Подстанция метрополитена
Подстанция метрополитена — электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии.
На метрополитене применяются подстанции трёх видов: тяговые (ТП), понизительные (ПП) и совмещённые тягово-понизительные (СТП, ТПП).
Тяговые подстанции
Тяговые подстанции предназначены для преобразования трёхфазного переменного тока напряжением 6, 10 или 20 кВ, получаемого от питающих центров, в постоянный (выпрямленный) ток напряжением 825 В для питания электропоездов. Кроме того, часть электрической энергии напряжением 10 кВ передаётся на понизительные подстанции.
Основным оборудованием тяговой подстанции является силовой преобразовательный агрегат. Агрегат состоит из трансформатора, выпрямительного шкафа с кремниевыми вентилями, высоковольтного выключателя на стороне 10 кВ и быстродействующего автоматического выключателя на стороне 825 В.
Силовые трансформаторы представляют собой трёхфазные преобразователи переменного тока, которые понижают напряжение переменного тока с 10 кВ до 670—770 В (и при выпрямленном токе напряжением 825—875 В). Уровень напряжения на токоприёмнике электроподвижного состава должен быть не менее 550 В и не более 975 В.
Кремниевый выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, пропуская его только в одном направлении, точнее говоря, в силовую цепь поступает ток постоянный по направлению, но несколько пульсирующий по величине. Высоковольтный выключатель выполняет коммутационные функции по включению и отключению агрегата к шинам 10 кВ. Быстродействующий автоматический выключатель осуществляет защиту выпрямителя от токов обратного направления и короткого замыкания.
На каждой тяговой подстанции установлено от трёх до пяти силовых преобразовательных агрегатов. Каждый из них способен длительно выдерживать нагрузку до 3000 А, а в течение 5—10 секунд нести двойную нагрузку.
Все тяговые подстанции оборудованы устройствами автоматики и телемеханики и управляются одним лицом — энергодиспетчером с диспетчерского пункта.
Автоматика поддерживает заданный режим работы оборудования, обеспечивает повторное включение фидеров 825 В в случае отключения их быстродействующим автоматом и включает (при необходимости) резервные агрегаты. Устройства телемеханики позволяют электродиспетчеру производить необходимые включения и отключения оборудования подстанций и постоянно контролировать их работу.
Понизительные подстанции
Понизительные подстанции размещают либо на пассажирских станциях, либо вблизи от них. Эти подстанции предназначены для понижения напряжения переменного тока 6 или 10 кВ, получаемого по кабелям от ближайших тяговых подстанций, и передачи питания соответствующим потребителям электрической энергии.
На понизительной подстанции к шинам 10 кВ через высоковольтные выключатели подсоединяются понижающие трансформаторы, несущие различные нагрузки потребителей. Электропитание эскалаторов, сантехнических устройств и других силовых установок производится от двух трансформаторов ТМ-1 и ТМ-2, которые подключены к разным секциям шин напряжением 10 кВ. Оба трансформатора нормально находятся в работе. В случае отключения одного из них всю нагрузку принимает на себя другой.
Пониженное до 400 В напряжение полается на силовой щит и далее к потребителям.
Питание устройств СЦБ осуществляется трёхфазным переменным током от одного из двух самостоятельных трансформаторов ТСЦБ-1 пли ТСЦБ-2, подключённых к разным секциям шин 10 кВ и выдающим на щит СЦБ 400 В. Один из трансформаторов является резервным. Переключение с основного трансформатора на резервный происходит автоматически при срабатывании следящих приборов СП.
Аналогичным образом к шинам 10 кВ подключены два трансформатора освещения ТО-1 и ТО-2. Для питания цепей освещения в случае исчезновения переменного тока на СТП и основных понизительных подстанциях установлены мощные свинцовые кислотные аккумуляторные батареи напряжением 150 В, рассчитанные на работу в течение не менее 1 часа. Переключение на питание от батареи происходит автоматически.
Аккумуляторные батареи находятся на постоянном подзаряде, для чего служат специальные зарядно-подзарядные устройства.
Трансформаторы освещения вторичными обмотками подключены к рабочим секциям освещения, а аккумуляторная батарея — к аварийной секции, через которые нагрузка равномерно распределяется среди потребителей.
Для распределения нагрузок среди потребителей понизительные подстанции имеют сборные шины; для отключения и включения участков цепи установлены разъединители с рычажным приводом. Для защиты аппаратов от перегрузок и переключений в цепях имеются масляные или воздушные выключатели. Отдельные цепи, идущие к потребителям, защищены плавкими предохранителями и автоматическими выключателями.
На площадке депо имеются самостоятельные понизительные подстанции наземного исполнения. Понизительная подстанция депо получает питание по двум кабелям 10 кВ от ближайшей тяговой подстанции и понижает напряжение до 400, 220 и 127 В. Подстанция питает потребителей переменного тока депо и предприятий метрополитена, расположенных на его площадке (заводы, мастерские, лаборатории и т. п.). Аккумуляторные батареи на таких подстанциях не ставят.
Совмещённые тягово-понизительные подстанции
Совмещённые тягово-понизительные подстанции служат для преобразования переменного тока в постоянный, необходимый для движения электропоездов и для понижения напряжения переменного тока 10 кВ до 380, 220 и 127 В, необходимого для питания соответствующих потребителей электроэнергии.
Совмещённая тягово-понизительная подстанция состоит из двух частей: тяговой и понизительной.
Тяговая часть СТП выполнена идентично с тяговой подстанцией и также оборудована устройствами автотелеуправления; разница состоит лишь в том, что количество преобразовательных агрегатов на СТП находится в пределах от одного до трёх, то есть меньше, чем на тяговых подстанциях.
В совмещённой тягово-понизительной подстанции основные вводы от питающих центров 10 кВ подходят к шинам 10 кВ СТП, состоящим из двух секций, соединяемых секционным выключателем, который в нормальном режиме отключён. Питание каждой секции шин 10 кВ производится от различных питающих центров. Причём первая секция шин 10 кВ получает его непосредственно от питающего центра, а вторая — через кабельную перемычку с соседней смежной подстанции.
С силовых преобразовательных агрегатов тяговой части СТП ток поступает на шину +825 В, от которой питающие фидеры идут к контактному рельсу. На подстанции к шине −825 В ток возвращается по ходовым рельсам и подключённым к ним кабельным отсосам.
Понизительная часть СТП аналогична обычной понизительной подстанции.
Тяговые подстанции (как ТП, так и СТП) имеют два режима работы: во время движения поездов и во время ночного «окна», когда оборудование, относящееся к питанию электропоездов, отключают. Понизительные подстанции в течение суток практически не меняют своего режима, и в работе находится всё их оборудование, кроме резервного.
В Московском метрополитене совмещённые тягово-понизительные подстанции в расположены на каждой станции (кроме станций линий первых четырёх очередей) в их торце, в специальных подземных выработках. В настоящее время СТП являются основным типом подстанций при сооружении новых линий метрополитенов в РФ.
Преобразовательные агрегаты
Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций метрополитена по многим узлам унифицированы с агрегатами тяговых подстанций городского электротранспорта. По требованиям пожарной безопасности тяговые трансформаторы, устанавливаемые в подземных выработках, выполняются сухими (безмасляными). С целью снижения уровня пульсаций выходного напряжения выпрямительные агрегаты тяговых подстанций выполняют шести- и двенадцатипульсовыми с соединением вентилей по нулевой и мостовой схемам, а также применяют уравнительные реакторы. Выпрямительные агрегаты производятся как с неуправляемыми вентилями (диодами), так и с управляемыми (тиристорами), что позволяет регулировать уровень выпрямленного напряжения и избегать возникновения уравнительных токов при параллельной работе нескольких агрегатов. Применяются выпрямители как с естественным, так и принудительным воздушным охлаждением.
На тяговых подстанциях устанавливают трансформаторы серий ТСЗП и ТМРУ.
Тип трансформатора | ТСЗП-1600/10МУЗ | ТСЗП-1600/10МНУ3 | ТСЗП-2500/10МУ3 | ТСЗП-2500/10МНУ3 |
---|---|---|---|---|
Номинальное напряжение сетевой обмотки, кВ | 6,3 | 10,5 | 6,3 | 10,5 |
Ток преобразователя, А | 1600 | 1600 | 2500 | 2500 |
Напряжение короткого замыкания, % | 6,7 | 6,8 | 7,1 | 5,8 |
Потери в режиме короткого замыкания, Вт | 10500 | 10500 | 13500 | 14000 |
Потери в режиме холостого хода, Вт | 2500 | 2800 | 4800 | 4000 |
Масса, кг | 5500 | 5500 | 8050 | 8200 |
См. также
Литература
- А. С. Бакулин «Сооружения, устройства и подвижной состав метрополитена», 1979
- Е. И. Быков «Электроснабжение метрополитенов», 1977