Схемы силовых цепей тяговых подстанций метрополитена

Тяговые подстанции метрополитенов по конструкции и схемам силовых цепей могут быть разделены на две основные категории: наземные — при сосредоточенной и подземные (совмещенные) при распределенной системах электропитания.
Схема силовых цепей наземной подстанции. Рассмотрим типовую принципиальную однолинейную схему силовых цепей наземной тяговой подстанции метрополитена при сосредоточенной системе питания. Электропитание подстанции осуществляется, как правило, от энергосистемы по двум вводам. Питающие вводы должны обеспечивать в аварийном режиме нагрузку и соседней тяговой подстанции (в этом режиме вводные кабели могут быть перегружены до 30% против их номинальной нагрузки). Оба питающих ввода подключены к одной системе шин 6 или 10 кВ через масляные выключатели 2, шинные и линейные разъединители. Вводы тяговых подстанций работают параллельно и оборудованы направленной защитой, обеспечивающей отключение только одного ввода в случае его повреждения; по исправному вводу в это время питание будет подаваться без перерыва.
Со стороны питающего центра энергосистемы на вводах установлены реакторы для снижения тока короткого замыкания, что позволяет применять на подстанциях масляные выключатели с меньшей, чем без реакторов, разрывной мощностью, а также другое оборудование с невысокой динамической и термической устойчивостью. Каждый ввод имеет свой измерительный трансформатор напряжения, от которого питаются вводные счетчики (для расчетов с энергосистемой), вольтметры и обмотки напряжения реле направленных защит.
Подстанция имеет две системы 5 и 6 главных шин 6—10 кВ, причем питающие вводы, кабельная перемычка, все отходящие фидеры и агрегаты подсоединены к шинам через развилки, каждая из которых состоит из двух трех полюсных разъединителей. Такая схема позволяет относительно быстро переводить питание любого электрического присоединения с одной системы шин при ее повреждении на другую, а также поочередно проводить ремонт и ревизию шин, не прерывая работы подстанции.
Наличие двух систем шин и шиносоединительного масляного выключателя 3 (I1ICMB) позволяет также выводить в ремонт любой масляный выключатель. Питание фидера или агрегата при этом осуществляется через свободную систему шин. Ремонтируемый масляный выключатель отключают с двух сторон (снимают болты с его зажимов) и вместо него ставят шунтирующую перемычку, а защиту переводят переключателем на ШСМВ. Каждая система главных шин имеет свой измерительный трансформатор напряжения, подключаемый через разъединитель и трубчатый предохранитель и служащий для питания шинных вольтметров и счетчиков агрегатов и фидеров.
От главных шин 6—10 кВ питаются фидеры 4 понизительных подстанций, выпрямительные агрегаты 8 и трансформаторы собственных нужд подстанции 7. Все фидеры и агрегаты подключены к главным шинам через развилку разъединителей и масляный выключатель. Фидеры понизительных подстанций кроме шинных разъединителей имеют по одному линейному и одному заземляющему разъединителю для создания безопасных условий работы при ревизиях и ремонтах. Так как разъединители не предназначены для отключения под нагрузкой, на тяговых подстанциях осуществлена блокировка, не позволяющая производить оперативные переключения разъединителями при включенных масляных выключателях.
Из двух трансформаторов собственных нужд работает только один, другой находится в резерве, причем его включение, как правило, автоматизировано. Количество преобразовательных агрегатов на тяговых подстанциях при сосредоточенной системе питания колеблется (в зависимости от размеров движения поездов) в пределах от трех до шести, из которых один агрегат является резервным.
Распределительное устройство постоянного (выпрямленного) тока 825 В тяговой подстанции имеет три шины: плюсовые рабочую 11 и запасную 12, минусовую 10, а также запасной шиносоединительный быстродействующий автоматический выключатель (ШСА) 13, который обеспечивает перевод отдельных фидеров с рабочей шины на запасную.
Преобразовательные агрегаты на стороне постоянного тока подсоединены к плюсовым шинам через БАОД (катодный выключатель) 9 и два однополюсных разъединителя. Катодный выключатель служит для защиты катодного кабеля при повреждении. Ток в этих случаях меняет направление на обратное, в результате чего выключатель отключается и прекращается подпитка места повреждения со стороны других выпрямителей, включенных параллельно на ту же шину.
Между вторичной обмоткой тягового трансформатора и вентилями могут быть установлены шести полюсные быстродействующие анодные выключатели типа 6ХВАБ-10 или 6ХВАБ-15. Они служат для быстрого (в течение тысячных долей секунды) отключения выпрямителя со стороны переменного тока при повреждении внутри вентиля.
Минусовая шина разъединителями соединена с нулевыми точками тяговых трансформаторов и к ней подключены кабели отсасывающей сети, связывающие подстанцию с ходовыми рельсами.
На каждом фидере постоянного тока, через который осуществляется питание контактного рельса, установлены быстродействующий выключатель прямого тока 15, срабатывающий при повреждениях или перегрузках в контактной сети, а также шинный линейный и обходной разъединители. При неисправности основного выключателя питание фидера может производиться через запасной выключатель 13. В этом случае включается обходной разъединитель 14 и запасной выключатель, напряжение в контактный рельс подается в обход фидерного выключателя. Обходной разъединитель имеет электродвигательный привод с дистанционным управлением, благодаря чему перевод питания через запасной выключатель производится в течение 1—1,5 мин. После перевода питания шинный и линейный разъединители отключают, устраняют неисправность фидерного выключателя и восстанавливают нормальную цепь питания.
Питание цепей управления и сигнализации, а также аварийного освещения подстанции осуществляется от аккумуляторной батареи, в цепях заряда и подзаряда которой предусмотрены селеновые выпрямители.
Относительную сложность схемы наземной тяговой подстанции и наличие ряда резервных элементов (две системы шин 6—10 кВ, шиносоединительный масляный выключатель, резервный преобразовательный агрегат, запасные шина и быстродействующий выключатель на стороне постоянного тока) можно объяснить тем, что при сосредоточенной системе питания, вследствие значительных расстояний между подстанциями, нарушение нормальной работы хотя бы одной из них немедленно отражается на движении поездов метрополитена.