Перспективні системи тягового електропостачання. Системи електричної тяги підвищеної напруги як засіб освоєння значних обсягів перевезень і високошвидкісного руху

Як уже було показано на попередніх лекціях, на залізницях миру експлуатується біля десяти систем електричної тяги, що розрізняються родом і частотою струму, а також рівнем напруги в контактній мережі й на ЕРС. Чотири з них - домінуючі (див. мал. 10.1, г). Це системи 25 кВ, 50 Гц і 16 кВ, 16 2/3 Гц змінного струму й 3 і 1,5 кВ постійного струму; віднесемо їх дотрадиційних.

Більшість інших (1,9 %) нетрадиційних систем (крім системи з напругою 50 кВ) було створено на початкових етапах електрифікації залізниць у процесі пошуку найбільш прийнятних і технічно реалізованих у той час систем електричної тяги. Надалі широке поширення одержали зазначені традиційні системи спочатку постійного й трохи пізніше змінного струму, а потім коло систем звузився: зупинилися на двох конкуруючих системах - це 3 кВ постійного й 25 кВ змінного струму. Появі й широкому застосуванню системи тяги 25 кВ, 50 Гц змінного струму сприяла недостатня енергетична ефективність системи постійного струму напругою 3 кВ при зростанні обсягу вантажних перевезень.

І хоча сьогодні система змінного струму напругою 25 кВ і 2x25 кВ у стані повністю задовольнити досить більші обсяги перевезень, заглядаючи в майбутнє й опираючись на світовий досвід, представляється доцільним оцінити можливості подальшого підвищення енергетичної ефективності електричної тяги.

Галузева програма підвищення маси й довжини вантажних поїздів припускає в найближчі роки істотне збільшення вантажопотоків на ряді напрямків мережі залізниць, що зажадає організувати рух поїздів масою 6000 - 9000 т, а на окремих спеціалізованих лініях - від 10 - 12 тис. до 18 тис. т. Із цією метою виробляється подовження станційних колій, посилення технічних засобів різних господарств транспорту, включаючи й систему тягового електропостачання.

Поїзда великої маси будуть використовуватись в основному на електрифікованих напрямках. Однак існуючі системи тягового електропостачання не завжди в стані забезпечити передачу електроенергії необхідної потужності для поїздів підвищеної маси. Отже, необхідно шукати способи подальшого підвищення енергетичних можливостей експлуатованих систем тягового електропостачання.

Відповідно до прийнятих планів розвитку електрифікації залізниць країни будуть створені знову електрифіковані протяжні транспортні коридори, свідомо орієнтовані на рух поїздів підвищеної маси й довжини (руда, вугілля). Так, призначену для перевезень вугілля магістраль в Росії Воркута - Котлас - Коноша (довжина близько 1000 км) необхідно буде електрифікувати відразу як магістраль із підвищеними енергетичними можливостями тяги, наприклад, застосувати систему 50 кВ змінного струму, як на тисячокілометровій магістралі для перевезення вугілля й руди в ПАР (ЮАР).

Підвищити енергетичні можливості системи тягового електропостачання буде потрібно й при введенні високошвидкісних поїздів (300 - 350 км/ч), тому що їхнє енергоспоживання близько до енергоспоживання великовагових поїздів.

Збільшення енергетичної ефективностісистем тягового електропостачання, як, втім, і енергосистем загального призначення (ЛЕП 35, 11О, 220, 330, 500, 750, 1150 і 1500 кВ), завжди було пов'язане зпідвищенням напруги передачі енергії до споживача. Саме тому у свій час на залізницях перейшли від напруги 3 кВ у контактній мережі до 25 кВ, а надалі й на 2x25 кВ (передача енергії напругою 50 кВ). Таким чином, створення перспективних нетрадиційних систем тяги повинне бути орієнтоване саме на підвищення напруги передачі енергії до поїздів. Схематично шляхи його підвищення показані на мал. 32.

Для ділянок змінного струму — це розвиток автотрансформаторної системи 2x25 кв, що полягає в підвищенні напруги живильного проводу до 35, 65, 85 або 110 кв (передача енергії відповідно на напрузі 60, 90, 110, 135 кВ). При цьому зберігається ЕРС, розрахований на 25 кВ. Можливо також підвищення напруги й у контактній мережі, і на ЕРС із 25 до 50 - 100 кв (відповідно й напруги передачі енергії).

Для постійного струму підвищити напруга передачі енергії до поїздів можливо двома шляхами:

• улаштуванням на перегоні (див. мал. 33, б) декількох перетворювальних пунктів постійного-постійного струму 12 (24)/3 кВ, живлення до яких подається від шин 12(24) кв тягових підстанцій фідером тієї ж напруги постійного струму, а на ЕРС від цих пунктів подається напруга 3 кВ;

• підвищенням напруги в контактній мережі й на ЕРС до 12 або 24 кВ.

Рис. 17.59.Підвищення енергетичної ефективності електричної тяги шляхом нетрадиційних рішень в області систем тягового електропостачання й ЕРС (червоними кольорами виділені найбільш перспективні рішення)

Далі зазначені системи будуть розглянуті більш докладно.

Рис. 17.60.Узагальнені схеми передачі енергії поїздам підвищеною напругою:

а — автотрансформаторна система змінного струму; б — система постійного струму з живильним проводом підвищеної напруги й інверторно-перетворювальним пунктом