CC BY
32
УДК 620.16
Н. Г. Савинова, А. П. Афанасьев
ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ НА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ «ЯДРИНО» ПРИ ЗАМЕНЕ СИЛОВЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
В статье рассмотрен вопрос замены масляных выключателей на тяговой подстанции «ЯДРИНО» с питающим напряжением 220 кВ. Проведённые мероприятия позволят улучшить технико-экономические показатели функционирования тяговой подстанции при минимальных финансовых затратах на оборудование, обслуживание и материалы.
Замена масляных выключателей на элегазовые обеспечит повышенный уровень надёжности электроснабжения и качество электроэнергии в пределах норм, соответствующих действующим стандартам.
Ключевые слова: электроэнергия, тяговая подстанция, силовые выключатели, бестоковая пауза, качество электроэнергии.
DOI: 10.24411/2227-1384-2020-10009
Главными потребителями электроэнергии для железнодорожного электрифицированного транспорта являются локомотивы на электрической тяге, которые оснащены тяговыми агрегатами постоянного тока.
Для питания парка электрифицированных локомотивов используют тяговые трансформаторные подстанции, в состав которых входят выпрямительные установки постоянного тока с преобразовательными агрегатами, питающими тяговую сеть однофазного переменного тока. В качестве преобразователей напряжения используют понизительные трансформаторы, которые, по сути, являются пунктами питания для определённого участка транспортной сети. На локомотивы устанавливают выпрямительные устройства для питания тяговых двигателей, работающих на постоянном токе.
Трансформаторные подстанции промышленных предприятий часто объединяются с тяговыми подстанциями для электроснабжения электрических бытовых потребителей, электрифицированной техники промышленных карьеров или цехов предприятий. В таких случаях на совмещённых подстанциях для промышленных потребителей устанавливаются трансформаторы с возможностью вывода на шины потребителей номинального напряжения 35, 10 и 6 кВ.
Савинова Надежда Григорьевна — студент (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан, Россия); e-mail: nadasavinova1946@gmail.com.
Афанасьев Александр Петрович — кандидат технических наук, доцент, и. о. заведующего кафедрой технических дисциплин (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан, Россия); e-mail: mr.preceptor@yandex.ru.
© Савинова Н.Г., Афанасьев А. П., 2020
71
Основная задача трансформаторных подстанций для электрифицированного железнодорожного транспорта постоянного тока — преобразование трёхфазного переменного тока в постоянный ток и обеспечение питания постоянным током прилегающих участков контактной сети.
В качестве основного оборудования тяговых подстанций постоянного тока выступают устройства преобразования переменного тока в постоянный ток, быстродействующие выключатели и специальные фильтры для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Преобразователи состоят из кремниевых установок с естественным охлаждением или принудительным охлаждением.
В состав преобразовательной установки входят шкафы, содержащие кремниевые выпрямительные блоки, силовые трансформаторы, быстродействующие выключатели; шкафы защиты и управления; специальные устройства защиты от перенапряжения.
Токи короткого замыкания в сетях электрифицированного транспорта с уровнями напряжения 1,65 — 3,3 кВ для мощных тяговых подстанций (с двумя или более выпрямительными модулями) превышают максимально допустимые уровни токов отключения функционирующих в настоящее время быстродействующих выключателей. Для увеличения отключающей способности данного рода выключателей в некоторых случаях на каждом участке тяговой линии устанавливаются два или более последовательных быстродействующих выключателя. Эта мера позволяет увеличить надёжность линейных выключателей, но, тем не менее, не решает полностью проблему, поскольку аварийные токи являются токами короткого замыкания и их значения определяются большим количеством неопределённых факторов. Действующие значения токов короткого замыкания на подстанциях, работающих на тяговую нагрузку с количеством блоков выпрямления более двух, достигают 50 — 70 кА с учётом стандартизованных значений индуктивности для тяговых сетей 5 — 6 мГн.
Для использования быстродействующих выключателей на мощных трансформаторных подстанциях, питающих промышленный электрифицированный транспорт, используется схема, в которой токи постоянного напряжения отключаются не выключателями тяговых линий, а не-поляризованными быстродействующими выключателями, которые установлены в катодной части цепей вентильных устройств выпрямления.
Отключение выключателя аварийной тяговой линии происходит в момент бестоковой паузы (участок 2 — 3 на рис. 1), после отключения вентильных блоков срабатывает устройство автоматического повторного включения разъединительных устройств, находящихся в катодных цепях выпрямительных вентилей.
Подстанции для питания железнодорожного транспорта на постоянном токе состоят из распределительных устройств первичного уровня напряжения, выпрямительных агрегатов, распределительных устройств
72
постоянного тока, фильтров для сглаживания пульсаций и элементов, питающих устройства для собственных нужд.
Рис. 1. Изменение тока и напряжения при бестоковой паузе
Преимущественно на подстанциях для электрифицированного железнодорожного транспорта устройства выпрямления работают с первичным напряжением 35 или 6 — 10 кВ. При питающем напряжении 110 кВ на тяговых подстанциях устанавливают понижающие трансформаторы с напряжением 110/10 кВ для подстанций, работающих на тяговую нагрузку, и 110/35/6 кВ или 110/6 кВ для совмещённых подстанций. Вентильные устройства подключаются к шинам первичного напряжения с помощью выключателей. Со стороны постоянного тока конструктивно обеспечена совместная работа выпрямительных агрегатов по параллельной схеме. Для нулевой схемы выпрямления катоды всех выпрямляющих устройств коммутируются с помощью быстродействующих выключателей к общей сборной шине, с положительным потенциалом в выпрямляющем устройстве. Нулевые точки трансформаторов, работающих на тяговую нагрузку, при помощи разъединителей присоединяются к общей шине с отрицательным потенциалом. К шине «плюс» через быстродействующие выключатели подключаются питающие линии контактной сети, а к шине «минус» присоединяются наглухо одна или несколько отсасывающих линий.
Данная схема подключения изображена на рисунке 2.
Состояние силового оборудования на тяговой подстанции ст. «Яд-рино» характеризуется длительным сроком эксплуатации, значительно превышающим нормативные величины.
73
Рис. 2. Трёхфазная нулевая схема выпрямления
Данное обстоятельство, естественно, предполагает большой износ электрооборудования. Реальные сроки безопасной эксплуатации электрооборудования во многом зависят от качества используемых элементов конструкций, соблюдения технологии производства монтажных работ и условий его эксплуатации.
Масляные выключатели не обеспечивают требуемый в современных условиях уровень надёжности. Параметр потока отказов у этих выключателей выше, чем у элегазовых выключателей. Объём эксплуатационных работ, выполняемых при обслуживании, весьма высок. Процесс замены масляных выключателей постепенно идёт, но на замену всего оборудования потребуется немало времени.
В этих условиях особую актуальность приобретает повышение надёжности работы выключателей и сокращение расходов на их эксплуатацию путём совершенствования методов и средств контроля выключателей и организации ремонтов по их техническому состоянию.
Замена масляных выключателей на элегазовые позволит улучшить показатели качества и надёжности системы электроснабжения совмещённой тяговой подстанции «Ядрино».
Выбор элегазовых выключателей позволит продлить срок службы контактной сети, так как выключение происходит в момент бестоковой паузы, что существенно снижает вероятность образования дуги и, как следствие, снижает потери электрической энергии.
Список литературы
1. Алиев И. И., Абрамов М. Б. Электрические аппараты // Справочник. М.: Высшая школа, 2002. 255 с.
74
2. Караев Р. И., Волобринский С. Д., Ковалёв И. Н. Электрические сети и энергосистемы: учебник для вузов железнодороного транспорта. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1988. 326.
3. Фролов Н. О. Тяговые электрические аппараты: конспект лекций. Ч. I. Екатеринбург: Изд-во УрГуПС, 2011. 75 с.
4. Чунихин А. А. Электрические аппараты высокого напряжения: справочник. Т. 1. М.: Информэлектро, 2004. 255 с.
* * *
Savinova Nadezhda G., Afanasyev Alexandr P.
INCREASING RELIABILITY AT YADRINO TRACTION SUBSTATION
WHEN REPLACING THE CIRCUIT BREAKERS
(Sholom-Aleichem Priamursky State University, Birobidzhan, Russia)
This article deals with the issue of replacing oil circuit breakers at a traction substation with a supply voltage of 220 kV. These measures allow us to improve the technical and economic indicators of the functioning of the traction substation with minimal financial costs for equipment, maintenance and materials.
Replacing oil circuit breakers with SF6 ones will provide an increased level of reliability of power supply and quality of electric power within the norms that correspond to current standards.
Keywords: electric power, traction substation, circuit breakers, current-free pause, electric power quality.
DOI: 10.24411/2227-1384-2020-10009
References
1. Aliev I. I., Abramov M. B. Elektricheskie apparaty (Electrical apparatuses), Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2002. 255 p.
2. Karaev R. I., Volobrinskiy S. D., Kovalev I. N. Elektricheskie seti i energosistemy: uchebnik dlya vuzov zheleznodoronogo transporta (Electric networks and power systems: a textbook for universities of railway transport), 3rd ed., Moscow, Transport Publ., 1988. 326 p.
3. Frolov N. O. Tyagovye elektricheskie apparaty: konspekt lektsiy (Traction electric apparatus: lecture notes), Part I, Ekaterinburg, 2011. 75 p.
4. Chunikhin A. A. Elektricheskie apparaty vysokogo napryazheniya (Electric high-voltage
apparatus), vol. 1. Moscow, Informelectro Publ., 2004. 255 p.
* * *
75
