ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 109

ПРИЛОЖЕНИЕ А 111

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 113

ПРИЛОЖЕНИЕ В 121

ВВЕДЕНИЕ

Россия располагает внушительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливно-энергетическим комплексом, который в свою очередь является базой развития экономики, инструментом для внешней и внутренней политики. Роль государства на мировых энергетических рынках во многом определяется ее геополитическим влиянием.

Энергетический сектор обеспечивает успешное функционирование всех отраслей национального хозяйства, способствует консолидации субъектов Российской Федерации, а также определяет формирование основных финансовых и экономических показателей страны. Производственный, научно-технический и кадровый потенциал энергетического сектора экономики, природные топливно-энергетические ресурсы, являются национальным достоянием России. При его эффективном использовании создаются необходимые условия для вывода экономики страны на курс устойчивого развития, которое в свою очередь обеспечит рост благосостояния и повышение уровня жизни населения.

В существенной мере от качества электроэнергии зависят технологические процессы любого производства. В случае низкого качества электроэнергии оно может быть охарактеризовано как любые изменения в энергоснабжении, приводящие к нарушениям нормального хода производственного процесса или к повреждению оборудования, электродвигателей, трансформаторов.

Сети передачи и распределения электроэнергии являются одним из основных путей к будущему. Качество электрической энергии в значительной степени связано с процессами ее передачи и распределения. Оно является критическим параметром для современного производства.

Развитие электрических сетей в мире, рост числа межсетевых соединений предъявляют новые требования к надежности, защищенности и в особенности к качеству управления энергопотоками. Для удовлетворения современных требований появляются новые средства, как на уровне проектов, так и на уровне готового оборудования.

Анализ основных направлений развития топливно-энергетического комплекса, продиктованных «Энергетической стратегией России на период до 2020 года», с позиции прогноза обеспечения перспективных потребностей железнодорожного транспорта энергетическими ресурсами показывает, что:

- особенно устойчивым энергоносителем как по объёмам, так и по динамике роста выработки в стране на ближайшую и отдалённую перспективы является электрическая энергия;

- более всего близким и доступным энергоносителем (взамен дизельного топлива) является сжатый и сжиженный природный газ, объёмы производства которого в прогнозируемый период имеют приемлемую динамику;

- основой энергетической политики страны на прогнозируемый период является переход экономики России с энергорасточительного на энергосберегающий путь развития во всех областях энергопотребления;

- в стационарной энергетике и особенно в теплоэнергетике будут развиваться тенденции перехода к локальным источникам энергии с использованием в существенной мере местных энергоносителей, что весьма важно для направления путей развития стационарной железнодорожной теплоэнергетики

- жидкие топлива на нефтяной основе по объёмам производства будут находиться вплоть до 2020 года с вероятным снижением их выработки из-за постепенного истощения природных запасов;

Целью дипломного проектирования является анализ надежности системы электроснабжения, анализ отказов и повреждений устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) и использование полученных знаний для проектирования надежного электроснабжения. В данном дипломном проекте разрабатываются мероприятия по снижению потерь напряжения на высоковольтных линиях и устройствах СЦБ. Также внимание уделено внедрению новейших разработок в системе электроснабжения и обеспечения высокого качества электрической энергии.

1 АНАЛИЗ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЦБ ХАБАРОВСКОЙ ДИСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Устройство и назначение линии автоблокировки

Система. электроснабжения. нетяговых. потребителей железнодорожного транспорта включает. в себя пункты. питания, воздушные линии, линейное оборудование. Линии. продольного. электроснабжения (ПЭС) и высоковольтная линия устройств сигнализации, централизации и блокировки (ВЛ СЦБ) должны. быть. секционированы разъединителями с моторными приводами в горловинах железнодорожных станций и в районе постов электрической. централизации (ЭЦ) и домов связи, а также выключателями на понизительных подстанциях.

Схемы питания высоковольтных линий автоблокировки строят в зависимости от системы электроснабжения и степени надежности пунктов питания. Каждая сигнальная точка получает двустороннее электропитание от двух независимых друг от друга источников энергии.

При монтаже ВЛ СЦБ, ВЛ ПЭ на всем их протяжении должна соблюдаться транспозиция проводов. Полный цикл транспозиции имеет длину 9км, провода меняются местами через каждые 3 км. При этом кабельные вставки не учитываются. На линии длиной менее 3км транспозиция проводов не производится. Это необходимо для ограничения несимметрии токов и напряжений.

В качестве понижающих трансформаторов для осуществления питания перегонных и станционных устройств СЦБ и связи и других нагрузок, присоединяемых к ВЛ СЦБ, ВЛ ПЭ применяются однофазные и трехфазные трансформаторы соответствующего типа, мощности и напряжения согласно утвержденным нормам и техническим требованиям.

Жесткие требования к устройствам внешнего электроснабжения предъявляют не только по критерию количества независимых источников питания и времени перехода на резерв и с резерва, но и по уровню напряжения переменного тока основного и резервного питаний на вводах релейных шкафов перегонных устройств автоблокировки и шинах вводных панелей постов ЭЦ. Номинальное напряжение переменного тока на устройствах СЦБ и связи должно быть 110, 220, 380 В. Отклонения от указанных величин номинального напряжения допускаются в сторону уменьшения не более 10 %, а в сторону увеличения — не более 5 %.

Устройства автоблокировки получают питание от специальной высоковольтной линии переменного тока, располагающейся вдоль железнодорожных путей. Напряжение на ней (6 или 10 кВ) выбирают в зависимости от мощности, потребляемой устройствами автоблокировки, расстояниями между пунктами питания, условий подключения линий к тяговым подстанциям на электрифицированных участках, от степени влияния на линии связи и других причин. На участках с электрической тягой, как правило, применяют напряжение 10 кВ, так как это позволяет просто подключаться к тяговым подстанциям, где на шинах распределительных устройств также применяют напряжение 10 кВ. Высоковольтные линии автоблокировки выполняют трехфазными и, в основном, воздушными.

При электрической тяге переменного тока устройства автоблокировки с рельсовыми цепями (РЦ) частотой 25 Гц могут получать питание от высоковольтного провода, расположенного на опорах контактной сети напряжением 27,5 кВ. В этом случае обратным проводом являются рельсы. Сигнальный ток частотой 25 Гц для питания РЦ получают от преобразователя частоты.

В случае выхода из строя основного источника питания (линии) устройства получают питание от резервного. Совокупность основных и резервных устройств электроснабжения определяет систему электропитания.

Рисунок 1.1  Схемы питания высоковольтной линии автоблокировки

В зависимости от надежности внешнего электроснабжения применяют две системы электропитания — смешанную и систему питания переменным током. При смешанной системе питание энергией устройств автоблокировки осуществляется по высоковольтной линии, а при ее отключении — от аккумуляторных батарей. Такую систему используют на некоторых участках без электротяги, оборудованных автоблокировкой с импульсными РЦ постоянного тока. В системе питания переменным током устройства автоблокировки получают энергию только по высоковольтным линиям. Эту систему используют на участках, оборудованных автоблокировкой с РЦ переменного тока. Обе системы электроснабжения обеспечивают бесперебойное и надежное питание электроэнергией каждой сигнальной точки.

Схемы питания высоковольтных линий автоблокировки строят в зависимости от системы электроснабжения и степени надежности пунктов питания. Каждая сигнальная точка получает двустороннее питание от двух независимых друг от друга источников энергии.

В смешанной системе (рисунок 1.1, а) максимальное расстояние между двумя смежными пунктами питания устанавливают таким, чтобы падение напряжения в линии при максимальной нагрузке не превышало 10 %.

На участках без электротяги высоковольтные линии автоблокировки получают питание от всех имеющихся на участке источников электроэнергии достаточной мощности, а на участках с электротягой  от всех тяговых подстанций. В таком случае допускается изменение напряжения источника питания на (5  10) % номинального значения.

На электрифицированных участках высоковольтные линии под­ключаются к тяговым подстанциям (рисунок 1.1, б). Во избежание перебоев действия автоблокировки при повреждениях линии или ремонте предусматривают резервную высоковольтную линию.

На рисунке 1.2 цифрами пронумерованы: 1 – сигнальные точки; 2 – трансформатор типа ОМ; 3 – высоковольтный предохранитель; 4 – разъединитель; 5 – высоковольтная линия; 6 – высоковольтный масляный выключатель; 7 – повышающий трансформатор 0,23 (0,4)/6,3 (10,5); 8 – измерительные трансформаторы тока; 9 – автоматический выключатель; 10 и 11 – шины собственных нужд тяговой подстанции; 12 – ограничитель перенапряжения; 13 – кабельная вставка; 14 – пост секционирования; 15 - резервный трансформатор; 16 – резервная высоковольтная линия.

На электрифицированном участке применяют трехпроводную, трехфазную линию напряжением 6 и 10 кВ с изолированной нейтралью. Различают четыре основные схемы питания (рисунок 1.2): консольная, встречноконсольная, консольная с двумя линейными трансформаторами и консольная с резервной линией. При консольной схеме (рисунок 1.2, а) напряжение в высоковольтную линию автоблокировки подается от тяговой или ближайшей трансформаторной подстанции. Расстояние между смежными пунктами обычно не превышает 50 км. Линия секционируется при помощи разъединителей. Из двух смежных пунктов питания основной включен, а резервный  только при отключении основного или при ремонтных работах на линии. При встречноконсольной схеме питания (рисунок 1.2, б) предусмотрен нормально отключенный пост секционирования в середине фидерной зоны. Для повышения надежности электроснабжения и проведения плановых ремонтов иногда устанавливают резервный трансформатор возле каждого сигнального устройства. В качестве резервной применяют линию 6 или 10 кВ (рисунок 1.2, в), подвешенную на самостоятельных опорах или опорах контактной сети.

Рисунок 1.2  Схемы питания устройств

автоблокировки переменного тока

Надежность электроснабжения потребителей сигнализации централизации и блокировки в значительной мере зависит от технического состояния и уровня эксплуатации воздушных линий, по которым мощность подается от основных и резервных пунктов питания к линейным. От линейных пунктов напряжение поступает в устройства сигнализации централизации и блокировки, его распределением и обслуживанием занимаются работники службы сигнализации и связи.

При интенсивном увеличении протяженности этих линий и движения поездов появилась необходимость повышения уровня технического состояния и эксплуатации отдельных элементов и линий в целом.

Наряду с железобетонными стойками Минтрансстроя могут применяться железобетонные стойки типа СВб–2,5–110 Минэнерго, которые изготавливают из вибрационного предварительно напряженного железобетона. Железобетонные опоры, устанавливаемые в населенной местности должны иметь защитное заземление. Например: территории городов, поселков, парков, бульваров, пляжей, портов, пристаней, железнодорожных станций, деревень, промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Железобетонные опоры воздушных линий сигнализации централизации и блокировки, расположенные вне населенной местности, заземляют, когда емкостные токи замыкания на землю превышают 5 А. Релейная защита фидеров от однофазных замыканий на землю, в этом случае, может действовать на сигнал. Во всех остальных случаях производить заземление опор воздушных линий сигнализации централизации и блокировки в ненаселенной местности не требуется, но при емкостных токах более 5 А, должна действовать на отключение этих фидеров.

Сопротивление заземляющих устройств опор в летнее время в грунтах с удельным сопротивлением  до 100 Ом ∙ м – должно быть не более 30 Ом, а в грунтах с  выше 100 Ом ∙ м – не более 0,3 Ом. В фундаментной части стоек на расстоянии 2,2 м выполняется гидроизоляционное покрытие.

Воздушная линия автоблокировки выполняется: стальными однопроволочными проводами диаметром 5 миллиметров (ПСО5), биметаллическими проводами диаметром 4 и 6 миллиметров (БМ4, БМ6), стальными многопроволочными проводами ПС25, ПС35, а также сталеалюминевыми неизолированными проводами АС25, АС35, АС50. Провода крепятся на изоляторах ШФ10В и ШС10 при деревянных и на изоляторах ШД20 при железобетонных опорах.

Марку и сечение проводов ВЛ СЦБ определяют нагрузкой фидерной зоны из условия консольного питания всех линий и ограничения потерь напряжения на уровне 10 %. Используют неизолированные стальные многопроволочные провода ПС–25, ПС–35 и тросы диаметрами 4,3 и 6,1 мм, сталеалюминевые провода марок АС-25, АС-35, АС-50, из алюминиевого сплава марок АН и АЖ номинальным сечением 25, 35, 50, 70 мм². Провода марки АН изготавливают из алюминиевого сплава АВ–Е, а марки АЖ из того же сплава, но термоупрочненного, которые обладают высокими физико-механическими свойствами. По своим электрическим и механическим характеристикам эти провода несколько отличаются от алюминиевых и сталеалюминевых, хотя и приравниваются к ним. При решении вопроса замены алюминиевых и сталеалюминевых проводов на провода из сплава АВ–Е необходимо выбирать следующее большее сечение. Вблизи морских побережий, соленых озер, химических предприятий следует применять биметаллическую проволоку типов БСМ-4, БСМ-6 диаметрами 4 и 6 мм, подвешивать специальные провода марок АСКС–25, АСКС–35, АСКС–50 или сталемедные тросы диаметрами 6,6, 7,5 и 9 мм типов ПБСМ–1–25, ПБСМ-1-35. При устройстве переходов ВЛ СЦБ необходимо применять стальные или сталеалюминевые провода сечением, не менее 25 мм² (при пересечении железных дорог, сечением не менее 35 мм²). Применение алюминиевых проводов на ВЛ СЦБ во всех случаях запрещается.

Изоляторы. Для изоляции проводов ВЛ СЦБ от опор используют, как правило, штыревые фарфоровые (ШФ) и стеклянные (ШС, ШЖБ) изоляторы. Кроме штыревых, по условиям удобства монтажа, для надежной работы секционирующих ВЛ СЦБ разъединителей, если штыревые изоляторы не обеспечивают требуемую механическую прочность, проектами предусматривается применение и подвесных стеклянных (ПС) или фарфоровых (ПФ) изоляторов. Изоляторы из закаленного стекла не уступают аналогичным типам фарфоровых изоляторов, они дешевле. Дефектный изолятор из закаленного стекла легче выявляют осмотром и в момент монтажа, так как он прозрачный, и в период эксплуатации, так как при пробое у него разрушается стеклянная тарелка, причем отрыва стержня изолятора от шапки не происходит. Дефектный фарфоровый изолятор выявляют только путем проведения дополнительных испытаний или верхового осмотра линий.

На ВЛ СЦБ применяют изоляторы следующих М типов: ШФ10–Г(а), ШС10–Г, ШС10–А(б), ШФ20–В(в), ПФ70В(г), ШЖБ10–С(д). Первая буква условного обозначения изолятора означает его вид: П – подвесной, Ш – штыре­вой; вторая – материал изоляции: Ф – фарфор, С – стекло. Третья буква у подвесных изоляторов определяет конфигурацию изоляционной детали: В – с вытянутым ребром, Д – двукрылая, К– коническая, Н – нормального исполнения, С – сферическая. Цифры у штыревых изоляторов всегда показывают номинальное напряжение изолятора, кВ. Разрушающая нагрузка штыревых изоляторов при изгибе составляет 10 – 14 кН. Первые цифры подвесных изоляторов означают класс изолятора (40, 70, 120, 160, 210, 300, 400, 530), они определяют для них механическую разрушающую силу на разрыв в кН. Буквы А, Б, В, Г после класса указывают на модификацию изолятора.