Нетяговые потребители электроэнергии — различия между версиями

Текущая версия на 06:03, 2 августа 2011 (просмотреть исходный код) Kst (обсуждение | вклад) м

(нет различий)

---

Текущая версия на 06:03, 2 августа 2011

Электроэнергия, получаемая от электрических сетей и подстанций, районных энергосистем и тяговых подстанций, расходуется не только на электрическую тягу поездов, но потребляется также всеми службами железных дорог, связанными с эксплуатацией и обслуживанием подвижного состава, машин и механизмов, для питания электрооборудования депо, промышленных предприятий, линейных устройств автоблокировки, освещения станций и т. п. Эти потребители называются нетяговыми железнодорожными потребителями.
По количеству потребляемой электроэнергии (электрическим нагрузкам) их можно условно разделить на 2 группы – крупные потребители, расположенные гл. обр. на ж.-д. узлах, сортировочных участковых станциях, и мелкие потребители, рассредоточенные вдоль ж.-д. путей.
Основные мощности потребляют крупные станции и узлы, на которых производится большой объем технических и грузовых операций. Суммарные электрические нагрузки этих потребителей колеблются в пределах 1000-2000 кВт для средних участковых станций, 7000-8000 кВт и более для больших сортировочных станций и узлов.
Наиболее крупными потребителями электроэнергии (до 50-60% установленной мощности в пределах отделения дороги) являются объекты локомотивного и вагонного хозяйства. На крупных ж.-д. узлах нагрузки жилых поселков, включая культурно-бытовые объекты, часто соизмеримы с нагрузкой локомотивного хозяйства. Кроме того, от ж.-д. подстанций могут питаться районные и сельскохозяйственные потребители. Характерные приемники электрической энергии предприятий ж.-д. транспорта – электродвигатели производственных механизмов, силовые общепромышленные установки, электрические печи и электротермические установки, преобразовательные установки, переносный электроинструмент и осветительные установки.
К мелким потребителям относят нагрузки освещения промежуточных станций, остановочных пунктов, линейно-путевых зданий, устройств автоблокировки и др. Для них характерна большая рассредоточенность и сравнительно малые электрические нагрузки в каждом из них. Для питания этой группы потребителей применяется система продольного электроснабжения, включающая в себя источники питания, протяженные линии электропередачи, проложенные вдоль путей, и трансформаторные подстанции, подключенные к ним.

Обеспечение надежности работы нетяговых потребителей

По надежности электроснабжения электроприемники ж.-д. транспорта в соответствии с ОСТ 32.14-80 разделяются на три категории. К 1-й категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, срыв графика движения поездов, принести значительный ущерб ж.-д. транспорту и экономике страны в целом. Из 1-й категории выделяется особая группа электропотребителей, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного движения поездов, предотвращения угрозы жизни людей, пожаров и исключения большого ущерба экономике страны. Ко 2-й категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к нарушению производственного цикла и массовым простоям рабочих энергоемких предприятий. К 3-й категории относятся все остальные электроприемники.
Электроснабжение потребителей 1-й категории должно обеспечиваться от двух независимых источников питания и перерыв его может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Для потребителей особой группы должно быть предусмотрено питание от третьего независимого источника.
Электроприемники 2-й категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания, при отказе одного из которых допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения второго дежурным персоналом или выездной бригадой. Допускается питание от одной воздушной линии, в т, ч. с кабельной вставкой, если обеспечена возможность восстановления этой линии не более, чем за одни сутки. Кабельные вставки должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по длительно допустимой нагрузке линии. Допускается также питание по линии, состоящей не менее, чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату. При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены поврежденного трансформатора не более, чем за одни сутки, допускается питание приемников 2-й категории от одного трансформатора.
Электроснабжение электроприемников 3-й категории может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения в случае повреждения не превышают одних суток.
В соответствии с ОСТ 32.14-80 к особой группе 1-й категории относятся следующие потребители: центральный пост диспетчерской централизации (ДЦ), пост электрической централизации (ЭЦ) станций с числом стрелок более 30, узел связи. Среди электроприемников 1-й категории – автоматическая и полуавтоматическая блокировка, пост ЭЦ с числом стрелок до 30, механизированная и автоматизированная сортировочная горка, пункт обнаружения нагрева букс, вокзал вместимостью более 300 чел. и др. К потребителям 2-й категории относятся устройства громкоговорящей связи, наружного освещения путей горловины парков приема и отправления станций первого и второго классов, механический цех депо и др. В 3-ю категорию входят производственные базы дистанций, мастерские, контрольно-испытательный пункт СЦБ и др.

Электроснабжение крупных потребителей

Основными источниками питания (ИП) крупной станции и узла, как правило, являются электрические сети и подстанции районных энергосистем; на электрифицированных ж. д.- тяговые подстанции. Для распределительных сетей принято, как правило, напряжение 10 кВ, при котором сеть имеет лучшие технико-экономические показатели, чем при напряжении 6 кВ.
Обычно используются двухступенчатые схемы питания: 1-я ступень – напряжение от ИП по питающим линиям подается на центральный распределительный пункт (ЦРП) или распределительный пункт (РП); 2-я ступень – распределительные сети от РП до трансформаторных подстанций (ТП) потребителей. От ИП до РП предусматривается не менее двух питающих линий, подключаемых к разным секциям шин РП. На крупных станциях и узлах может быть несколько РП. Между ними, как правило, обеспечивается связь для взаимного резервирования в после-аварийных режимах. Все элементы системы должны быть под нагрузкой, что наряду с улучшением технико-экономических показателей повышает надежность работы в послеаварий-ном режиме. В большинстве случаев предусматривают раздельную работу элементов системы электроснабжения – линий и трансформаторов. При этом снижаются токи КЗ и упрощается релейная защита. Для повышения надежности осуществляется секционирование всех звеньев от ИП до сборных шин низкого напряжения ТП с применением простейших схем автоматического включения резерва (АВР).
В распределительных сетях применяют радиальные, магистральные и смешанные схемы.
Радиальные схемы используют, как правило, для питания отдаленных или отдельных крупных сосредоточенных нагрузок, а также в случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от ИП или РП. Нагрузки 1-й категории питают по двум радиальным линиям, работающим раздельно на свои секции. При этом на стороне вторичного напряжения выполняют АВР секционного аппарата. Каждая линия должна быть рассчитана на полную нагрузку ТП (или необходимо предусмотреть отключение части неответственных потребителей в послеаварийном режиме). Питание отдаленных однотрансформаторных подстанций осуществляется по одиночной радиальной линии. При питании от них потребителей 2-й категории по кабельным линиям прокладывают два кабеля, каждый из которых рассчитан на полную нагрузку подстанции; подключают их с двух сторон через разъединители.
Магистральные схемы используют на 2-й ступени распределения энергии (от ЦРП и РП до ТП потребителей). Схемы могут быть одиночными с односторонним питанием, кольцевыми, с несколькими параллельными магистралями. Одиночные схемы (рис. 8.32,а) применяют в тех случаях, когда допустим перерыв питания на время отыскания и восстановления поврежденного участка. Питающие линии выполняют, как правило, воздушными, ТП присоединяют с помощью отпаек. Кольцевые схемы (рис. 8.32,6) широко используют для питания ответственных потребителей. При питании нагрузок 1-й категории эти схемы часто выполняют разомкнутыми с АВР на нормально отключенном секционном выключателе, установленном на РП или ТП. Недостаток кольцевой схемы – возможность включения в кольцо лишь одной ТП 1-й категории.
При необходимости питания нескольких ТП с потребителями 1-й и 2-й категорий применяют схемы с двумя параллельными сквозными магистралями, к которым подключают ТП с двумя секциями сборных шин (рис. 8.32,в) или двухтрансформаторные ТП без сборных шин высокого напряжения (рис. 8,32,г). Последнюю схему используют, в частности, при подключении ответственных потребителей – компрессорных и котельных с встроенными комплектными трансформаторными подстанциями (КТП) без сборных шин высокого напряжения. Эту схему используют также для питания сигнальных точек автоблокировки на внутриузловых перегонах (1-я категория).
Смешанные схемы применяют для питания ТП с потребителями 1-й и 2-й категорий (рис. 8.33). От разных секций шин ТП с АВР прокладывают радиальные линии к ТП другого ответственного потребителя. Недостаток этой схемы – возможность обратных потоков энергии по радиальным линиям.

Электроснабжение линейных потребителей

Характерная особенность линейных потребителей – их большая рассре-доточенность и малая мощность. Расстояния между участковыми станциями составляют 120-200 км, между сортировочными от 500 до 1000 км и более. Между крупными станциями расположены промежуточные станции, разъезды, остановочные пункты, переезды, линейно-путевые здания на перегонах, а также устройства автоблокировки, электрической централизации и связи, являющиеся потребителями 1-й категории. Для питания указанных потребителей применяется, как правило, система продольного электроснабжения. На участке между крупными станциями прокладываются две линии: воздушная для питания нагрузок СЦБ и продольного электроснабжения для питания остальных потребителей. Потребители 1-й категории получают питание по двум линиям. Линии продольного электроснабжения имеют ряд специфических особенностей для ж. д., электрифицированных на постоянном и переменном токе, и ж. д. с тепловозной тягой. Одной из них является применение на участках переменного тока системы ДПР («два провода – рельс») со специально разработанными для подключения к этой линии комплектными трансформаторными подстанциями напряжением 27,5 кВ (рис. 8.34). На участках дорог постоянного тока ВЛ СЦБ – высоковольтная воздушная линия для электроснабжения устройств СЦБ – монтируется, как правило, на отдельно стоящих опорах, а линия продольного электроснабжения напряжением 10 кВ подвешивается на опорах контактной сети с полевой стороны железной дороги.

На участках ж. д. с тепловозной тягой часто сооружают 3-фазные двухцепные линии, каждая напряжением 10 кВ. При переводе таких участков на электротягу и значительном росте размеров движения двухцепные линии могут быть переоборудованы: ВЛ СЦБ становится одноцепной, а линия продольного электроснабжения подвешивается на опорах контактной сети. Питание обеих линий осуществляется от ИП, используемых для электроснабжения крупных станций. При больших расстояниях между ИП может быть применено напряжение 35 кВ. На электрифицированных ж. д. в качестве ИП, как правило, используют тяговые подстанции.
В качестве основной для линий продольного электроснабжения принята схема одностороннего (консольного) питания. Достоинством схемы является возможность применения простой и надежной защиты от многофазных коротких замыканий и селективной защиты от замыкания на землю. При отключении фидера (основное питание) линия может быть переключена на одностороннее (резервное) питание. При подключении линии ДПР к шинам смежных тяговых подстанций с целью сохранения направления вращения магнитного поля электродвигателей обеспечивают совпадение чередования фаз: один из проводов линии подключают к опережающим фазам, другой – к отстающим фазам шин подстанций. Протяженные продольные воздушные и кабельные линии напряжением до 1000 В, расположенные вблизи ж.д., электрифицированных на переменном токе, подвержены опасным электромагнитным влияниям тяговой сети. Индуцированные в этих линиях напряжения и токи могут представлять опасность не только для жизни и здоровья людей, обслуживающих эти линии и присоединенные к ним электроустановки, но также и для изоляции линий. При сооружении таких линий выполняют расчеты магнитного и электрического влияния тяговой сети на воздушные и кабельные линии и предусматривают меры их защиты от опасных значений. Магнитное влияние тяговой сети также изменяет электрические параметры линии ДПР, что учитывают при электрическом расчете этих линий.

Трансформаторные подстанции

Для питания нетяговых потребителей применяют три типа трансформаторных подстанций (ТП): комплектные – КТП; закрытые ТП и распределительные пункты – РП; открытые ТП. Закрытые ТП и РП сооружают, как правило, на крупных ж.-д. станциях и узлах, а также в жилых поселках при них. Строительство закрытых ТП с распределительными устройствами (РУ) высокого напряжения обусловлено необходимостью приема и распределения энергии с применением АВР на масляном выключателе одного из вводов ТП или секционном выключателе. Оно может также осуществляться по архитектурно-планировочным требованиям. Открытые ТП напряжением 25 и 35 кВ предназначены для питания крупных сосредоточенных нагрузок. На таких ТП все оборудование и РУ расположены на открытых площадках, в отдельных случаях РУ низкого напряжения может находиться в зданиях. Применение открытых ТП с напряжением 25; 35/(6-10) кВ может быть обусловлено необходимостью основного или резервного питания существующих распределительных сетей на крупных станциях.
Наиболее широко используются КТП заводского изготовления различной мощности. Их применение позволяет обеспечить индустриализацию строительства и монтажа, ускоряет строительно-монтажные работы, облегчает при необходимости замену действующих КТП на КТП большей мощности.
Для подключения потребителей к линиям ДПР, линиям 6 и 10 кВ продольного электроснабжения, проложенным на опорах контактной сети и на самостоятельных опорах (столбах), разработан ряд однофазных и трехфазных КТП различной мощности (рис. 8.35).

В комплектных однофазных подстанциях типа СТП использованы трансформаторы мощностью 1,2 и 10 кВ-А (тип ЗНОМ-35 и ОЖМ-10/35) с напряжением во вторичной обмотке 0,23 кВ. В трехфазных подстанциях КТПМ (модернизированных), выпускаемых мощностью 25, 100, 160, 250 и 400 кВА, применены трансформаторы ТМ соответствующей мощности с напряжением во вторичной обмотке 0,23 кВ (для мощности 25 кВА) и 0,4/0,23 кВ – для остальных. В линиях 6 и 10 кВ устанавливают однофазные столбовые и модернизированные подстанции (в т. ч. подъемно-опускные) : СТП-1,25 (трансформатор ОМ-1,25/6-10), КТП-ПМ-1,25 (ОМ-1,25/6-10), КТПМ-4 и КТПМ-10 (ОМ-4 и 10/6-10). На трехфазных линиях применяют КТП мощностью 25, 40, 63, 100, 160, 250 кВ-А (с трансформаторами типа ТМ соответствующих мощностей), а также модернизированные подстанции мощностью 250, 400, 630 кВ А. Все трансформаторы имеют во вторичной обмотке напряжение 0,4/0,23 кВ.

Воздушные линии электроснабжения

Для электроснабжения нетяговых потребителей на опорах контактной сети подвешивают воздушные линии: на участках переменного тока линии ДПР напряжением 25 кВ; на участках постоянного тока линии напряжением 10 кВ. В отдельных случаях сооружают линии 35 кВ, ВЛ СЦБ напряжением 10 кВ или подвешивают один дополнительный провод по системе «провод – рельс» (ПР). На станциях опоры жестких поперечин и консольные опоры контактной сети используют для подвески проводов напряжением до 1000 В линий питания наружного освещения станций, силового электрооборудования, путевого инструмента и др.
Конструкция кронштейнов для подвески проводов ВЛ и расположение проводов на опорах контактной сети должны обеспечить нормируемые расстояния (таблица 2): между проводами (фазами) ВЛ; от проводов до поверхности земли; вертикальные и горизонтальные расстояния до зданий и сооружений; до проводов других ВЛ при их пересечении и сближении. Должны выдерживаться наименьшие расстояния от проводов ВЛ до поверхности платформ, зданий и сооружений при наибольшей стреле провеса проводов (без учета их нагрева электрическим током); на пересекающихся ВЛ – при температуре окружающего воздуха + 15 °С без ветра; до зданий, сооружений и проводов по горизонтали – при наибольшем отклонении проводов под действием ветра.

Конструкции для подвески проводов

Для подвески проводов воздушных линий электроснабжения нетяговых потребителей применяют кронштейны различных типов с соответствующими деталями крепежа. На опорах с разъединителями и на анкерных опорах устанавливают удлиненные кронштейны.
Провода линий ДПР и ПР подвешивают на металлических кронштейнах. Тип кронштейна зависит от способа установки. Например, кронштейн КФД предназначен для подвески в горизонтальной плоскости двух проводов ДПР или одного провода ДПР и одного усиливающего провода 25 кВ. Для крепления кронштейнов к железобетонным опорам, как правило, используют закладные детали, устанавливаемые в специальные отверстия, имеющиеся в опорах. Если же на опоре размещается несколько кронштейнов и места их крепления не совпадают с отверстиями для закладных деталей, кронштейны можно крепить специальным хомутом, обхватывающим опору. Для подвески проводов ВЛ 6 и 10 кВ применяются деревянные кронштейны с тремя штыревыми изоляторами. Между опорой и ближайшим к ней проводом ВЛ устанавливают ограничительный штырь, предотвращающий касание проводом опоры при срыве его с изолятора. Выбор типа кронштейна определяется в зависимости от геометрических размеров и расстояния между проводами, условий применения (например, зона гололеда и т.п.) и места установки. Предусмотрена возможность двойного крепления проводов.
С целью снижения эксплуатационных расходов разработаны и применяются металлические оцинкованные кронштейны для подвески ВЛ 10 кВ на опорах контактной сети с традиционной треугольной схемой размещения проводов на штыревых изоляторах; кронштейны с горизонтальным размещением проводов на подвесных изоляторах.
Провода воздушных линий напряжением до 1 кВ подвешивают на опорах контактной сети на деревянных кронштейнах, рассчитанных на подвеску четырех проводов. Провода крепятся к штыревым изоляторам. На опорах контактной сети с разъединителями и на анкерных опорах устанавливают удлиненные кронштейны. Крепление к железобетонным опорам выполняется с помощью хомутов.
Для подвески ВЛ до 1 кВ (для наружного освещения станций, пассажирских платформ, электроснабжения путевого инструмента) и ВЛ до 20 кВ применяют самонесущие изолированные провода (СИП). Самонесущий провод до 1 кВ состоит из одной или более изолированных фазных жил, скрученных поверх неизолированной (СИП-1, СИП-2) или изолированной (СИП-1 А, СИП-2 А) несущей жилы. Несущая жила используется в качестве нулевой. Токопроводящие жилы – алюминиевые с изоляцией из светостабилизированного термопластичного (СИП-1) или сшитого (СИП-2) полиэтилена.
Две линии СИП до 1 кВ подвешиваются на металлическом кронштейне на подвесных изоляторах. По сравнению с традиционной подвеской (две линии до 8 проводов на двух деревянных кронштейнах) применение СИП позволяет более рационально разместить ВЛ на опоре, уменьшить нагрузки на анкерные опоры (т. к. анкеруются только несущие жилы СИП), улучшить эстетический вид подвески. Применение СИП по сравнению с голыми проводами повышает надежность электроснабжения потребителей (при схлестывании проводов или набросах на провода ВЛ не отключается) .
Самонесущие провода для ВЛ до 20 кВ изготовляются из уплотненного сталеалюми-ниевого сплава (СИП-3) или термоупрочен-ного алюминиевого сплава SAX (финской фирмы ENSTO SEKKO), имеют круглое сечение и покрыты изолирующей оболочкой из атмосферостойкого светостабилизированного полиэтилена. Расстояние от проводов до земли и между фазами принимают в соответствии с «Правилами устройства воздушных линий электропередачи напряжением 6-20 кВ с защищенными проводами», утвержденными Минтопэнерго России (08.10.1998 г.).
Расстояния таких линий до земли должны быть в населенной местности не менее 6 м, в ненаселенной местности не менее 5,2 м, в труднодоступной местности 5 м; расстояние между цепями на опоре и в пролете – не менее 0,4 м.
В практике ж.-д. строительства СИП-3 (SAX) применяют, как правило, для сооружения ВЛ 10 кВ.
Для подвески изолированных проводов используют стальные траверсы со штыревыми изоляторами типа ШФ-20. Воздушные линии 10 кВ с изолированными проводами имеют ряд существенных преимуществ, в т. ч. уменьшение расстояний до земли, между проводами фаз, при пересечении и сближении с другими ВЛ; сокращение ширины просеки; исключение КЗ между проводами при их схлестывании или падении на них деревьев; снижение вероятности замыкания на землю; повышение надежности линии в районах интенсивного гололедообразования; значительное сокращение общих эксплуатационных расходов благодаря уменьшению объема аварийно-восстановительных работ. Институтом «Трансэлектропроект» разработаны типовые проекты для подвески самонесущих изолированных проводов для ВЛ до 1 кВ и ВЛ 10 кВ на опорах контактной сети и на самостоятельных опорах.