Тяговые подстанции троллейбуса и трамвая: Тяговая подстанция троллейбуса — Общественный транспорт

Содержание

книга «Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса»

 

«Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса»

     
    Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. 3агайнов Н. Л, Финкельштейн Б. С.  Издание третье, переработанное и дополненное.
    В книге даны основные сведения об оборудовании тяговых подстанций городского электротранспорта. Рассмотрены аппараты и токоведущие части распределительных устройств переменного и вьпрямленного токов, релейная защита и заземляющие устройства. Приведены схемы электрических соединений, конструктивные узлы и типы тяговых подстанций. Изложены вопросы эксплуатации, строительства и монтажа подстанций; описаны устройства телемеханики и телеуправления. Приведен способ расчета токов короткого замыкания в системах переменного тока. Книга утверждена в качестве учебника для учащихся техникумов по специальности «Эксплуатация, ремонт и энергоснабжение городского электротранспорта», а так же может быть полезна работникам, связанным с эксплуатацией   городского   и   железнодорожного   транспорта.

 

 

 

СКАЧАТЬ книгу в формате «DjVu» размер 7,1 Мб

 

 

СКАЧАТЬ программу, необходимую для просмотра файлов «DjVu» размер 3,29 Мб

Тяговая подстанция — это… Что такое Тяговая подстанция?

Тя́говая подста́нция — в общем случае, электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии. Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования тока (только для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов, трамваев и троллейбусов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.

Тяговые подстанции железной дороги

Тяговые подстанции постоянного тока

Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 25—50 км[источник не указан 120 дней]. Это расстояние зависит, как от размеров движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций РАО «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередачи напряжением 6—220 кВ. Электроэнергия поступает в первичное открытое или закрытое распределительное устройство. При напряжении питающей сети 110 или 220 кВ электроэнергия поступает на понижающий трансформатор. С понижающего трансформатора (а при питающем напряжении 6-35 кВ — напрямую) электроэнергия поступает на тяговый трансформатор, откуда она подаётся на преобразовательный агрегат (выпрямитель). С преобразовательного агрегата выпрямленный ток подаётся на основную и резервную системы шин и распределяется в контактную сеть через быстродействующие автоматы. В Российской Федерации номинальное напряжение выпрямленного тока железнодорожных тяговых подстанций нормируется Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и установлено на уровне 3300В.

Тяговые подстанции переменного тока

Тяговые подстанции переменного тока имеют то же предназначение, что и подстанции постоянного тока, за исключением того, что в них отсутствуют преобразовательные агрегаты для выпрямления тока. Расстояние между подстанциями составляет 50-120 км. Номинальное напряжение, подаваемое в контактную сеть 27500 В. Подстанции переменного тока питаются по линиям напряжением 110 или 220 кВ. Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, нейтраль заземляется. Вторичные обмотки соединены в треугольник, фаза C заземляется и соединяется с рельсами железной дороги без каких-либо коммутационных аппаратов. Напряжение фаз A и B через открытое распределительное устройство подается в контактную сеть двух путей соответственно, а также в линию ДПР («Два Провода — Рельс») для питания нетяговых потребителей.

Как правило, силовые трансформаторы имеют третью обмотку — 6, 10, реже 35 кВ, так как на железной дороге имеется множество других потребителей, кроме электровозов. Во-первых, это автоматика и телемеханика дороги — светофоры, стрелки, связь. Эти потребители требуют качественного и стабильного напряжения, для их снабжения прокладываются линиии СЦБ (Сигнализация-Централизация-Блокировка) напряжением 6 или 10 кВ, которые запитываются через повышающий трансформатор 0,23(0,4)/6(10) кВ от сети собственных нужд подстанции.

Во-вторых, прочие потребители — отопление и освещение станций, переездов и так далее, а также сторонние потребители. Для их подключения используются либо фидеры ДПР напряжением 27,5 кВ, либо специальные линии ПЭ (Продольное Электроснабжение) на напряжении 6 или 10 кВ.

Исторически сложилось так, что тяговые подстанции в России иногда были единственными источниками электрической энергии приемлемого уровня напряжения для последующего распределения электроэнергии, поэтому на большинстве тяговых подстанций имеется распределительное устройство для распределения и дальнейшей транспортировки электрической энергии напряжением 0,23 — 35 кВ как железнодорожным, так и нежелезнодорожным потребителям.

Тяговые подстанции метрополитена

В метро тяговые подстанции выдают постоянное напряжение 825В.

Тяговые подстанции наземного электротранспорта

Тяговые подстанции трамваев и троллейбусов выдают постоянное напряжение 600В.

Тяговые подстанции в истории и культуре

Тяговая подстанция № 11, известная как «Блокадная подстанция», расположена по адресу: Санкт-Петербург, набережная реки Фонтанки, 3, лит. А. На здании размещается мемориальная доска «ПОДВИГУ ТРАМВАЙЩИКОВ БЛОКАДНОГО ЛЕНИНГРАДА. ПОСЛЕ СУРОВОЙ ЗИМЫ 1941—1942 ГОДА ЭТА ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ ДАЛА ЭНЕРГИЮ В СЕТЬ И ОБЕСПЕЧИЛА ДВИЖЕНИЕ ВОЗРОЖДЕННОГО ТРАМВАЯ».

16 декабря 2010 года Совет по сохранению культурного наследия Санкт-Петербурга одобрил большинством голосов снос здания ради строительства гостиницы[1].

Примечания

Литература

  • Загайнов Н.А., Финкельштейн Б.С. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. — издание третье, переработанное и дополненное. — М.: Транспорт, 1978. — 336 с. — 7000 экз.
  • Гуревич В. И. Устройства электропитания релейной защиты: проблемы и решения. — М.: Инфра-Инженерия, 2012. — 288 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-9729-0043-5

Электропоезда и тяговые подстанции

  • Главная
  • Электропоезда и тяговые подстанции

Железнодорожный транспорт традиционно считается одним из ключевых средств, как передвижения, так и средства перевозки. Основной движущей силой железнодорожного состава может являться электровоз или электропоезд.

Наиболее широкое распространение для локомотивов электрического типа нашли тяговые двигатели постоянного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный и обслуживания электротранспорта используются тяговые подстанции.

Данные подстанции получают энергию через систему внешнего электроснабжения, после чего распределяют ее между тяговыми и нетяговыми потребителями. Тяговая подстанция обеспечивает электрической энергией электропоезда, электровозы, трамваи, троллейбусы.

Для железнодорожного транспорта используются диоды лавинного типа, которые наиболее устойчивы и надежны при перегрузках. Такие диоды после снятия напряжения способны автоматически восстанавливать свои параметры. Переносят лучше большие нагрузки эти диоды за счет способности рассеивать импульс мощности на гораздо более обширный срок времени.

Вторым важным направлением использования силовых полупроводниковых приборов в электропоездах являются преобразователи собственных нужд. Данный тип приборов предназначен для питания приборов собственных нужд, цепей управления и освещения, систем микроклимата, заряда аккумуляторных батарей и тд.

Силовые полупроводниковые приборы могут иметь различную конструкцию. АО «Протон-Электротекс» производит полупроводниковые приборы для электропоездов в штыревом и таблеточном исполнении.

«Протон-Электротекс» предлагает широкие возможности кастомизации продукции с учетом индивидуальных требований заказчика к техническим требованиям, подключению и внешнему виду приборов. Просим обращаться в отдел продаж за консультацией или оставлять заявку онлайн.

Устройства применения

Вернуться назад

Энергохозяйству Горэлектротранса исполняется 87 лет | Новости

Точка отсчёта в истории современного Энергохозяйства — 1 марта 1934 года, когда была образована энергетическая служба «Лентрамвая». Все эти годы подразделение обеспечивает надёжность системы электроснабжения ГЭТ. Залог стабильной работы – профессионализм специалистов службы, современная техника, преемственность поколений и опыт, накопленный за 87-летнюю историю Энергохозяйства.

 

История энергетической службы неотделима от истории трамвая, вместе с которым в 1907 году в Петербурге появились контактная сеть, опоры, тяговые подстанции и специалисты, обслуживающие электрическое хозяйство. Однако официальным днём рождения Энергохозяйства считается 1 марта 1934 года, когда была образована энергетическая служба «Лентрамвая».

 

Во время Великой Отечественной войны многие работники Энергослужбы ушли на фронт. Оставшиеся сотрудники вместе с коллегами по Трамвайно-троллейбусному управлению поддерживали хозяйство в исправном состоянии, благодаря чему 8 марта 1942 года удалось восстановить грузовое движение, а 15 апреля – пустить пассажирский трамвай. За время блокады зафиксировано 979 разрушений контактной сети, из 20 подстанций пострадали 17, а уцелели только три. Многие работники Энергослужбы погибли в блокадном Ленинграде, в их числе крупный учёный и выдающийся инженер Абрам Хаймович Зильберталь.

 

Восстановительный период закончился в начале 1950-х годов, с тех пор и до наших дней усилия коллектива Энергохозяйства направлены на усовершенствование инфраструктуры и оборудования. Современное Энергохозяйство – это сложная система, обеспечивающая бесперебойное энергоснабжение трамвая и троллейбуса. В службу входят контактная и кабельная сети, тяговые подстанции, подразделение сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), энергодиспетчерский отдел.

 

В общей сложности круглосуточную работу Энергохозяйства обеспечивают сегодня 452 человека, а также 36 единиц спецтехники: вышки контактной сети, телескопические вышки, оперативные автомобили тяговых подстанций и кабельной сети. Эксплуатируются 86 тяговых подстанций, свыше 1900 км одиночного провода трамвая и троллейбуса, 1157 км кабельной сети, 233 электрифицированных стрелочных перевода трамвая и 455 электрических стрелок троллейбуса.

 

Загайнов, Николай Алексеевич — Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса [Текст] : [Учебник для техникумов по специальности «Эксплуатация, ремонт и энергоснабжение гор. электротранспорта»]


Поиск по определенным полям

Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:

author:иванов

Можно искать по нескольким полям одновременно:

author:иванов title:исследование

Логически операторы

По умолчанию используется оператор AND.
Оператор AND означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:

исследование разработка

author:иванов title:разработка

оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:

исследование OR разработка

author:иванов OR title:разработка

оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:

исследование NOT разработка

author:иванов NOT title:разработка

Тип поиска

При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак «доллар»:

$исследование $развития

Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:

исследование*

Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:

«исследование и разработка«

Поиск по синонимам

Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку «#» перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.

#исследование

Группировка

Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:

author:(иванов OR петров) title:(исследование OR разработка)

Приблизительный поиск слова

Для приблизительного поиска нужно поставить тильду «~» в конце слова из фразы. Например:

бром~

При поиске будут найдены такие слова, как «бром», «ром», «пром» и т.д.
Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2.4 разработка

По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения — положительное вещественное число.
Поиск в интервале

Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO.
Будет произведена лексикографическая сортировка.

author:[Иванов TO Петров]

Будут возвращены результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, Иванов и Петров будут включены в результат.

author:{Иванов TO Петров}

Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.
Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.

Служба энергохозяйства

Начальник службы энергохозяйства: Чугунов Виктор Константинович.
Адрес: ул. Байкальская, 250.
Тел: (3952) 504-185.

Главная задача службы энергохозяйства — это качественное и бесперебойное снабжение электроэнергией линий контактной сети. Поэтому служба энергохозяйства — один из главных механизмов в организации движения городского электротранспорта.

Служба энергохозяйства включает в себя:

  1. Цех тяговых подстанций и кабельной сети;
  2. Цех контактной сети;
  3. Автогараж;
  4. Электроизмерительную лабораторию;
  5. Оперативно-диспетчерское подразделение;
  6. Цех телеавтоматики.

Цех тяговых подстанций и кабельной сети проводит профилактические и текущие осмотры оборудования, плановые и заявочные ремонты оборудования, а также модернизацию и реконструкцию оборудования на 16 тяговых подстанциях. За последние 5 лет электромонтеры тяговых подстанций своими силами заменили масляные выключатели на вакуумные на 16-ти тяговых подстанциях — всего 76 шт.; заменили фидерные автоматы на ВАТ-43 в количестве 43 шт. и катодные автоматы на ВАБ-49 в количестве 37 шт.

На тяговой подстанции № 3 в 2015 году были заменены кремниевые выпрямители на новые марки В-ТПЕД-1000 в количестве 4 шт.

Протяженность кабельных линий составляет почти 50 км. Это кабели напряжением 0.4/6.0/10.0 кВ и «+» «-» 600 В. Специалисты цеха полностью самостоятельно выполняют все работы как по обслуживанию, так и по устранению аварийных ситуаций — установке муфт на кабелях любого напряжения.

Цех контактной сети обслуживает контактные линии протяженностью по трамваю 51.2 км, по троллейбусу — 99.5 км в однопутном измерении и более 4000 опор контактной сети. Помимо плановых ремонтов и аварийных работ, цех контактной сети проводит работы по капитальному ремонту контактной сети с заменой опор, контактного провода, несущего троса и спец.частей контактной сети. Основные работы производятся в ночное время, когда город спит. Круглые сутки на линии работают 3 звена электромонтеров контактной сети на 3-х автовышках АП-7.

В ноябре 2014 года был введен в эксплуатацию новый троллейбусный маршрут в микрорайон Университетский, протяженностью 2 км одиночного пути.

Работники цеха контактной сети своими силами проводят работы по внедрению системы автоматической регулировки натяжения контактной сети. В этом году эта работа полностью выполнена и по троллейбусу, и по трамваю.

В автогараже службы энергохозяйства числится 17 единиц автотехники. Это специальные машины для работы на контактной сети, на тяговых подстанциях, для оперативной работы и для хозяйственных нужд. Все автомашины оснащены системой спутниковой навигации.

Без электроизмерительной лаборатории — ЭТЛ — не обходится ни одно испытание ни в службе «Энергохозяйство», ни на всем предприятии.

Оперативно-диспетчерское подразделение выполняет обязанности по координации ежесменных заданий всех цехов, отделов и подразделений службы, включая и аварийные заявки, которые требуют немедленного решения. Это самое ответственное, самое важное и самое уникальное подразделение службы «Энергохозяйство». Здесь работают высококвалифицированные специалисты — начальники смен, которые для принятия решения имеют всю информацию в электронном виде по всем объектам службы, электрические мнемосхемы контактной сети г. Иркутска с отметкой контроля напряжения «НФ» на участках контактной сети по фидерам, электрические мнемосхемы тяговых подстанций с контролем и возможностью управления важными объектами подстанций по телеуправлению. Налажена сотовая телефонная и радиосвязь со всеми объектами службы.

В настоящее время в службе «Энергохозяйство» используется система телемеханики, предназначенная для диспетчерского контроля и управления тяговыми подстанциями городского электротранспорта г. Иркутска через компьютерную программу.

Эта система претерпела модернизацию путем поэтапной замены физически изношенных и морально устаревших блоков телемеханической установки ЭСТ-62 электронными блоками, на диспетчерском пункте и 16-ти тяговых подстанциях. Новые блоки были разработаны на базе современных электронных компонентов. Изготовление электронных блоков, установка антенн производились силами коллектива цеха телеавтоматики.

Модернизация системы телемеханики позволила решить следующие задачи: передача данных по радиоканалу, повышение надежности, снижение эксплуатационных затрат на обслуживание системы, появилась возможность изменения конфигурации и настройки аппаратуры и программных средств, благодаря программируемой электронике. Идейный вдохновитель и исполнитель начальник цеха Хальзов А.А., которому по версии «Профессиональные инженеры» в номинации «Коммунальное хозяйство, бытовое обслуживание» было присвоено звание Лауреата Всероссийского конкурса «Инженер года».

виды и особенности выбора, характеристики

Тяговая подстанция служит для преобразования высокого трехфазного тока с величиной напряжения от 6 киловольт в постоянный ток в 600 Вольт, например, для питания силовых линий для трамваем, метро, троллейбусов или для других потребителей. Также тяговые подстанции могут довести высокий ток до стандартного уровня в 220 Вольт, то для широкого потребителя. Мощность такой подстанции зависит от требуемых величин конечного потребителя. Она подбирается исходя из многих переменных – тяговые расчеты, трассировка линий, величина и мощность потребителя и других данных. После того, как стало известно количество клиентов, подбирается конкретная тяговая подстанция.

В данной статье будет рассмотрена как устроена такая подстанция, из чего она состоит, какие особенности работы она имеет. В качестве дополнительного материала статья содержит один скачиваемый файл с техническими характеристиками и несколько видеоматериалов по выбранному профилю.

Что такое тяговая подстанция.

Что такое контактная сеть

Контактная сеть – совокупность линейных токоведущих, изолирующих, поддерживающих и опорных элементов, предназначенных для подведения электроэнергии к токосъемникам ПС. Контактный провод изготавливается из мели и ее сплавов (медно-кадмиевые и медно-магниевые) сечением 65–100 мм2. На вспомогательных линиях и линиях в депо могут использоваться медные провода со стальным сердечником. Провод должен иметь хорошую электропроводность, износостойкость и высокую прочность для возможности надежного натяжения.

Сечение контактных проводов выбирают с учетом их стоимости по так называемой экономической плотности тока из условия оптимального соотношения между расходом цветных металлов и потерями электрической энергии в тяговой сети. Высота подвешивания контактных проводов на строящихся или реконструируемых линиях должна быть 6,0 м. Снижение высоты подвешивания допускается внутри производственных помещений, под мостами и эстакадами – до 4,2 м, в тоннелях – до 3,9 м.

При больших токовых нагрузках контактной сети или при падении напряжения в конце участка больше допустимого параллельно контактным проводам прокладывают усиливающие провода из меди, алюминия или свитого провода из стальной и алюминиевой проволоки для повышения прочности. Через определенные промежутки эти провода соединяют с контактными.

Контактная подвеска – система подвешивания контактных проводов к поддерживающим конструкциям. Контактные подвески в зависимости от способа подвешивания, крепления и поддержания натяжения бывают простые, цепные и полигонные. Расстояние между точками крепления контактного провода к опорным конструкциям называется длиной пролета контактной подвески. Для крепления контактных проводов и поддерживающих конструкций используется различная арматура с изоляцией или без нее.

Тяговая подстанция – вид сверху.

Полигонная подвеска используется при прохождении линии электротранспорта под искусственными сооружениями, на криволинейных участках, городских площадях и т.п. В этом случае вся подвеска и контактный провод располагаются в горизонтальной плоскости. Контактные провода трамвайных линий на прямых участках пути расположены зигзагообразно с выносом от осевой линии до 400 мм для равномерного износа токосъемника.

В пересечениях контактных проводов устраивают воздушные пересечения и крестовины. Они обеспечивают прохождение токосъемников ПС без контакта с пересекаемым контактным проводом по специальным направляющим. Для этого на пересечениях организуют бесконтактные участки, которые ПС проходит накатом. В качестве поддерживающих устройств в контактных сетях трамвая и троллейбуса применяются кронштейны, простые и цепные гибкие поперечины, балки и перекрытия путепроводов, тоннелей и другие инженерные сооружения. В гибких устройствах, как правило, используется стальной оцинкованный семипроволочный канат.

Для крепления поддерживающих устройств предназначены опорные конструкции: специальные опоры (железобетонные или стальные), стены кирпичных и железобетонных зданий, конструкции тоннелей, мостов и путепроводов.

Контактная сеть троллейбуса должна обеспечивать движение троллейбуса по первой и второй полосам движения, а на подходах к левым поворотам – в крайне левой полосе предусматривать возможность своевременного перестроения троллейбуса с учетом конкретной дорожной обстановки. Отрицательный (нулевой) провод контактной сети троллейбуса располагается с правой стороны по ходу движения.

Пульт управления тяговой подстанции.

Для изменения направления движения троллейбуса на контактной сети устанавливаются стрелочные переводы. Традиционно стрелочные переводы троллейбусной контактной сети управляются аналогично трамвайным, т.е. в зависимости от наличии тяги при подъезде к стрелочному переводу. Современные стрелочные переводы управляются с помощью радиосигнала из кабины водителя. В кабине установлены трансмиттер (радиопередающее устройство) и ряд кнопок управления. На опоре контактной сети рядом с автоматической стрелкой находится устройство, принимающее радиосигналы и подающее управляющий импульс на привод стрелочного перевода, а также специальный светофор, который показывает направление движения троллейбуса при текущем положении перьев стрелки.

Если водителя устраивает это направление, то он, не производя никаких действий, проходит стрелку и следует по заданному маршруту. Если же водителю нужно перевести стрелку в другое направление, он нажимает определенную кнопку на панели управления и тем самым подает радиосигнал, активирующий привод стрелки. В течение 1,5-2,0 с происходит переключение направления движения, и троллейбус следует по другому пути. После проезда машины стрелочный перевод остается уже в новом положении. У таких стрелок нет обесточенных элементов, поэтому водителю для их проезда не требуется специально снижать скорость.

Если в одном месте маршрута установлены несколько автоматических стрелок, то для управления ими используются различные кнопки. Радиопередающее устройство имеет четыре канала, для управления каждой стрелкой на сложных перекрестках определяется свой канал. Сходные стрелки работают в автоматическом режиме без участия водителя.

Виды тяговых подстанций

Тяговая подстанция в первую очередь подразделяется на две группы:

  1. Постоянного тока.
  2. Переменного тока.

Первый из названных вариантов включает оборудование, рассчитанное на 6-220 кВ. При этом питание осуществляется по ЛЭП воздушного и кабельного типа. В случае когда напряжение ниже порога 110 кВ, требуется понижение, соответственно, электроэнергия сначала проходит этап понижения значения электрических параметров при участии трансформатора.

В прочих ситуациях энергия направляется сразу в распред. устройство. Тяговая разнотипная подстанция переменного тока по большому счету сходна с оборудованием этого рода, функционирующим на постоянном токе, за единственным исключением, которое состоит в отсутствии преобразующего узла для выпрямления электрических характеристик.

Для чего нужна тяговая подстанция.

Тяговая разнотипная подстанция встречается и в других исполнениях, разделение при этом осуществляется по целевому назначению транспорта:

  1. Оборудование для железной дороги. Встречается в следующих вариантах:
  • Опорная – может выступать в качестве источника питания для других установок;
  • Тупиковая – получает электроэнергию от рядом стоящей подстанции;
  • Промежуточная – питается от двух ближайших установок.
  1. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. Оборудование данного вида также существует в нескольких исполнениях:
  • С необходимостью участия обслуживающего персонала;
  • Полностью автоматизированные;
  • ТП для трамвая и троллейбуса, которые не требуют участия в работе оборудования персонала и представляют телеуправляемую технику.
  1. Установки для метрополитена. Различают следующие виды подобной техники:
  • Тяговая;
  • Понизительная;
  • Тягово-понизительная.

В первом случае представлена тяговая распределительная подстанция, питание которой осуществляется посредством городских электросетей. Второй из названных вариантов предполагает получение тока больших значений от тяговой установки, который в дальнейшем понижается до уровня 400-230 В, чего достаточно для силовых и осветительных приборов.

Трансформаторная подстанция.

Технические характеристики

Тяговые подстанции трамвая, метро и троллейбуса и железнодорожного транспорта имеют ряд параметров, по которым подбирается требуемый вариант. Кстати, если сравнивать их с таким оборудованием, как столбовые подстанции СТП, которые питаются переменным током и представлены исключительно лишь тупиковым вариантом конструкции, то ассортимент будет весьма широк, что несколько затрудняет выбор.

Для ориентации в большом количестве исполнений нужно четко представлять, какие нагрузки будут оказываться на технику данного вида, в соответствии с чем определяются параметры оборудования:

  • величина сопротивления и напряжения на шинах, куда подается уже выпрямленный ток;
  • тяговая подстанция метро, железной дороги и прочего электротранспорта характеризуется внутренним сопротивлением, а также сопротивлением отсасывающего фидера и сглаживающего узла, посредством данных величин можно получить значение сопротивления всей установки, суммировав их;
  • тяговые подстанции метро и РЖД отличаются по количеству используемых в конструкции трансформаторов и распред. устройств;
  • напряжение всей установки является расчетной величиной и определяется из формул;
  • мощность короткого замыкания.

Для сравнения, определяющими параметрами для такого оборудования, как столбовые трансформаторные подстанции, являются: общая мощность, а также значения высшего и низшего напряжения.

Тяговая подстанция большой мощности.

Тяговая подстанция переменного тока

Тяговая подстанция переменного тока служит только для понижения напряжения ( трансформации) переменного тока, получаемого от энергосистем. Однофазным током такого напряжения питается контактная сеть. Тяговые подстанции переменного тока системы 2×25 кВ с первичным напряжением 110 ( 220) кВ имеют структурную схему, особенностью которой является применение специальных однофазных трансформаторов и их присоединение к тяговой сети. На тяговых подстанциях переменного тока используют конденсаторные батареи. На тяговых подстанциях переменного тока во многих случаях устанавливают оборудование, необходимость в котором определяется родом тока и его влиянием на идущие параллельно железной дороге линии связи и электрические сети низкого напряжения.

Схема тяговой подстанции переменного тока.

Для этого на тяговых подстанциях применяют специальные установки для повышения коэффициента мощности тяговой нагрузки, устройства СЦБ для питания линий током повышенной частоты и компенсирующие устройства.  На тяговых подстанциях переменного тока высоковольтные кабели тягового напряжения должны выполняться небронированными и в неметаллической оболочке. Кроме того, в распределительном устройстве должны быть предусмотрены меры, исключающие нагрев металлоконструкций однофазным переменным током.

На тяговых подстанциях переменного тока 2×25 кВ устанавливают два рабочих и один резервный трансформатор. Питание тяговых нагрузок от однофазных трансформаторов, собранных по схеме открытого треугольника, вынуждает устанавливать для питания районных нетяговых потребителей дополнительно двух – или трехобмоточные трансформаторы.  

На совмещенных тяговых подстанциях переменного тока ( при потребителях электроэнергии I и II категорий) устанавливаются, как правило, два тяговых и отдельно два трансформатора для питания силовой нагрузки. На тяговых подстанциях переменного тока постройки 1954 – 1961 гг. в схемах питания автоблокировки при частоте 75 Гц кроме перечисленных трансформаторов устанавливают автотрансформаторы. У автотрансформатора обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.

Питание района от тяговых подстанций переменного тока с высшим напряжением ПО кВ может осуществляться либо от трехобмоточных тяговых трансформаторов, либо от отдельных трансформаторов, устанавливаемых на тяговых подстанциях. Если для электроснабжения района требуется одно питающее напряжение, наиболее целесообразна схема питания от третьей обмотки тяговых трансформаторов. При наличии существующей районной нагрузки на двух напряжениях может оказаться более экономичным вариант питания тяговых и районных потребителей от отдельных трансформатеров.

Дополнительный материал: Как сделать 4G антенну. 

Эффективность схемы раздельного питания возрастает в случаях, когда для питания тяги можно ограничиться установкой одного трансформатора, а также когда тяговая подстанция сооружается вблизи действующей районной подстанции. Мощность трансформаторов STp тяговых подстанций переменного тока зависит от величины тяговой нагрузки по плечам питания 1а и / fr и от мощности железнодорожной нетяговой S. В связи с большой мощностью тяговых подстанций переменного тока напряжения ниже ПО кВ для их питания не применяют. Поэтому при размещении такой подстанции вблизи районной рекомендуется помещать их на одной площадке.

Как работает тяговая подстанция.

Классификация в зависимости от назначения

В соответствии с условиями работы тяговая подстанция может быть отнесена к одной из следующих групп. Для железнодорожного транспорта применяются опорные, тупиковые, промежуточные разновидности. В первом случае установка может использоваться для питания прочих объектов. Тупиковые аппараты обеспечиваются электротоком от соседних подстанций, а промежуточные – от двух соседних установок.

Для т троллейбусов и трамваев применяются особые разновидности. Первая группа приборов нуждается в участии обслуживающего персонала. Вторая категория полностью автоматизирована. К третьей категории относится телеуправляемая техника. В управлении такими станциями не требуется участие персонала. Для метрополитена используют понизительные, тяговые и тягово-понизительные приборы. В первом варианте система питается от оборудования городских электросетей. Второй тип понижает напряжение до 400-220 В. Ее энергию применяют для питания осветительных и силовых приборов.

Общий вид электроподстанции.

Рекомендации по проектированию

Для правильного проектирования установки недостаточно одной толь ко мощности трансформатора. Следует учитывать целый перечень параметров, которые влияют на работу оборудования. Величина напряжения, сопротивления на шинах, в которые подаётся ток. Сама подстанция обладает определенным уровнем сопротивления, а также сопротивлением фидера, сглаживающего узла. При выборе установки необходимо учитывать общую сумму этого параметра.

В конструкции может применяться разное количество трансформаторов, распределителей. При выборе учитывают условия эксплуатации техники. При помощи общепризнанных формул необходимо рассчитывать общую величину требуемого напряжения установки. Мощность короткого замыкания также берется во внимание. В большинстве случаев учитывают общую мощность оборудования, а также показатели низшего и высшего напряжения.

Подстанция для жилого сектора.

Структура

Описание типовых схем представленных аппаратов достаточно сложное. Одна ко можно выделить общие че рты. Подключение в системе производится в соответствии с особенностями транспорта, для которого применяется агрегат. Распределитель состоит из трех блоков. В первом находится устройство, принимающее высокое напряжение, во втором отсеке – трансформатор, а в третьем – выход для электроэнергии с заданными характеристиками. Предусмотрен всего один выключатель. На вводе присутствует разъединитель.

Соединение первичных обмоток выполняется по схеме звезда. Нулевая фаза обязательно заземляется. Вторичные обмотки соединяются в виде треугольника. Одну из фаз заземляют и подводят к рельсу. В метрополитене для этого предусмотрено наличие особого контактора. Этот рельс предназначен исключительно для снятия напряжения электровозом. Другие фазы подают то к в два воздушных кабеля. Их иногда применяют для снабжения электроэнергией других потребителей, но в основном по воздушным проводам тяговые подстанции обеспечивают питание троллейбусов.

Для трамвая этот процесс предполагает задействовать один воздушный провод и один наземный рельс. В большинстве стран мира напряжение для та кой сети составляет 550 В.

Питание подстанции

Тяговая подстанция должна обеспечивать бесперебойную подачу электричества для передвижения транспорта. Поэтому многие из подобных агрегатов запитываются с разу от двух автономных сетей. При этом может применяться однолинейная схема тяговой подстанции или при помощи двух резервных линий к другому источнику питания. Также возможен вариант запитки перемычками между отдельными подстанциями.

Питание подстанции

Если применяется вариант из двух отдельных линий, каждая из них должна быть рассчитана на максимальную нагрузку агрегата. Резервные коммуникации должны выдерживать общую нагрузку соединенных станций. Раньше для запитки сетей метрополитена применяли радиальную схему. Она сложна и затратная. При ее применении требуется слишком много кабеля. От нее от казались. Сегодня применяются толь ко приведенные выше схемы. Линии и перемычки позволяют объединять аппаратуру в отдельные группы. Если внутри нее вышел из строя один прибор, его функции берут на себя другие агрегаты.

Также при выполнении мероприятий по текущему обслуживанию агрегатов проведение всех операций будет п роще, не вызывая остановки системы. В этом случае существует возможность обесточить толь ко один агрегат. Другие устройства при этом будут обеспечивать работу линии. Такой подход к текущему ремонту значительно упрощает работу персонала, делая обслуживание менее затратным.

Использование тяговых подстанций

Предназначение тяговой подстанции следующее: преобразовывать и распределять электрический ток в целях обслуживания электротранспорта. Подстанции подразделяются по виду выдаваемого в контактную сеть электрического тока – постоянного и переменного – от того, какой именно вид использует электротранспорт: электровозы наземных железных дорог, метрополитена, трамваи или троллейбусы. Тяговая подстанция может обеспечивать электротоком и других потребителей, не только железную дорогу.

Тяговая подстанция может быть стационарной или передвижной. Передвижные используются достаточно редко. Расстояние между тяговыми подстанциями с постоянным током в контактной сети, их возводят с шагом в десять-пятнадцать километров. Дистанция меняется от требуемой мощности, которая находится в зависимости от напряженности в движении составов, рельефа местности.

Тяговая подстанция запитывается от линий электропередач, проложенных по воздуху на опорах, или же через кабельной сети. Внешнее напряжение снижает трансформатор и передает его к выпрямителю, с него электрический ток подается к контактной сети. В настоящее время на электровозах и на других видах электротранспорта широко применяется рекуперация энергии. При торможении электровозы, троллейбусы, трамваи – потребители электротока, превращаются в его источник. Электродвигатели становятся генераторами и передают электрический ток контактной сети, поглощая тем самым кинетическую энергию движения, и обеспечивают торможение электротранспорта.

Контактная сеть подстанции.

Для обратного перетекания тока в электросеть служит инвертор. Они в автоматическом режиме отключает выпрямители, как только тормозящий в режиме рекуперации транспорт начинает выдавать ток. На железной дороге номинальным уровнем напряжения принято считать 3300 Вольт, в метрополитенах 825 Вольт, в контактной сети троллейбусов и трамваев 600 Вольт.

Подстанции переменного тока отличаются от аналогичных постоянного тока отсутствием выпрямителя, понижающий трансформатор подает ток непосредственно в контактную сеть.

Расстояние между тяговыми подстанциями, на которых используется переменный ток, выше, чем для станций с использованием постоянного тока – до пятидесяти километров. А напряжение, которое снимает электротранспорт – 27,5 килоВольт. Запитка от внешней сети для них составляет от 110-ти, до 220-ти килоВольт. Схема соединения первичных обмоток понижающего трансформатора таких станций – «звезда» с заземленной нулевой фазой. Вторичные обмотки соединены по схеме «треугольник».

Одна из фаз заземлена и соединена с рельсом, который и служит одним из контактных проводов для электровоза. В метрополитене – это отдельный контактный рельс, который служит исключительно для снятия с него напряжения электровозом подземки. Две другие фазы подают ток в два воздушных провода на разных путях, а также их используют для снабжения других потребителей электроэнергии.

Последних возле железных дорог достаточно много. Это и автоматика управляющая передвижением составов, сигнальные приспособления, связь, освещение платформ и станционных зданий, их обогрев и многое другое. Традиционно во многих местностях система электроснабжения железных дорог является единственной возможностью подвести напряжение к населенным пунктам. Поэтому тяговая подстанция не только используется для электротранспорта, но и снабжает электроэнергией населенные пункты, других потребителей, обеспечивая их потребности.

ЛЭП.

Тяговая подстанция, их группы осуществляют обслуживание наземного, преимущественно, городского, электротранспорта – троллейбусы и трамваи. Они преобразуют ток от внешних сетей в постоянный и передают его на контактные провода или рельсы. Для троллейбусов – это два контактных воздушных провода, для трамваев – один воздушный и рельс. Используемое напряжение в большинстве стран 550 Вольт.

Тяговая подстанция может быть дистанционно управляемой, полностью автоматизированной, или же иметь персонал обслуги. Чаще всего персонал присутствует на небольших станциях в некрупных городах. Там, где создание автоматических систем управления экономически нецелесообразно.

Или же, наоборот, на крупных тяговых подстанциях, чье значение слишком велико, чтобы иметь риск их отключения. Нередко персонал присутствует лишь на одной из тяговых подстанций, откуда осуществляется дистанционное управление другими станциями, входящими в общую систему. Наличие персонала не исключает автоматического управления. В таком случае человеку отводится роль наблюдателя-контролера, который может вмешиваться в работу подстанции в экстренных случаях, требующих принятия решения, и в аварийных ситуациях.

Как работает тяговая подстанция.

Целиком автоматизированные станции используют там, где невелика интенсивность прохождения составов, и остановка не должна повлечь далеко идущих последствий в смысле безопасности. Наиболее надежная и экономичная система управления – дистанционная. Тяговая подстанция может быть одноагрегатной и многоагрегатной. Одноагрегатные используются там, где не требуется централизованное снабжение электричеством, на ответвлениях. Они достаточно редки, поскольку не обеспечивают надежного снабжения электричеством. В случае выхода агрегата из строя обесточивается вся сеть, обслуживаемая подстанцией. Поэтому наиболее часто применяются двухагрегатные подстанции. Существуют и трехагрегатные, и четырехагрегатные.

Наличие нескольких агрегатов значительно повышает надежность в работе. При выходе одного агрегатов из строя, включается второй, что обеспечивает бесперебойность. Также наличие более, чем одного агрегата, придает работе гибкость в моменты максимальных нагрузок. Объединение нескольких подстанций в единую управляемую из одного центра группу дает возможность делать их взаимозаменяемыми, удешевляет возведение и эксплуатационные издержки.

Интересно почитать: Как паять алюминий своими руками. 

Поскольку главное условие работы тяговой подстанции – бесперебойность, то все они запитываются одновременно от двух различных внешних сетей. Запитка может осуществляться по отдельным линиям, или же от одного с использованием основных и резервных линией к другой подстанции, возможен вариант соединения перемычками кабелем между подстанциями.

При использовании двух отдельных линий, и та и другая должны рассчитываться на максимальную нагрузку подстанции. Резервное соединение должно выдерживать одновременно нагрузку соединенных станций, соединение кабельной перемычкой – одной. Схема номер два наиболее часто применяется в метрополитене, так как, она достаточно надежна, экономична и удобна в управлении.

Ранее, когда только начиналось строительство метрополитена в стране, для запитки подстанций от городских сетей применяли радиальную схему линий. Однако, такая схема достаточно сложная, она предусматривает много кабелей, ячеек. Поэтому от нее вскоре отказались. Теперь запитка производится, используя линии и перемычки. Это обеспечивает объединение подстанций в отдельные группы. Если выходит из строя один из понижающих трансформаторов в группе, другие перераспределяют на себя его нагрузку.

Рекомендации по выбору

Основным критерием эффективности использования того или иного типа установки является соответствие параметров условиям эксплуатации, в частности, уровню подаваемой нагрузки. Если подбирается тяговая или столбовая трансформаторная подстанция, ее типовой проект подразумевает необходимость выполнения следующих действий:

  • Выбор схемы подключения и соединения основных узлов;
  • Определение наиболее подходящего варианта токоведущих аппаратов и узлов;
  • По расчетным значениям электрических параметров подбираются основные узлы такого оборудования (распределительные устройства, трансформаторы, выключатели, разъединители, элементы защиты, зарядных аккумуляторов).

Аналогичные действия выполняются в случае, когда выбирается мачтовая трансформаторная подстанция типовой проект также будет в большей мере состоять из расчетной части.

Что такое тяговая подстанция и как она устроена.

Нюансы монтажа и нормативная документация

Основная особенность принципа установки техники, используемой для питания железнодорожного электротранспорта, заключается в том, что все работы выполняются при непосредственном участии электромонтажных поездов. В перечень ключевых задач входит непосредственно сам монтаж подстанции тягового типа, а вместе с тем и постов секционирования, телемеханического оборудования и контактной сети. Такое оборудование, как столбовые трансформаторные подстанции, подключаются несколько иным способом, учитывая, что все основные узлы монтируются на опоре.

СТН ЦЭ 12-00 «Нормы по производству и приемке строительных и монтажных работ во время электрификации железных дорог» определяют ряд требований, предъявляемых к монтажу подобного оборудования. Для сравнения мачтовая трансформаторная подстанция предполагает подготовку котлована для установки опоры, проверку точности установки по отвесам, монтаж основных узлов на опорной конструкции, подключение всех элементов.

Таким образом, тяговые установки отличаются многообразием исполнений, что, с одной стороны, несколько затрудняет выбор подобной техники, а с другой – позволяет подобрать наиболее подходящий вариант. А вот столбовые трансформаторные подстанции являются техникой более узкого целевого назначения и представляют собой тупиковый вариант конструкции определенного диапазона значений мощности и напряжений. При выборе любого из этих видов оборудования учитывается уровень выдерживаемой нагрузки, схема подключения, а также соответствие основных параметров условиям работы.

Монтаж тяговой подстанции.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Более подробно о том ,  как устроена тяговая подстанция, рассказано в статье Тяговые и трансформаторные подстанции Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.generatorvolt.ru

www.protransformatory.ru

www.electricalschool.info

www.ngpedia.ru

www.studme.org

Предыдущая

ТрансформаторыЧто такое трансформаторная подстанция

COET — Железнодорожная техника

Выключатели-разъединители (выключатели тормоза нагрузки)

Доступен широкий спектр выключателей тормоза нагрузки для систем 750 В постоянного тока, 1,5 кВ постоянного тока и 3 кВ постоянного тока; номинальный ток от 1000A до 6000A, в однополярном или биполярном исполнении. Доступны как ручные, так и моторизованные (с ручным аварийным управлением) версии. Разнообразие различных опций позволяет нам настраивать наши выключатели-разъединители в соответствии с различными международными требованиями.

Выключатель-разъединитель панели

COET производит линейку модульных панелей, в которых наши разъединители и / или разъединители объединены, чтобы удовлетворить самые сложные решения тяговых систем.Основными особенностями, которые делают эту линию уникальной на рынке, являются полное разделение между каждым блоком и входящими и исходящими кабелями; моторный режим; аварийное ручное управление; видимость контакта; реле наличия напряжения; реле замыкания на землю; ПЛК; и коммутатор Ethernet.

Внутренние и внешние блоки отключения

Оснащенные выключателями тормоза нагрузки, наши внутренние и внешние блоки отключения обеспечивают очень быструю реконфигурацию рельсовой системы, гарантируя бесперебойное электроснабжение.В основном они используются для городских и пригородных трамваев, метро, ​​троллейбусов и железных дорог.

Устройство ограничения отрицательного напряжения

Для соответствия стандартам EN 50122 1 и 2 каждая тяговая подстанция должна иметь устройство ограничения отрицательного напряжения. COET разработала и теперь производит продукт, полностью соответствующий этим стандартам, который доступен в семи различных версиях для 750 В постоянного тока, 1,5 кВ постоянного тока и 3 кВ постоянного тока с включающей способностью 35 кА, 50 кА и 100 кА с постоянным выдерживаемым током 1000 А.

Системы тяговых подстанций постоянного тока

Технический отдел — это сердце нашей компании: опытная команда инженеров-механиков и электриков ежедневно работает, чтобы удовлетворить самых требовательных клиентов. Помимо полного набора стандартных продуктов, инновационные решения могут быть адаптированы к требованиям клиентов.

Подстанционное оборудование, сертифицированное по ISO

COET имеет сертификат ISO 9001 с 1992 года, что означает, что вся продукция разрабатывается и производится внутри компании в соответствии с очень высоким уровнем качества и в соответствии с самыми строгими международными стандартами.

Италия является основным рынком для COET, но благодаря итальянским подрядчикам большое количество оборудования COET эксплуатируется в течение многих лет в проектах по всему миру, обеспечивая полное удовлетворение для многих международных пользователей.

Ссылки компании

Моделирование трамвайных транспортных систем

Электрифицированные управляемые транспортные средства обычно сталкиваются с маршрутами, имеющими большое количество фаз разгона и торможения.Энергия торможения, поскольку линия питания представляет собой нереверсивные электрические питающие подстанции, может быть восстановлена ​​в присутствии других близлежащих транспортных средств. Для улучшения рекуперации энергии торможения вдоль трассы можно разместить одну или несколько систем хранения. Анализ эффективности рассматриваемого решения требует создания имитационных моделей во временной области с помощью подходящих языков общего назначения для моделирования или специализированных языков / программного обеспечения. В этой статье были разработаны три различных инструмента для рассматриваемого существующего трамвая, и сравнивались основные исследуемые характеристики между собой.Затем был проведен анализ выходных результатов, демонстрирующий реальную экономическую эффективность ввода в эксплуатацию одного накопителя на рассматриваемой технологической колее.

1. Введение

Электрифицированные управляемые транспортные средства, такие как трамваи, обычно выезжают на маршруты с большим количеством фаз разгона и торможения. При этом только часть начальной кинетической энергии может быть частично восстановлена ​​[1–4]. В частности, если линия питания представляет собой нереверсивные электрические питающие подстанции, энергия торможения может частично возвращаться только в присутствии других близлежащих транспортных средств, способных поглощать тяговую энергию.Чтобы улучшить возможность рекуперации энергии, вдоль пути могут быть установлены стационарные системы хранения, чтобы поглощать энергию во время торможения, когда другие поезда не могут ее получить.

Анализ экономической эффективности предлагаемого решения предполагает разработку инструментов моделирования во временной области. Очевидно, что запросы на систему хранения зависят от расписания движения трамваев, расположения подстанций и т.д. Дрейф состояния заряда для сохранения неизменной способности адсорбировать или отдавать энергию.

Для моделирования во временной области можно создавать модели с использованием языков программирования общего назначения, например FORTRAN или C, или специализированных языков или программного обеспечения, например Modelica или Matlab-Simscape, соответственно.

В качестве примера моделирования и моделирования в железнодорожных приложениях, моделирование защиты от короткого замыкания или электрических железнодорожных систем постоянного тока для моделирования паразитных токов и напряжений прикосновения уже было разработано в [5, 6].

В этой статье широко разработаны инструменты моделирования, нацеленные на правильное представление железнодорожной системы, включая электроснабжение, системы хранения и транспортные средства, движущиеся по рельсам.В частности, были разработаны три имитационные модели. Первый инструмент реализован на ФОРТРАНЕ. Это сделано давно и используется во многих приложениях [7, 8]. Несколько экспериментальных тестов, чтобы сделать его валидацию, также были выполнены в прошлом [9].

С другой стороны, Dymola [10], коммерческий инструмент, основанный на языке Modelica с открытым исходным кодом [11], представляет собой недавнее решение, имеющее множество преимуществ с точки зрения гибкости, эффективности моделирования и интерфейса человек-машина, так как также продемонстрировано в нескольких прошлых работах тех же авторов по железнодорожным системам [12, 13].

В последние годы было разработано много других коммерческих инструментов, таких как Matlab-Simscape [14]. Последний не основан на среде с открытым исходным кодом, но представляет собой относительно новый набор инструментов одного из наиболее популярных программных инструментов для академических и корпоративных целей. В самом деле, представляет определенный интерес сравнить различные инструменты, начатые в [15], также путем расширения сравнения на новые. Точнее, новейшие инструменты были сначала подтверждены результатами, достигнутыми первым, чтобы обеспечить прочность полученных результатов.Затем мощность и гибкость каждого из них были точно проверены.

Таким образом, после взаимной проверки трех рассматриваемых инструментов был проведен технико-экономический анализ действующей трамвайной линии. Таким образом, было учтено потребление энергии в реальных условиях движения и точно рассчитана экономия энергии за счет установки накопителя. Наконец, был оценен срок окупаемости инвестиций, что продемонстрировало экономическую эффективность рассматриваемого решения.

2. Инструменты моделирования

Как уже говорилось, для оценки количества восстанавливаемой энергии торможения необходимо разработать инструмент моделирования, способный правильно моделировать питающую сеть и динамику транспортных средств. Затем необходимо учитывать разные фазы движения и частоту движения поездов. Были реализованы следующие критерии моделирования.

2.1. Модель на основе языка FORTRAN

Язык FORTRAN — это сводный код для разработки электрической модели для представленной электросети.Для железнодорожного приложения постоянного тока расчетный код Train-sim, состоящий из двух вычислительных инструментов, представлен в [7, 8].

Первый позволяет рассчитать все электромеханические характеристики и производительность поездов на конкретной железнодорожной линии. Исходя из альтиметрического профиля пути и характеристик подвижного состава, можно проводить ход поезда по ступеням движения. Получены динамический и кинематический профили. Можно также установить различные сценарии движения. Инструмент также рассчитывает количество извлекаемой энергии на каждой фазе торможения.

Второй производит расчет нагрузки электрифицированной сети постоянного тока. Он строит эквивалентную электрическую сеть на каждом этапе в зависимости от расположения трамвая на маршруте. ESS, транспортные средства и параллельные точки являются электрическими узлами рассматриваемой эквивалентной сети.

Расчетный код модели, представленной ниже, позволяет рассчитывать электрические параметры сети, учитывая также энергию, рекуперированную во время фазы торможения. Это следующие модели: (i) Электрическая подстанция (ESS).На рисунке 1 показана эквивалентная схема для представления вольт-амперной характеристики типичной электрической подстанции. Когда подстанция не подключена (зона 2), узел A устанавливается с P = 0. В режиме питания или рекуперации В = В 0 состояние (выходное напряжение холостого хода зоны 1) или В, = (напряжение восстановления сети зоны 3) накладывается на узел через сопротивление R 3 или R 1 для имитации различного падения напряжения, как показано в зоне 3 и зоне 1.(ii) Трамваи в тяговом движении. Транспортные средства представлены в виде постоянной мощности нагрузки. Однако, если ток превышает максимально допустимое значение во время работы, ограничение I = (работа с постоянным током) накладывается во время итеративного вычисления нелинейных уравнений до тех пор, пока напряжение на пантографе не уменьшится. Стандарт EN 50388 [16] предписывает В = 0,8, поэтому модель воспроизводит характеристику V-P в соответствии с этим значением. (Iii) Трамвай при торможении. Восстановление энергии торможения зависит от восприимчивости системы.Если система позволяет это, тяговая линия может принимать всю мощность, генерируемую во время фазы торможения, в соответствии с решением уравнений системы. Если напряжение увеличивается до, восстанавливаемая энергия, передаваемая в контактную сеть, ниже. Затем расстояние между извлекаемой энергией и эффективно рекуперированной энергией дает представление об энергии, рассеиваемой на тормозном реостате. В этом отношении можно смоделировать смешанное реостатно-регенеративное торможение (показано штрихпунктирной линией на рисунке 2).На рисунке 2 показано, как модель работает благодаря этой технике торможения: в частности, ток, рассеиваемый на тормозном реостате, увеличивается, и, следовательно, ток, вводимый в тяговую линию, уменьшается до нуля, когда достигается напряжение. Обычно В, ’находится в диапазоне 0,9 ÷ 0,95. Тем не менее, хорошая стратегия, позволяющая избежать только что объясненного снижения напряжения, заключается в использовании сплошной линии на Рисунке 2, где В, ’=.



Наконец, простые законы, реализованные для тяги (1) и торможения (2) в соответствии с вышеуказанными пунктами (см. Рисунок 2), заключаются в следующем.

Для каждой электрической подстанции программное обеспечение рассчитало электрические параметры мощности, тока и т. Д., Включая количество извлекаемой энергии во время торможения и напряжение на линии.

Процедура определения матричных коэффициентов проводимости, составляющих тяговую линию, относится к электрическим сетям в постоянном синусоидальном режиме и, следовательно, к комплексной проводимости и сопротивлению. Программное обеспечение, работающее с сетями постоянного тока, считает все величины действительными, проводимость — как проводимость, а импеданс — как сопротивление.

Что касается методов численного решения, обычно применяется метод Ньютона-Рафсона или Гаусса-Зейделя. Некоторые варианты метода Ньютона-Рафсона, особенно подходящие для сетей малого и среднего размера, также могут быть рассмотрены для улучшения условий сходимости и уменьшения количества итераций [17].

2.2. Modelica и модель на основе Matlab-Simscape

Как уже говорилось, инструмент моделирования, реализованный в Dymola, основан на языке Modelica [11]. Это единый симулятор, выполняющий те же функции, что и два предыдущих, написанных на FORTRAN, с преимуществом точности и гибкости, как будет проанализировано позже.Как и ожидалось, язык Modelica является киберфизическим и позволяет моделировать сложные системы, то есть имеющие механическую, электрическую, тепловую подсистемы управления. Следуя предложенному подходу, ESS моделировались с помощью сосредоточенных компонентов, связанных графическим способом, как показано на рисунке 3. Как показывает это исследование, только компонент постоянного тока представляет интерес для оценки эффектов гармоник; каждая подстанция была смоделирована через ее хорошо известный эквивалент постоянного тока. Естественно, система временная. Фактически, конфигурация контактной линии меняется со временем, поскольку меняется положение поезда.Фактически, значения резисторов меняются в зависимости от положения поезда в соответствии со следующими выражениями: где R 1 — сопротивление левой боковой линии, R 2 — сопротивление правой боковой линии и δ — это отношение расстояния между положением поезда ( x ) и положением ESS2 ( P 2 ) и расстоянием между подстанциями ESS1 и ESS2 ( L 12 ).


Кроме того, действующие электрические питающие подстанции подвержены изменениям, когда поезд движется с одного участка на другой по пути.Эту трудность можно легко решить в Modelica, учитывая возможность изменения уравнений системы после того, как произойдут какие-то события [12, 13].

Наконец, моделирование поездов требует моделирования электропривода, сил сопротивления и поведения машиниста. Электропривод моделируется как система, способная создавать тяговое усилие, требуемое водителем, в пределах разрешенной силы и мощности, генерируя некоторые потери мощности, выраженные в зависимости от механической скорости и требуемой силы.Затем каждый поезд должен избегать подачи энергии в контактную сеть, когда это может привести к слишком большому линейному напряжению, и должен быть реализован контроллер мощности постоянного тока. Была использована гораздо более сложная стратегия управления, предусматривающая обратную связь по мгновенному напряжению пантографа и модуляцию тормозной мощности, передаваемой по контактной сети, чтобы избежать мгновенного достижения верхнего допустимого предела. Сопротивление движению было смоделировано с использованием формулы, включающей аэродинамическое сопротивление и сопротивление качению: где R — общая сила сопротивления, действующая против движения транспортного средства, α — угол между гусеницей и горизонтальной плоскостью, m — масса транспортного средства. , — коэффициент сопротивления качению, A и B — эмпирические положительные числа с учетом бокового и переднего аэродинамического сопротивления, а V — скорость поезда.Что касается водителя, это может быть просто пропорциональный контроллер, в котором эталонное тяговое усилие пропорционально ошибке между фактической и эталонной скоростью.

Дополнительные подробности относительно различных подмоделей и логики управления, в частности стратегии смешивания, изображенной на рисунке 2, широко описаны также в [15].

Параллельно с объектно-ориентированным интерфейсом пользователь может напрямую вводить физические или управляющие уравнения. Последние написаны точно так же, как в учебниках.Начиная с описания отдельных подсистем, инструмент на основе Modelica автоматически выполняет множество операций: сначала идентификацию набора дифференциально-алгебраических уравнений (ДАУ), представляющих исследуемую систему, а затем, после некоторых дополнительных операций, упрощающих набор уравнений [15 ], преобразование в компиляцию языка C или C ++, чтобы сделать окончательную симуляцию исполняемой. Эта задача автоматического создания исполняемого файла моделирования занимает всего несколько секунд. Таким образом, изменение системы для создания нового исполняемого файла (например, чтобы иметь больше поездов или другое количество ESS) потребует просто повторения этого автоматического процесса.После того, как исполняемый файл был создан, он может запускаться несколько раз, изменяя некоторые параметры от запуска к другому [15].

Последний симулятор реализован в Matlab-Simscape [14] и полностью разработан на основе инструмента, реализованного в Modelica: в этом отношении архитектура модели и уравнения подмоделей аналогичны уже реализованным в Modelica. Таким образом, сосредоточенные компоненты были просто перестроены с использованием библиотек Matlab-Simscape, всегда в соответствии с рисунком 3, и с учетом их части управления хорошо известными управляющими библиотеками Matlab-Simulink.

2.3. Сравнения

Эти три инструмента были протестированы путем анализа их гибкости, эффективности моделирования и взаимодействия человек-машина.

Гибкость . Этот аспект был определен с точки зрения способности моделировать новые тематические исследования. Инструмент на основе Modelica может быстро изменять существующие модели через объектно-ориентированный интерфейс, просто изменяя или соединяя новые элементы. Действительно, можно увеличить или уменьшить количество идущих поездов, количество и расположение электрических подстанций питания, возможных систем хранения, расположенных вдоль пути, вспомогательной адсорбции и т. Д.Действительно, возможность расширения модели легко гарантируется, в том числе и тем фактом, что инструмент на основе Modelica является уникальным симулятором, в отличие от тех, что реализованы в FORTRAN. Кроме того, для создания исполняемого файла моделирования требуется всего несколько секунд. Таким образом, изменение системы просто требует быстрого восполнения этого процесса. Эти характеристики могут быть получены также в Matlab-Simscape, хотя графический интерфейс менее ясен и интуитивно понятен, поскольку является частично объектно-ориентированным, из-за необходимости в дополнительных блоках управления Matlab-Simulink.С другой стороны, модель, основанная на языке FORTRAN, совершенно другая и требует полной перекомпиляции при каждом небольшом изменении [18].

Эффективность моделирования . Это было оценено по скорости и требованиям к памяти. Следует сказать, что числовой решатель FORTRAN может быть оптимизирован для рассматриваемого случая. Вместо этого Modelica и Matlab-Simscape используют стандартные числовые решатели, специально не оптимизированные для конкретного случая. Сравнение проводилось с использованием одной системы, состоящей из одной электрической питающей подстанции и двух трамваев на пути.Как уже описано в [15], при равном количестве выборок и имитации длительности времени инструмент на основе Modelica задействовал 11,5 с, требуя 6 МБ памяти. Это почти то же самое для Matlab-Simscape, который использует около 20 секунд для моделирования 1000 секунд с занятостью памяти 11 МБ. Чтобы учесть подходящее время для полного моделирования кода расчета FORTRAN, необходимо учитывать время, необходимое для перехода между двумя инструментами. В случае рассматриваемого моделирования (т.е. 1000 с) он задействовал около 9.Требуется 8 с и 20 МБ памяти.

Человеко-машинный интерфейс . Инструмент, разработанный в Modelica, позволяет вносить изменения разными способами. Во-первых, уравнения можно легко изменить с помощью текстового интерфейса. С другой стороны, структура модели и связанные с ней параметры могут быть изменены с помощью графического интерфейса [13]. Это почти то же самое, что и использование инструмента Matlab-Simscape. Что касается модели на основе FORTRAN, язык Visual-Basic используется для управления входными и выходными данными в программном обеспечении Train-sim; Поддержка реализованных удобных макросов позволяет изменять параметры в программе, хотя и намного медленнее, чем другие.

В заключение, инструменты на основе Modelica и Matlab-Simscape требуют высоких требований к памяти, но также гарантируют большую гибкость. Инструмент на основе FORTRAN, разработанный много лет назад, очень полезен, потому что он может давать результаты тестов, которые можно использовать в качестве основного эталона. С другой стороны, два других инструмента позволяют быстро создавать модели, результаты моделирования которых необходимо тщательно проверять.

3. Пример использования
3.1. Проверка

Инструменты были протестированы на примере существующего трамвая в Риме.Длина пути составляет около 5,7 км, как видно на Рисунке 4, с одной единственной подстанцией электропитания: два поезда находятся на рельсах, по одному на каждый путь. Основные параметры входной модели перечислены в таблице 1.

9019 9018 9018 9018 Параметры

Параметры ESS

9018 9018 Напряжение холостого хода 18

R 0 (Ом) 0.13

Количество ESS 1

Положение ESS (км) 0
Макс. Напряжение сети (В) 1800

Номинальное напряжение сети (В) 1650


Количество соединительных линий 6

Сопротивление линии (Ом / км).10, 0,10, 0,07, 0,07, 0,07, 0,0

Параметры трамвая

Полная масса (т) 92
Адсорбция вспомогательной мощности (кВт) 9018 9 между остановками (км)

Результаты моделирования оценивались с точки зрения потоков энергии и мощности рассматриваемого трамвая. В первом изученном состоянии трамваи используют бортовые резисторы для рассеивания всей энергии торможения. Во втором сценарии они передают энергию торможения в контактную сеть до тех пор, пока напряжение не достигнет максимального допустимого значения, установленного на уровне 800 В.Наконец, трамваи по-прежнему передают энергию торможения, но с одной системой хранения, установленной примерно на полпути вдоль трамвайного пути.

Во-первых, моделирование проводилось без учета рекуперации энергии торможения. Как уже говорилось, параметры модели были немного обновлены, чтобы результаты, предоставляемые новыми инструментами, совпадали с самыми старыми. На рисунке 5 показаны результаты построения графика движения одного поезда на участке рассматриваемого маршрута. В этом случае трамвай не может передавать энергию торможения по контактной сети.Как видно, результаты построения графиков эквивалентны для трех инструментов, разработанных соответственно в Modelica, Matlab-Simscape и FORTRAN.


Затем моделирование рассмотрело возможность восстановления энергии торможения. В этом случае параметры, воздействующие на управляющее напряжение на пантографе, были настроены для модуляции входной мощности без выхода за пределы напряжения. На рис. 6 показаны результаты построения одного поезда под участком рассматриваемого профиля.


Как уже отмечалось, были реализованы различные стратегии смешивания согласно рисунку 2.Естественно, эти различия влияют на общую энергию, потребляемую от сети. Стратегия смешивания, имеющая V ‘= 0,9 ÷ 0,95 (см. Рисунок 2), реализованная в FORTRAN, приводит к снижению энергии, рекуперированной через пантограф, соответственно, на 13% и 2% по сравнению с динамической стратегией, используемой в Modelica. и Matlab-Simscape, который позволяет восстановить полную мощность трансмиссии до (т.е. В, ‘=). Тогда, с точки зрения общей адсорбции энергии от ESS, приращение составит 3% и 0.6% соответственно.

Естественно, рекуперацию энергии торможения можно повысить с помощью систем хранения энергии, установленных вдоль маршрута. Таким образом, была введена одна система хранения с основной целью проверки тестируемых инструментов, также в новой рассматриваемой конфигурации системы. Литиевая батарея расположена примерно на полпути вдоль трамвайного пути (то есть примерно в 3,8 км от терминала), характеристики которой приведены в таблице 2.

40

Макс.мощность ED (кВт) 1242

ED макс.
Параметры пути

Кол-во трамваев 2

0.4

Макс.скорость (м / с) 14

Длина гусеницы (км) 5,4

Номинальная энергия (МВтч) 0.33

Номинальная емкость (Ач) 200

Номинальное напряжение (В) 1650
446

Максимально допустимый ток (A) 2000

Эффективность заряда-разряда 0.9

Соотношение между номинальной энергией и номинальной мощностью дается формулой

, где — количество ячеек в серии, — номинальная энергия, — это номинальное напряжение ячейки, и — номинальное значение. вместимость. Количество ячеек и номинальная емкость были выбраны таким образом, чтобы с помощью новейших инструментов точно воспроизвести SOC (состояние заряда) аккумулятора и профиль мощности по сравнению с профилем на основе FORTRAN. Результаты показаны на Рисунке 7.


Установка одной системы хранения может значительно снизить количество энергии, поставляемой электрическими питающими подстанциями (ESS). Рассмотренный упрощенный кейс с двумя поездами явно не может правильно оценить экономическую эффективность рассматриваемого решения. Таким образом, полный анализ будет описан в следующем разделе, следуя тому же подходу, который уже рассматривался авторами в [12, 13].

3.2. Оценка энергосбережения

Оценка энергосбережения была проведена с учетом экспериментальной измерительной кампании, проведенной авторами.Результаты сведены в Таблицу 3, где ежедневная энергия, поставляемая с электрической подстанции (ESS), была измерена в течение одного типичного школьного рабочего дня и одного типичного выходного дня. Исходя из этого, оценка годового спроса на электроэнергию проводилась просто путем учета количества рабочих дней и праздничных дней в году, указанного оператором технологической колеи.

Таким образом, инструмент на основе Modelica, представленный ранее, был использован для точного воспроизведения энергопотребления, показанного в Таблице 3. Для этого в расписании учитывалось разное количество трамваев, курсирующих в течение дня, соответственно, 24 в часы пик, обычно концентрированные. в середине дня и 12 часов в часы низкой нагрузки, в основном ранним утром и поздним вечером.Реальное количество эксплуатируемых трамваев может немного отличаться. Однако ежедневное распределение было выбрано таким образом, чтобы точно воспроизводить измеренное потребление.

После моделирования точно такого же уровня измеренной потребности в энергии, т. Е. Получения суточного потребления, показанного в таблице 3, моделирование было повторено с включением системы хранения, описанной в таблице 2. Доставленная ESS энергия затем сравнивалась с предыдущий, рассчитанный при отсутствии системы хранения. Снижение годового потребления энергии составило около 15.2%, с 5386 МВтч до 4570 МВтч.

Экономическая эффективность предложенного решения была исследована с учетом первоначальных денежных затрат, связанных с внедрением системы хранения, по отношению к годовой окупаемости инвестиций за счет вышеупомянутой экономии электроэнергии. Первоначальные денежные затраты, связанные с системой хранения и ее балансом на заводе, были рассчитаны с учетом стоимости 500 евро / кВтч, включая элементы, BMS и аккумуляторную упаковку. Как подробно описано в [19], может потребоваться наличие преобразователя постоянного тока в постоянный.Для этого использовалась фиксированная стоимость 60 тыс. Евро, аналогичная опыту, представленному в [19]. Наконец, текущая цена на энергию для промышленных потребителей в Италии была оценена с учетом среднего значения 150 евро / МВтч. Что касается затрат на техническое обслуживание, по причинам, уже объясненным в [19], считается, что хранилище способно покрыть весь срок службы установки.

Основная цель анализа была связана с оценкой чистой приведенной стоимости (NPV) и срока окупаемости (PBT) для всего срока жизни в десять лет и процентной ставки 4%.Результаты представлены в таблице 4.


Суточная энергия ESS в рабочий день (МВтч) 15.8

ESS дневная энергия в праздничные дни (кВтч) 11,1

ESS Годовая энергия (МВтч) 5386 9189
9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 что установка стационарной системы хранения может гарантировать окупаемость всего за два года.Эти числа настолько благоприятны, что на них не влияет какая-либо возможная замена хранения в течение жизни растения. Действительно, экономическая эффективность предложенного решения была четко продемонстрирована.

4. Выводы

В этой статье было продемонстрировано, как инновационные языки и программное обеспечение позволяют быстро создавать числовые модели, имеющие электрические, механические и управляющие части для моделирования.

Модель на основе Modelica была реализована с помощью коммерческого инструмента Dymola.Однако он может работать внутри любого другого инструмента, совместимого с Modelica. Они оказались быстрыми, с относительно небольшой занимаемой памятью. Примерно то же самое можно сказать о Matlab-Simscape, хотя он отличается меньшей гибкостью из-за того, что он не основан на языковой платформе с открытым исходным кодом. Качество было проверено путем сравнения результатов с результатами, полученными с помощью хорошо проверенного симулятора на основе FORTRAN.

Со ссылкой на существующее тематическое исследование, экономическая эффективность за счет использования стационарной системы хранения для повышения рекуперации энергии торможения была четко продемонстрирована, поскольку на трамвае с интенсивным движением и большим количеством остановок был достигнут срок окупаемости всего за два года.Естественно, что для корректного достижения энергосбережения для рассматриваемого приложения очень важно предварительно откалибровать рассматриваемый инструмент по фактическому потреблению электроэнергии, измеренному экспериментально.

В качестве будущего направления этой работы также можно рассмотреть возможность распространения рассматриваемой методологии на другие эксплуатируемые технологические колеи, чтобы исследовать потенциальную рентабельность аналогичных или различных решений по энергосбережению.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Консультационная фирма по инженерному обеспечению городского / железнодорожного транспорта (метро, ​​автобус, трамвай и т. Д.) — SYSTRA France & International

Электроэнергетическая система является важнейшим элементом любой транспортной системы. Хорошо спроектированная система питания повышает надежность транспортной системы, комфорт для пассажиров и безопасность системы, а также помогает снизить годовые эксплуатационные расходы системы.

Тяговая энергетика
Являясь признанным лидером в области тяговой энергетики, компания SYSTRA предоставляет инженерные услуги для тяговых электрических подстанций, включая распределительные устройства переменного и постоянного тока, сухие, литые и заполненные жидкостью силовые трансформаторы, выпрямление, преобразователи частоты, SCADA, защиту систем, а также сопутствующие вспомогательные системы для тягового электроснабжения. .SYSTRA имеет обширные возможности проектирования заземления и контроля паразитных токов, включая подробный анализ контроля коррозии, проектирование и поиск и устранение неисправностей

Объект Энергетика
Сотрудничая с различными транспортными агентствами, SYSTRA предоставила услуги по энергетике объектов, включая коммунальные услуги и системы распределения электроэнергии, системы аварийного резервного энергоснабжения, системы ИБП, освещение и управление освещением, координацию коммунальных услуг, заземление / молниезащиту и системные исследования.

Подвесные контактные сети (OCS)
SYSTRA понимает, что контактная сеть является наиболее заметным элементом в конструкции системы легкорельсового транспорта / трамвая, поэтому мы предлагаем современные, удобные в обслуживании и непонятные конструкции, в том числе низкопрофильную конструкцию OCS, которая сводит к минимуму количество и визуальное воздействие оборудования OCS. SYSTRA имеет обширный опыт работы в OCS с AMTRAK и другими железными дорогами в США.

Планирование и анализ энергосистемы
SYSTRA использует передовые методы компьютерного моделирования для выполнения анализа энергосистемы для систем переменного и постоянного тока и использует полевые испытания и измерения для проверки моделей и подтверждения результатов.Наши инженеры и конструкторы выполнили аналитические исследования всех разновидностей систем тягового усилия и энергоснабжения объектов с целью оптимизации конструкции энергосистем и поиска неисправностей.

SYSTRA владеет несколькими программами для систем энергоснабжения, позволяющими моделировать практически любые типы электрических и тяговых энергосистем. В их числе:

  • RAILSIM®
    SYSTRA является разработчиком программного обеспечения RAILSIM, наиболее широко используемого программного обеспечения для моделирования операций, тягового усилия и сигнальных систем в Северной Америке.Используя это программное обеспечение, SYSTRA моделирует системы тягового электроснабжения переменного и постоянного тока, а также расположение и размер тяговых подстанций, моделирование характеристик поездов и транспортных средств, моделирование напряжений поездов, моделирование потенциала железных дорог, определение параметров фидера, определение параметров выключателя, определение параметров трансформатора выпрямителя, запаса энергии на дороге моделирование и моделирование простоев оборудования.
  • Программное обеспечение SKM и ETAP
    SYSTRA использует программное обеспечение SKM и ETAP для разработки реле защиты, распределения нагрузки, вспышки дуги и запуска двигателя.
  • Программное обеспечение EMTP-RV
    Для систем тягового усилия, которые нельзя легко смоделировать с помощью имеющегося в продаже программного обеспечения, SYSTRA использует EMTP для выполнения углубленного моделирования, чтобы понять систему энергоснабжения, выходящую за рамки того, что предоставляется пакетной программой. Используя EMTP, SYSTRA может моделировать почти все электрические цепи в установившихся или переходных условиях.
  • Программное обеспечение CYME CYMCAP
    Программное обеспечение CYMCAP используется для расчета допустимой нагрузки и превышения температуры при прокладке силовых кабелей.Компания SYSTRA использует этот инструмент для определения размеров и проектирования сложных монтажных рядов каналов среднего напряжения и тяговых сетей.
  • Программное обеспечение PSS / E
    Используется для моделирования сложной системы, такой как Amtrak 25 Гц, которая включает в себя вращающиеся мотор-генераторные установки, преобразователи постоянного тока, циклоконверторы и понижающие трансформаторы на 138 кВ и систему передачи на 138 кВ.

Подстанции постоянного тока для электрификации путей

Подстанции необходимы для управления электроснабжением достаточно протяженной сети электрической тяги.

Подстанции постоянного тока :

Эти подстанции необходимы для трамваев, троллейбусов и железных дорог.

Их функции:

(i) Понизьте напряжение передачи до уровня использования

(ii) преобразовать его в постоянный ток и

(iii) Секционирование подвесного оборудования.

Таким образом, такие подстанции состоят из понижающих трансформаторов, преобразовательного оборудования, автоматического выключателя переменного тока, автоматического выключателя постоянного тока, а также сглаживающего и измерительного оборудования.

Ртутно-дуговые выпрямители

раньше использовались в качестве преобразовательного оборудования из-за их гораздо более высокой эффективности в течение всего дня, 100% перегрузочной способности в течение нескольких минут, низких затрат на техническое обслуживание, бесшумной и надежной работы при всех напряжениях и возможности дистанционного управления с простотой операций . В настоящее время на этих подстанциях все чаще используются твердотельные устройства.

Поскольку раньше выпрямитель был нереверсивным, требовалось принять соответствующие меры для приема энергии, возвращаемой во время рекуперативного торможения.В случаях, когда регенерированная энергия была значительной, использовались инверторы (управляемые сетью выпрямители, приспособленные для работы с обратным напряжением). В других случаях энергия рассеивалась в нагрузочном резисторе, подключенном к шинам постоянного тока.

Система трансмиссии тяговых подстанций :

Электропитание подстанций вдоль железнодорожного пути осуществляется по двойной линии электропередачи, идущей вдоль пути. Двойная линия передачи используется для обеспечения бесперебойного снабжения.Обычно ток, переносимый каждой линией, составляет половину общего тока, но в случае неисправности любой линии, полный ток переносится по исправной линии.

При наличии питания от сети, подстанции питаются от сети через понижающие трансформаторы. Схема питания подстанций от сети показана на рис. 15.11. Электропитание EHT отводится в подходящих точках A, B и C, его напряжение понижается трансформаторами на подстанциях в A, B и C.

Теперь может быть проведена либо одна линия передачи высокого напряжения от трансформаторных подстанций к подстанциям, как показано на Рис. 15.11 (a), либо дублированные линии передачи могут быть обеспечены между подстанциями 1-2-3, 4-5-6, 7- 8-9, как показано на рис. 15.11 (b), чтобы избежать риска прерывания подачи из-за неисправности одной из линий.

Линейная схема дублирующей системы передачи представлена ​​на рис. 15.10. В случае неисправности какой-либо секции, неисправная секция размыкается автоматическим выключателем, и падение напряжения в другой линии этой секции удваивается, потому что она должна пропускать удвоенный ток.

На каждую единичную подстанцию ​​имеется четыре линейных выключателя и один трансформаторный выключатель, и, поскольку стоимость высоковольтного оборудования очень быстро растет с повышением напряжения, ясно, что линии передачи, работающие на 220 или 132 кВ, должны отводиться как можно реже. возможно.

Расположение подстанций постоянного тока :

Поскольку в троллейбусе оба провода являются троллейбусными проводами, в нем происходит большее падение напряжения и расстояние между подстанциями меньше по сравнению с трамвайными подстанциями аналогичной мощности.Следовательно, требуемых подстанций больше и меньше мощности. Шаг подстанций сохраняется 4,8 км для однопутного и 3,2 км для двухпутного (вверх и вниз). Каждая секция длиной 0,8 км питается отдельно, как показано на рис. 15.12.

Для пригородных железных дорог расстояние между подстанциями обычно определяется исходя из допустимых колебаний напряжения в поездах и экономичности. Длина участка зависит от плотности движения и расстояния между подстанциями.Длина участка в целом может составлять от 3 до 5 км, а расстояние между подстанциями — от 13 до 16 км. Секции можно изолировать секционными выключателями.

Системы подачи и распределения :

Электроэнергия подается от электростанции (или подстанции) к ряду цепей с постоянным напряжением через распределительные кабели (известные как распределители), которые питаются в подходящих точках (известных как точки питания) другими кабелями, известными как кормушки.Фидеры соединяют точки питания с шинами станции и поддерживают в этих точках определенное напряжение. Распределители питают цепи практически постоянным напряжением.

Таким образом, выбор поперечного сечения распределителя зависит от допустимого изменения напряжения вдоль распределителя, а для фидера — от минимальных годовых эксплуатационных расходов. В системах электрической тяги троллейные провода и рельсы (или два комплекта токопроводящих рельсов) образуют распределители.

Трамвайные и троллейбусные системы должны соответствовать определенным законодательным нормам, главными из которых являются:

1.Напряжение на контактном проводе не должно превышать 550 вольт, а на генерирующих станциях (или подстанциях) — 650 вольт.

2. Троллейный провод должен быть разделен на участки длиной не более 1,6 км.

3. Разность потенциалов между любыми двумя точками системы возврата рельсового пути не должна превышать 7 вольт.

4. Разность потенциалов между любой точкой рельса и землей не должна превышать 4 вольт. Следовательно, в случае трамвайных путей для троллейного провода и рельсов пути требуются отдельные системы подачи, чтобы соответствовать этим правилам.

На железных дорогах постоянного тока, использующих рельсовые пути в качестве обратного пути, падение напряжения в рельсовых рельсах ограничивается такими значениями, чтобы на работу телеграфной аппаратуры не влияли токи земли. Положительная часть распределительной системы не должна соответствовать законодательным нормам в отношении падения напряжения и секционирования через каждые 0,8 км.

Изменение напряжения в трамваях в основном зависит от падения напряжения в троллейном проводе. Допустимые колебания напряжения зависят от условий эксплуатации.

Выбор длины контактного провода между двумя точками питания зависит от допустимого падения напряжения, тока, необходимого на этом участке, и особенностей контактного провода.

Способ подачи троллейного провода в трамваях в значительной степени зависит от плотности движения и экономических соображений. Для интенсивного движения требуется отдельный фидер, питаемый от подстанции, для каждого участка длиной 0,8 км, в то время как при малом трафике несколько участков контактного провода длиной 0,8 км питаются от одного фидера по экономическим соображениям.Эти два метода схематично показаны на рис. 15.13.

В одном случае [рис. 15.13 (a)] контактный провод используется в качестве распределителя, и каждая распределительная секция содержит две или более секций контактных проводов. В противном случае [рис. 15.13 (b)] фидеры большого x-образного сечения подводятся к нескольким точкам в системе, от которых ток распределяется по различным участкам контактного провода с помощью распределительных кабелей. Второй способ более экономичен и меньше разброс напряжения на соседних участках.

Напряжение вдоль пути поддерживается в пределах 7 вольт над землей за счет использования отрицательного усилителя. Иногда используется большее количество отрицательных фидеров сравнительно низкого сопротивления.

Электрические тяговые системы |

Система, в которой электроэнергия используется в тяговых системах, например, в железных дорогах, трамваях, троллейбусах и т. Д., Называется электрической тягой. Электрификация пути относится к типу системы электроснабжения, которая используется при питании систем электровоза.Это может быть переменный или постоянный ток или композитный источник питания.

Выбор типа электрификации зависит от нескольких факторов, таких как доступность электроснабжения, тип области применения или такие услуги, как городские, пригородные и магистральные услуги и т. Д.

Существуют три основных типа электрических тяговых систем:

  1. Система электрификации постоянного тока (DC)
  2. Система электрификации переменного тока
  3. Композитная система.


1- Система электрификации постоянного тока

Выбор системы электрификации постоянного тока включает в себя множество преимуществ, таких как размеры и вес, быстрое ускорение и торможение электродвигателей постоянного тока, меньшая стоимость по сравнению с системами переменного тока, меньшее потребление энергии и так далее.

В этом типе системы трехфазная мощность, полученная от электросетей, деэскалируется до низкого напряжения и преобразуется в постоянный ток выпрямителями и силовыми электронными преобразователями.

Этот тип источника постоянного тока подается на автомобиль двумя разными способами:

  • 3-я и 4-я рельсовая система работают при низких напряжениях (600-1200В)
  • В надземных рельсах используется высокое напряжение (1500-3000 В)

В состав систем электроснабжения электрификации постоянного тока входят;

  • Питание 300-500 В для специальных систем, таких как аккумуляторные.
  • 600-1200В для городских железных дорог, трамваев и легких поездов метро.
  • 1500-3000В для пригородных и магистральных перевозок, таких как легкое метро и тяжелые поезда метро.

Благодаря высокому пусковому моменту и умеренному регулированию скорости, двигатели серии постоянного тока широко используются в тяговых системах постоянного тока. Они обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях и низкий крутящий момент на высоких скоростях.

Преимущества;

  • В случае тяжелых поездов, требующих частых и быстрых ускорений, тяговые двигатели постоянного тока являются лучшим выбором по сравнению с двигателями переменного тока.
  • Электропоезд
  • постоянного тока потребляет меньше энергии по сравнению с агрегатом переменного тока при тех же условиях эксплуатации.
  • Оборудование в системе тяги постоянного тока дешевле, легче и эффективнее, чем система тяги переменного тока.
  • Не вызывает электрических помех на близлежащих линиях связи.

Недостатки;

  1. Дорогие подстанции требуются через частые промежутки времени.
  2. Воздушный трос или третий рельс должны быть относительно большими и тяжелыми.
  3. Напряжение продолжает уменьшаться с увеличением длины.

2- Система электрификации переменного тока

Система тяги переменного тока стала очень популярной в настоящее время, и она чаще используется в большинстве систем тяги из-за ряда преимуществ, таких как быстрая доступность и генерация переменного тока, который можно легко повышать или понижать, простое управление двигателями переменного тока. , меньшее количество подстанций и наличие легких контактных сетей, передающих низкие токи при высоких напряжениях и т. д.

Системы электроснабжения электрификации переменного тока включают одно-, трехфазные и композитные системы. Однофазные системы состоят из источника питания от 11 до 15 кВ при 16,7 Гц и 25 Гц для облегчения регулирования скорости коммутирующих двигателей переменного тока. Он использует понижающий трансформатор и преобразователи частоты для преобразования высокого напряжения на фиксированную промышленную частоту.

Однофазная конфигурация 25 кВ при 50 Гц — наиболее часто используемая конфигурация для электрификации переменного тока. Он используется для систем перевозки тяжелых грузов и магистральных линий, поскольку не требует преобразования частоты.Это один из широко используемых типов композитных систем, в которых питание преобразуется в постоянный ток для привода тяговых двигателей постоянного тока.

В трехфазной системе для привода локомотива используется трехфазный асинхронный двигатель, рассчитанный на 3,3 кВ, 16,7 Гц. Система распределения высокого напряжения с питанием 50 Гц преобразуется в электродвигатель этой мощности с помощью трансформаторов и преобразователей частоты. В этой системе используются две воздушные линии, а рельс является еще одной фазой, но это создает множество проблем на пересечениях и перекрестках.

Преимущества;

  1. Требуется меньше подстанций.
  2. Можно использовать более легкий провод электропитания.
  3. Уменьшенный вес опорной конструкции.
  4. Снижены капитальные затраты на электрификацию.

Недостатки;

  1. Значительные затраты на электрификацию.
  2. Повышенная стоимость обслуживания линий.
  3. Воздушные провода дополнительно ограничивают зазор в туннелях.
  4. Обновление требует дополнительных затрат, особенно если есть бригады и туннели.
  5. Железнодорожная тяга требует иммунной мощности без порезов.

3- композитная система

Поезда

Composite System (или мультисистемы) используются для обеспечения непрерывного движения по маршрутам, электрифицированным с использованием более чем одной системы. Один из способов добиться этого — сменить локомотивы на коммутационных станциях. У этих станций есть воздушные провода, которые можно переключать с одного напряжения на другое. Другой способ — использовать мультисистемные локомотивы, которые могут работать при нескольких различных типах напряжения и тока.В Европе принято использовать четырехсистемные локомотивы. (1,5 кВ постоянного тока, 3 кВ постоянного тока, 15 кВ переменного тока 16 Гц, 25 кВ переменного тока 50 Гц).


Источники: различных презентаций slideshare.net, elprocus.com, electronicshub.org


Видео:

Почему в кабелях питания троллейбусов используется постоянный, а не переменный ток?

Насколько мне известно, передача тока на большие (е) расстояния более эффективна при использовании переменного тока.

Верно, если можно поднять напряжение.В случае троллейбуса на провода подается напряжение «конечного пользователя», 600 В. Обратите внимание, что воздушные линии будут разбиты на изолированные участки, и они будут подводиться от ближайшей троллейбусной подстанции. Подача на подстанцию, вероятно, будет где-то в районе 25–100 кВ (переменного тока) в зависимости от стандартных напряжений национальной сети. Таким образом, потери остаются низкими, так как секции 600 В постоянного тока достаточно короткие.

Какова причина использования постоянного тока для передачи энергии в этом случае?

  • Постоянная мощность.DC всегда включен. Переменный ток в импульсном режиме.
  • Более сбалансированная трехфазная нагрузка на подстанции. Используется многофазный выпрямитель, и одна фаза всегда обеспечивает питание.
  • Возможность легкой регенерации в линию при торможении.
  • Для данного напряжения пробоя изолятора постоянный ток позволяет передавать большую мощность.

Рис. 1. Преобразование трехфазного тока в постоянный обеспечивает более сбалансированную нагрузку на трехфазное питание. Однофазный источник переменного тока обеспечит импульсную нагрузку на источник.Источник изображения: Учебники по электронике.

Является ли передача энергии постоянного тока в этом случае более эффективной (без тяжелых преобразователей мощности внутри транспортного средства; дешевле производить двигатели постоянного тока; более эффективные двигатели постоянного тока и т. Д.), Более безопасной для пешеходов или просто устаревшей?

Вероятно, сочетание всего вышеперечисленного, кроме безопасности пешеходов. Проблема постоянного тока состоит в том, что переключение затруднено, поскольку отсутствует переход через нуль, при котором ток падает до нуля, чтобы помочь гасить дуги переключения.


Из комментариев:

«Обратите внимание, что ВЛ будут разбиты на изолированные участки, и они будут подводиться от ближайшей троллейбусной подстанции». Это снова похоже на аргумент в пользу передачи переменного тока. Меньше подстанций, которые нужно обслуживать по пути.

Подстанции для секционных выключателей нужны в любом случае, так что большой экономии не будет. Они также обеспечивают резервирование в случае отказа подстанции, когда каждая сторона может подавать питание на мертвую секцию (путем перемычки секций), хотя в результате будет некоторое падение напряжения.

Я думаю, это имело смысл на заре троллейбусов, но в настоящее время с доступностью дешевых электронных компонентов мне интересно, нет ли более сильного аргумента в пользу передачи энергии переменного тока.

Вам все еще не хватает преимуществ более сбалансированной нагрузки трехфазной системы, регенерации и стоимости высоковольтной изоляции сети.

ЕБРР и ЕС продвигают эффективный общественный транспорт в Украине


  • Херсон купить 50 новых троллейбусов в рамках II инфраструктуры общественного транспорта Украины
  • Кредит ЕБРР в размере 10 миллионов евро и инвестиционный грант ЕС в размере евро.5 миллионов
  • Фонд поддержки муниципальных проектов ЕС для поддержки инвестиций с помощью грантов

Город Херсон на юге Украины с населением около 300 000 человек заменяет свой стареющий парк троллейбусов современным и экологически чистым подвижным составом и является последним украинским муниципалитетом, присоединившимся к Программе общественного транспорта II ЕБРР для страны.

Кредит ЕБРР до 10 миллионов евро и инвестиционный грант до 1 евро.5 миллионов из Инвестиционной платформы добрососедства ЕС будут предоставлены Херсонэлектротрансу, главному транспортному предприятию города, которое обслуживает 15 троллейбусных маршрутов общей протяженностью почти 120 километров и ежедневно обслуживает более 40 000 пассажиров.

На средства будут закуплены до 50 новых троллейбусов, запасные части, а также ремонтно-диагностическое оборудование. Инвестиции также будут включать модернизацию и расширение существующей контактной сети и реконструкцию тяговых подстанций.

Модернизированный парк троллейбусов поможет снизить потребление энергии как минимум на 20% и сократит годовые выбросы CO 2 почти на 4 000 тонн.

Грантовое финансирование в размере до 850 000 евро, предоставленное ЕС и Многосторонним донорским счетом ЕБРР и Украины для стабилизации и устойчивого роста, поможет финансировать комплексную проверку, меры по реализации проекта, а также план корпоративного развития и устойчивой городской мобильности для Херсонэлектротранса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены.

Стоимость системы хранения (тыс. Евро) 226,1

Годовая экономия энергии (годовая экономия энергии) 122,5

ЧПС (тыс. €) 738,2

PBT (y) 2