Решения для метрополитена

Анонс: Особенности энергопотребления и нагрузок в силовых сетях метрополитенов крупных городов и мегаполисов. Выбор УКРМ (SE) для энергосбережения и надежности электроснабжения в сетях метрополитенов.

Силовые сети метрополитенов крупных городов и мегаполисов относят к энергоемким потребителям с превалирующей долей нелинейной нагрузки сложного характера. Значительная потребность в реактивной мощности сетей метрополитенов формируется не только системами и оборудованием инженерно-технического обеспечения (освещение, вентиляция, водоотведение, отопление, эскалаторы, цепи управления и сигнализации и пр.), но и подвижным составом, работающим на постоянном токе напряжения 825 В (750 В на токоприемниках подвижного состава) импульсного преобразователя (выпрямителя).

Справка: По данным разных источников основная доля потребления электроэнергии (полной мощности) приходится именно на подвижной состав (от 60 до 70% в зависимости от масштаба инфраструктуры метрополитена, частоты движения, числа и веса вагонов электропоездов, емкости аккумуляторов (или суперконденсаторов) «на борту» состава и т.д.). Вместе с тем, потребление реактивной энергии преобразователями (выпрямителями) тяговой сети на практике сравнимо и даже меньше потребности в реактивной мощности систем/оборудования инженерно-технического обеспечения, особенно если в качестве 3-го независимого источника питания для особой группы электроприемников I категории используются источники бесперебойного питания, из-за особенностей прокладки системы водоотведения масштабные на базе мощных насосных агрегатов, во время «ночного окна» проводятся работы в депо, тоннелях и т.д. Кроме того, на нагрузку преобразователей тяговой сети и, соответственно, потребление ими реактивной энергии влияет доля горизонтальных и наклонных участков на линиях, поворотов, число станций и пр., где электропоезда разгоняются, тормозят, увеличивают тяговое усилие, вес и число вагонов в составе, временной интервал подачи состава, КПД двигателей, износ тормозной системы и т.д.

Требования к электроснабжению метрополитенов (общие, по отдельным системам, оборудованию) по проектированию, обустройству определены в СП 120.13330.2012 Метрополитены (Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003), а пп. 5.10.1.3 СП формализованы категории приемников электроэнергии в сети по надежности, причем превалирующая доля приемников (тяговая сеть, эскалаторы, сети рабочего освещения тоннелей, пожарной сигнализации, оповещения, пожаротушения, противодымной защиты, лифты, установки водоотведения, охранной сигнализации, системы тоннельной вентиляции) относится к первой категории. Система электроснабжения метрополитена может быть централизованной (в основном линии глубокого заложения) или рассредоточенной (децентрализованной) и базируется на тяговопонизительных (ТПП), тяговых (Т), понизительных (ПП), а часто совмещенных тяговопонизительных (СТП) подстанциях преимущественно подземного расположения, подключаемых к сетям напряжением 6, 10 кВ 3-х (при отсутствии возможности 2-х) независимых источников питания энергосистемы города.

Постоянный ток в тяговой сети создается импульсными преобразователями, как правило с полупроводниковыми вентилями, а также нестабильным и нелинейным характером потребности в реактивной энергии из-за нестабильности и нелинейности нагрузки (двигателей и систем электропоездов). К шинам 400/230 В СТП, ТПП, ПП подключены эскалаторы, лифты, вентиляционные и насосные установки, рабочие и аварийные сети освещения, связи, системы отопления (электрические, насосные агрегаты повышения давления систем с теплоносителем), где основными потребителями реактивной энергии являются асинхронные двигатели, трансформаторы, люминесцентные и светодиодные светильники и прожекторы, источники бесперебойного питания с инверторами и пр.

Выбор УКРМ (SE) для энергосбережения и надежности электроснабжения в сетях метрополитенов.

При выборе УКРМ (SE) для силовых сетей метрополитенов следует учитывать, что:

• выпрямители тяговых сетей из-за специфики нагрузки отличаются нестабильным и быстроизменяющимся потреблением реактивной энергии, а также генерируют гармонические искажения высших порядков значительной интенсивности на 5-й, 7-й, 11-й, 13-й, 17-1, 19-й, 23-й, 25-й гармонике для 6-ти импульсного преобразователя и на 13-й, 23-й, 25-й для 12-ти импульсного (см. таблицу ниже);
  
  Таблица. Значения гармонических искажений по току и напряжению для 2-х, 3-х, 6-ти и 12-ти импульсных выпрямителей.
  
  
  • несмотря на относительно стабильный режим работы оборудования и систем инженерно-технического обеспечения нагрузка в целом нестабильная и нелинейная, а для двигателей, трансформаторов, ИБП, люминесцентных/светодиодных светильников, инверторов ИБП характерны гармонические искажения, в основном сосредоточенные в пределах 3-й, 5-й, 7-й гармоники;
  • все силовые сети метрополитенов изначально проектируются с перспективой развития и поэтому реальные коэффициенты мощности, реактивной мощности значительно отличаются от проектных, а для подбора эффективной и экономичной по вложениям установки компенсации лучше подбирать УКРМ (SE) модульного типа, что позволит корректировать генерацию, как автоматической коммутацией, так и заменой отдельной ступени;
  • уровень гармонических искажений в сети должен определяться по результатам мониторинга и анализа, что позволит подобрать оптимальный тип фильтра гармоник, но в любом случае для защиты конденсаторов в установках необходимо использование дросселей с настройкой на частоты ниже резонансной частоты наиболее интенсивной гармоники;
  • оптимальным решением компенсации реактивной мощности может быть интеграция УКРМ (SE) перед преобразователем тяговой сети и УКРМ (SE) на шинах 400/230 В СТП, ТПП, ПП, но возможны способы централизованной или групповой компенсации с применением гибридных фильтровых УКРМФ (SE), в том числе с тиристорными ключами УКРМТФ (SE), в которых нерегулируемая ступень будет «срезать» фоновую потребность в реактивной энергии оборудования и систем, работающих круглосуточно, а другие ступени подключаться автоматически по мере роста потребности нагрузки в реактивной энергии.