополитенов, под ред. Е.И. Быкова, Москва, 1977.
5. Тяговые сети метрополитенов, Е.И. Быков, Б.В. Панин, В.Н. Пупынин, Москва, 1987.
6. Правила технической эксплуатации метрополитенов Российской Федерации, Москва, 2003.
7. Инструкция по текущему содержанию пути и контактного рельса метрополитенов, Москва, 2005.