Mạng cao áp và trạm điện kéo - Pgs.Ts.Đàm Quốc Trụ phần 3 ppt

Cung cấp ñiện phía ngoài các TðK trên 1 ñoạn ñường sắt ñược thực hiện từ 3 nguồn ñiện PΠ1, PΠ2, PΠ3 nối với nhau thành mạng ñiện cao áp kéo dòng ñiện xoay chiều 3 pha ñiện áp 110 kV.. Tð

MCA&TðK • 35

9 Miếng đệm trung tính;

10 ðệm khơng khí;

12 Thiết bị phân phối điện áp 10(35)kV;

13 Dây cung cấp phụ tải khu vực;

14 Dây tiếp xúc(TX);

15 Ray

ðiện áp mạng điện 3 pha theo đường vào (1) tới thiết bị phân phối (2) và đến MBA 3 pha 3 cuộn dây (3) đấu Y/∆/∆, 110(220)/35(10)/27,5kV ðiện áp ra cuộn thứ cấp thứ nhất là 27,5kV cấp điện cho đồn tàu nhờ thiết bị phân phối 27,5kV (4), phi đơ 7,8 của mạng tiếp xúc, phi đơ ray 6 và mạng tiếp xúc

Trên đoạn mạng điện kéo (giữa mạng TX và ray) sử dụng điện áp 1 pha từ các pha khác nhau của dây quấn MBA đấu ∆: 7 là pha a, 8 là pha b, 6 là pha C ðấu các đoạn của mạng dây TX với các pha a và b, cĩ thể gây ngắn mạch MBA hạ áp, vì thế đoạn dây

TX được cách ly bởi khoảng phân cách khơng khí (10), miếng đệm trung tính 9

3.1.4 SƠ ðỒ NGUYÊN TẮC CUNG CẤP ðIỆN CHO ðỒN TÀU CHẠY ðIỆN XOAY CHIỀU 15 KV TẦN SỐ THẤP 16 2/3 HZ (Hình 3–3)

Hình 3–3. Sơ đồ cấu trúc trạm điện kéo xoay chiều điện áp 15kV tần số 16

3

2

Hz

1 ðầu vào điện áp cung cấp;

2 Máy biến áp hạ áp;

3 ðộng cơ đồng bộ và máy phát 1 pha;

4 Máy biến áp tăng áp;

5 Máy cắt;

6.7 Phi đơ của mạch tiếp xúc và mạch ray;

8 Khoảng cách khơng khí;

9 Dây tiếp xúc;

10 Ray;

11 ðường dây 110kV

Sử dụng tần số thấp vì đồn tàu dùng động cơ xoay chiều cĩ vành gĩp Trên hình

vẽ, đường dây cao áp 110kv đấu vào MBA hạ áp 2 của TðK (đường nét đứt là trạm điện kéo)

Từ dây quấn thứ cấp của MBA, điện áp 6,3kV cung cấp cho động cơ điện đồng

bộ Trên trục của động cơ cĩ máy phát 1 pha (3) ðiện áp ra 5,7 kV với tần số 16 2/3 Hz

từ máy phát được tăng lên nhờ MBA (4) và đưa lên thanh cái TðK Một trong các thanh cái, đấu vào ray bởi phi đơ 7 Các thanh cái khác nhờ các máy cắt 5 và các phi đơ của mạng dây TX 6 đấu vào mạng tiếp xúc

Số lượng lớn các MBA và các bộ biến đổi truyền động quay hạn chế sự ứng dụng của hệ thống cung cấp điện loại này

3.1.5 KHẢO SÁT SƠ ðỒ CẤU TRÚC ðOẠN ðƯỜNG SẮT CHẠY ðIỆN BẰNG

HỆ THỐNG DỊNG ðIỆN 1 CHIỀU, ðIỆN ÁP 3,3 KV (Hình 3 – 4)

Các ký hiệu trên hình 3–4:

1 ðầu vào điện áp cung cấp

2,3,5,7,8,10,18 Thiết bị phân phối 220,110,35,10kV

4,19 Các máy biến áp hạ áp

6 Các thanh cái 35kV với máy cắt phân đoạn

9 Bộ biến áp và chỉnh lưu

10,12,13 Thiết bị phân phối điện áp 1 chiều 3,3kV

14,15 Các khoảng cách khơng khí

16,17 ðoạn dây tiếp xúc của khu gian

20,23,29 Dao cách ly

21 Máy ngắn mạch

22 Bộ tách ly

24 Máy cắt phân đoạn

25,26 Máy biến áp và đương dây cung cấp sinh hoạt & khơng điện kéo

27,28 Máy biến áp

30 Thiết bị điều khiển và đĩng đường tự động

31 ðường dây cung cấp điện cho phụ tải vùng

PΠ1,PΠ2,PΠ3 Trạm phân phối

TDK1 – TDK5 Trạm điện kéo

MCA&TðK • 37

Hình 3–4 Sơ ñồ cấp ñiện khu ñoạn ñường sắt dòng ñiện 1 chiều ñiện áp 3,3kV

Cung cấp ñiện phía ngoài các TðK trên 1 ñoạn ñường sắt ñược thực hiện từ 3 nguồn ñiện PΠ1, PΠ2, PΠ3 nối với nhau thành mạng ñiện cao áp kéo dòng ñiện xoay chiều 3 pha ñiện áp 110 kV

ðấu vào lưới ñiện cao áp có 5 TðK: TðK 1 ÷TðK 5 Mỗi 1 trạm ñược cung cấp

từ 2 phía TðK 1 là trạm gốc có 4 ñầu vào và thực hiện cung cấp ñiện cho nhu cầu tự dùng của TðK và truyền tải ñiện năng trong dây cao áp (mạch 1 và mạch 2) Trên sơ ñồ cấu trúc ký hiệu các thiết bị phân phối ñiện áp 110 kv là (2,3) Trang bị các máy cắt cao

áp, các dao cách ly, các thiết bị bảo vệ và các dụng cụ ño lường

MBA hạ áp (4) ñóng mạch vào các thanh cái 110 kV ðiện áp sơ cấp 110 kv hạ xuống bởi các MBA ñến 10 kv và ñấu chung vào thanh cái 10 kv của thiết bị phân phối 7 của TðK 1.ðấu với thanh cái 10 Kv là MBA chỉnh lưu 9 ðiện áp chỉnh lưu ñưa tới thanh cái dương "+" và thanh cái âm "–" của TðK cấp cho dây tiếp xúc (TX) và mạch ray.ðiện

áp chỉnh lưu ñấu vào các thanh cái "+" và “–“ của trạm ñiện kéo cấp chodây tiếp xúc và mạch ray.ðấu các phi ñỏ vao thanh cái “+” thực hiện nhờ máy cắt 3,3 kv (13)

Sơ ñồ này minh hoạ ñầy ñủ TðK 1 và TðK2 từ ñó dẫn ra hệ thống cung cấp ñiện của 1 ñoạn ñường sắt có 2 trạm ñiện kéo A và B TðK 1 ñấu vào mạng dây tiếp xúc TX của khu gian phía trái 16,còn phía phải từ khu gian 17 so với ga A và ñoạn dây tiếp xúc riêng của ga A ðoạn mạng dây TX của khu gian 17 từ phía kia nhận cung cấp ñiện năng từ TðK 2 (có nghĩa là ñược cung cấp ñiện từ 2 phía)

Cấp ñiện cho phụ tải khu vực ñược thực hiện từ dây quấn MBA hạ áp ñiện áp 35

kV theo ñường dây 5 và thanh cái 6 Ngoài ra ñấu với thanh cái 10 kV là 2 MBA tự dùng (trong sơ ñồ chỉ 1 MBA 25),nó ñảm bảo ñiện năng cho mạch ñiều khiển, hệ thống tín hiệu, chiếu sáng, sưởi và các phụ tải ñộng lực của trạm ñiện

Từ thanh cái 380 V của MBA 25 nhờ MBA tăng áp 27 ñiện áp ñưa vào ñường dây

3 pha riêng ñiện áp 10kV dọc theo ñường sắt và ñấu với TðK liền kề nhờ dao cách ly

29 ðường dây ñiện này cung cấp ñiện năng cho thiết bị tín hiệu, ñiều ñộ tập trung, khoá liên ñộng nhờ MBA hạ áp 28

– Sự khác nhau của các TðK2 và TðK3 so với TðK1 là về các sơ ñồ cung cấp ñiện phía ngoài Tại TðK trung gian TðK2 cung cấp ñiện từ ñường dây truyền tải ñiện năng ñược thực hiện nhờ ñấu tách mạch 1 và mạch 2 của hệ thống dây cao áp Trong sơ

ñồ nối kết cả 2 TðK ñược sử dụng máy ngắn mạch 21 và dao cách ly (DCL) 22 DCL tác ñộng nhanh trước hết ngắt phần mạch ñiện ñể cắt khỏi lưới ñiện những MBA bị hỏng hóc,mà phần mạch ñiện ñó không có máy ngắn mạch ở phía cao áp Nhờ có các máy ngắn mạch, ngắn mạch nhân tạo ñược tạo lập trong lưới cung cấp và càng ñảm bảo

tự ñộng bảo vệ tại nguồn cung cấp khi xảy ra sự cố ở MBA

Trong sơ ñồ trên hình 3 –4 khi tác ñộng máy ngắn mạch 21 của các TðK 2 và TðK 3 thì nó cắt rời khỏi thiết bị phân phối 110 kV (3) của TðK 1 Các máy biến dòng ñặt trong mạch các máy ngắn mạch sẽ ñịnh vị ngừng cung cấp ñiện vị trí ngắn mạch Các dao cách ly 20 thường mở và chỉ ñóng lại khi cả 2 MBA ñược cấp ñiện từ 1 trong các ñường dây truyền tải ñiện năng Trong TðK3, trong mạch ñấu sao cho khi cắt các dao cách ly 23 và máy ngắt 24 ñóng mạch (thường ñóng), còn các DCL 20 ngắt mạch và tự ñóng lại chỉ trong thời gian khi bảo dưỡng và sửa chữa máy ngắt

MCA&TðK • 39

TðK 4 là trạm cụt với ñiện áp sơ cấp 35 kv và hạ áp 1 nấc Những phụ tải không phải ñiện kéo 31 trong trạm ñược cấp ñiện năng từ thanh cái ñiện áp sơ cấp hoặc là hệ thanh cái ñiện áp 10 kv

Cung cấp ñiện năng cho TðK 5 thực hiện nhờ thanh cái 10 kv của trạm phân phối TPP qua ñường dây PΠ3

3.1.6 SƠ ðỒ CUNG CẤP ðIỆN CHO GIAO THÔNG ðIỆN ðƯỜNG SẮT XOAY CHIỀU 27,5 KV

Hình 3–5 Sơ ñồ cung cấp ñiện ñoạn ñường sắt ñiện khí hoá bằng dòng ñiện xoay chiều ñiện áp 27,5kV

1 ðầu vào ñiện áp cung cấp

2,3,5,6,7 Thiết bị phân phối ñiện áp 110kV, 27,5kV

4,16 Máy biến áp hạ áp

8 ðoạn mạng dây tiếp xúc

9 Khoảng cách không khí

10 Tấm ñệm cách ly

11,12,36 Dao cách ly

11–11’, 12–12’ Mạch phân ñoạn ñầu vào trạm TDK3

13 Máy tách ly

14 Máy ngắn mạch

15 Máy cắt phân ñoạn

17,18,19,20 Thiết bị trạm ñiện kéo TDK2 dòng ñiện 1 chiều

21,22 Các máy biến áp và dây cung cấp cho nhu cầu tự dùng

23,24,25 Các máy biến áp và thiết bị ñóng ñường tự ñộng

PΠ1, TΠ2 Các trạm phân phối

TDK1– TDK4 Các trạm ñiện kéo

T1, T2 Máy biến ñiện áp

ðấu các TðK xoay chiều vào lưới ñiện 110kV, 220 kV ñựơc thực hiện theo nguyên tắc như ñấu các trạm ñiện kéo 1 chiều cùng loại Trên hình 3–5 là sơ ñồ cung cấp ñiện ñoạn ñường sắt ñiện khí hoá bằng dòng ñiện xoay chiều

ðể cung cấp ñiện kéo ñược liên tục và cung cấp ñiện cho phụ tải không phải ñiện kéo tại mỗi TðK ñặt 2 MBA 3 dây quấn 4 ðiện áp 10 (35) kv của biến áp hạ áp ñược

sử dụng ñể cấp ñiện cho phụ tải khu vực hoặc các trạm ñiện kéo ghép nối TðK 2 ðiện

áp 27,5 kv tác dụng lên thanh cái a,b,c của hệ thống cung cấp ñiện kéo

ðể phụ tải ñều tất cả 3 pha của hệ thống cung cấp ñiện phía ngoài các khu ñoạn mạng TX và ray ñấu với các pha khác nhau của thanh cái 27,5 kv

Hình 3–5 Sơ ñồ cung cấp ñiện ñoạn ñường sắ ñiện khí hoá bằng dòng ñiện xoay chiều ñiện áp 27,5kV

MCA&T§K • 41

ðối với các pha của máy biến áp hạ áp phân ñoạn mạng dây TX ñược chia bởi phân cách không khí 9 và cách ly trung tính 10 khi ñóng các ñoạn mạng tiếp xúc vào pha này hay pha kia của MBA những ñoạn dây TX ñã ñược chia bởi khoảng cách không khí (ñoạn 8)

Mạng ñiện kéo khu gian ñược cung cấp 2 phía từ những TðK liền kề TðK 1 và TðK 3 Trong trường hợp này ñể cung cấp tải ñến cho ñường dây cao áp 110kV, MBA

hạ áp ñược ñấu với chúng luân phiên thứ tự pha

Từ những thanh cái ñiện áp dùng cho ñiện kéo 27,5 kV cung cấp ñiện cho MBA

21 và các ñường dây cung cấp 22 cho sinh hoạt (phụ tải không phải ñiện kéo) bằng các MBA công suất nhỏ 23 và 24 Và các tủ ñiện chuyên dụng cung cấp cho thiết bị ñóng ñường tự ñộng 24 như trên hình 3–4

Dây quấn MBA ñấu với thanh cái 35 kV hoặc 10 kV ñược sử dụng ñể cấp ñiện cho phụ tải khu vực và các trạm ñiện kéo tiếp giáp

ðối với ñoạn tiếp giáp của lưới 1 chiều và lưới ñiện kéo xoay chiều bằng các dao cách ly 3,3 và 27,5 kv có thể tác dụng các ñiện áp tương ứng phù hợp ðể làm ñược ñiều ñó trên TðK 1 dây quấn của MBA dẫn ñiện áp 10 kv ñến thanh cái 10 kv và tới biến thế chỉnh lưu 18

Bộ thiết bị khoá liên ñộng loại bỏ khả năng tác ñộng ñồng thời ñiện áp của 2 loại dòng ñiện (Xoay chiều, 1 chiều)

Các TðK trung gian ñóng mạch vào hệ thống truyền tải ñiện năng dạng nối móc hoặc nối thông suốt có thiết bị phân phối 110 kv tương ứng như TðK 1 chiều Tại các TðK: TðK 3 nối thống suốt với hệ thống dây cao áp, máy ngắt và các dao cách ly trong mạch 12–12' thường ñóng, giữ dao cách ly trong mạch 11 – 11' thường ngắt và chỉ ñóng mạch vào thời gian các MBA duy tu bảo dưỡng các máy ngắt Máy tác li 13 cho phép ngắt các máy biến áp hỏng hóc của TðK này, còn máy ngắn mạch 14 dùng ñã tạo thành dòng ñiện ngắn mạch nhân tạo cho ñường dây cao áp với ñiện áp 110 kv, mà trị

số của nó sẽ tác ñộng ngắt máy ngắt của TðK gốc, ví dụ như máy ngắt PY 110 kv của TðK 1

ðặc ñiểm của TðK và các sơ ñồ cung cấp ñiện cho xe ñiện ngầm (metro) liên quan ñến chức năng của TðK Người ta phân các TðK này theo phụ tải ñiện kéo và các phụ tải sinh hoạt

ðể cung cấp cho các phụ tải không phải ñiện kéo: các thang máy, thiết bị chiếu sáng nhà ga, thiết bị thông gió và máy bơm, máy dọn vệ sinh… và những thiết bị khác

sử dụng những trạm hạ áp chuyên dụng hoặc phụ

3.1.7 SƠ ðỒ CẤU TRÚC CỦA TðK DÙNG CHO XE ðIỆN NGẦM(METRO)

Trạm ñiện kéo ñảm bảo cung cấp ñiện lưới ñiện kéo theo hệ thống cung cấp tập trung Hệ thống cung cấp như vậy ñã phổ biến rộng rãi trong thời gian ñầu phát triển tàu ñiện ngầm, các TðK ñã ñược xây dựng trên mặt ñất, khoảng cách giữa chúng khoảng 3

42 • MCA&TðK

ñến 3,5km Nối những thanh cái trạm ñiện kéo với mạch ñiện ñường ray ñặt ở trong các ñường hầm ñược thực hiện nhờ các ñường cáp ñặt trong các ống cáp bảo vệ

Hình 3–6. Sơ ñồ cấu trúc cung cấp ñiện cho xe ñiện ngầm trong thệ thống cung cấp ñiện tập trung trạm ñiện kéo

1 ðầu vào ñiện áp cung cấp

2,3 Thiế bị phân phối ñiện áp 10kV

4 Máy ngắt catốt

5 Máy ngắt ñường dây

6,7 Dao cách ly có ñiều khiển dọc và ngang

TCC Tâm cung cấp

Π1, Π2 Các tổ biến ñổi với các máy biến áp T1, T2 và các chỉnh lưu VD1, VD2 T3,T4 Các máy biến áp cấp ñiện cho chiếu sáng

T5 Máy biến áp cho ñóng ñường tự ñộng

T6 Máy biến áp cung cấp cho thang máy

T7 Máy biến áp tự dùng riêng

Hệ thống cung cấp ñiện cho ñường hầm hiện ñại ñặc trưng bằng xây dựng các TðK hỗn hợp dưới mặt ñất tại mỗi một nhà ga TðK hỗn hợp dưới mặt ñất ghép thành

1 TðK hạ áp, và ñặt chúng ở vị trí gần phụ tải ñiện kéo cực ñại Xây dựng TðK hỗn hợp dưới mặt ñất cho phép áp dụng hệ thống cung cấp mạch ray phân tán Các ray tiếp

MCA&T§K • 43

xúc tại mỗi trạm kéo ñược phân ñoạn bằng khoảng cách không khí Mỗi một phần của lưới nhận ñiện năng cung cấp ñồng thời từ 2 TðK

Trong trường hợp cung cấp 2 phía phụ tải ñiện kéo ñược phân bố giữa các TðK làm cho tính chất tương ñối ñồng ñều ñảm bảo cho sự làm việc ổn ñịnh tin cậy trong ñiều kiện làm việc bình thường cũng như trong ñiều kiện làm việc sự cố

Hình 3–7. Sơ ñồ cấu trúc cung cấp ñiện trạm ñiện kéo hỗn hợp của xe ñiện ngầm TðK1 và TðK2

1 Lối vào ñiện áp cung cấp;

2 Thiết bị phân phối ñiện áp 10kV;

3 Thiết bị phân phối máy cắt phân ñoạn;

4 ðường dây ra hoặc thanh nối ngang cầu;

5 TCC1 – TCC3 Trung tâm cấp ñiện

Ta khảo sát hệ thống cung cấp ñiện cho xe ñiện ngầm TðK cho xe ñiện ngầm ñược ñấu với 2 nguồn ñiện áp 10KV Các thiết bị phân phối 10KV ký hiệu 2 từ lối vào

1 có hệ thống thanh cái ñơn với các máy ngắt phân ñoạn thường mở Các ñoạn làm việc riêng rẽ và nhận cấp ñiện từ những nguồn khác nhau

Các tổ biến ñổi TCC1 và TCC2 với các biên thế T1, T2 ñóng mạch vào 1 thanh cái với ñiều kiện ñể phân biệt ñiện áp tác dụng vào những ñoạn từ nguồn khác nhau Trong trường hợp ñóng các tổ chỉnh lưu vào những ñoạn của các thanh cái có ñiện áp khác nhau, tổ biến thế chỉnh lưu với ñiện áp cung cấp thấp cho lưới sẽ có phụ tải lớn Các phi ñơ của ñường dây cung cấp (ñiện áp 825V)ñược ñóng mạch tới ray tiếp xúc “+” (nhờ máy ngắt 5 và các dao cách ly dọc 6) Các ñoạn ray tiếp xúc ñược nối với nhau nhờ các dao cách ly ngang 7 Nhóm các dao cách ly dọc và ngang tạo thành trạm chuyển mạch và ñảm bảo giúp cho cung cấp từ 2 phía trong chế ñộ bắt buộc(sự cố) Các máy biến thế T3 ñến T7 ñóng mạch vào những ñoạn khác nhau của thanh cái

và vì sự khác nhau có thể của ñiện áp cung cấp làm cho việc song song ở phía ñiện áp thấp là không ñược thực hiện (không ñóng mạch) Các máy biến thế T3 và T4 về cơ bản dùng cho phụ tải chiếu sáng Những phụ tải công suất lớn hơn,như thang máy cuốn,ñược ñấu vào thanh cái của các máy biến thế sinh hoạt T6, T7 ðể cung cấp cho các thiết bị ñiều khiển (tín hiệu hoá, ñiều khiển tập trung và ñóng khoá ñường tự ñộng) tại TðK ñặt 1 hoặc 2 máy biến thế T5

44 • MCA&TðK

Bởi vì xe ñiện ngầm ñược coi là hộ tiêu thụ ñiện năng loại 1,nên trong các sơ ñồ cung cấp ñiện phía ngoài cho TðK cần phải cung cấp dự trữ bổ sung(trên sơ ñồ cấu trúc hình 3–7) bằng thanh nối ngang giữa các trạm ñiện kéo liền kề TðK 1 và TðK 2 Khi

ñó ñường ra từ nhánh 1 và nhánh 2 của thanh cái mỗi một TðK cần ñấu nối với các nhánh tương ứng của thanh cái TðK phía trái và phía phải liền kề

Có thể ñơn giản hơn cho các sơ ñồ và kết cấu khi khai thác các TðK giao thông ñiện thành phố trên mặt ñất – Tàu ñiện bánh sắt và xe ñiện bánh hơi

3.1.8 Sơ ñồ cấu trúc TðK tàu ñiện bánh sắt và xe ñiện bánh hơi

Cung cấp ñiện phía ngoài, thành phần thiết bị TðK, hệ thống cung cấp ñiện mạng ñiện kéo trong một chừng mực nhất ñịnh phụ thuộc vào vị trí ñặt trạm ñiện kéo, vào lưới ñường dây xe ñiện bánh sắt và xe ñiện bánh hơi, vào công suất yêu cầu và cách lựa chọn hệ thống cung cấp ñiện dự trữ của mạng dây tiếp xúc và mạng ray

Tính tới những ñiều nêu trên,người ta phân chia thành các loại trạm ñiện kéo nhiều tổ máy.Chúng ñặc trưng bởi chế ñộ tin cậy cao do có ñảm bảo tổ chỉnh lưu dự trữ, phạm vi rộng lớn cung cấp cho mạng tiếp xúc (hệ thống cung cấp ñiện trung tâm), ñường cáp 600V kéo dài

Tại TðK với lối vào 1 (hình 3–8) và lối vào dự phòng 2 cho ñiện áp cung cấp, tổ chỉnh lưu làm việc 4 và dự trữ 5, ñường dây 600V với máy ngắt trực tiếp 9 và dự trữ 10

Hình 3–8 Sơ ñồ cấu trúc trạm ñiện kéo nhiều tổ máy của giao thông ñiện thành phố

1 và 2 Lối vào làm việc và dự trữ ñiện áp cung cấp;

3 Tổ phân phối 10kV;