автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Ограничение токов короткого замыкания в электротяговой сети переменного тока

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1.1. Токи короткого замыкания и их отключение

1.2. Влияние токов короткого замыкания на тяговое оборудование

1.3. Существующие методы ограничения токов короткого замыкания

1.4. Выбор ограничительного элемента для построения быстродействующего ограничителя токов короткого замыкания электротяговой сети

1.4.1. Обоснование выбора токоограничительного элемента устройства

1.4.2. Определение величины активного сопротивления токоограничительного резистора

1.5. Быстродействующий ограничитель токов короткого замыкания электротяговой сети переменного тока

1.5.1. Режимы работы ограничителя токов короткого замыкания

1.5.2. Разработка алгоритма работы устройства ограничения токов короткого замыкания

1.6. Постановка задачи исследований

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВАКУУМНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ В БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ ОГРАНИЧЕНИЯ

ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.1. Разработка бесконтактного датчика тока

2.1.1. Измерительно - передающий полукомплект датчика тока

2.1.2. Приемно - исполнительный полукомплект датчика тока

2.2. Разработка быстродействующего выключателя с зависимым отключением

2.3. Исследование коммутационных процессов на расходящихся контактах вакуумного выключателя с зависимым отключением

2.4. Процесс коммутации в быстродействующем устройстве ограничения токов короткого замыкания

2.4.1. Физическая модель быстродействующего ограничителя токов

2.4.2. Исследования на физической модели быстродействующего ограничителя токов

3. ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ РЕЗИСТОРА ТОКООГРАНИЧИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

3.1. Схемы включения резистора быстродействующего токоограничительного устройства в цепь тягового тока

3.2. Особенности конструкции токоограничительных элементов с активным сопротивлением

3.3. Подбор резистора быстродействующего токоограничителя

3.4. Тепловой режим работы резисторов в условиях естественного охлаждения

3.4.1. Исследование тепловых режимов работы токоограничительного резистора в силовых тяговых цепях в зависимости от режима работы устройства

3.4.2. Нагрев активных резисторов токоограничительного устройства

3.4.3. Охлаждение токоограничительных резисторов

- 4

3.4.4. Тепловые процессы в резисторах при различных режимах работы 3.5. Разработка программного обеспечения для анализа тепловых режимов резистора

4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1. Выработка требований к серийному производству быстродействующего устройства ограничения токов

4.2. Конструктивные и схемные решения при серийном выпуске быстродействующего устройства ограничения токов к.з.

4.3. Технико - экономическое обоснование периодичности технического обслуживания быстродействующего устройства ограничения токов короткого замыкания

4.4. Определение экономического эффекта от внедрения быстродействующего ограничителя токов короткого замыкания

В последнее десятилетие в развитии электрифицированных железных дорог появился ряд изменений, которые проявляются в следующем: снизились объемы перевозок, увеличилась стоимость электроэнергии, значительно возросла стоимость оборудования, цветных металлов, трансформаторного масла. Кроме того, возникли трудности из-за того, что некоторые .заводы-изготовители оборудования и запасных частей для системы электроснабжения оказались за границами России, на территории бывших республик СССР.

Одной из важнейших на сегодняшний день задач службы энергоснабжения является необходимость организации работы таким образом, чтобы число и последствия аварий являлись минимальными.

Анализ работы электротяговой сети переменного тока показывает, что большинство коротких замыканий между контактной сетью и рельсами происходит не из-за плохой изоляции, а по вине внешних предметов, которые замыкают изолирующий промежуток или перекрывают изоляцию между контактной сетью и рельсами. Такого рода короткие замыкания вызывают отключение питающих фидеров. При этом возникает дуга, которая устраняет внешние предметы, послужившие причиной короткого замыкания. Последующее автоматическое повторное включение (АПВ) приводит к дальнейшей нормальной работе электротяговой сети. Такие короткие замыкания не представляют большой опасности для электротяговой сети, так как их длительность незначительна, повторного включения оборудования на устойчивое короткое замыкание не происходит, выделяемая тепловая энергия - недостаточна для пережога контактной подвески.

Но имеют место и короткие замыкания другого рода: при повреждении изоляции. Повторное включение напряжения на неустранившееся короткое замыкание может привести к развитию аварии, разрушению оборудования, и самое страшное - выходу из строя силовых понизительных трансформаторов.

-6В настоящее время стоимость повреждения оборудования, в том числе и из-за неправильного повторного включения на устойчивое короткое замыкание, значительно возросла, поэтому вопросы ограждения силового и коммутирующего оборудования тяговых подстанций электротяговой сети переменного тока стали более актуальными. В практике эксплуатации электрифицированных железных дорог наиболее опасными для высоковольтного оборудования являются близкие к тяговым подстанциям короткие замыкания. Величины амплитудных значений токов таких коротких замыканий достигают значительных величин и оказывают негативное воздействие на подстанции. Оборудование подстанций под действием токов короткого замыкания испытывает термические и электродинамические воздействия.

Чтобы защитить оборудование тяговой подстанции от негативного воздействия токов короткого замыкания, необходимо ограничить величин}' токов к.з. Над решением проблемы ограничения величины амплитудного значения тока короткого замыкания трудились такие ученые как: профессора Овласюк И Я., Фигурнов Е.П., Бочев A.C., Герман JI.A., Пупынин В.Н., Быкадоров A.JT., Шилин Н.В.; кандидаты технических наук Рубашов Г.М., Кузнецов В.В., Ком-лык В.И. и другие.

В диссертационной работе были использованы идеи, высказанные ранее профессором Бочевым A.C. В частности о возможности ограничения токов короткого замыкания электротяговой сети переменного тока за счет включения в цепь протекания тока активного сопротивления.

Попытки ограничить величину токов короткого замыкания предпринимались как в системе тягового электроснабжения электрифицированных железных дорог, так и в промышленной энергетике при сооружении линий электропередач (ЛЭП) напряжением выше 1000 В. Проблемы ограничения токов короткого замыкания рассматривались как учеными России, так и учеными зарубежных стран.

На сегодняшний день известно несколько способов ограничения токов короткого замыкания, применяемых для защиты линий энергоснабжения ЛЭП от негативного воздействия токов к.з. Однако эти способы и устройства, применяемые для ограничения токов к.з., не могут быть в достаточной степени использованы в электротяговой сети. Промышленные электрические сети являются трехфазными, оборудование трансформаторных подстанций отличается от оборудования понизительных тяговых подстанций электрифицированных железных дорог, потребители промышленных электрических сетей отличаются по своим характеристикам от потребителей электроэнергии электрифицированных железных дорог, что затрудняет использование известных решений. Предлагаемые варианты решения этой проблемы в системе тягового энергоснабжения также являются не совсем удовлетворительными: устройства ограничения токов короткого замыкания, существующие на сегодняшний день, требуют постоянного расхода электроэнергии, увеличивают постоянную времени переходного процесса, являются дорогими, обладают значительными массогабаритными показателями.

Актуальность проблемы ограничения токов короткого замыкания потребовала разработки новых принципов и методов решения, а также разработки новых устройств, которые, по возможности, обладали бы достоинствами существующих решений и позволяли бы реально ограничить величину токов в переходном процессе при коротком замыкании.