Электроснабжение метрополитенов

 

Метрополитен является крупным потребителем электроэнергии.

На метрополитенах России для питания электроподвижного состава применяется тяговая сеть постоянного тока с напряжением на токоприемниках электровагонов подвижного состава 825 В. Такое напряжение является оптимальным. Сравнение с зарубежными метрополитенами, применяющими контактный рельс в качестве токопровода положительной полярности, показывает, что большинство из них также установили напряжение 750 В, а некоторые даже менеше - 600-650 В.

Тяговая сеть включает в себя:

 контактную сеть (питающие кабельные линии-фидера, соединяющие шину положительной полярности распределительного устройства 825 В подстанций с контактным рельсом; контактный рельс; разъединители, быстродействующие выключатели; кабельные перемычки; линейные разъединители);

 отсасывающую сеть (ходовые рельсы; дроссель-трансформаторы, подключенные к ходовым рельсам; кабельные линии, соединяющие дроссель-трансформаторы с шинной 825 В отрицательной полярности на подстанции).

Метрополитен, как потребитель электроэнергии, отнесён к первой категории особой группы электроприемников, ибо бесперебойное его энергообеспечение в аварийных ситуациях необходимо для предотвращения угрозы жизни людей.

Крупнейшие метрополитены мира расположены в городах: Лондон, Нью-Йорк, Париж, Москва, Токио, Осака.

Устройства электроснабжения метрополитена должны обеспечивать:

- надёжное электроснабжение электроподвижного состава для движения поездов с установленными скоростями и интервалами между поездами при требуемых размерах движения;

- надёжное электропитание всех потребителей метрополитена и иметь необходимый резерв.

Основными потребителями электрической энергии на метрополитене являются:

- тяга поездов (67% от общего потребления);

- электроприводы эскалаторов (6% от общего потребления);

- устройства автоматики и телемеханики движения поездов (1% от общего потребления);

- освещение станций, вестибюлей, переходов, служебных помещений (10% от общего потребления);

- вентиляционные и насосные установки (10% от общего потребления);

- уборочные машины, электроинструменты, сварочные аппараты, механизмы для путевых и других работ и т.д. (4% от общего потребления);

- устройства для подогрева воздуха в служебных помещениях (2% от общего потребления).

Использование ходовых рельсов в качестве обратного, отсасывающего токопровода приводит к наличию разности потенциалов между точками поступления в рельсы тягового тока (колёсные пары подвижного состава) и точками подключения идущих на тяговую подстанцию отсасывающих кабелей (у дроссель-трансформаторов). Часть тягового тока стекает с рельсов и проходит по параллельной цепи: по телу тоннеля, металлоконструкциям, оболочкам кабелей и т.д. и возвращается в ходовые рельсы в районе отсоса тягового тока на подстанцию к заземлённому контуру. Эта часть тягового тока называется блуждающим током, который в местах контактных зон может вызвать электрокоррозию металлических элементов конструкций, сооружений.

В метрополитенах используется схема двухстороннего питания. Принципиальная схема питания тяговой сети метрополитена представлена на рис.3.3.

Рис. 3.3 Принципиальная схема питания тяговой сети метрополитена

 

Контактный рельс каждого главного пути перегона получает питание от тяговопонизительных подстанций соседних к ним станций. Для разделения фидерных зон между собой контактный рельс на главном пути перегона перед платформой каждой станцией по ходу движения поезда имеет неперекрываемый воздушный промежуток (токораздел). Длина промежутка равна 14 метров, это обусловлено следующими причинами.

С обеих сторон каждого вагона метрополитена расположено по 2 токоприемника на расстоянии 12,6 метров друг от друга. Эти токоприемники электрически связаны друг с другом. Для того, что бы во время движения состава не происходило замыкание секций между собой и передача напряжения с одной секции на другую. Длина разрыва делается чуть больше, чем длина между 2-мя электрически связанными токоприемниками (рис.2.45).

Рис. 3.4 Схема расположения токоприемников на вагоне

 

На рис.3 представлена схема электроснабжения Самарского метрополоитена. Как видно из схемы, на участке находится 6 совмещенных тяговых подстанций (СТП), связанных между собой и получающих питание от энергосистемы города.

На рис.4 представлена схема тяговой подстанции метрополитена, а на рисунках 5 и 6 представлены графики нагрузки Самарского метрополитена.

Выполняя при этом свою основную функцию (перевозка пассажиров), метрополитен по своему характеру потребления отличается от железной дороги по следующим факторам.

1. Доля расхода электроэнергии на тягу в общей структуре электропотребления. Расход электроэнергии для движения поездов в метрополитене составляет около 67% от общего её потребления. Расход электроэнергии для движения поездов на железной дороге составляет около 82% от общего её потребления.

2. Суточный характер электропотребления. Основное движение электрического подвижного состава в метрополитене осуществляется в период с 6 до 24 часов суток. На железной дороге поездная работа осуществляется круглосуточно. При этом масса поездов на железной дороге, в отличие от метрополитена, отличается значительно (от 500 до 7000 тонн).

3. Межпоездные интервалы. В метрополитене поезда следуют друг за другом через равные промежутки времени. На железной дороге межпоездные интервалы варьируются от 6 до 30 минут. Следует учитывать так же наличие «окон» на железной дороге, величина которых также непостоянна.

 

Рис. 3.5 Структурная схема электроснабжения Самарского метрополитена

 

Рис. 3.6 Схема тяговой подстанции метрополитена

 

Рис. 3.7 Суточный график нагрузки Самарского метрополитена за 15.12.04

Рис. 3.8 Суточный график нагрузки Самарского метрополитена за 15.06.05