книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта

0,8—0,9), поэтому их реактивная мощность сравнительно неве­ лика.

Реактивная мощность в электрических сетях значительно превышает потерю активной мощности, так как основная на­ грузка потребителей состоит из асинхронных электродвигателей, работающих с недогрузкой, кроме того, потребление реактивной мощности имеет место в трансформаторах, стоящих между гене­ раторами и потребителями.

Баланс активной и реактивной мощностей в системе регули­ руется несколькими способами: установкой у потребителей ста­ тических конденсаторов, повышающих коэффициент мощности;

\

о•

заменой асинхронных электродвигателей синхронными; установ­ кой в системе синхронных компенсаторов (генераторов реактив­ ной мощности).

Согласно ПУЭ средневзвешенный коэффициент мощности электроустановок, присоединяемых к шинам 6—10 кв подстан­ ций электросистем, должен быть не ниже 0,92—0,95.

Регулирование активной нагрузки генераторов электростан­ ций, работающих на общую систему, производят в соответствии с графиками нагрузок, заданными диспетчером системы.

Приняв мощность генератора по отношению к мощности си­ стемы неизмеримо малой, можно считать напряжение на шинах генератора неизменным.

Регулирование активной нагрузки при £/ф = const иллюстри­ рует диаграмма напряжения (рис. 3-1).

В качестве начального значения принимаем фазовое напря­ жение Uф генератора, падение напряжения U\ в индуктивном сопротивлении генератора и э. д. с. Е генератора. В этом случае

отрезок АС пропорционален величине активной мощности, а от­ резок ВС — реактивной мощности генератора.

Если увеличить вращающий момент на валу генератора при неизменном токе возбуждения, то вектор э. д. с. ОА займет по­ ложение OA 1, При этом с увеличением активной мощности изме­ нится и реактивная мощность генератора (отрезок ВС\). Для сохранения реактивной мощности при увеличении активной мощ­ ности потребуется увеличение тока возбуждения генератора и увеличение его э. д. с. до значения Е i (отрезок ОА2).

Регулирование реактивной нагрузки генератора, работающе­ го на общую систему с неизменным напряжением, осуществляет­ ся путем изменения тока возбуждения. Если увеличить ток возбуждения генератора, сохраняя вращающий момент на его роторе, то э. д. с. генератора возрастет (векторы ОА и ОА\ на рис. 3-2). Реактивная нагрузка генератора при. этом также воз­ растет (векторы ВС и ВС\). Должна была бы возрасти и актив­ ная нагрузка (векторы АС и А\С\), но поскольку вращающий момент на валу остается неизменным, то вектор э. д. с. займет положение ОЛ2, реактивная мощность возрастет от значения

ВС до ВС2.

Регулирование частоты генераторов, работающих на общую систему, должно быть таким, чтобы колебания не превышали ±0,1—0,2 гц. Такое жесткое требование к постоянству частоты в энергосистеме связано с тем, что изменение частоты влияет на скорость вращения двигателей и может вызвать нарушение тех­ нологического процесса на предприятии.

Регулирование частоты в современных генераторах осуще­ ствляют при помощи автоматических устройств, воздействую­ щих на изменение скорости вращения первичных двигателей.

Следующим* важным показателем электрической системы является ее устойчивость.

Под устойчивостью системы понимают обеспечение парал­ лельной работы электростанций на общую систему при тех или иных нарушениях ц электросистеме. Существуют два вида ус­ тойчивости— статическая и динамическая.

Статической устойчивостью системы называется способность системы автоматически восстанавливать исходный режим (на­ пряжение, частоту) при малых возмущающих факторах. Напри­ мер, удаленное короткое замыкание, внезапное отключение от системы некоторых не особенно мощных потребителей.

Динамической устойчивостью системы называется способ­

работы, вызванные коротким замыканием вблизи электростан­ ций, отключением мощных потребителей.

При внезапном отключении мощных-потребителей мощность турбины превысит нагрузку генератора. На валу турбины воз­

никнет избыточный момент. Запасенная в турбине кинетическая энергия увеличит скорость вращения генератора и он может выйти из синхронизма. В этом случае система будет динамиче­ ски неустойчивая.

Аналогичное явление произойдет и при трехфазном корот­ ком замыкании вблизи генератора. В момент короткого замыка­ ния мощность генератора резко снижается, а в турбине остается запасенная кинетическая энергия. Для увеличения динамиче­ ской устойчивости системы при коротких замыканиях применя­ ют форсировку возбуждения генератора, а также быстрое отклю­ чение поврежденной линии.

Примером развала системы электроснабжения может слу­ жить «авария века», происшедшая в районе Ныо-Иорка 9 нояб­ ря 1965 г.: в 5 ч 28 мин прекратилась подача электроэнергии всего высокоиндустриального северо-востока США, а также юж­ ной части Канады. Последствия этой аварии были весьма ощу­ тимы. Люди застряли в скоростных лифтах многоэтажных зданий и в душных тоннелях метрополитена; город лишился не только света, но и воды; застыли поезда на вокзалах; прекра­ тили работу радио- и телевизионные станции, прекратилась сигнализация городских светофоров; телефонная связь работала с перебоями. Жизнь многих штатов США была парализована почти на 10 ч.

Подобного рода аварии происходят, конечно, очень редко и тем не менее они могут быть полностью предотвращены путем тщательного расчета и надлежащей эксплуатации электрических систем.

§ 4. Общие сведения о тяговых преобразовательных подстанциях

Тяговые преобразовательные подстанции городского электро­ транспорта служат для преобразования трехфазного переменно­ го тока напряжением 6—10 кв в постоянный ток.

600 в, на токоприемниках подвижного состава метрополитена — 750 в, на шинах тяговых подстанций — 825 в.

Структурная схема современной тяговой преобразовательной подстанции изображена на рис. 4-1. Питание тяговых подстан­ ций электроэнергией производится воздушными или кабельными сетями напряжением 6 или 10 кв. Через вводы высокого напря­ жения электроэнергия поступает в распределительное устрой­ ство высокого напряжения, затем в трансформаторы и преобра­ зователи. Электроэнергия постоянного тока через распредели­ тельное устройство, питающие и отсасывающие линии поступает в тяговую сеть для питания подвижного состава. Кроме перечис-

ленных элементов, тяговая подстанция имеет еще систему соб­ ственных нужд постоянного и переменного тока.

Питание тяговых подстанций в черте города осуществляется преимущественно через кабельные линии.

Прием электрической энергии, а также распределение энер­ гии по отдельным агрегатам подстанции производится в распре-

Рис. 4-1. Структурная схема тяговой преобразовательной под­ станции

делительном устройстве высокого напряжения сборными шина­ ми. Сборные шины выполняются обычно в виде голых провод­ ников, укрепленных на фарфоровых изоляторах.

Включение и отключение вводов и агрегатов в распредели­ тельном устройстве подстанции производится высоковольтными выключателями. Приводы высоковольтных выключателей могут быть ручными или дистанционными.

Обеспечение безопасности при ремонте высоковольтного оборудования действующей подстанции требует надежного дву­ стороннего отключения ремонтируемого аппарата. Для этой цели применяются высоковольтные разъединители, по устрой­ ству напоминающие рубильники. Разъединители управляются посредством ручного или дистанционного привода и устанавли­ ваются так, чтобы был хорошо виден разрыв цепи. В зависи­ мости от места установки разъединители бывают шинными и ли­ нейными.

Приборы автоматической защиты оборудования от токов короткого замыкания и перегрузки, а также другие электроиз­ мерительные приборы питаются от измерительных трансформа­ торов тока и напряжения. Защита оборудования от перенапря­ жения производится при помощи высоковольтных разрядников.

Все перечисленное оборудование, установленное в цепях вы­ сокого напряжения, носит общее название распределительного устройства. Распределительное устройство может быть закрыто­ го (в помещении) или открытого типа.

Мощность тяговой подстанции обычно выбирается по нагруз­ ке тех часов суток, в течение которых имеет место максимальная интенсивность движения электротранспорта в наиболее тяжелых зимних условиях. Кроме того, учитывается необходимость уста­ новки определенной резервной мощности.

Нагрузка на сборных шинах тяговой подстанции не остается постоянной по времени, так как непрерывно меняется количество поездов, курсирующих в районе 'подстанции, а также ток, по­ требляемый каждым из поездов. Ток поезда меняется в зависи­ мости от сопротивления движению подвижного состава, профиля и состояния пути, наполнения вагона пассажирами, схемы соединения тяговых двигателей и напряжения сети.

Вследствие этого мгновенные значения суммарного тока на сборных шинах тяговой подстанции непрерывно меняются (рис. 4-2).

Характер изменения нагрузки на шинах тяговой подстанции по часам суток изображен на рис. 4-3.

Коэффициент полезного действия подстанций и потери в- от­ дельных элементах системы электроснабжения могут быть оха­ рактеризованы данными табл. 4-1.

Современные тяговые подстанции городского электрического

Г л а в а I I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ

§ 5. Типы электрических станций

Электрической станцией называется такое энергетическое предприятие, на котором энергия природных источников (уголь, нефть, торф, газ и т. п.) перерабатывается в электрическую энер­ гию. Электрической подстанцией называется установка, в кото­ рой происходит преобразование электрической энергии — повы­ шение или понижение напряжения, преобразование переменного тока в постоянный ток и т. п.

Электрические станции могут быть классифицированы по потребителям и типу первичного двигателя.

По характеру потребителя электрические станции могут быть подразделены на: 1) районные; 2) городские (коммунальные); 3) промышленные (фабрично-заводские); 4) сельскохозяйствен­ ные; 5) транспортные; 6) специального назначения.

Отнесение электростанции к той или иной группе обычно может быть произведено лишь по преимущественному характе­ ру нагрузки, так как большинство современных мощных элект­ ростанций работают на общую электросистему, от которой про­ изводится питание самых различных потребителей.

По роду первичного двигателя современные электростанции подразделяются на: 1) тепловые: а) паротурбинные (ТЭС); б) газотурбинные; в) атомные (АЭС); 2) гидроэлектростанции (ГЭС); 3) ветровые.

§ 6. Тепловые электрические станции

Современные электростанции с паровыми турбинами бывают конденсационные и теплофикационные.

Конденсационные паротурбинные электростанции работают на каменном угле, торфе, природном газе, нефти. Твердые виды

Принципиальная схема работы конденсационной паротурбин­ ной электростанции изображена на рис. 6-1.

Впылеприготовительном устройстве уголь размалывается, подсушивается и затем через форсунки под давлением воздуш­ ной струи подается в топку котла, где и сгорает, образуя факел

свысокой температурой.

Втурбине пар, поступающий из парового котла, совершает механическую работу. По мере движения пара через турбину его давление падает; за последней ступенью турбины отработавший

пар поступает в конденсатор, где циркулирующей .проточной водой охлаждается и превращается в дистиллированную воду, перекачиваемую насосом в питательный бак. Далее вода через подогреватель снова поступает в котел. Поскольку в описанном

тальном производственный процесс теплоэлектроцентрали цели­ ком совпадает с процессом конденсационной электростанции (см. рис. 6-1).

При большом отборе пара для нужд теплофикаций количе­ ство пара, поступающего в конденсатор, уменьшается, следова­ тельно, уменьшаются и непроизвольные потери тепла, уносимого