WikiDer > Система тягового питания Amtraks 25 Гц - Википедия

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален Найдите источники: «Система тягового питания Amtrak 25 Гц» – Новости · газеты · книги · ученый · JSTOR (Май 2019) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Amtrak HHP-8 под проводом 25 Гц при Станция Одентон

Система тягового питания Amtrak 25 Гц это тяговая электросеть управляется Amtrak вдоль южной части его Северо-восточный коридор (NEC): 225 миль (362 км) между Вашингтон, округ Колумбия. и Нью-Йорк^[1] и 104 маршрутных мили (167 км) между Филадельфия и Гаррисберг, Пенсильвания. В Пенсильванская железная дорога построила ее между 1915 и 1938 годами. Компания Amtrak унаследовала систему от Penn Central, преемницы Пенсильванской железной дороги, в 1976 году вместе с Северо-восточным коридором. Это причина использования 25 Гц, а не 60 Гц, что является стандартом для передача энергии в Северной Америке. Помимо обслуживания NEC, система обеспечивает питание Транзитные железнодорожные операции Нью-Джерси (NJT), Управление транспорта Юго-Восточной Пенсильвании (SEPTA) и Региональный пригородный поезд Мэриленда (MARC). Amtrak использует только около половины электрической мощности системы. Остальная часть продается пригородным железным дорогам, которые курсируют поездами по коридору.

История

v т е Блоки питания 25 Гц по системе ex-PRR
Amtrak Линия адских ворот 12 кВ 60 Гц Бауэри Бэй Обрыв фазы Солнечная сторона Статический преобразователь Лонг-Айленд-Сити Генераторная станция Набережная №1 Генераторная станция Нью-Йорк Penn Station Кирни Фазовый разрыв NJT МНЕ 25 кВ 60 Гц Набережная Обрыв фазы NJT МНЕ 25 кВ 60 Гц Матаван Фазовый разрыв NJT NJCL 25 кВ 60 Гц Metuchen Поворотный преобразователь Ричмонд Поворотный преобразователь Ричмонд Статический преобразователь Сомерсет Поворотный преобразователь Zoo Sub СЕПТА ex-Reading Lines 25 Гц от развязки Уэйн Жирар-авеню Фазовый разрыв Филадельфия Станция 30-я улица Ламокин Поворотный преобразователь Parkesburg Sub Safe Harbor Dam Транспортный центр Гаррисберга Perryville Sub Иерихон Парк Статический преобразователь Беннинг генерирующая станция Поворотный преобразователь Вашингтон, округ Колумбия. Union Station Потомак Двор
Легенда
Фазовый разрыв Станция Статический преобразователь Поворотный преобразователь Поворотный преобразователь (не используется) Генераторная станция (не используется) Плотина

Старая подстанция, построенная для проекта электрификации 1915 г. Брин Мор, Пенсильвания. Открытый двор является дополнением.

В Пенсильванская железная дорога (PRR) начали эксперименты с электрической тягой в 1910 году, что совпало с завершением их создания. трансгудзонские туннели и Нью-Йоркский Пенсильванский вокзал. Эти начальные системы были низковольтными. постоянный ток (ОКРУГ КОЛУМБИЯ) третий рельс системы. Несмотря на то, что они работали адекватно для обслуживания туннелей, PRR в конечном итоге определила их непригодность для высокоскоростной электрификации на большие расстояния.

Другие железные дороги к этому времени экспериментировали с низкой частотой (менее 60 Гц). переменный ток (AC) системы. Эти низкочастотные системы обладали преимуществом переменного тока в виде более высоких напряжений передачи, снижением резистивных потерь на больших расстояниях, а также типичным преимуществом постоянного тока в виде простого управления двигателем, так как универсальные двигатели может использоваться с трансформатором переключатель ответвлений механизм управления. Пантограф контакт с контактным проводом также более терпим к высоким скоростям и изменениям геометрия трека. В Нью-Йорк, Нью-Хейвен и Хартфордская железная дорога уже электрифицировал часть своей магистральной линии в 1908 году на 11 кВ 25 Гц переменного тока, и это послужило шаблоном для PRR, который установил свою собственную пробную электрификацию магистральной линии между Филадельфия и Паоли, Пенсильвания в 1915 г. Власть передавалась по вершинам цепная связь поддерживает использование четырех один этап, 2-х проводные распределительные сети 44 кВ. Испытания на линии с использованием экспериментальных электровозов типа PRR FF1 показали, что распределительных линий 44 кВ будет недостаточно для более тяжелых нагрузок на большие расстояния.

В 1920-х годах PRR решила электрифицировать большую часть своей восточной железнодорожной сети, и поскольку коммерческая электрическая сеть в то время не существовало, железная дорога построила свою собственную распределительную систему для передачи энергии от генерирующих станций к поездам, возможно, находящимся на расстоянии сотен миль. Для достижения этой цели компания PRR внедрила новаторскую систему однофазного высокое напряжение линии передачи на 132 кВ, понижен до 11 кВ на регулярно расположенных подстанциях вдоль путей.

Первая линия, электрифицированная с использованием этой новой системы, проходила между Филадельфией и Уилмингтон, Делавэр в конце 1920-х гг. К 1930 году контактная сеть расширилась от Филадельфии до Трентон, Нью-Джерси, к 1933 году в Нью-Йорк, а к 1935 году на юг до Вашингтон, округ Колумбия. Наконец, в 1939 году главная линия от Паоли на запад до Harrisburg был завершен вместе с несколькими грузовыми линиями. Также были включены Трентон Cutoff и Port Road Branch. На эти электрифицированные линии была наложена независимая электросеть, подающая ток 25 Гц от точки генерации к электровозам в любом месте на почти 500 км пути (800 км) пути, все под контролем диспетчеров электроэнергии в Гаррисберге, Балтиморе, Филадельфии и других городах. Нью-Йорк.

Северо-восточные железные дороги атрофировались в последующие годы Вторая Мировая Война; PRR не был исключением. Инфраструктура северо-восточного коридора осталась практически неизменной в результате серии слияний и банкротств, которые закончились созданием и приобретением компанией Amtrak бывших линий PRR, которые стали известны как Северо-восточный коридор. Примерно 1976 год Проект улучшения северо-восточного коридора изначально планировал преобразовать систему PRR в стандарт энергосистемы 60 Гц. В конечном итоге этот план был отложен как экономически невыполнимый, а инфраструктура электрической тяги была оставлена ​​в основном без изменений, за исключением общего увеличения тягового напряжения до 12 кВ и соответствующего увеличения напряжения передачи до 138 кВ.

В течение 1970-х годов было остановлено несколько первоначальных преобразователей или электростанций, которые первоначально подавали энергию в систему. Кроме того, завершение электрифицированных сквозных грузовых перевозок на магистральной линии до Паоли позволило вывести из эксплуатации оригинальные подстанции 1915 года и их распределительные линии на 44 кВ, причем этот 20-мильный (32 км) участок пути питался от подстанций эпохи 1930-х годов на любом конец. В течение десятилетия между 1992 и 2002 годами было введено в эксплуатацию несколько статических преобразовательных станций для замены остановленных или остановившихся станций. Джерико Парк, Ричмонд и Sunnyside Yard все преобразователи были установлены в этот период. Это заменило большую часть оборудования для преобразования электрической частоты, но линейное передающее и распределительное оборудование осталось без изменений.

В 2003 году Amtrak приступила к осуществлению плана капитального ремонта, который включал плановую замену большей части линейной сети, включая 138/12 кВ. трансформаторы, Автоматические выключатели, и контактный провод. По статистике, это капитальное улучшение привело к значительно меньшему количеству задержек, хотя серьезные остановки системы все еще имели место.

Технические характеристики и статистика

Подстанция Западная Филадельфия, 1915 г.

Система 25 Гц была построена Пенсильванской железной дорогой с номинальным напряжением 11,0 кВ. Номинальное рабочее напряжение было повышено в 1948 году и сейчас составляет:^[2]

• Контактное (тяговое) напряжение: 12,0 кВ
• Напряжение передачи: 138 кВ
• Мощность сигнала:
  • 2,2 кВ 91⅔ Гц - Нью-Йорк, Пенсильвания. 60 Гц использовались 1910–1931 гг. 100 Гц установлено, но быстро меняется, чтобы избежать помех, вызванных одновременной электрификацией переменного и постоянного тока.
  • 3,3 кВ 100 Гц - Паоли / Каштан-Хилл. 60 Гц использовали 1915 / 18–1930.
  • 6,9 кВ 91⅔ Гц - все работы по электрификации с 1930 года.

По состоянию на 1997 год в систему входили:

• 951 миля (1530 км) ЛЭП 138 кВ,
• 55 подстанций,
• 147 трансформаторов и
• 1104 мили контактной сети 12 кВ.

Локомотивы системы ежегодно потребляют более 550 ГВтч энергии.^[3] Если бы это потреблялось с постоянной скоростью в течение всего года (хотя на практике это не так), средняя нагрузка системы составила бы примерно 63 МВт.

Система фактор силы колеблется от 0,75 до 0,85.

Источники питания

Электроэнергия вырабатывается на семи объектах генерации или преобразования. Паспортная мощность всех источников энергии в системе - около 354 МВт. Мгновенная пиковая нагрузка на систему составляет 210–220 МВт (по состоянию на c. 2009 г.) в утренний час пик и до 225 МВт в дневное время.^[4] Пиковая нагрузка значительно выросла за последнее десятилетие - в 1997 году пиковая нагрузка составляла 148 МВт.^[3] Для сравнения HHP-8 Электровоз рассчитан на механическую мощность 6 МВт (эквивалент 8000 л.с.) после переоборудования и Head End Power убытки.

Независимо от источника, все преобразовательные и генераторные установки подают электроэнергию в систему передачи при 138 кВ, 25 Гц, однофазном, по двум проводам. Обычно по крайней мере две отдельные цепи 138 кВ следуют за каждой полосой отвода для питания линейных подстанций.

В настоящее время в рабочем состоянии находятся следующие преобразовательные и генерирующие установки, хотя все они редко работают одновременно из-за остановок на техническое обслуживание и капитального ремонта:

В настоящее время в эксплуатации находятся три типа оборудования: гидроэлектростанция генераторы, мотор-генераторы (иногда их называют поворотными преобразователями частоты) и статическими преобразователи частоты.

Гидроэлектрические генераторы

В Safe Harbor Dam вырабатывает железнодорожную энергию 25 Гц с помощью двух турбин в восточной части турбинный зал и M-G, установленный снаружи напротив стены плотины.

• Safe Harbor Dam, PA - The Safe Harbor Dam имеет два 28 МВт, один этап, турбины предназначен для выработки электроэнергии 25 Гц. Также установлен двунаправленный преобразователь частоты двигатель-генератор мощностью 25 МВт. Общая мощность плотины 25 Гц составляет 81 МВт. Электроэнергия от Safe Harbor передается через подстанцию ​​Conestoga на Роялтон, Пенсильвания, Паркесбург, Пенсильвания (два контура) и Перривилл, Мэриленд (четыре цепи), где он подается в линейную сеть 138 кВ.

Машины 25 Гц на плотине запланированы компанией Amtrak, но принадлежат и эксплуатируются компанией Safe Harbor Water Power Company. Как и другие гидроэлектростанции, он также имеет отличные черный старт возможности. Последний раз это было продемонстрировано во время отключения электроэнергии в 2006 году. После того, как в результате каскадного отключения преобразователей сеть оставалась обесточенной, она была восстановлена ​​с помощью генераторов Safe Harbor, а другие преобразователи впоследствии были снова включены в сеть.

В течение двенадцати месяцев, закончившихся в августе 2009 г., Safe Harbor поставил около 133 ГВтч энергии на подстанцию ​​Amtrak в Перривилле.^[5] Обычно две трети продукции Safe Harbor направляется через Perryville, а оставшаяся часть отправляется через Harrisburg или Parkesburg. Это говорит о том, что Safe Harbor ежегодно поставляет около 200 ГВт-ч энергии в сеть 25 Гц. 39 ° 55′36 ″ с.ш. 76 ° 23′6 ″ з.д. / 39.92667 ° с.ш. 76.38500 ° з.д. / 39.92667; -76.38500 (Электростанция Safe Harbor Dam)

Мотор-генераторы (вращательные преобразователи частоты)

Мотор-генераторы и паротурбинные генераторы были исходными источниками энергии в тяговой электросети PRR. Последняя паровая турбина была остановлена ​​в 1954 году, но некоторые из первоначальных двигателей-генераторов остались. Хотя преобразовательные машины часто называют «роторными преобразователями» или «роторными преобразователями частоты», они не являются вращающийся преобразователь часто используется метро для преобразования низкочастотного переменного тока в постоянный ток. Используемые преобразователи более точно описаны как двигатели-генераторы и состоят из двух синхронных машин переменного тока на общем валу с разным соотношением полюсов; они не связаны электрически, как в истинно вращающемся преобразователе.

Основные преимущества двигателей-генераторов: очень высокая ток повреждения номиналы и чистый выходной ток. Твердотельная электроника может быть повреждена очень быстро, поэтому микропроцессорные системы управления очень быстро реагируют на некорректные условия, чтобы перевести преобразователь в безопасный режим ожидания; или для отключения выхода автоматический выключатель. Мотор-генераторы конструкции 1930-х годов сильно перестроены. Эти прочные машины могут выдерживать большие переходные процессы нагрузки и сложные условия неисправности, продолжая оставаться в сети. Форма их выходного сигнала также идеально синусоидальная без шума или высших гармоник. Они могут фактически поглощать гармонический шум, производимый твердотельными устройствами, эффективно выступая в качестве фильтра. Эти атрибуты в сочетании с их высокой способностью к токам короткого замыкания делают их желательными в качестве стабилизаторов в энергосистеме. Компания Amtrak сохранила два оригинальных конвертерных завода и планирует провести их капитальный ремонт и продолжить работу на неопределенный срок.

К недостаткам двигателей-генераторов можно отнести более низкий КПД, как правило, от 83% (слегка загруженная машина) до 92% (полностью загруженная машина). Для сравнения, КПД циклоконвертера может превышать 95%. Кроме того, двигатели-генераторы требуют более регулярного технического обслуживания из-за их характера вращающихся машин, учитывая подшипники и контактные кольца. Сегодня прямая замена двигателей-генераторов также затруднена из-за высокой стоимости производства и ограниченного спроса на эти большие машины с частотой 25 Гц.

• Метучен, Нью-Джерси - Мотор-генератор мощностью 25 МВт. Модернизация линий электропередачи и автоматических выключателей запланирована на 2010 год.^[6] 40 ° 31′51 ″ с.ш. 74 ° 20′50 ″ з.д. / 40,530743 ° с.ш.74,347281 ° з.д. / 40.530743; -74.347281 (Вращающийся преобразователь частоты Metuchen)
• Ламокин (Честер), Пенсильвания - Станция Ламокин была построена в 1920-х годах и имеет полезную мощность 48 МВт и состоит из трех электродвигателей-генераторов мощностью 16 МВт. Все три агрегата будут отремонтированы, включая перемотку роторов и статоров, а также замену узлов контактных колец. Также планируется заменить соответствующие выключатели и кабели.^[6] 39 ° 50′36 ″ с.ш. 75 ° 22′38 ″ з.д. / 39,843241 ° с.ш. 75,377225 ° з.д. / 39.843241; -75.377225 (Поворотный преобразователь частоты Ламокина)

Статические преобразователи частоты

Статические преобразователи в системе были введены в эксплуатацию в течение десятилетия с 1992 по 2002 год. В статических преобразователях используется мощная твердотельная электроника с небольшим количеством движущихся частей. Основные преимущества статических преобразователей перед двигателями-генераторами включают меньшие капитальные затраты, меньшие эксплуатационные расходы и более высокую эффективность преобразования. Конвертер Jericho Park превышает проектный критерий КПД 95%. Основные недостатки твердотельных преобразователей включают генерацию гармоник как на стороне 25 Гц, так и на 60 Гц, а также более низкую перегрузочную способность.

• Саннисайд Ярд (Лонг-Айленд-Сити), Нью-Йорк - Статический инвертор мощностью 30 МВт заказан у ABB в 1993 году за 27 миллионов долларов. Этот преобразователь эксплуатируется компанией Amtrak и обычно работает при низкой непрерывной нагрузке для обеспечения поддержки пиковой и реактивной мощности в районе Нью-Йорка. 40 ° 45′02 ″ с.ш. 73 ° 55′18 ″ з.д. / 40.750499 ° с.ш. 73.921753 ° з.д. / 40.750499; -73.921753 (Статический преобразователь Sunnyside Yard)
• Ричмонд (Филадельфия), Пенсильвания - Завод статических преобразователей в Ричмонде состоит из пяти модулей по 36 МВт и имеет полезную мощность 180 МВт. Он был заказан у Siemens в 1999 году за 60 миллионов долларов, и установка была завершена примерно в 2002 году. Завод получает 69 кВ, трехфазный, Мощность 60 Гц от Энергетическая компания ПЕКО. Хотя точная электрическая архитектура модулей преобразователя неизвестна, предположительно, они относятся к разряду промежуточного звена постоянного тока (выпрямитель, фильтрующая способность и инвертор, расположенные вплотную друг к другу) на основе других преобразователей тягового усилия Siemens. Остановка тяговой сети в 2006 году произошла на одном из модулей преобразователя на этом заводе. Выходная мощность в Ричмонде планируется с PECO, хотя сами агрегаты управляются Amtrak удаленно из Филадельфии. Как правило, три преобразователя, поставляемые PECO (Richmond, Metuchen и Lamokin), планируются как блок с PECO. 39 ° 59′1 ″ с.ш. 75 ° 4′41 ″ з.д. / 39,98361 ° с.ш.75,07806 ° з. / 39.98361; -75.07806 (Статический преобразователь Ричмонда)
• Джерико Парк, Мэриленд - Статический преобразователь мощностью 20 МВт. Jericho Park был построен, чтобы заменить мощность, потерянную, когда BG&E отказалась продлить контракт с роторным преобразователем Benning. Компания BG&E предложила статический преобразователь для замены Беннинга, и Джерико Парк был введен в эксплуатацию шесть лет спустя. Состоит из двух 10 МВт циклоконвертер модули поставляются GE. 39 ° 0′56 ″ с.ш. 76 ° 46′09 ″ з.д. / 39,01556 ° с.ш. 76,76917 ° з.д. / 39.01556; -76.76917 (Статический преобразователь Иерихонского парка)
  Jericho Park был первым твердотельным источником питания, представленным в сети Amtrak. Он страдал от некоторых проблем с сетью фильтрации, вызванных сильно искаженным напряжением в цепной цепи, и в конечном итоге его первоначальная проектная мощность была понижена с 25 МВт до 22 МВА.^[7] Amtrak запросила финансирование для восстановления частей конвертера в ARRA запрос.^[6] В течение двенадцати месяцев, закончившихся в августе 2009 года, преобразователь в Иерихонском парке использовал около 70 ГВтч энергии. Обратите внимание, что завод статических преобразователей SEPTA в Уэйн-Джанкшен также основан на этой технологии, хотя ее поставила другая компания; видеть Система тягового усилия 25 Гц SEPTA. 39 ° 0′56 ″ с.ш. 76 ° 46′9 ″ з.д. / 39,01556 ° с.ш. 76,76917 ° з.д. / 39.01556; -76.76917 (Статический преобразователь Иерихонского парка)
• Метучен - В октябре 2014 года Amtrak заключила контракт с Siemens на два преобразователя мощностью 30 МВт.^[8] Преобразователи будут основаны на новой конструкции многоуровневого прямого преобразователя Сименс, известной как Sitras SFC Plus. Преобразователь преобразует трехфазное переменное напряжение питания непосредственно в однофазное переменное напряжение с другой частотой, и для питания воздушной контактной линии не требуется тяговый трансформатор.^[9] Проект должен быть завершен в 2017 году и является частью Программы усовершенствования высокоскоростных железных дорог Нью-Джерси (NJHSRIP), осуществляемой компанией Amtrak между Трентоном и Нью-Брансуиком, штат Нью-Джерси, на автодроме New Jersey Raceway.

Бывшие преобразователи и электростанции

Уотерсайд Электростанция в Манхэттене, Нью-Йорк

Большинство источников энергии в первоначальной электрификации Пенсильванской железной дороги были построены до 1940 года. Некоторые из них были выведены из эксплуатации, другие были заменены расположенными рядом статическими преобразователями частоты, а другие остаются в эксплуатации и будут ремонтироваться и эксплуатироваться неопределенно долго. В следующих таблицах перечислены источники, которые больше не используются.

Строящаяся электростанция Лонг-Айленд-Сити в Нью-Йорке в 1905 году

В Pepco Электростанция Беннинг Роуд в Вашингтоне, округ Колумбия, с 1935 по 1986 год обеспечивала мощность 25 МВА мощностью 25 Гц через поворотный преобразователь частоты в зале, ближайшем к путям Метро.

Фотография одного из синхронных конденсаторов Radnor 1916 г. Электрический мир

Снижение потребности в мощности 25 Гц

В начале 20-го века мощность 25 Гц была гораздо более доступной в коммерческих электроэнергетических компаниях. Подавляющее большинство городских систем метро использовали мощность 25 Гц для питания своих линейных роторных преобразователей, используемых для генерации постоянного напряжения, подаваемого на поезда. Поскольку вращающиеся преобразователи работают более эффективно с источниками питания с более низкой частотой, 25 Гц была обычной частотой питания для этих машин. Роторные преобразователи постоянно заменялись на протяжении последних 70 лет, сначала ртутными дуговыми. выпрямители и более поздние твердотельные выпрямители. Таким образом, отпала необходимость в мощности специальной частоты для городской тяги, а также исчезла финансовая мотивация для коммунальных предприятий использовать генераторы на этих частотах.

Генерирующая станция Лонг-Айленд-Сити

Электростанция Лонг-Айленд-Сити в Хантерс-Пойнт, штат Нью-Йорк, была построена Пенсильванской железной дорогой в 1906 году в рамках подготовки к Туннели Северной реки и открытие вокзала Пенсильвании на Манхэттене. Станция состояла из 64 угольных котлов и трех паротурбинных генераторов общей мощностью 16 МВт. В 1910 году станция была расширена двумя дополнительными турбогенераторами общей мощностью 32,5 МВт. Энергия передавалась на вращающиеся преобразователи (машины переменного тока в постоянный) для использования в первоначальной схеме электрификации третьего рельса PRR. Как и большинство систем распределения постоянного тока того времени (Томас Эдисонявляется самым известным), мощность 25 Гц использовалась для привода вращающихся преобразователей на подстанциях вдоль линии. В некоторых источниках утверждается, что к 1920-м годам станция в основном бездействовала.^[10] Когда в 1930-х годах была расширена линия электропередачи переменного тока, Лонг-Айленд-Сити подключился к распределительной сети 11 кВ.^[12] Работа станции передана в Консолидированный Эдисон в 1938 году, хотя ConEd начала поставлять электроэнергию от соседней Уотерсайд генерирующей станции, скорее всего, из-за снижения общего спроса на мощность 25 Гц. Станция была заброшена и продана в середине 1950-х годов. 40 ° 44′35 ″ с.ш. 73 ° 57′29 ″ з.д. / 40,7430 ° с.ш. 73,9581 ° з.д. / 40.7430; -73.9581 (Генерирующая станция Лонг-Айленд-Сити (не используется))

Береговая генерирующая станция

Первоначально построенная Consolidated Edison для подачи энергии в свою систему распределения постоянного тока на Манхэттене, Waterside начала подавать электроэнергию в систему переменного тока PRR примерно в 1938 году, когда ConEd приступила к эксплуатации станции Лонг-Айленд-Сити. В однофазные турбогенераторы были выведены на пенсию в середине 1970-х годов по соображениям безопасности. Два трансформатора были установлены для питания контактной сети от оставшихся (трехфазных) частей все еще относительно обширной системы 25 Гц ConEd. Проблемы с управлением потоком энергии не позволили использовать этот источник в условиях, отличных от аварийных.^[11] 40 ° 44′47 ″ с.ш. 73 ° 58′15 ″ з.д. / 40,7464 ° с.ш. 73,9707 ° з.д. / 40.7464; -73.9707 (Береговая генерирующая станция (снесена))

Изменитель частоты Беннинга

В 1986 г. Балтимор Газ и Электрик решила не продлевать контракт, по которому она эксплуатировала преобразователь частоты Benning Power Station от имени Amtrak. Они предложили статический преобразователь частоты, который был построен в парке Иерихон (Боуи, Мэриленд) и поставлен на вооружение весной 1992 года.^[13] 38 ° 53′51 ″ с.ш. 76 ° 57′33 ″ з.д. / 38,897534 ° с.ш. 76,959298 ° з.д. / 38.897534; -76.959298 (Изменитель частоты Беннинга (снесен))

Синхронный конденсатор Radnor

Несмотря на то что Реактивная сила в основном поставлялась вместе с реальной мощностью от паровых турбин и двигателей-генераторов системы, в PRR на короткое время использовались два синхронные конденсаторы. Вскоре после ввода в эксплуатацию электрификации 1915 года железная дорога обнаружила, что фидеры на 44 кВ и большие индуктивные нагрузки в системе вызывают значительный провал напряжения. Поставляющая электрическая сеть (Philadelphia Electric) также обнаружил, что фактор силы исправление было необходимо. В 1917 году PRR установила два синхронных преобразователя 11 кВ, 4,5 МВА на Radnor, приблизительная центральная точка системной нагрузки.^[14] Эта подстанция была расположена на месте резервуаров для воды, используемых для подачи воды на путевые поддоны, которые снабжали водой обычные паровозы. Позднее преобразователи были отключены и сняты. Выделенные машины для поддержки реактивной мощности впоследствии не использовались ни PRR, ни Amtrak. 40 ° 02′41 ″ с.ш. 75 ° 21′34 ″ з.д. / 40.044725 ° с.ш. 75.359463 ° з.д. / 40.044725; -75.359463 (Radnor)

Подстанции

Подстанция Фрейзера на Филадельфия - главная линия Гаррисберга

Старый пульт дистанционного управления подстанцией на Паоли блокирующая башня

Однолинейная схема подстанции эпохи 1930 года в Боуи, штат Мэриленд

Большая подстанция на плотине Safe Harbor - одна из немногих, которые увеличивают мощность с 25 Гц до 138 кВ для передачи на большие расстояния.

Однолинейная диаграмма Zoo Sub 9, около 1997 г., на мнемосхеме Load Dispatcher в Филадельфии.

Вид диспетчера энергоснабжения подстанции 43 (Пенсильванский вокзал в Нью-Йорке)

Первоначальная электрификация PRR в 1915 году использовала четыре подстанции на Арсенальный мост, Западная Филадельфия, Брин Моур, и Паоли.^[15] Подстанция «Арсенал-Бридж» увеличила мощность 13,2 кВ, 25 Гц, подаваемую от электростанции PECO Schuylkill на Христианской улице, до 44 кВ для распределения. Остальные три подстанции снизили напряжение в распределительной сети с 44 кВ до напряжения контактной сети 11 кВ. Подстанции управлялись с соседних сигнальных вышек.^[16] Они использовали типичные бетонные здания того времени для размещения трансформаторов и распределительного устройства, в то время как линейные терминалы находились на крыше. С 1918 года использовались наружные станции, а когда в 1928 году началась электрификация главной линии, станции стали большими открытыми сооружениями с использованием решетчатые стальные конструкции для монтажа выводов 132 кВ и распределительное устройство. К 1935 году новые станции были подключены к системам дистанционного наблюдения, что позволило директорам электроснабжения включать и выключать выключатели и выключатели из центральных офисов, не проходя через операторов башни.

Сегодня около 55 подстанций являются частью сети Amtrak.^[3] Подстанции расположены на расстоянии в среднем 8 миль (13 км) друг от друга и питают контактные цепи 12 кВ в обоих направлениях вдоль линии. Таким образом, контактная сеть сегментирована (через разрывы секций, также называемые «секционированием» в PRR) на каждой подстанции, и каждая подстанция питает обе стороны разрыва секции контактной сети. Поезд, курсирующий между двумя подстанциями, потребляет энергию через оба трансформатора.

Типичная подстанция включает от двух до четырех трансформаторов 138/12 кВ, воздушных выключателей 138 кВ, которые позволяют отключать отдельные трансформаторы, отключать один из двух фидеров 138 кВ или перекрестное соединение от одного фидера к другому. Выход трансформаторов выводится на контактную сеть через автоматические выключатели на 12 кВ и воздушные разъединители. Переключатели кросс-коммутации позволяют одному трансформатору питать все контактные линии.

Архитектура подстанции PRR была основана на протяженной высокоскоростной железной дороге.Расстояние между подстанциями гарантирует, что любой поезд никогда не удаляется более чем на 4 или 5 миль от ближайшей подстанции, что минимизирует падение напряжения. Одним из недостатков конструкции подстанции, изначально построенной PRR, является отсутствие в ней выключателей на 138 кВ. По сути, вся сегментация системы 138 кВ должна выполняться вручную, что затрудняет быстрое устранение неисправности на линии 138 кВ.

Неисправности в одной части линии также влияют на всю систему распределения, поскольку система передачи 138 кВ не может защитить или перенастроить себя во время неисправности. Сбои, связанные с высоким напряжением, обычно устраняются размыканием выходных выключателей преобразователя, что приводит к одновременному отключению преобразователя. Система не деградирует должным образом при неисправностях высокого напряжения. Вместо того, чтобы изолировать, например, южный фидер на 138 кВ между Вашингтоном и Перривиллем, система потребует размыкания выходных выключателей преобразователя в парке Джерико и Безопасной гавани. Это приводит к потере гораздо большей части сети, чем требуется для простой локализации неисправности.

Линии передачи

Информационная панель диспетчера нагрузки на станции 30-й улицы в Филадельфии, штат Пенсильвания, около 1996 года. На этой панели представлена ​​вся система передачи 138 кВ.

Четыре принадлежащие коммунальному предприятию цепи 138 кВ от Safe Harbor (Пенсильвания) до Perryville (Мэриленд).

Опора контактной сети с трансформатором 6,9 кВ, 100 Гц для мощности сигнала

Опоры контактной сети возле Одентона, штат Мэриленд. Трехпроводные электрические линии с частотой 60 Гц входят слева и проходят вдоль линии в любом направлении. Остальные линии высокого напряжения - 25 Гц.

Все линии электропередачи в системе 25 Гц - двухпроводные, однофазные, 138 кВ. Центральный ответвитель каждого трансформатора 138 кВ / 12 кВ соединен с землей, таким образом, две линии передачи связаны с напряжением ± 69 кВ относительно земли и 138 кВ относительно друг друга.

Обычно по железнодорожной линии между подстанциями проходят две отдельные двухпроводные цепи. Одна цепь установлена ​​наверху опор контактной сети на одной стороне пути; второй контур проходит по другой стороне.

Расположение опор контактной сети и проводов передачи придает подвесной конструкции вдоль бывших железнодорожных линий Пенсильвании ее характерную Н-образную конструкцию высотой 80 футов (24 м). Они намного выше, чем воздушные сооружения электрификации на других электрифицированных американских железных дорогах, из-за линий электропередачи 138 кВ. Контактные опоры и линии электропередачи вдоль бывшего Нью-Йорк, Нью-Хейвен и Хартфордская железная дорога линии и подразделение Amtrak New England намного короче и узнаваемы благодаря разному дизайну и конструкции.

Хотя большая часть инфраструктуры передачи расположена непосредственно над железнодорожными линиями на той же структуре, которая поддерживает контактную систему, некоторые линии либо расположены над линиями, которые были деэлектрифицированы или заброшены, либо, в некоторых случаях, на полностью независимых полосах движения. .

Ниже приводится список всех основных сегментов инфраструктуры передачи 25 Гц 138 кВ с указанием подстанций (SS или Sub) или высоковольтных коммутационных станций (HT Sw'g) в качестве конечных. Для наглядности расположение подстанций в этой таблице не повторяется. Список коммутационных станций высокого напряжения следует ниже.

Последние достижения

Строящаяся подстанция Ivy City 25 в Вашингтоне, округ Колумбия, 2010 г.

Программа Amtrak по улучшению капитала, начатая в 2003 году, продолжается по сей день и с 2009 года получила дополнительную поддержку из источников финансирования экономического стимулирования (Закон о восстановлении и реинвестировании Америки от 2009 года или ARRA).

Основные улучшения 2010 года:^[25]

• Завершение строительства подстанции Айви-Сити и ЛЭП 138 кВ.
• Заменить пять тяговых силовых трансформаторов.
• Обновите 40 миль контактной сети в Мэриленде.
• Обновить 18 миль контактной сети в Пенсильвании.
• Продолжить обновление цепочки вдоль линии Врат Ада в Нью-Йорке.
• Заменить ЛЭП 138 кВ между Safe Harbor (подстанция Конестога) и Атглен, Пенсильвания (к западу от Паркесбург, Пенсильвания).

Основные улучшения, запланированные на будущее, включают:

• Модернизируйте преобразователь частоты Metuchen.
• Строительство новой подстанции под названием Гамильтон (Sub 34A) между Моррисвиллем и Принстоном.
• Модернизация контактной сети и энергосистемы для высокоскоростной работы в Нью-Джерси.

Проект подстанции Айви-Сити

Проект подстанции Ivy City ознаменовал собой первое расширение линии электропередачи на 138 кВ с момента строительства плотины Safe Harbor в 1938 году. В первоначальной схеме электрификации PRR линии электропередачи 138 кВ шли на юг от Ландовера до подстанции Capital South, а не следовали за линией через Айви-Сити до северного подъезда к Union Station. Два пути между Ландовером и Юнион-Стейшн не имели над ними высоковольтной линии передачи; Контактная сеть Union Station была запитана на 12 кВ от подстанций Landover и Capitol (последняя через Туннели Первой улицы). Когда подстанция Южный Капитолий была заброшена, что совпало с деэлектрификацией дороги между Ландовером и Потомак Двор, Union Station и подходы к нему стали односторонним участком пути. Это в сочетании с ростом трафика привело к пониженному напряжению на подходах к Union Station и снижению надежности системы.^[26]

Проект Ivy City привел к установке двух трансформаторов 4,5 МВА на подстанции 138/12 кВ на северо-восточной окраине комплекса Ivy City Yard и на 8,4 км линии электропередачи 138 кВ для увеличения перегруженности объектов в Landover. Так как первоначальные опоры контактной сети на этом участке пути были достаточно высокими только для контактного провода 12 кВ, линии 138 кВ были установлены на новых стальных опорах-моноподах, установленных вдоль полосы отвода. За исключением того факта, что новые полюса имеют только четыре проводника, а не шесть типичных для линии электроснабжения, новая линия выглядит как типичная линия электропередачи среднего напряжения, а не типичная H-образная структура в стиле PRR.

Линия электропередачи от Конестоги до Атглена

В 2011 году компания Amtrak заменила линии электропередачи, которые связывают подстанцию ​​Конестога с Паркесбургом через Атглен. Эти линии изначально были установлены над Филиал Атглен и Саскуэханна. Впоследствии линия была оставлена ​​Conrail, а рельсы удалены, но Amtrak сохранила сервитут для управления своими линиями электропередачи на 138 кВ над полотном дороги.Были заменены вышки, проводники и провода на протяжении более 24 миль (39 км) маршрута; Работы были завершены в сентябре 2011 года.^[27] В объем работ входили:

• Удаление оригинального портала и опоры контактной сети (~ 450 конструкций).
• Монтаж 257 новых монопольных конструкций.
• 96 миль (154 км) ACSR монтаж проводников передачи (две цепи по два провода).
• 24 мили (39 км) наземной оптоволоконной линии.

Финансирование этого проекта было включено в программу ARRA. Указанное количество опор, расположенных на расстоянии примерно 500 футов (150 м) на башню, примерно вдвое больше, чем длина пролета между конструкциями 1930-х годов, которая в среднем составляла 270 футов (82 м).^[20]

Линия электропередачи от зоопарка до Паоли

В конце 2010 года Amtrak запросила услуги по проектированию новых линий электропередачи между подстанциями Паоли и Зоо. Основные цели этого расширения включают повышение надежности передачи данных между Safe Harbor и Филадельфией и снижение затрат на техническое обслуживание. Этот проект дополняет уже завершенную замену линии электропередачи от безопасной гавани до Атглена.

Линия электропередачи от Зоопарка до Паоли заменит нынешнюю схему электроснабжения, в которой используются линии 138 кВ, которые проходят по кольцевой линии SEPTA Cynwyd Line, филиал Schuylkill. рельсовые пути и Трентонский отрезок пути между подстанциями Зоопарк и Фрейзер. Новый маршрут снизит затраты на техническое обслуживание, поскольку Amtrak должен поддерживать опоры электропередач и контролировать растительность вдоль полосы отвода, которой она не владеет и не использует для получения доходов. Концептуальная линия будет проходить от существующей подстанции Паоли до перекрестка магистрали Харрисберг - Филадельфия и линии Cynwyd Line компании SEPTA на 52-й улице в Западной Филадельфии. 39 ° 58′43 ″ с.ш. 75 ° 13′41 ″ з.д. / 39,9785 ° с. Ш. 75,2280 ° з. / 39.9785; -75.2280 (Конец нового строительства линий электропередачи Паоли-Зоопарк).

Новые линии будут подключаться к существующим цепям 1ED и 2ED, которые будут оставлены между соединением и их текущим выводом на коммутаторе Earnest Junction HT. План также включает строительство подстанции 138/12 кВ в Брин-Мауре для замены существующей коммутационной станции. Существующие конструкции контактной сети 1915 года планируется заменить, а новые опоры передачи будут совместимы с заменой контактной сети.^[28] Однако ничего из этого не было сделано из-за местной оппозиции.^[29]

Проект подстанции Гамильтон

Новая подстанция (номер 34A) под названием Hamilton была построена в округе Мерсер, штат Нью-Джерси. Работы на площадке начались в начале 2013 года, а подстанция сокет введена в эксплуатацию в начале 2015 года.

Мортон и Ленни

Подстанции Мортон № 01 и Ленни № 02 принадлежат СЕПТА и предоставить СМИ / Элвин Лайн; поэтому они не покрываются программами капитального финансирования Amtrak. План улучшения собственного капитала SEPTA, сформулированный в конце 2013 года после принятия закона о финансировании в Пенсильвания, позволил обновить все компоненты в Мортоне и Ленни.^[30][31]

Ленни

В октябре 2014 года SEPTA попросила заинтересованных подрядчиков подать заявки на реконструкцию подстанции Ленни.^[32] В декабре 2014 года SEPTA заключила с Vanalt Electrical контракт на сумму 6,82 миллиона долларов на выполнение работ.^[33] Работы были завершены к концу осени 2016 года.^[34]

Мортон

В феврале 2014 года SEPTA заключила контракт на 6,62 миллиона долларов с компанией Philips Brothers Electrical Contractors Inc.^[35] для реабилитации подстанции Мортон.^[36] Работы были завершены к концу осени 2016 года.^[37]

Недавние проблемы

Несмотря на недавние капитальные усовершенствования всей системы, в последние годы в NEC произошло несколько серьезных сбоев в электроснабжении.

26 мая 2006 г. Blackout

25 мая 2006 г. во время восстановления после технического обслуживания одного из инверторных модулей Richmond не была выполнена команда для восстановления полной выходной мощности модуля. Система выдерживала такое снижение производительности около 36 часов, в течение которых проблема осталась незамеченной. В час пик на следующее утро (26 мая) общая емкость была перегружена:

• В 7:55 утра сработали два выключателя преобразователя Jericho Park.
• Вскоре после этого отключился преобразователь Sunnyside.
• В 8:02 утра сработали три выключателя модулей преобразователя Richmond. Вскоре после этого споткнулся четвертый. После срабатывания четвертого выключателя Richmond система начала дестабилизировать. Операторы распознали надвигающееся повреждение системы и вручную отключили оставшиеся блоки питания, отключив всю сеть 25 Гц.^[38]

К 8:03 вся система 25 Гц, простирающаяся от Вашингтона, округ Колумбия, до Квинса, Нью-Йорк, была отключена. Около 52 000 человек застряли в поездах или пострадали иным образом. Два поезда New Jersey Transit, застрявшие под рекой Гудзон, были подняты тепловозами. Восстановлению препятствовала политика, которая позволяла преобразовательным станциям работать без присмотра в часы пик.^[39] Система 25 Гц была восстановлена ​​'черный старт'с использованием водяных турбин Safe Harbour, и большая часть работы системы вернулась в нормальный режим к середине дня. Впоследствии компания Amtrak усовершенствовала свою систему обслуживания «спасательных» тепловозов возле туннелей реки Гудзон.^[40]

23 декабря 2009 г.

Низкое напряжение в системе вокруг города Нью-Йорка привело к остановке поездов в районе Нью-Йорка в 8:45 утра в среду, 23 декабря 2009 г. Электроэнергия никогда полностью не отключалась, и полное напряжение было восстановлено к 11:30. Amtrak заявила, что проблема с электричеством в Северном Бергене, штат Нью-Джерси (рядом с западным порталом и подстанцией Юнион-Сити) вызвала проблему, но не уточнила природу неисправности.^[41]

24 августа 2010 г.

Низкое напряжение в системе, начавшееся в 7:45 утра во вторник, 24 августа 2010 г., вынудило Amtrak отдать приказ о остановке поездов в тяговой сети 25 Гц, по существу, в масштабе всей системы. Медленное движение было постепенно восстановлено, и проблема с электропитанием была устранена к 9:00, хотя задержки продолжались до конца утра.^[42]

Октябрь – ноябрь 2012 г .: ураган «Сэнди».

29 октября 2012 г. ураган Сэнди обрушился на северо-восточное побережье США. Штормовой нагон из Сэнди, усилившийся северо-востоком, пронесся через Хакенсак-Мидоуз, серьезно повредив (среди прочего железнодорожной инфраструктуры) подстанцию ​​№ 41 Кирни и отключив ее. Эта потеря электрической мощности вынудила Amtrak и New Jersey Transit управлять меньшим количеством поездов, используя измененные графики выходных. С помощью Инженерный корпус армии США, подстанция была изолирована от паводковых вод, а затем осушена.^[18] После тестирования компонентов подстанции было установлено, что степень повреждения меньше, чем предполагалось изначально, и после дальнейшего ремонта подстанция Kearney снова подключилась к сети в пятницу, 16 ноября, что позволило немедленно вернуть все Amtrak и постепенно вернуть все NJ. Транзитные электропоезда до Пенсильванского вокзала через обезвоженный Туннели Северной реки.^[43]

Amtrak с тех пор запросил федеральное финансирование на модернизацию подстанции Кирни, чтобы она была достаточно высокой, чтобы на нее не повлияло наводнение.^[44]

Смотрите также

Сноски

Рекомендации