Электроснабжение метрополитенов

Основными потребителями электроэнергии на метрополитене являются электропоезда, осуществляющие пассажирские перевозки на подземных магистралях. Кроме того, на метрополитенах электроэнергию потребляют эскалаторы, служащие для спуска и подъема пассажиров на станциях; санитарно-технические установки (электродвигатели вентиляторов и насосных перекачек); сети электрического освещения станций и тоннелей; электроаппаратура автоблокировки и электрической централизации; ремонтные и уборочные электромеханизмы; электросиловые установки и электроосвещение депо, ремонтных заводов и мастерских. Электропоезда метрополитенов работают на постоянном токе напряжением 825 В. Все остальные потребители используют электрическую энергию переменного тока напряжением 380 и 220/127 В.
Метрополитены снабжаются электрической энергией от электрических станций и подстанций районных энергосистем при напряжении 6 и 10 кВ переменного трехфазного тока частотой 50 Гц. Для преобразования электрической энергии высокого напряжения, получаемой от энергосистем, в постоянный ток напряжением 825 В и переменный ток напряжением 380 и 220/127 В, а также для передачи преобразованной энергии к месту потребления служат системы электроснабжения метрополитенов.
В эти системы входят следующие основные элементы: высоковольтные питающие сети трехфазного переменного тока, назначением которых является передача электроэнергии от питающих центров энергосистем к подстанциям метрополитенов; эти сети выполняют трехжильными кабелями, прокладываемыми в земле, коллекторах, трубах и тоннелях метрополитенов;
тяговые подстанции, на которых преобразовательные агрегаты превращают переменный ток 6—10 кВ в постоянный ток 825 В для питания электрической тяги и через шины 6—10 кВ которых происходит распределение электроэнергии между понизительными подстанциями примыкающего участка;
распределительные сети 6 и 10 кВ, служащие для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к понизительным; эти сети также выполняют трехжильными кабелями, прокладываемыми в тоннелях метрополитенов;
понизительные подстанции, на которых трансформаторы понижают напряжение 6—10 кВ до 380 и 220/127 В;
электротяговая сеть, служащая для передачи энергии постоянного тока 825 В от тяговых подстанций к электропоездам;
распределительные сети 380 и 220/127 В, которые передают электроэнергию от понизительных подстанций к электродвигателям, светильникам и другим приемникам электроэнергии.
На новых линиях Московского метрополитена и на метрополитенах других городов применена так называемая распределенная система электропитания, при которой тяговые подстанции расположены на каждой пассажирской станции, в месте сосредоточения электротяговых нагрузок. Тяговые подстанции совмещены с понизительными, расположены в одном с ними помещении и имеют общую систему питания от энергосистемы и общие шины 6—10 кВ. Такие подстанции называют совмещенными тягово-понизительными подстанциями (СТП). Распределенная система электропитания широко распространена, так как технически и экономически является наиболее целесообразной.
На старых линиях Московского метрополитена применена сосредоточенная система электропитания, при которой тяговые подстанции — наземные и расположены примерно на расстоянии 3 км одна от другой, а понизительные подстанции (наземные и подземные) находятся вблизи каждой пассажирской станции и с тяговыми подстанциями не объединены.
В метрополитенах для перевозки пассажиров используются только электропоезда, тоннель и большинство станций не имеют естественного освещения, откачка грунтовых вод производится беспрерывно, станции глубокого заложения не могут работать без эскалаторов. Поэтому естественно, что необходимость бесперебойного питания электроэнергией потребителей вызывает повышенные требования к надежности системы электроснабжения метрополитенов.         .
Каждая тяговая (рис. 10) или тягово-понизительная подстанция получает питание по кабельным фидерам непосредственно от питающего центра энергосистемы. Кроме того, на случай повреждения основного ввода питание подстанции резервировано по кабельной перемычке от соседней подстанции, которая в свою очередь связана с другим питающим центром энергосистемы. Количество и сечение кабелей питающих вводов и перемычек зависит от нагрузки подстанций в нормальном и аварийном режимах.
Электротяговая сеть метрополитенов состоит из следующих основных элементов: питающих одножильных кабельных линий напряжением 825В, по которым выпрямленный ток передается от плюсовой шины тяговой подстанции Т к контактному рельсу через продольные разъединители 2; контактных рельсов 4, С которых токоприемники вагонов осуществляют съем энергии; рельсовой сети, по которой электрический ток, пройдя обмотки электродвигателей поезда, возвращается на тяговую подстанцию; отсасывающей кабельной сети, соединяющей рельсовую, сеть с минусовой шиной тяговой подстанции и, следовательно, с нулевыми точками трансформаторов преобразовательных агрегатов. Кроме того, в электротяговой сети применяют ряд коммуникационных аппаратов, служащих для секционирования и защиты контактной сети и резервирования питания отдельных ее участков.
Как видно из рисунка, контактный рельс метрополитенов разделен на отдельные участки, т. е. выполнено секционирование контактной сети. Это позволяет в случае необходимости отключать только поврежденный, сравнительно небольшой, участок, оставляя остальную сеть под напряжением для продолжения движения поездов. Кроме того, разделение контактного рельса на отдельные участки в значительной степени облегчает защиту сети от токов короткого замыкания.
Продольные разъединители постов переключения позволяют отсоединить поврежденный участок и восстановить питание контактной сети от смежной тяговой подстанции. Включая поперечный разъединитель 3, можно перевести питание участка контактного рельса на другой фидер той же подстанции. Как продольные, так и поперечные разъединители постов переключения оборудованы электродвигательными дистанционными приводами, что позволят ей произвести необходимые оперативные переключения в течение 1—2 мин и тем самым быстро восстановить электропитание контактной сети в случае нарушения ее нормальной работы.
Контактный рельс главных путей на метрополитенах имеет, как правило, двустороннее питание — от двух смежных тяговых подстанций. Это способствует устойчивому напряжению на токоприемниках поездов, уменьшает потери электроэнергии в сети и, кроме того, создает более равномерную загрузку преобразовательных агрегатов, улучшая тем самым режим их работы.