автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Испытание электротяговой сети переменного тока на наличие короткого замыкания

Министерство Путей Сообщения Российской Федерации РОСТОВСКИЙ I ОСУ ДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи УДК 621.331.

Г Г 5 ОД

КУЗНЕЦОВА Ольга Вадимовна 1 3

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОТЯГОВОИ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА НАЛИЧИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Специальность 05.22.09 - «Электрификация железнодорожного

транспорта);

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рос юв-на-Дону 2000г

Работа выполнена на кафедре "Автоматизированные системы электроснабжения" Ростовского государственного университета путей сообщения.

Научный руководитель - докгор технических наук, профессор Фигурнов Евгений Петрович (РГУПС)

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Косарев Борис Иванович (МГУПС - МИИ'Г),

кандидат технических наук, доцент Щурская Тамапа Всеволодовна (РГУПС)

Ведущее предприятие - Северо-Кавказская железная дорога.

Зашита диссертации состоится .<_»_______2000 г. в__часов на заседании диссерт адиовного Совета Л114.08.01. при Ростовском государственном ^ниверсшете пугей сообщения (РГУПС) по адресу: 344038, г Ростов-на-Дону, пл. Народного ополчения, 2, РГУПС, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовскою государствен-гого университета путей сообщения.

Автореферат разослан <>__»_______ 2000г

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью орт аниза-цни: просим направлять по адресу: 344038. г.Ростов-на-Дону, пл. Народного ополчения. 2. РГУПС.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 114.08.01,

кандидат технических наук, доцент

М.Л.Лившиц

2

ОЩ, ши-т-оьо

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Короткие замыкания (КЗ) в контактной сети электрических железных дорог сопровождаются существенными аварийными токами, что может привести к разрушению контактной подвески. Применение автоматики повторного включения (АПВ) улучшает качество электроснабжения подвижного состава, но ведет к опасности пережогов проводов контактной сети при устойчивом повреждении. Проведение испытания контактной сети на наличие устойчивого повреждения перед разрешением действия АПВ устранит этот недостаток.

Возникновение повреждений на фидерах контактной сети в основном вызывается нарушением изоляции проводов. По данным, например на 1999 год, из 612 аварийных отключений контактной сети на переменном токе 130 были вызваны повреждением изоляторов. Из-за нарушения работы коммутационной аппаратуры, сверхнормативного расходования ресурса отключения токов КЗ выводились в послеаварийный ремонт 23 фидера контактной сети, зафиксировано 3 случая разрушения фидерных выключателей. Ущерб от отсутствия информации о работоспособности повторно подключаемой цепи складывается не только из стоимости поврежденных контактной сети и аппаратуры и работ по их восстановлению, но и простоев поездов. При повторном включении поврежденного участка контактной сети с нарушенной изоляцией может возникнуть пережог контактного провода, устранение аварии занимает 3...6 часов.

Зарубежные разработки, применявшиеся в Австрии, Германии, Испании и других странах, основаны на применении различных предвключаемых-токоогра-ничивающих элементов ИКЗ. Конструкции, принятые для сетей 15 кВ с частотой 16 2/3 Гц, оказываются неприемлемы для тяговой сети 25 кВ; использование реакторов ведет к трудностям коммутации, а применение резисторов величиной 5...6 кОм делает невозможным отстройку от емкостных токов контактной сети. В СССР и России ранее не проводились исследования и разработки испытателей для контактной сети переменного тока с подачей номинального напряжения.

Цель работы. Разработать научно-обоснованные технические предложения для испытания контактной сети переменного тока на наличие устойчивого корот-

кого замыкания, действие которого при номинальном напряжении не сопровождается развитием повреждения на контролируемом участке;

предложить методику для выбора параметров срабатывания и исследовать электрические и тепловые переходные процессы для обеспечения надежной эксплуатации такого устройства.

Решение поставленной задачи предусматривает теоретические, экспериментальные и конструкторские разработки, использование методов математического моделирования стационарных и переходных электрических и тепловых процессов.

5 5

Научная новизна . В диссертации предложены и реализованы: ;

- методика исследования предельных значений параметров, контролируемых ИКЗ для разграничения аварийного и нормального состояния электротяговой сети;

- методика исследования теплового состояния конструкции испытательного резистора;

- исследования переходных процессов в испытательном резисторе при коммутациях.

Достоверность научных положений и выводов. Изложенные в диссертационной работе основные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретически и подтверждены результатами экспериментальных исследований.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

- разработаны научно-обоснованные технические предложения по устройству ИКЗ, которое позволяет установить наличие устойчивого короткого замыка-. ния на фидере контактной сети и избежать значительного ущерба при АПВ, связанного с возможным пережогом проводов контактной сети и остановкой движения поездов;

- разработано и утверждено Департаментом электрификации и электроснабжения МПС Техническое задание на разработку и изготовление опытного образца испытателя коротких замыканий для сети дорог России.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на:

техническом совете Департамента электрификации и электроснабжения МПС в мае 1995 г.,

семинаре "Кибернетика электрических систем" (сессия "Диагностика оборудования") в Новочеркасском государственном техническом Университете в сентябре 1994 г.,

конференции "Energy Forum'96" в г.Варна,Болгария,в июне 1996г.,

научно-технической конференции преподавателей и сотрудников РГУПС в апреле 1997 г.,

научно-технической конференции преподавателей и сотрудников РГУПС в апреле 1998 г.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах и получен один патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Работа содержит 146 страниц основного текста, 43 рисунка, 7 таблиц, список литературы из 47 источников, 42 страницы приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показана необходимость отличать преходящие короткие замыкания от устойчивых, приводящих к разрастанию аварии, к пережогу или отжигу проводов контактной подвески. Поэтому перед автоматическим повторным включением (АПВ) желательно осуществить испытание контактной сети на наличие или отсутствие устойчивого повреждения. г ;

В первой главе отмечено, что решением проблемы обнаружения короткого замыкания в линиях тягового электроснабжения занимались такие ученые, как Овласюк И .Я., Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Косарев Б.И., Быкадоров A.JL, Самсонов Ю.Я., Герман Л.А., Кузнецов В.В. и другие. Был рассмотрен зарубежный опыт на железных дорогах Германии, Австрии, Швейцарии.

Обзор существующих методов испытания фидера контактной сети показал, что из-за невыявления короткого замыкания при пониженном напряжении, неоднородности тяговой сети при высокочастотных испытаниях, ошибочного диагно-

5

стирования состояния контактной сети при некоторых режимах, громоздкости, высокой стоимости, снижения безопасности обслуживания существующие указатели и испытатели коротких замыканий (ИКЗ) не нашли широкого применения. В практике эксплуатации тяговых сетей переменного тока напряжением 27,5 кВ принято двукратное АПВ, а в некоторых случаях возможно и неоднократное подключение источника большой мощности на короткозамкнутый участок контактной сети. Опыт эксплуатации подтверждает, что повторные включения приводят к разрастанию аварии. Например, на Юго-Восточной железной дороге неоднократное включение выключателя на короткое замыкание в апреле 2000 года привело к

3

пережогу контактной сети в 3 местах и задержке поездов на 7,5 часов. К сожалению, такие случаи не единичны. Поэтому решение данной проблемы остаётся актуальным.

Условия работы испытательных резисторов на отечественных железных дорогах существенным образом отличаются от зарубежных из-за несовпадения схем питания, токов нагрузок, длин межподстанционных зон и других факторов, а следовательно, применяемые там решения не могут быть использованы в России.

Разработаны требования к ИКЗ, основные из которых следующие:

- уровень испытательного напряжения должен быть равен номинальному напряжению контактной сети, поскольку при пониженном напряжении выявляются не все повреждения;

- величина испытательного тока должна быть больше тока холостого хода контактной сети (емкостного тока заряда линии-на испытываемом участке), но меньше тока, позволяющего продолжать движение электроподвижного состава на любой из тяговых позиций локомотива;

- мощность испытательного резистора должна обеспечивать необходимую теплостойкость при протекании испытательного тока в течение времени проверки перед АПВ и, при необходимости, обеспечивать полный цикл двукратного АПВ при неуспешном включении выключателя;

-для коммутации испытательного резистора должно быть использовано минимальное число операций существующего оборудования подстанции;

- выход из строя ИКЗ не должен влиять на нормальную работу оборудования подстанции;

- все операции по подключению ИКЗ,- проверке испытываемой контактной сети, разрешению или запрету цикла АГТВ и выводу ИКЗ в режим постоянного слежения за проверяемой цепью должны выполняться автоматически.

Конструкция должна быть рассчитана на размещение на открытом воздухе.

В результате анализа предложено устройство ИКЗ, схема которого приведена на рис.1.

Испытательный резистор К„ подключается параллельно фидерному выключателю р. Последовательно с резистором включается испытательный трансформатор тока (ТАИ). Нагрузкой его вторичной обмотки является пороговое устройство (ПУ) с реле максимального тока. ТАИ, ПУ и средства передачи информации о величине испытательного тока, также как испытательный резистор, находятся под потенциалом контактной сети 27,5 кВ. Испытательный трансформатор напряжения (ТУИ) включен между выводом резистора и землей, к его вторичной обмотке подключено ПУ с реле минимального напряжения, которое измеряет величину остаточного напряжения на фидере контактной сети после введения Яи в цепь.

щего через резистор, превышает уставку и величина напряжения ниже пороговой, через элемент И посылается команда на запрет АПВ и отключение линейного разъединителя <38„ для отключения испытательного тока. Величина коммутируе-

и»

При возникновении режима тревоги - короткого замыкания - релейной защитой выдается сигнал на отключение фидерного выключателя. Выключатель С) отключается, что автоматически вводит в цепь короткого замыкания токоограничивающий резистор Яи. При этом производятся замеры величин тока и остаточного напряжения в контактной сети. В случае, когда величина тока, протекаю-

Рис. 1. Пример включения ИКЗ на фидере

люго тока не должна превышать при этом допустимого тока отключения разъединителя. Если величина испытательного тока меньше заданной уставки 1У, или при достижении ею этого порога величина остаточного напряжения на фидере выше уставки иу, выдается сигнал на разрешение АПВ. В этом случае 11и шунтируется выключателем <3, и восстанавливается нормальная схема питания контактной сети.

Установлено, что для разработки конструкции ИКЗ необходимо рассмотреть следующие вопросы:

обосновать параметры токоограничивающего резистора в зависимости от

3

длины защищаемой зоны и условия минимума рассеиваемой мощности;

выполнить анализ свойств различных токоограничивающих резисторов и выбрать конструкцию ИКЗ;

на математической модели тяговой сети исследовать диапазоны изменения токов испытательного резистора и остаточного напряжения тяговой сети при различных условиях нормальной работы и коротком замыкании;

исследовать критические режимы для расчета уставок датчиков ИКЗ; исследовать условия работы резистора в цикле АПВ;

выполнить экспериментальную проверку моделей токоограничивающих резисторов;

исследовать тепловую модель ИКЗ и обосновать технологический цикл его работы;

исследовать работу ИКЗ в переходных режимах при действии коммутационной аппаратуры и установить предельные значения перенапряжений, возникающих на ИКЗ;

разработать варианты схем включения ИКЗ на тяговой подстанции и алгоритм его работы.

Во второй главе рассмотрены возможные конструкции испытательных резисторов для открытого распределительного устройства (ОРУ). Резистор из электропроводящего бетона (БТЭЛ) имеет большую массу и гигроскопичность, низкую теплопередачу. Использование сопротивления на основе емкости избавляет от потерь активной энергии, но трудности при размещении батарей конденсаторов на

8

территории ОРУ и возможные перенапряжения при частых коммутациях не позволяют в настоящее время его внедрить. Возможно применение токоограничитель-ного элемента из ткани высокого сопротивления по примеру железных дорог Германии. Отечественных разработок подобного рода нет.

Показано, что конструкция токоограничительного резистора из углеродистой ткани имеет ряд преимуществ перед проволочными и БТЭЛ-резисторами: большую площадь теплоизлучения, простоту изготовления, малый удельный вес и т.д. Впервые проведены исследования электрических параметров углеродистой ткани отечественного производства (табл.1), переданные заводу-изготовителю.

Таблица 1.

Результаты исследования токопроводящих тканей.

Тип ткани Размеры опытного образца В х Ь,см Сопротивление, Ом Величина Испытательного тока, А Отводимая Мощность, кВт/м2

УРАЛ Т-8 9x10 0,3 40 53,0

УРАЛ Т-10 4,5x11,5 2,1 10 40,6

УРАЛ Т-12 5x30 5,7 10 38,0

УРАЛ Т-24 9,5x12 0,4 40 56,0

УРАЛ Т-24 8,5x11 1,4 20 59,8

Испытанные автором конструкции резистора из полотнища ткани и катушечного типа имеют достаточную рассеиваемую мощность, однако, размещение их на открытой части подстанции невозможно из-за воздействия климатических факторов, а место в закрытых распределительных устройствах для них не предусмотрено.

Предложена конструкция испытательного резистора из проволоки высокого сопротивления (рис.2). При её разработке ставилась задача применения типовых элементов и узлов оборудования тяговых подстанций переменного тока. Наиболее просто выполнить испытательный резистор в фарфоровом корпусе типового разрядника РВС-35 или РВМ-35, что обеспечивает защиту от климатических влияний и высоковольтную изоляцию. Внутренняя полость разрядника позволяет разместить в нем до 10 многослойных катушек, соединенных последовательно. При та-

ком исполнении напряжение между отдельными катушками будет возрастать равномерно по всей протяженности резистора и не будет превышать 2,5...3 кВ между смежными катушками.

А - А

воздушный зазор

Рис.2. Вариант конструкции испытательного резистора При выборе параметров испытательного резистора рассматривались два критерия: величина испытательного тока и рассеиваемая мощность на резисторе. Величина испытательного тока должна быть больше тока холостого хода (емкостного тока) электротяговой сети 1фС. При этом остаточное напряжение в контактной сети и величина предвключаемого (испытательного) резистора должна создавать условия, при которых невозможно обеспечить работу вспомогательных машин ЭПС. Исследована ненагруженная контактная сеть как линия с распределенными параметрами. Показано, что ток холостого хода для реальных участков составляет около 5 А. Исходя из этого, величина сопротивления испытательного резистора с учётом коэффициента запаса не должна превышать 2000...2500 Ом.

Сопротивление электровоза при внезапном предвключении в его первичную цепь сопротивления 1000...2000 Ом не изучалось, и данных о таком режиме ни в отечественной, ни в зарубежной литературе не имеется. В работе показано, - что при глубокой посадке напряжения в контактной сети вспомогательные машины электровоза практически сразу останавливаются и переходят в.режим опроки-

дывания с уменьшением их сопротивления, но не отключаются максимальной токовой и тепловой защитами. Входное сопротивление фазорасщепителя при этом равно примерно 1660 е-'65 Ом. При учете цепей питания электрического обогрева вагонов результирующее сопротивление нагрузки одного пассажирского поезда составит 720 е323 Ом. Обосновано, что присутствие электровоза в режиме выбега на испытываемом участке может не учитываться.

Приведено обоснование величины сопротивления по условию минимума рассеиваемой мощности. На рис.3 приведена схема замещения испытательной цепи, где в качестве активного двухполюсника А выступает питающая энергосистема со своим сопротивлением и понизительные трансформаторы тяговой подстанции. ЭДС энергосистемы обозначена Е, суммарные сопротивления энергосистемы - Яс и Хс. Нагрузкой, подключенной к зажимам А, является испытательный резистор И,, и сопротивление нагруженной электротяговой сети 7,,,.

Мощность Ри, рассеиваемая в испытательном резисторе при близком КЗ, равна:

Е2-ЫИ

Ри = -

(Яи + 11с)2 + Хс2

(1)

Рис.3. Схема замещения для расчета максимума рассеиваемой мощности

Условие максимума функции Ри= РСКи): С1РИ

- = 0

«Жи

На рис.4 приведены графики изменения мощности, выделяемой на резисторе, в зависимости от величины Яи.

Режим 1 соответствует отсутствию нагрузки на испытываемом фидере. Режимы 2 и 3 - нахождению двух и одного пассажирских поездов с наибольшим потреблением тока (на собственные нужды и обогрев) соответственно. Для случая 3 максимум выделяемой мощности будет соответствовать сопротивлению 11и = 723 Ом. При понижении сопротивления Я,, до величин менее 2000 Ом существенно

растут потери мощности на нем, повышается выделение тепла, что затрудняет конструктивное выполнение.

4 000,0

кВт 3 500,0.

3 000,0

I 2 500,0

2 000,0

1 500,0

1 000,0

500,0

0,0

Ри

V -

д \

1 /у у \ \2

/ N

/ у

и > - - —

1 -> Ъ* = 0 Ом;

2 Ъа = 360 е Ом;

3 г„ = 720ерзрм.

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Ом 2400 11и -^

Рис.4. Мощность, выделяемая на испытательном резисторе

Учитывая указанные выше критерии, в работе рекомендована величина испытательного сопротивления 2000 ... 2100 Ом.

Выполнено исследование по определению уставки по току 1у и величине остаточного напряжения иу, при которых можно четко разграничить аварийный режим от нормального. Схема замещения электротяговой сети с испытательным а> б)

*)

иг:

п

I, Ии I Ъ\!2 ЪлП |Ь

и.

1 ст

с и„1

Рис.5. Схема замещения электротяговой сети переменного.тока

резистором приведена на рис.5, где тяговая сеть как линия с распределенными параметрами заменена пассивным четырехполюсником П. Принятые обозначениям Ц,„ - напряжение на шинах распредустройства 27,5 кВ; I] и Ц] - ток и напряжение на входе четырехполюсника; Ь - ток нагрузки /,„; 7| - сопротивление тяговой сети одного пути на двухпутном участке; в = gl - проводимость, обусловленная активной утечкой тока по поверхности загрязненных изоляторов; С = С'1 - емкость контактной сети; 1 - длина контролируемой зоны.

Методом зеркальных отображений для контактной сети с напряжением 27,5 кВ определена удельная емкость, которая равна С-10,86-10"9 Ф/км.

Параметры I] и и, являются исходными для оценки наличия или отсутствия короткого замыкания в электротяговой сети. Для приведенной на рис.5 схемы имеем:

II =Цш/&. + £„); Ц,=иш-2вх/(Ки + :гвх), (2)

где - входное сопротивление четырехполюсника. В свою очередь:

2вх = Их Их = (А,,и„ + А12у / (АиЦн + АиУ =

(Дп^к + Ап) / (Ац^н + А22), (3)

где коэффициенты симметричного четырехполюсника:

АП=А22=1+^/222; А21 =1/гг; А12 = 2,(1 + ШШ (4)

При этом рассмотрены следующие режимы работы тяговой сети:

- холостой ход;

- неселекггавное отключение исправной тяговой сети (преходящее короткое замыкание) при наличии электровозов в зоне питания;

- устойчивое короткое замыкание контактной сети на рельсы в конце фидерной зоны, т.е. на шинах поста секционирования.

Учтено электромагнитное влияние смежного пути. Напряжение на испытываемом фидере исмэ из-за электрического и магнитного влияний составляет при отключенном ИКЗ: ис10 = 2330 В при длине сближения 25 км и исмэ = 4660 В при длине 50 км.

Условия выбора уставок датчиков тока и напряжения ИКЗ приведены в системах (5) и (6):

1у ^ Мс ,

1у — к3Тн ост, (5)

1у — ^ИСП.ШШ I ,

где к3 - коэффициент запаса (к3 = 1,2); кч - коэффициент чувствительности (кч = 1=5); I,;- емкостной ток (ток холостого хода) фидера контактной сети, А; 1Н Ост- наибольший расчетный ток фидера с введенным при наличии электровозов и при отсутствии короткого замыкания в фидерной зоне, А; 1ИСп тт - испытательный ток при коротком замыкании в наиболее удаленной точке тяговой сети в .режиме минимума энергосистемы и переходном сопротивлении линии в месте К? 50 Ом, А.

{иу > кч • ию.тах,

(6)

ГГу ^ иН-ОСТ / к3,

где кч - коэффициент чувствительности (кч = 1,5); и,сз.тах - напряжение контактной сети при устойчивом коротком замыкании через переходное сопротивление на наибольшем расстоянии от подстанции при включении испытательного - резистора с учетом электромагнитного влияния контактной подвески соседнего пути, В; ин ост - напряжение контактной сети при отсутствии короткого замыкания и расположении поезда вблизи подстанции (испытательный резистор включен), В.

По результатам моделирования построены графики (рис.6) изменения тока фидера (а) и остаточного напряжения на фидере (б) в зависимости от расстояния до места повреждения. Рассчитаны уставки датчиков тока и напряжения для типовых участков. Зоны уверенной работы ИКЗ получены для различных значений переходного сопротивления в месте короткого замыкания, К„=1, 20, 50 Ом. Установлено, что датчик тока не может различить нормальный режим от аварийного, поэтому в предложенном устройстве он используется только как пусковой орган с током срабатывания 6,5 А. Датчик напряжения четко различает аварийный режим от нормального при расстоянии до места повреждения до 33...38 км и уставке " 5800 В. - •

И

Рис. 6. Диаграммы испытательного тока фидера и остаточного напряжения

В третьей главе рассмотрены термические условия работы резистора в составе ИКЗ. Подробно проанализирован технологический цикл включений. Обосновано суммарное время нахождения резистора под током 3,5...5 с. Учтены конструктивные параметры резистора, принята начальная температура режима Тн= 313 К (40°С), а максимально допустимая - Тст= 673 К (400°С) по условию термической стойкости слюдопласта и фарфора.

Предложена тепловая модель на-основе теории теплопередачи. Общее уравнение теплового баланса для неё определяется законом сохранения энергии:

сМэ=с!\Уя+с1\¥0Кр, (7)

где (1\¥э - энергия джоулевых потерь, выделенных в сопротивлении проводящего элемента (ПЭ) при протекании по нему тока за время А, Втс; (1\УЯ - энергия, расходуемая на повышение температуры ядра, Вт с; сГ\У01ср - энергия, выделяемая в окружающую среду за время ей, Вт с; в свою очередь: = Р сЬ, где Р - мощность источника тепла, Вт; = с,Мя (10, где с, - удельная средневзвешенная теплоемкость ядра ИКЗ, Втс/(кг-К); М„ - масса ядра, кг, 0 - разность между температурой тела после нагревания Т и температурой окружающей среды Токр, К; с!\Уокр= кто5охл© <31, по известной формуле Ньютона, где кто- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К); 5„„ - площадь поверхности охлаждения тела с учетом характера оребрения, м2.

Нагревание проводящего элемента резистора и слюдопластовой изоляции катушек, образующих ядро, в течение указанного промежутка времени происходит практически без отдачи тепла в-окружающую среду. Затем происходит теплоотдача от разогретого ядра ИКЗ сквозь воздушный зазор и фарфоровую изоляцию в окружающую среду. Для условий нагрева без теплоотдачи уравнение (7) принимает вид:

12Я-ск = сяМя-с!0 (8)

Получена зависимость изменения температуры нагревания резистора от величины и времени протекания испытательного тока:

а© и2

(9)

- - - (10)

Л ЯоСояМя (1+ргТ)( 1+рсТ) Принято . 1 . 1

(1+ргт)(1+рст) (1+рТ),

где рг - температурный коэффициент сопротивления; рс - температурный коэффициент теплоемкости ядра, и найдена величина результирующего температурного коэффициента Р = 4,61041/К. Таким образом, учтены изменения величин теплоемкости и сопротивления в зависимости от температуры ядра. Получено линейное дифференциальное неоднородное уравнение первого порядка:

ае и2р и2

-•©=--(1-РТ01ф). (11)

си КоСояМя ЯоСояМя

Решение этого уравнения для начальных условий ©о = 0 имеет вид:

1-рТоч, -и2р1 / 1^,сояМ, 0 =--(1-е ), (12)

р

где К0С0ЯМЯ / и2р = XI - постоянная времени нагрева, определяемая свойствами материала ядра и уровнем прикладываемого напряжения. Рекомендовано использование нихромовой проволоки марки Х15Н60Н диаметром 1,5 мм при массе ядра 40... 50 кг. При этом температура ядра после включения в испытываемую цепь составит через 3 с не более 100°С. Результаты математического моделирования

этого процесса приведены на (рис.7). На этих и последующих рисунках температура ИКЗ обозначена Э(°С).

Исходные данные и = гтаю В Я икэ = 2000 Ом

р = 0.80046 1/«С ¿охр = ¡40 "С Ся = 492 Дж/кг^С Ия = 40 кг

Результат расчета

¿=-40.1 ¿=-30.; ¿=-20.! ¿=-10.1 ¿= -1.; ¿ = 8.' ¿ = 17.! ¿ = 27.' ¿ = 36.! ¿ = 46.: 5.0 с ¿ = 55.'

1= 0.0 с 0.5 с г= 1.0 с г= 1.5 с 1= 2.0 с 1= 2.5 с г= 3.0 с г= з.5 с

г= 4.0 с

¿ = 40.0 ¿ = 49.4 1?= 58.8 О- 68.1

¿ = 77.4 ¿ = 86.6 ¿ = 95.8 ¿=105.8 >>=114.1 >>=123.2 ¿=132.2

Установившаяся ¿= 2134 °С X = 113.1 с

Рис.7. Диаграммы температуры при нагревании ядра ИКЗ

Охлаждение начинается непосредственно после обесточивания ПЭ. В реальных условиях на этот процесс могут накладываться временные ограничения, определяемые повторным включением ИКЗ на испытательный ток фидерной автоматикой или оперативными переключениями. Уравнение (7) для процесса охлаждения принимает вид:

О - СяМя с10 I ктЛ^О-сЙ, . (13)

* где кто - коэффициент теплоотдачи, учитывающий условия преодоления тепловым потоком многослойной стенки сложной формы.

Приняты начальные условия остывания 1 = 0 и 0 = ©о, найдена постоянная интегрирования, получено решение:

0 = ©0-ехр(- ктоБохлЬ'СяМя), (14)

где сяМя/кто80ХЛ = Т2 - постоянная времени теплообмена ядра и окружающей среды.

Температурное поле ИКЗ изменяется во времени. Нестационарный процесс охлаждения разделим на три этапа - выравнивание температурных возмущений в теле, упорядоченный процесс и стационарный процесс по истечении бесконечно большого промежутка времени. Принятое допущение о равенстве температур всех точек ядра в любой момент времени позволяет не рассматривать первый этап.

" На основании теории Кондратьева для упорядоченного процесса определен коэффициент теплоотдачи кто, который представлен в виде трех составляющих, зависящих от теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. Оценочный расчет выполнен по методу конечных разностей Шмидта. Кроме того, был проведен теплотехнический эксперимент по остыванию катушки нихромовой проволоки. Описана совокупность тепловых сопротивлений многослойной стенки - воздушного зазора, фарфорового корпуса, теплового сопротивления теплоотдаче с наружной поверхности. Вычислено суммарное тепловое сопротивление принятой тепловой модели Ис, 1^0,342 м2-К/Вт, учтена оребренность, различные климатические условия и конструктивные особенности ИКЗ. В частности, теплопередача через воздушный зазор между ядром ¡и корпусом в условиях стесненной конвекции происходит, по теории подобия, не конвекцией, а теплопроводностью, что доказано расчетом критериев Нуссельта, Грасгофа и Прандтля. Получена длительность охлаждения разрабатываемого устройства ^ от средней температуры ядра до температуры окружающей среды, 1охл= Зт2=6,1 ч. За периоды обесточивания токоограни-чительного резистора в процессе повторных включений (до 5... 10 минут) температура ИКЗ снижается незначительно.

Получены результаты математического моделирования процесса остывания ядра ИКЗ при разнообразных исходных данных. В работе приведены графики дня двух граничных случаев: летнего, характеризующегося максимальной температурой окружающей среды +40°С и минимальной теплоотдачей с поверхности ИКЗ

Исходные данные 1

Исходные данные 2

$нач = 400 «С а =

= 0.342 м5.°С/Вт

= а.зг м*

= 492 Д*/кт*С = 40 кг

РЕЗУЛЬТАТ РАСЧЕТА

Нагрев при: 5-ом вклмчении

Остывание при: однократной повторном включении

г 9.-с г Э.'С

16.5 с згэ.7 В с 408.0

17.0 с 337.8 25В с 387.Э

17.5 с 345.9 500 с 376 .г

18.0 с 354.0 75В с 364.9

18.5 с 362.0 1800 с 354.8

19.0 с 370.0 1250 с 343.5

19.5 с 377.9 1500 с 333.3

20.0 с 305.8 1750 с 323.4

20.5 с 393.7 2000 с 313.9

21.0 с 401.6 2250 с 304.7

21.5 с 409.4 2500 с г95.8

Рис.8. Диаграмма нагревания и остывания ИКЗ

. (а=2 Вт/(м2-К)), и зимнего, при котором температура окружающей среды равна 40°С и а= 10 Вт/(м2-К) за счет обдува поверхности ветром. В обоих случаях рассматриваются начальные температуры остывающего ядра 100,250 й 400 °С.

Для условий реальной эксплуатации проведен расчет повторно-кратковременного режима включений ИКЗ в работу. Предложены алгоритмы действий аппаратуры после срабатывания релейной защиты и при штатном включении фидера в работу. Последний является наиболее тяжелым при наличии короткого замыкания на испытываемом участке, так как время протекания испытательного тока определяется временем действия шинного и линейного разъединителей. Если включать резистор на время 3,5 с при наихудших условиях теплоотдачи, то можно это делать 6 раз подряд, при включении на 5 с - 4 раза. После этого можно включать по 1 разу каждые 20 или 37 минут соответственно, диаграмма повторно-кратковременного режима приведена на рис.8. После шестичасового остывания весь цикл может быть повторен. Процесс оперативных переключений и замеров параметров цепи фидера может занимать до 21 с, при этом температура ИКЗ не превысит допустимой.

В четвертой главе предложены и проанализированы пять вариантов схем включения аппаратуры ИКЗ в распредустройстве 27,5 кВ тяговой подстанции переменного тока, использующие типовое оборудование для введения ИКЗ в работу. Из них две-с установкой на каждом фидере собственного резистора: параллельно фидерному выключателю контактной сети и параллельно линейному фидерному разъединителю; с установкой одного общего испытательного резистора, подключенного к испытательной шине высокого напряжения или параллельно выключателю запасной шины, а также с установкой двух испытательных резисторов параллельно запасным выключателям модернизированной запасной шины. Сформулированы требования к выбираемой компоновке, главные среди которых - обеспечение выполнения цикла АПВ выключателем фидера, выполнение всего объема измерений и передачу информации в схему автоматики за время АПВ, конструктивное согласование ИКЗ с распределительным устройством тяговой подстанции. Схемы, в которых испытательный резистор подключается параллельно разъединителю, не могут обеспечить стандартный цикл АПВ из-за медленной работы при-

20 -

вода разъединителя. Но выдержка времени повторного включения для фидеров контактной сети может быть изменена в зависимости от условий работы участка (наличие спусков-подъемов, нейтральной вставки и т.д.)

При модернизации существующих подстанций Департаментом электрификации и электроснабжения рекомендована первая схема, она принята основной. В этом варианте число испытателей равно числу фидеров контактной сети, включая и запасной фидер.

Предполагается, что оборудование ИКЗ будет располагаться в двух зонах обслуживания: токоограничивающий резистор и датчик тока - на открытом воздухе в ячейке фидерного выключателя, а приемно-исполнительный блок - в клемм-ном шкафу, находящемся на территории подстанции. В качестве канала передачи пускового сигнала предложен радиоканал, может быть использован оптический (световолоконный) или электрический.

Разработана функциональная схема устройства (рис.9), где источниками информации являются датчики тока и напряжения (ДТ и ДН), сигналы управления выключателем от релейной защиты фидера РЗ, автоматики повторного включения АПВ или ручного, а также сигнал включения линейного разъединителя для проведения испытания вручную.

Логическая часть схемы группирует информативные сигналы, блок выдержки времени включен в схему для ограничения длительности пребывания резистора под током. Исполнительная часть содержит блоки сигнализации и управления линейным разъединителем ОТКЛ ()8Л и запрета включения фидерного выключателя Р - ЗАПРЕТ ВКЛ. На выходе логической схемы И1 формируется сигнал о дефектности фидера, который предотвращает включение фидерного выключателя.

Возникновение короткого замыкания вызывает резкое возрастание тока в цепи с последующим введением в нее высокоомного резистора. При этих коммутациях возможно возникновение переходных процессов, сопровождающихся существенными перенапряжениями. Известные методики приводят к значительным отличиям в оценке величины перенапряжения. Последовательно возникает два переходных процесса - внезапное КЗ на защищаемом фидере при начальном рабочем режиме и отключение тока выключателем по команде релейной защиты, причем

21

ТА я

ПУЪ

ДО"

ш Пер вч радио Пр. ДШ-1

-

ТУ и

да

ЭТКЛ О РУ

Л"

вклс^ру

ИЛИ1

Д1

И1

Не

ИЛИ2

Запрет

вкл д

о

□ткл

блокировка ПТЭ

И2

откл

■

Рис.9. Функциональная схема ИКЗ II Ь

Е Ьку 5 ®1 Г Ьн

с -I- ^ку-р

Рис.10. Расчетная схема переходных процессов

во время дугогашения вводится значительное активное сопротивление, параллельное контактам выключателя. Эти переходные процессы в совокупности не рассматривались в технической литературе. Проведено исследование двухкоммутационного режима напряжения на испытательном резисторе. Предложены расчетные схемы замещения для самого тяжелого по условиям отключения случая - близком КЗ. Общая схема приведена на рис.10, где Ет - амплитудное значение э.д.с. питающей энергосистемы, приведенное к уровню напряжения анализируемой цепи (Ет = 38890 В); К - активное сопротивление энергосистемы, задаваемое на шинах РУ-27,5 кВ (Я = 0,503 Ом); Ь - индуктивность энергосистемы (Ь = 0,025 Гн); Лк - активное сопротивление устройства поперечной емкост-

ной компенсации, установленного на подстанции (Кк = 0,5240м); Ц - индуктивность реактора компенсирующего устройства (Ьк = 0,075 Гн); Ск - емкость компенсирующего устройства (Ск= 13,1-Ю"6 Ф); Хн - сопротивление нагрузки фидера в рабочем режиме (2н= 90-е '35 Ом).

Учтено, что резистор вводится в работу спустя 90... 140 мс после КЗ, что определяется временем действия типовой релейной защиты, собственного времени

выключателя и длительностью дугогашения. В течение этого периода параметры

22

цепи примут значения, служащие начальными условиями для дешунтирования цепи испытательного резистора. Для обоих процессов составлены системы дифференциальных уравнений (15), решение которых представлено кривыми изменения токов всех ветвей схемы, в том числе протекающих через выключатель и испытательный резистор (рис.11).

(|*<0>

К + 1 —^й(г)

¿4-

(|«У(о)

Яху-

»2

¡ку(^)

С цу

ю(г) Я + ¡о(о) £ + 14(0 Я? +Ж3(1) ккз = о ¡Н(£) Щ+ ^ ¿Щг)) ш-К3(г) АО = О

ао(0-Гку(г)-1КЗ(0-1Щ)= О )— ¿К3(г) - ¡Н(г) = О

| ю( О Л + ю( 0^ + 1Ч(0 № + ЯКЗ) = Цт зт(ш / + (ри)

«КО - асу(0 - ^(0 = о

(15)

а

А

'> I ~

Рис.11. Диаграммы тока фидера и падения напряжения на ИКЗ

Амплитудное значение испытательного тока не превышает 20 А. Напряжение на резисторе определяется как амплитуда тока умноженная на величину сопротивления, и наибольшее значение составляет 40 кВ. Полученное значение не превышает амплитуды максимально допустимого рабочего напряжения на шинах тяговой подстанции.

В пятой главе описаны результаты опытных испытаний и расчет экономической эффективности от использования ИКЗ. Опытная конструкция была изготовлена на Ростовском электровозоремонтном заводе, там же прошла испытания на высоковольтной испытательной станции и посту секционирования РЭРЗ. Устройство было испытано и установлено на СКЖД.

Экономическая эффективность капитальных вложений при оснащении аппаратурой ИКЗ среднего энергокруга (35 фидеров) составляет 16%, срок окупаемости - 6,1 года.

В приложении к диссертации приведены: Акты испытаний ИКЗ из нихро-мовой проволоки и углеродистой ткани, Техническое задание на разработку и опытный образец ИКЗ, Договор о намерениях с Чебоксарским электроаппаратным заводом о передаче материалов исследований на завод и изготовлении испытателей коротких замыканий, программы расчета следующих математических моделей: электротяговой сети при работе испытателя, тепловой модели резистора, коммутационных перенапряжений на испытателе при введении его в работу.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Обоснована необходимость применения .в тяговой сети однофазного переменного тока 27,5 кВ испытателей короткого замыкания, предотвращающих условия возможного пережога проводов контактной сети при автоматических повторных включениях. Разработаны требования к такому устройству, исследованы условия его работы.

2. Научно обоснован выбор критериев для определения величины испытательного резистора по условиям четкого разграничения аварийного режима от нормального и обеспечения наименьших потерь рассеиваемой мощности.

3. Установлено, что для разграничения аварийного режима от нормального можно использовать такой признак, как остаточное напряжение на контактной сети. Предложена методика выбора уставки реле напряжения в зависимости от длины защищаемой зоны.

4. Выполнен анализ свойств различных токоограничивающих резисторов. Установлены электротехнические свойства углеродистой ткани отечественного производства, показано, что применение резистора из этого материала в открытом распредустройстве в настоящее время невозможно. Выбрана конструкция ИКЗ, представляющая собой соединенные последовательно катушки нихро-мового провода, помещенные в фарфоровый корпус.

5. Рассмотрены тепловые режимы работы испытательного резистора и установлены допустимые циклы его работы.

6. Исследованы коммутационные перенапряжения и установлены уровни напряжения, на которые должна быть рассчитана конструкция ИКЗ.

7. Предложены схемы включения испытателя, разработана его конструкция, проведены испытания опытного образца и определен экономический эффект от применения ИКЗ.

Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору Юрию Александровичу Магнитскому за оказанную помощь при проведении совместных теоретических исследований (глава 3).

Основные положения диссертации опубликованы е работах:

1. Кузнецова О.В. К вопросу обоснования условий включения токоограни-чителыюго резистора в устройстве испытателя коротких замыканий // Электромеханические системы и преобразователи: Межвуз.сб. научн.тр./РГУПС.-Ростов н/Д,-1996.-С.34-37.

2. Кузнецова О.В. Сопротивления испытателя коротких замыканий// Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и подготовки специалистов: Тезисы докладов/РГУПС.-Ростов н/Д,-1998.-С. 191-193.

3. Кузнецова О.В., Кузнецов Г.В. Коммутационные перенапряжения на ИКЗ-25 //Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и подготовки специалистов: Тезисы докладов/РГУПС.-Ростов н/Д,-1998,- С.193-194.

4. Кузнецов В.В., Кузнецова О.В. Методы обнаружения короткого замыкания в тяговой сети переменного тока // Совершенствование систем энергоснабжения электрифицированных железных дорог: Межвуз.сб. научн.тр./ РГУПС,-Ростов н/Д,-1994.-С.47-54.

5. Кузнецов Г.В., Кузнецова О.В. Блокировка разъединителей электротяговой сети переменного тока // Автоматизированные системы энергоснабжения железных дорог: Межвуз.сб.научн.тр./РГУПС.-Ростов-н/Д,-1995.-С.175-178.

6. Патент РФ N2062716. Защитное устройство контактной сети переменного тока/ Кузнецов Г.В., Кузнецова О.В.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ.

1.1. Обзор методов включения ИКЗ.

1.2. Задачи исследований.

2. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ИКЗ.

2.1. Разработка схемы включения испытательного резистора и алгоритма работы ИКЗ тяговой сети переменного тока.

2.1.1. Включение испытательного резистора параллельно фидерному выключателю контактной сети.

2.1.2.Включение испытательного резистора параллельно линейному фидерному разъединителю контактной сети.

2.1.3. Схема включения одного резистора на испытательную шину в ОРУ-27,5 кВ.

2.1.4. Схема включения одного испытательного резистора параллельно выводам запасного выключателя.

2.1.5. Схема включения двух испытательных резисторов параллельно запасным выключателям модернизированной запасной шины.

2.1.6. Анализ схем включения испытательных резисторов. 2.2.Определение величины испытательного тока.

2.2.1. Параметры расчетной схемы.

2.2.2. Анализ граничных условий.

2.2.3. Расчет уставок датчиков ИКЗ.

2.3. Условия работы ИКЗ и выбор конструкции испытательного резистора.

2.3.1. Анализ условий тботы оезистооа в цикле АПВ.

- 3

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ РЕЗИСТОРОВ.

3.1. Обоснование конструкции испытательного резистора.

3.2. Исследование резистора из углеродистых тканей.

3.3. Исследование проволочного резистора.

3.4. Тепловая модель токоограничивающего проволочного резистора

3.5. Нагревание токоограничительного резистора ИКЗ.

3.6. Охлаждение токоограничительного резистора ИКЗ.

3.7. Повторно-кратковременный режим работы ИКЗ.

4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И СХЕМЫ АВТОМАТИКИ ИКЗ

4.1. Разработка функциональной схемы ИКЗ.

4.2. Расчет коммутационных перенапряжений на испытательном резисторе

4.2.1. Наибольшая величина напряжения на испытательном резисторе во время коммутации выключателя

4.2.2. Исследование двухкоммутационного режима напряжения на испытательном резисторе

4.3. Условия работы ИКЗ с активным резистором в схемах тяговой подстанции

4.3.1. Схема с индивидуальным резистором на каждый фидер контактной сети

4.3.2. Схема включения испытательного резистора на запасной шине

4.3.3. Схема включения двух испытательных резисторов на секционированную запасную шину ill

4.4. Одновитковый датчик тока. Конструкция, схема и принцип работы в устройстве ИКЗ тяговой сети переменного тока

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Протяженность электрифицированных железных дорог в России достигла 39,5 тыс. км [1], что составляет 18,6 % электрифицированных дорог мира. Электрификация в России проводилась по нескольким системам питания: на постоянном токе 3,3 кВ, на переменном токе промышленной частоты напряжением 27,5 кВ, по системе питания 2x25 кВ с автотрансформаторами и по системе с экранированным усиливающим проводом (ЭУП). Последние три системы питания относятся к системам переменного тока и составляют около 52 % от общего числа электрифицированных дорог России.

Основной задачей хозяйства электроснабжения в настоящий период является выполнение Постановления Коллегии МПС РФ N 20 от 13.07.94г. "О состоянии и перспективах развития хозяйства электроснабжения железных дорог в современных условиях", которым определены направления и объемы обновления хозяйства электроснабжения [3]. Для реализации поставленных задач необходимы новые подходы к организации капитального ремонта, внедрения новых технологий и перспективной техники.

Одним из этих направлений является создание новых устройств диагностики состояния контактной подвески в момент короткого замыкания (КЗ) и условий для повторной подачи номинального напряжения электроподвижному составу после разрыва цепи КЗ. Анализ условий работы электротяговой сети показывает, что причинами коротких замыканий контактной сети на рельсы являются загрязнения изоляции пылью и солями, перекрытие изоляторов птицами и продуктами их жизнедеятельности, касание негабаритных грузов, особенно если нарушена регулировка контактной сети. Такие КЗ вызывают отключение питающих фидеров тяговых подстанций и постов секционирования. После этого контактная сеть может быть включена в оаботу в частности по той поичине. что элект

- 5 рическая дуга выжигает загрязнение на поверхности изоляторов. Такие короткие замыкания, называемые преходящими, не представляют серьезной опасности (если они не повторяются подряд через малый промежуток времени) для системы электроснабжения и для устройств контактной сети, так как их длительность составляет обычно 100.150 мс, и выделяющейся тепловой энергии при этом недостаточно для пережога проводов электротяговой сети. Количество преходящих коротких замыканий в электрических сетях общего назначения в целом по бывшему СССР составляет 60. .75 % [15].

Другой вид коротких замыканий - разрушение изоляции на подвижном составе или изолирующих конструкций контактной сети - может приводить к устойчивым КЗ. Повторная подача напряжения на устойчивое короткое замыкание приводит к разрастанию аварии и, зачастую, к полному разрушению изолирующей конструкции или пережогу, а то и к отжигу проводов контактной подвески. Поэтому перед автоматическим повторным включением (АПВ) желательно осуществить испытание контактной сети на наличие или отсутствие устойчивого повреждения.

Число устойчивых повреждений характеризуется числом неуспешных действий АПВ. Автором был проведен выборочный анализ на Ростовском отделении Северо-Кавказской железной дороги числа отключений и неуспешных АПВ, результаты которого приведены в табл.В.1.

Хотя число успешных АПВ, как следует из табл.В.1 больше, чем в среднем по электрическим сетям общего назначения, тем не менее число устойчивых повреждений достаточно велико, поэтому нельзя не считаться с тем ущербом, который они могут принести при отсутствии испытателя коротких замыканий.

Анализ эксплуатационной работы хозяйства электроснабжения, проводимый ежегодно Департаментом электрификации и электроснабжения П.21. показывает, что сседнеголовое количество отключений на 1 пи

- 6

Таблица В. 1

Число отключений и неуспешных действий АПВ на Ростовской дистанции электроснабжения СКЖД.

Год Всего отключений фидеров при КЗ Неуспешные включения по АПВ число %

1985 357 15,6

1986 - -

1987 2137 374 17,5

1988 - -

1989 2051 200 9,75

1994 1610 209 13,0

1995 1706 290 17,0 тающий фидер контактной сети переменного тока на СКЖД составляет 26 отключений. Таким образом, приблизительное количество опасных коротких замыканий на каждой фидерной зоне составляет 4. 5 в год.

Основное направление разработок испытателей короткого замыкания (ИКЗ) состоит в подаче напряжения на контактную сеть через ограничивающее сопротивление, при этом величина сопротивления должна быть такой, чтобы исключить разрастание аварии. Если ИКЗ устанавливает, что устойчивого повреждения нет, то разрешается действие АПВ при выводе ограничительного резистора. В противном случае АПВ запрещается. При включении резистора величина тока или уровень напряжения в проверяемой цепи должны позволять достоверно отличить режим устойчивого повреждения от самоликвидировавшегося короткого замыкания.

Для надежной диагностики фидера контактной сети перед повторной подачей напряжения используется достаточно большое количество устройств, работающих в России и за рубежом на контактной сети постоянного тока 3.3 кВ. а также за оубежом на контактной сети певеменного

- 7 тока напряжением 15 и 25 кВ.

Условия работы ЙКЗ определяются схемой питания и секционирования, длиной межподстанционной зоны, токами нагрузок, наличием или отсутствием стационарных нетяговых нагрузок фидерной зоны (трансформаторы обогрева стрелочных переводов, сосредоточенные емкости кабельных вставок). На Российских и зарубежных железных дорогах эти условия существенно различны. Поэтому непосредственный перенос зарубежных технических решений в условия Российских железных дорог невозможен.

Применение токоограничительных резисторов в ИКЗ напряжением 27,5 кВ требует изготовления резисторов большой мощности, которые в настоящий момент не производятся отечественными предприятиями.

Данная работа посвящена исследованию условий, при которых с помощью ограничительного резистора можно отличить режим устойчивого короткого замыкания от исправного электрического состояния контактной сети, в том числе и при наличии электровозов на линии. Рассмотрены и исследованы требования, которым должны отвечать испытательный резистор и схема его включения. Исследованы стационарные и нестационарные электрические процессы условий работы такого резистора и его тепловые режимы, разработана методика выбора уставок средств автоматического управления испытателем.

- 8

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

1.В диссертационной работе проведен анализ работы испытателей короткого замыкания при различных схемах питания электротяговой сети российских и зарубежных железных дорог. Приведены обоснования неэффективности использования известных решений для создания надежного ИКЗ для систем питания переменного тока напряжением 27,5 кВ.

2. Обоснованы технические и конструктивные требования к разработке и проектированию типового ИКЗ на 27,5 кВ. Разработано и утверждено Департаментом электрификации и электроснабжения МПС РФ "Техническое задание" на изготовление и эксплуатацию ИКЗ для сети дорог.

3.Предложены и обоснованы схемы включения ИКЗ в распределительных устройствах переменного тока для выполнения быстрого и медленного АПВ фидера контактной сети. Разработаны конструкции ИКЗ из различных токопроводящих материалов высокого сопротивления.

4. Впервые в полном объеме приведено обоснование границ возможного изменения испытательного тока в режимах: холостого хода, режима работы вспомогательных машин ЭПС и режима КЗ. На основе этих исследований определены условия выполнения цикла АПВ для железных дорог.

5. Дано теоретическое обоснование тепловых режимов работы токо-ограничительного резистора ИКЗ и технологического цикла его работы.

6.Поиведен способ юасчета паоаметоов везистооов выполненных из

- 124 любых электропроводных материалов для заданного цикла работы.

7.Разработаны схемы подключения ИКЗ к цепям вторичной коммутации автоматики и релейной защиты фидера.

8.Дана оценка возникающим в процессе работы ИКЗ коммутационным перенапряжениям и рекомендованы способы защиты от них.

9. Разработаны материалы, необходимые для проектирования, изготовления и эксплуатации аппаратуры ИКЗ на магистральных тяговых подстанциях переменного тока.

1. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1997 году. ЦЭЭ-3,-М.: ПМП МПС, 1998.-100с.

2. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1996 году. ЦЭЭ-3.-М.: ПМП МПС, 1997.-75с.

3. Мунькин В.В. Электрификация дорог России: вчера, сегодня, завтра.//Локомотив.N3.-1996.- С.34-36.

4. Устройство автоматического опробования контактной сети постоянного тока перед включением быстродействующего автомата. Информационный листок о передовом производственном опыте N942.- Минск: ДЦНТИ Бел. ж. д., 1992. 4 с.

5. Герман Л.А., Лапин В.Б., Пупынин В.Н. Автоматическое повторное включение выключателей фидеров контактной сети переменного тока. //Труды ЦНИИ МПС.Вып.422.- М.: Транспорт,1970.- С.40-52.

6. Н.Gerlach, C.Shenk. KurzschluBprufeinrichtung fur Oberleitungsnetze von Wechselstrombahnen.// Elektrische Bahnen, 1996, Ш.-C.185-190.

7. U.Behmann, A.Schafer. Einfluß von Oberleitungsquerbelagen auf KurzschluBprufergebnisse//Electrische Bahnen,1994,N9.-C.260-266.

8. Verlustarme Kurzschlusprufeinrichtung fur Oberleitungsnetze. //Elektrische Bahnen 94.- 1996. N6.- C.180-184.

9. Schmidt P. Energieverssorgung elektrischer Bahnen.- Berlin: Transpess, VEB, Verlag fur Verkehrswesen, 1988.-248 c.

10. Гриньков Б.H. Автоматизация и телемеханизация устройств энергоснабжения зарубежных электрических железных дорог. //Электрификация и энергетическое хозяйство.Вып.7(73)- М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1972.40 с.

11. И. Косарев Б.И., Милютин А.П., Бычков А.Н. Схема и параметры устройства для огтаничения тока коооткого замыкания в тяговых сетях- 126 переменного тока.//Вопросы безопасности труда на ж.д.транс-те. Труды, вып.457.- М.: МИИТ,1974.- С. 118-128.

12. Быкадоров А.Л. Устройство для определения места повреждения в отключенной контактной сети постоянного тока.//Труды РИИЖТ. Вып. 60.-М. : Транспорт, 1966.- С. 76-80.

13. Самсонов Ю.Я. Устройство для обнаружения мест повреждения в контактных сетях переменного тока.//Труды РИИЖТ. Вып.60.- М.: Транспорт, 1966.- С.84-88.

14. Дмитриевский Г.В., Овласюк В.Я., Сухопрудский Н.Д. Автоматика и телемеханика электроснабжающих устройств: Учеб. для техникумов.-2-е изд., перераб. и доп. М. : Транспорт, 1976. - 223 с.

15. Жарков Ю.И., Овласюк В.Я., Сухопрудский Н.Д. и др. Автоматизация систем электроснабжения. М.: Транспорт,1990.- 359 с.

16. Герман Л.А., Лукконен В.Д. Указатель короткого замыкания.// Электрическая и тепловозная тяга. N7,1978.

17. Борухман В.А.Кудрявцев A.A., Кузнецов А.П. Устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи.-М. : Энергия,1980.- 104с.

18. Гельфанд Я. С., Зисман Л. С. Обнаружение повреждений в электрических сетях по мгновенным значениям аварийных составляющих. Э-И.Серия СУЭ.И- М. :Информэнерго, 1975.- С. 10-14.

19. Фигурнов Е.П. О влиянии нагрузки электровозов со статическими преобразователями на релейную защиту фидеров.//Электронные релейные и измерительные устройства для ж. д. транс.-та.-Труды, вып. 71.-Ростов-на-Дону: РИШКТ, 1967.- С. 62-86.

20. Карякин Р.Н. Тяговые сети переменного тока: 2-е изд.перераб. и доп. М. : Транспорт, 1987.- 279 с.21.3евеке Г. В. .Ионкин П. А., Нетушил A.B., Страхов C.B. Основы тео-оии цепей. Изл.5. М. : Энетэгоатомиздат. 1989г.- 528с.- 127

21. Основы теории электромагнитного поля. Справочное пособие./ Под ред.Татур М. М. .Высшая школа, 1989г.- 271с.

22. Марквардт К.Г. Энергоснабжение электрических железных дорог: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт,! 965. - 464с.

23. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог.- М.:Транспорт,1981г. -215с.

24. Дубровский З.М., Попов В.И., Тушканов Б.А. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник,- М.:Транспорт,1991.- 471 с.

25. Электровоз BJI-80C: Руководство по эксплуатации. М. :Транс-порт,1982г.- 622с.

26. Игонин А.И., Ильченко Т.Ф. Тяговые трансформаторы.- М.: Транспорт, 1968. 96 с.

27. Правила устройства электроустановок. Минэнерго СССР. Изд.6.-М.:Энергоатомиздат, 1985г. 640с.

28. Давыдова И.К., Попов Б.И., Эрлих В.М. Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования: 2-е изд., перераб. и доп. М.:Транспорт, 1978.- 416 с.

29. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения.Под ред. В. В. Афанасьева.- Л.: Энергоатомиздат, 1987. 544 с.

30. Лариков H.H. Теплотехника: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. - 432 с.

31. Теоретические основы теплотехники.Теплотехнический эксперимент. Справочник/Под общ. ред. Григорьева В. А., Зорина В. М. М.:Энергоатомиздат, 1988г.- 560с.

32. Справочное пособие по электротехнике и основам электроники. Под ред. проф. Нетушила A.B.- М.:Высшая школа,1986г.- 248с.

33. Таев И. С. Электрические аппараты. Общая теория. М.:Энергия, 1977.- 272 с.

34. Михеев М.А. Михеева И.М. Основы теплопеоедачи. Изд.2-е. сте- 128 реотип.- М.:Энергия,1977.- 344 с.

35. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.:Гостехиздат, 1954г.- 408с.

36. Основы теории электрических аппаратов. Под ред.И.С. Таева.-М.: Высшая шк. ,1987.- 352 с.

37. Буль Б.К. и др. Основы теории электрических аппаратов. Учеб. пособие для электротехнич. специальностей вузов./Под ред. Г.В.Бутке-вича. М.:Высшая школа, 1970,- 600 с.

38. Исаченко В.П.,Осипова В. А., Сукомел А.С. Теплопередача:Учеб. для вузов, 4-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоиздат, 1981.- 416 с.

39. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью. Учеб.пособ.- М. :Высш.шк, 1989.- 89 с.

40. Шалыт P.M. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами.- М.: Энергия, 1968.- 215 с.

41. Бей Ю.М., Мамошин P.P. и др. Тяговые подстанции. Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.:Транспорт, 1986.- 319 с.

42. Гомола Г.Г., Корольков В.А. Централизованное электроснабжение пассажирских поездов: современное состояние и перспективы развития. //Вестник ВНИИЖТ, 1997, N2.- С.41-47.