Лекция_01_1

1.

Тяговые и трансформаторные подстанции
зочная форма обучения 3 курс
План работы ( 1 заезд)
лекции -8 часов(4 лекции)
практические занятия-4 часа (2 занятия разбор курс. проекта);
Лабораторные работы (1 часть) (лаб.раб. №1,2,3,4)
Отчётность:
Отчёты по лабораторным работам (отчет по лабораторной работе№1 у
каждого свой отчёт, отчёты по лаборатоным работам №2,3,4 один комплект
на 1 бригаду, в бригаде 3 человека);
Допуск на экзамен: зачтённые лаборатоные лаботы и выполненые 2
практических занятия.
План работы (2 заезд)
Лекции -8 часов (4 лекции)
Лабораторные работы 2 часть (№5,6,7,8)
Отчётность:
Отчёты по лабораторным работам (1 комплект на 1 бригаду, в бригаде 4
человека);
Защита курсового проекта;
Зачет.

2.

ЛИТЕРАТУРА
1. Тяговые и трансформаторные подстанции: курс лекций/А.Н. Марикин,
А.В. Мизинцев, В.М. Фёдоров, О.В. Хвостова – СПб.: ФГБОУ ВПО ПГУПС,2015.-191с.
2.Тяговые и трансформаторные подстанции // Методические указания к выполнению курсового
проекта по специальности «Электроснабжение железных дорог» / А.Н. Марикин, В.М. Фёдоров,
Ю.П. Васильев, О.В. Хвостова. СПб.: ПГУПС 2012.-41с.
3.Тяговые и трансформаторные подстанции : практикум к лабораторным работам /, А.Н. Марикин,
А.А. Максимова, О.В. Хвостова, Ю.П. Васильев. – СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2022. – 62с
4.Марикин А.Н. Новые технологии в сооружении и реконструкции тяговых подстанций: Учебное
пособие / А.Н.Марикин, А.В.Мизинцев. - М.: Маршрут, 2008. – 220 с.
5.Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции /Учебник для вузов
ж.-д.транспорта.– М.:Транспорт, 1986.–319 с
6.Прохорский, А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции : [Учеб. для техникумов ж.-д. трансп.]
/ А. А. Прохорский. - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва : Транспорт, 1983. - 496 с.
7.Рожкова Л.Д. Электрооборудование электрический станций и подстанций,
10-е изд., – М.:
Академия, 2013. – 448 с.
8.Почаевец В.С. Электрические подстанции, - М.: ФГБОУ УМЦ ЖДТ, 2012. – 491 с.
9.Справочник по электроснабжению железных дорог. Том 2 /Под ред. К.Г. Марквардта. – М.:
Транспорт, 1981. – 392 с.
Перечень нормативно-правовой документации, необходимой для освоения дисциплины:
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) 7-7 и 6-е издания.– СПб.: Деан, 2016.–1168 с.
2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – СПб.: Деан, 2016.–304 с.

3.

4.

Термины и определения

5.

6.

Устройство электрической тяги относиться
к потребителям первой категории. Поэтому к
устройствам
электрической тяги должны
обеспечивают
надежную
работу
и
бесперебойное
электроснабжения
электроподвижного состава.
• Потребителями
электрифицированной
железной дороги являются:
• - электроподвижной состав (ЭПС);
• - нетяговые железнодорожные потребители.

7.

8.

Общая схема электроснабжения тяговых подстанций
Структурная схема питания тяговых и нетяговых потребителей

9.

Принципиальная схема питания тяговых потребителей

10.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОДСТАНЦИИ
Общий вид ПС

11.

Распределительное устройство (РУ) – это электроустановка, служащая для приема и распределения
электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины,
вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты,
автоматики и измерительные приборы. (ПУЭ, п. 4.2.2)

12.

Комплектные РУ
На ТП применяются два варианта комплектных РУ:
1) КВВО – камера выкатная, внутренней установки, одностороннего
обслуживания;
2) КРУН – камера распределительного устройства, наружной установки.

13.

РУ
Открытые
(ОРУ)
Закрытые
(ЗРУ)
Открытым распределительным устройством (ОРУ) называется РУ, все или основное оборудование
которого расположено на открытом воздухе.
Закрытым распределительным устройством (ЗРУ) называется РУ, оборудование которого
расположено в здании. (ПУЭ, п. 4.2.2)
Достоинством ОРУ являются меньшие по сравнению с ЗРУ объем строительных работ, их
стоимость и время выполнения, а их недостатками – неудобство обслуживания при низких
температурах и в плохую погоду, большая занимаемая площадь.

14.

РУ
Сборные
Для внутренней
установки - КРУ
Комплектные
(КРУ)
Для наружной
установки - КРУН
Комплектным распределительным устройством называется РУ, состоящее из полностью
или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами
защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки
виде. (ПУЭ, п. 4.2.3)

15.

Классификация тяговых подстанций

16.

Структурные схемы тяговых подстанций
Тяговые подстанции постоянного тока
Т1, Т2 – понижающие трансформаторы, служат для
понижения напряжения с 110 (220) кВ до 10 (6) и (или)
35 кВ, Sн = 16000...40000 кВА, на ТП устанавливают
два головных трансформатора;
Т3, Т4 – преобразовательные трансформаторы, служат
для согласования напряжения РУ-10 (6) с напряжением
контактной сети; схема, конструкция и напряжение
вторичной (вентильной) обмотки зависят от схемы
выпрямления преобразователей ПА1 и ПА2, SН =
6300...20000 кВА; на ТП устанавливают обычно два
преобразовательных трансформатора, каждый из 9
которых должен обеспечить 100 % электрической тяги;
если один трансформатор не обеспечивает 100 %
резерв, то устанавливают три трансформатора;
ПА1, ПА2 – преобразовательные агрегаты, служат для
преобразования переменного тока в постоянный, их
число равно числу преобразовательных
трансформаторов;
Т5, Т6 – трансформаторы собственных нужд (ТСН)
понижают напряжение до 0,4 кВ (линейное – 380 В,
фазное – 220 В), служат для питания собственных
нужд ТП; на всех опорных ТП и транзитных с
питающим напряжением 220 кВ ТП устанавливаются 4
ТСН, на остальных – 2, SН = 250 кВА.
Существуют, ТП с питающим напряжением 35 кВ,
10 кВ или 6 кВ. На таких ТП преобразовательные
трансформаторы и ТСН подключается к РУ
питающего напряжения.

17.

Структурные схемы тяговых подстанций
подстанция постоянного тока с двухступенчатой трансформацией

18.

Тяговые подстанции переменного тока
Т1, Т2 – головные (понизительные) тяговые
трансформаторы, служат для понижения
напряжения с 110 (220) кВ до 27,5 и 10 (6) или 35
кВ, Sн = 25000...63000 кВА, на ТП переменного
устанавливают обычно два трансформатора,
каждый из которых должен обеспечить 100 %
электрической тяги и нетяговых потребителей I
категории;
Т3, Т4 – для понижения напряжения с 35 кВ до 10
(6) кВ для питания нетяговых потребителей (НТП);
Т5, Т6 – трансформаторы собственных нужд; число
их то же, что и ТП постоянного тока, SН = 400 кВА;
ДПР – фидера «два провода-рельс», служат для
питания НТП от РУ-27,5 кВ.
Для питания тяги используются только два
линейных напряжения UАС и UВС. Фаза С
подключается к рельсу и называется заземленной
фазой.

19.

•подстанция переменного тока 27,5 кВ

20.

Станция стыкования - железнодорожная станция на границе
электрифицированных участков железной дороги с различными системами тягового
электроснабжения, на которой производится смена локомотивов, и контактная сеть
железнодорожной станции имеет одну и несколько переключаемых секций контактной
сети железной дороги
Пункт группировки
Пункт группировки
~27,5 кВ
+3,3 кВ
Участок
постоянного
тока
Участок
переменного
тока
- секции постоянного тока
- секции переменного тока
- переключаемые секции
Упрощенная принципиальная схема питания и секционирования контактной сети
станции стыкования

21.

Станция стыкования
Раздельный пункт (объект инфраструктуры железной дороги), на котором
сходятся участки железной дороги, электрифицированные по разным
системам тягового электроснабжения, например, системы постоянного
тока 3 кВ и переменного тока 25 кВ 50 Гц
Переключатель станции стыкования
Электрический аппарат, предназначенные для подачи напряжения
различного рода тока в переключаемую секцию контактной сети станции
стыкования
Пункт группировки станции стыкования
Линейное устройство системы тягового электроснабжения железной
дороги, предназначенное для поочередной подачи рабочего напряжения от
шин распределительных устройств тяговых подстанций различных по роду
тока и уровню напряжения систем тягового электроснабжения,
расположенных с обеих сторон станции стыкования

22.

23.

Схемы присоединения тяговых подстанций к линиям
электропередачи
Тупиковая
а)
Транзитная
б)
РСП
в)
РСП
ТП
Опорная
Отпаечная
г)
РСП
РСП
ТП
ТП
ТП

24.

Элементы схем главных электрических соединений
Трансформаторы
Силовые трансформаторы
Силовые трансформаторы служат для понижения или повышения
напряжения при пропуске рабочего тока.
На схемах обозначаются буквой “Т”.
Они бывают:
1) головные мощность на ТП постоянного тока ST = 10...40 МВА, на ТП
переменного тока – ST = 25...80 МВА;
2) преобразовательные, устанавливаются только на ТП постоянного тока, их
мощность ST = 6,3...20 МВА;
3) трансформаторы собственных нужд (см. Т5 и Т6 на рис. 2.1 и 2.2);
4) понизительные 35 / 10 (6) кВ (см. Т3 и Т4 на рис. 2.2).

25.

Понижающий трансформатор
Электрический
аппарат,
предназначенный
для
преобразования
электроэнергии переменного тока одного напряжения в электроэнергию
другого уровня напряжения и применяемый на тяговых подстанциях
переменного тока для питания электроподвижного состава и других
тяговых и нетяговых потребителей
Основные параметры
S - мощность
U – напряжение обмоток

26.

СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Двухобмоточный трансформатор
С расщепленной обмоткой
низкого напряжения
Трехобмоточный трансформатор
Автотрансформатор

27.

28.

СИЛОВЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРЫ
Маркировка

29.

ТМ - 100/35 - трансформатор трёхфазный масляный с естественной
циркуляцией воздуха и масла, номинальной мощностью 0,1 МВА, классом
напряжения 35 кВ;
ТДНС - 10000/35 - трансформатор трёхфазный с дутьем масла, регулируемый
под нагрузкой для собственных нужд электростанции, номинальной
мощностью 10 МВА, классом напряжения 35 кВ;
ТРДНФ - 25000/110 - трансформатор трёхфазный, с расщеплённой обмоткой,
масляный с принудительной циркуляцией воздуха, регулируемый под
нагрузкой, с расширителем, номинальной мощностью 25 МВА, классом
напряжения 110 кВ;
АТДЦТН - 63000/220/110 - автотрансформатор трёхфазный, масляный с дутьём
и принудительной циркуляцией масла, трёхобмоточный, регулируемый под
нагрузкой, номинальной мощностью 63 МВА, класс ВН - 220 кВ, класс СН 110 кВ;
АОДЦТН - 333000/750/330 - автотрансформатор однофазный, масляный с
дутьём и принудительной циркуляцией масла, трёхобмоточный, регулируемый
под нагрузкой, номинальной мощностью 333 МВА, класс ВН - 750 кВ, класс
СН - 500 кВ.

30.

Тяговый преобразователь системы тягового электроснабжения железной дороги
(выпрямительный агрегат)
Электротехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии
переменного тока в энергию постоянного тока, используемую железнодорожным
электроподвижным составом; состоящее из преобразовательного трансформатора и
полупроводниковой выпрямительной установки
Основной параметр
I - ток

31.

32.

Трансформатор собственных нужд
ТСН: силовой вспомогательный трансформатор, предназначенный для снабжения
электроэнергией потребителей, обеспечивающих нормальное функционирование всех
главных силовых установок и коммутационных аппаратов на самой тяговой
подстанции
Основные параметры
S - мощность
U – напряжение обмоток

33.

34.

Трансформатор тока
ТТ: электромагнитный аппарат трансформаторного типа, предназначенный для
преобразования тока силовой цепи с целью снижения значения этого тока в
номинальном режиме до 5 А
Основные параметры
I1 – ток первичной обмотки
I2 – ток вторичной обмотки

35.

36.

Трансформатор напряжения
ТН: трансформатор, предназначенный для целей измерения уровня напряжения в
высоковольтных устройствах, обеспечивающий снижение уровня напряжения до
100 В во вторичной обмотке при номинальном напряжении первичной обмотки и для
изоляции измерительных приборов от высоковольтных цепей . ТН работает в
режиме , близком к холостому ходу, т.к. нагрузка во вторичной цепи подключена
параллельно к зажимам обмотки
Основные параметры
U1 – напряжение первичной обмотки
U2 – напряжение вторичной обмотки
Коэфициент трансформации

37.

38.

Коммутационные аппараты
Коммутационными аппаратами называются устройства, которые служат для
включения, отключения и переключения электрических цепей.
Выключатели
Служат для переключения цепей под током нагрузки или при КЗ. Выключатели
способны коммутировать (включать или отключать большие токи). Имеют
устройство для гашения электрической дуги и автоматический привод. На
электрических схемах выключатели переменного тока обозначаются буквой
“Q”, а постоянного – “QF”.

39.

Высоковольтный выключатель
Коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения
электрических цепей переменного тока напряжением выше 1000 В в нормальном и
аварийном режимах, контактная система которого помещается в дугогасящую среду
на основе масла или воздуха, или элегаза, или вакуума
Основные параметры
U - напряжение
I – рабочий ток
Iоткл – ток отключения

40.

Требования к высоковольтным выключателям
К выключателям предъявляют следующие требования:
• надежное отключение токов любой величины – от небольших
до сверхтоков;
• быстрота действия (быстродействие);
• возможность пофазного управления (для выключателей 110 кВ
и выше);
• взрыво- и пожаробезопасность;
• удобство обслуживания, ремонта и транспортировки;
• пригодность к АПВ.

41.

Высоковольтные выключатели классифицируются:
· по среде, в которой происходит гашение
электрической дуги:
масляные;
воздушные;
элегазовые;
вакуумные;
· по способу гашения электрической дуги:
открытой дуги;
продольным дутьем;
поперечным дутьем;
· по конструкции и устройству:
однобаковые;
трехбаковые;
горшковые.

42.

43.

U = 10 кВ
I =2500 А
Iоткл =40 кА

44.

Отключение цепей переменного тока
При размыкании контактов выключателя в цепи переменного тока
возникает электрическая дуга. Когда ток проходит через ноль, дуга
гаснет, однако в следующий момент она может вновь зажечься, если
электрическая прочность промежутка оказывается меньше, чем
восстанавливающееся напряжение на контактах выключателя.
Контакты выключателя в процессе отключения непрерывно расходятся,
поэтому при каждом последующем прохождении тока через ноль
начальная электрическая прочность промежутка
оказывается больше, и в конце концов создаются условия для окончательного
гашения дуги.
Характеристики современных выключателей таковы, что дуга может гореть в
них 1–3 полупериода при f = 50 Гц.

45.

Выключатель автоматический
быстродействующий
коммутационный аппарат, предназначенный для защиты силовых цепей постоянного
тока напряжением 3,3 кВ (питающих линий контактной сети тяговых подстанций
постоянного тока) и обеспечивающий надежное отключение цепей в нормальных и
аварийных режимах с высоким быстродействием, выполняющий функцию собственно
выключателя и направленной максимальной токовой защиты
Основные параметры
U - напряжение
I – рабочий ток
Iоткл – ток отключения

46.

U = 3,3 кВ
I =4000 А
Iоткл =25000 А

47.

Отключение цепей постоянного тока
При размыкании контактов аппарата, находящегося в цепи постоянного тока,
возникает дуговой разряд. Для гашения возникающей дуги постоянного тока
обычно стремятся повысить напряжение на дуге (и ее сопротивление) или путем
растяжения дуги, или путем повышения напряженности электрического поля в
дуговом столбе, а большей частью – одновременно и тем и другим путями. Это
достигается применением специальных дугогасительных камер в выключающих
аппаратах, задача которых состоит в том, чтобы обеспечивать быстрое
растяжение дуги и повышение напряжения на ней, с одной стороны, а с другой –
ограничивать распространение порождаемого ею пламени и раскаленных газов в
приемлемом объеме пространства.

48.

РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ
Коммутационный аппарат без дугогасительной системы, предназначенный для
соединения и разъединения определенных участков электрической цепи при
отсутствии или наличии в них ток, обеспечивающий безопасность ремонтных работ
за счет создания видимого разрыва электрической цепи
Основные параметры
U - напряжение
I – рабочий ток

49.

Разъединители
Служат для коммутации обесточенной цепи, то есть для включения и
отключения цепи под напряжением, но без тока. Могут отключать
трансформатор на холостом ходу при ST ≤ 63 МВА. Не имеют
дугогасительных устройств. Разъединители создают видимый разрыв в цепи,
что необходимо для безопасного выполнения работ. Привод – ручной или
моторный. На схемах разъединители обозначаются – “QS”.
Разъединитель может быть связан через блокировку с одним или двумя
заземляющими ножами (“QSG”). Эта связь на схемах (рис. 3.7) показывается
пунктиром.
Из этой связи не следует,
что разъединитель и
заземляющий нож
включаются одновременно.
Блокировка на рис. 3.7
обозначает, что
заземляющий нож нельзя
включить при включенном
положении разъединителя, а
разъединитель нельзя
включить при включенном
положении заземляющего
ножа.

50.

51.

Отделители и короткозамыкатели
Назначение короткозамыкателя – создать в необходимых случаях однофазное КЗ, чтобы
на выключателе, который находится на соседней тяговой подстанции, сработала защита, и
выключатель отключил ЛЭП.
Отделитель предназначен для автоматического разрыва обесточенной цепи после
замыкания короткозамыкателя, срабатывания защиты и отключения ЛЭП.
На схемах отделители и короткозамыкатели обозначаются соответственно “QR” и “QN”.
Они всегда имеют автоматический привод.
Отделитель и короткозамыкатель всегда работают совместно и по выполняемым функциям
заменяют один масляный выключатель (один выключатель примерно в 7 раз дороже
отделителя и короткозамыкателя вместе взятых).

52.

Защитные аппараты
Предохранители
Предохранители служат для защиты маломощных и низковольтных элементов
электроустановок от больших токов. Используются вместо автоматических
выключателей. Принцип работы предохранителя основан на перегорании
плавкой вставки при протекании по ней тока уставки.
Разрядник,ОПН- предназначен для защиты изоляции электрооборудования
подстанции и электрических сетей от атмосферных и кратковременных
коммутационных перенапряжений.

53.

54.

55.

Схемы главных электрических соединений
тяговых подстанций
На схемах главных электрических соединений (СГЭС) показывают основное
силовое (то есть то, по которому протекает рабочий ток) оборудование ТП и
соединение между отдельными элементами этого оборудования. Старое
название СГЭС – схемы первичной коммутации. Кроме СГЭС существуют
еще схемы вторичной коммутации, на которых изображены схемы
автоматики, телемеханики, релейной защиты и т. д.