автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Определение мест повреждения в электротяговых сетях 2x25 Кв с автотрансформаторами

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕ1ДЕНШ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

1.1. Требования, предъявляемые к методам и устройствам для определения мест повреждения в электротяговых сетях.

1.2. Определение места повреждения в воздушных линиях электропередачи

1.3. Определение места повреждения в электротяговых сетях переменного однофазного тока по величине сопротивления петли короткого замыкания.

1.4. Определение места повреждения в тяговых сетях 2x25 кВ с автотрансформаторами на японских железных дорогах

1.5. Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТЯГОВЫХ СЕТЕЙ 2x25 КВ.

2.1. Общие положения.

2.2. Сопротивления короткого замыкания однопутных участков

2.3. Сопротивления короткого замыкания двухпутных участков

2.4. Исследование закономерностей изменения входных параметров короткого замыкания на физической модели

2.5. Замыкание на землю через активное сопротивление

2.6. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА. МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ В ТЯГОВОЙ СЕТИ 2x25 КВ.

ЗЛ. Однопутные участки.

3.2. Двухпутные участки.

3.3. Участки с односторонним питанием.

3.4. Погрешность метода при замыкании на землю через активное сопротивление

3.5. Применение разработанного метода определения места повреждения при различных системах электроснабжения переменного тока.

3.3. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ТЯГОВОЙ СЕТИ 2x25 КВ.

4.1. Принцип действия аппаратуры для определения места повреждения в тяговой сети типа УМЗТ.

4.2. Подстанционная часть аппаратуры УМЗТ.

4.3. Диспетчерская часть аппаратуры УМЗТ.

4.4. Другие пути технической реализации

4.5. Выводы.

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года", утвержденных ХХУ1 съездом КПСС, в числе задач, стоящих перед железнодорожным транспортом, есть следующие: осуществлять техническое перевооружение; обеспечить дальнейшее увеличение провозной и пропускной способности железных дорог на грузонапряженных направлениях; электрифицировать свыше 6 тыс. километров; открыть движение на всем протяжении Байкало-Амурской магистрали; увеличить грузооборот железнодорожного транспорта на 14-15 процентов [ I ].

В условиях значительного увеличения нагрузок на железнодорожные магистрали в целом и на системы тягового электроснабжения в частности, особенно остро встала проблема обеспечения их надежности.

В настоящее время более 40 процентов электрифицированных железных дорог СССР работает на прогрессивной системе однофазного переменного тока[ 2 ]. В текущей пятилетке на переменном токе будут работать 90 процентов вновь электрифицируемых участков. Увеличение грузопотоков вызвало усиление действия ряда известных недостатков этой системы, таких, например, как большое индуктивное сопротивление, существенное влияние на линии связи и другие. Одним из путей устранения указанных недостатков является переход на новые системы электроснабжения, в частности, на систему 2x25 кВ с автотрансформаторами [ 3.7] , внедряемую в настоящее время на сети железных дорог СССР [8,9] . Применение данной системы позволяет достигнуть существенного уменьшения индуктивного сопротивления тяговой сети и, как следствие, уменьшения потерь напряжения и энергии [ 10] . В значительной степени снижается также и влияние

- б на смежные линии связи [II.13] . Фидерные зоны при системе питания 2x25 кВ увеличиваются примерно вдвое по сравнению с обычными. В то же время, тяговая сеть усложняется, так как увеличивается количество питающих проводов, появляются автотрансформаторные пункты. Последнее, особенно наряду с новизной системы, малым опытом ее эксплуатации, увеличивает вероятность возникновения повреждений в тяговой сети. Быстрое и точное определение места повреждения становится в этом случае весьма важным фактором оперативной ликвидации аварии, а, следовательно, и обеспечения надежности системы электроснабжения. Неоднозначность зависимости сопротивления петли короткого замыкания от расстояния до места повреждения при системе питания 2x25 кВ делает невозможным использование методов и аппаратуры, применяемых для определения мест повреждения в тяговой сети переменного тока на железных дорогах СССР [ 14 ] . Заимствование методов, используемых для этих целей на японских железных дорогах, не представляется, целесообразным из-за необходимости передачи от линейных автотрансформаторов на диспетчерский пункт значительного объема телеизмерительной информации [ 14] . Таким образом, в настоящее время вопрос определения места повреждения в тяговой сети 2x25 кВ с автотрансформаторами у нас в стране не решен, что и предопределяет актуальность работы.

Целью работы, выполненной по теме, включенной в приказы Министерства путей сообщения Р 57/Ц от 30.12.1977 и № 49/Ц от 29.12. 1979, является исследование параметров режимов короткого замыкания тяговой сети 2x25 кВ и, на основе результатов этого исследования, разработка методов, технических средств для определения места повреждения и рекомендаций по их применению.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- выполнен анализ методов определения мест повреждения в воздушных линиях электропередачи и электротяговых сетях с точки зрения возможности их применения для тяговой сети 2x25 кВ;

- проведено исследование входных параметров режима короткого замыкания в тяговой сети 2x25 кВ ("получены расчетные формулы, разработан алгоритм и программа расчета токов, напряжений и входных сопротивлений режима короткого замыкания, проведен теоретический анализ характера изменения этих величин для различных схем питания и произведены эксперименты на физической модели);

- проведено исследование различных комбинаций входных параметров с целью выявления возможности их применения для определения места повреждения;

- разработан метод определения места короткого замыкания в электротяговой сети, предназначенный для системы питания 2x25 кВ. Этот же метод может быть применен и при обычной системе питания, обеспечивая при этом более высокую, чем другие, точность;

- рассмотрены пути технической реализации выбранного метода определения места повреждения тяговой сети;

- разработано автоматическое устройство для определения места короткого замыкания в тяговой сети 2x25 кВ, изготовлены опытные образцы, проведены их испытания;

- даны рекомендации по применению разработанных методов и аппаратуры, по их дальнейшему совершенствованию.

I. ОБЗОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сформулированы следущим образом:

1. Показано, что известные методы определения мест повреждения в воздушных линиях электропередачи и электротяговых сетях переменного однофазного тока, а также методы, применяемые для этой цели при системе тягового электроснабжения 2x25 кВ с автотрансформаторами на японских железных дорогах, непригодны для использования на участках железных дорог СССР, электрифицированных по системе питания 2x25 кВ.

2. На основании метода симметричных составляющих разработана методика расчета входных параметров режима короткого замыкания в тяговой сети 2x25 кВ с автотрансформаторами. Получены простые расчетные формулы, обеспечивающие удобство анализа этих параметров и не требующие применения ЭВМ при их расчете. Результаты расчетов по полученным формулам имеют хорошую сходимость с результатами экспериментальных исследований, проведенных на физической модели.

3. На основании анализа входных параметров режима короткого замыкания, проведенного с использованием полученных формул, разработан метод определения места повреждения в тяговой сети 2x25 кВ для участков с двусторонним питанием. Метод основан на измерении величины С, определяемой как отношение сопротивления короткого замыкания, замеренного со стороны одной из подстанций к сумме таких сопротивлений, замеренных со стороны одной и другой подстанций. Входные сопротивления при этом определяются как отношение модуля напряжения между шинами контактной подвески и питающего фидера к арифметической сумме токов всех фидеров тяговой подстанции, питающих поврежденную зону. На искомую величину не оказывает влияния состояние выключателей поста секционирования и пунктов параллельного соединения. Это обстоятельство, а также то, что зависимость С от расстояния до места повреждения имеет характер, близкий к линейному, делает удобным ее использование в автоматических устройствах.

Разработанный метод может быть применен при обычной системе питания и при системе электроснабжения с ЭУЗ>, позволяя повысить точность определения места повреждения.

4. Предложен метод определения места повреждения в тяговой сети 2x25 кВ с односторонним питанием, основанный на измерении входного сопротивления короткого замыкания на тяговой подстанции и сравнении токов в цепях выводов от средних точек автотрансформаторов с фиксированными значениями. При этом от автотрансформаторов передается не телеизмерительная, а сигнальная информация, занимающая всего два импульса в серии,

5. Произведен анализ схемы для измерения отношения двух электрических величин на конденсаторах, в результате которого установлены ее оптимальные параметры: отношение емкостей конденсаторов Су/С2 = 0,8; отношение максимального напряжения заряда первого конденсатора к минимальному напряжению заряда второго конденсатора не должно превышать 0,5. При этом погрешность измерения входных величин не превышает 2 %,

6. Разработана аппаратура для определения мест повреждения в тяговой сети 25 кВ, 2x25 кВ и при системе питания с ЭУФ. Изготовлены, испытаны и приняты в эксплуатацию опытные образцы аппаратуры, построенной на основе типовых блоков и узлов системы телемеханики "Лисна". Ожидаемый годовой экономический эффект от применения разработанной аппаратуры на одной фидерной зоне двухпутного участка, электрифицированного по системе 2x25 кВ, составляет около 70 тыс. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981.1985 годы и на период до 1990 года. - В кн.: Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981, с. 97-124.

2. Мамошин P.P., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1980. - 296 с.

3. Бородулин Б.М., Шухатович Л.И. Система тягового электроснабжения переменного тока 2x25 кВ. Экспресс-информация: Электрификация и энергетическое хозяйство. М.: ЦНИИТЭЙ МПС, 1976, вып. 4, с. I-I2.

4. Бочев A.C. О некоторых показателях автотрансформаторной системы питания электрических железных дорог. Труды / Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1972, вып. 85. Электроснабжение и автоматика электрифицированных дорог,с. 42-49.

5. Нобутоси И. Опыт эксплуатации устройств электроснабжения с автотрансформаторами. Дэнки тэцудо, 1972, т. 26, №4, с. 2124 Сяпон.).

6. Кунио М. Устройства электрической тяги Японских национальных железных дорог. Дэнки тэцудо, 1974, т. 28, Ш 7, с. 12-23 Сяпон.).

7. Хаяси М. Новая система электроснабжения на железнодорожной магистрали Санье. Тэцудо гидзюцу кэнкю сире, 1968, т. 25, № 2, с. 96-99 Сяпон.).

8. Шилкин П.М. Электрификаторы на марше. Электрическая и тепловозная тяга, 198I, № 2, с. 10-12.

9. Бородулин Б.М. Особенности устройств тягового электроснабжения на БАМе. Труды / Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1978. Проектирование , строительство и эксплуатация БАМа, с. 167-169.

10. Бородулин Б.М. Новая система электроснабжения для участков переменного тока. Электрическая и тепловозная тяга, 1974,1. W 9, с. 44-45.

11. Павлов И.В. Индуктивное влияние тяговой сети на линии связи при системе электрификации 2x25 кВ. Вестник ВНИИЖТа. М.: Транспорт, 1976, № 4, с. 5-10.

12. Павлов И.В. Электромагнитное влияние системы тягового электроснабжения 2x25 кВ на линии связи и проводного вещания. -Экспресс-информация: Электрификация и энергетическое хозяйство. М.:ЦНИИТЭИ МПС, 1976, вып. 5, с. 1-7.

13. Хироси Ф., Хироси В. Влияние питающих линий скоростных железных дорог на лиши продольного энергоснабжения. Тэцудо гидзюцу кэнкю сире, 1973, т. 30, № 5, с. 2II-2I4 (япон.

14. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1982. - 312 с.

15. Сердинов С.М. Анализ работы и повышение надежности устройств электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1975. - 263 с.

16. Фигурнов Е.П. Защита электротяговых сетей переменного тока от коротких замыканий. М.: Транспорт, 1979. - 160 с.

17. Айзенфельд А.И., Шалыт Г.М. Определение мест короткого замыкания на линиях с ответвлениями. М.: Энергия, 1977. - 208 с.

18. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами. М.: Энергия, 1968. - 216 с.

19. Малый A.C., Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И. Определение мест повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима. М.: Энергия, 1972. - 216 с.

20. Борухман В.А., Кудрявцев A.A., Кузнецов А.П. Устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергия, 1973. - 88 с.

21. Карякин Р.Н. Тяговые сети переменного тока. М.: Транспорт, 1964. - 186 с.

22. Самсонов Ю.Я. Устройство для определения мест повреждения в контактных сетях переменного тока. Труды / Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1966, вып. 60. Вопросы релейной защиты устройств электрических железных дорог, с. 76-83.

23. Аппаратура автоматики и телемеханики в устройствах энергоснабжения / Василевский Н.Н., Манухов В.А., Шипарев Ю.А., Эр-лих В.М. М.: Транспорт, 1971. - 256 с.

24. Система телемеханики "Листа" для электрифицированных железных дорог / Бакеев Е.Е., Корсаков Г.М., Овласюк В.Я., Сухопрудский Н.Д.; Под ред. Н.Д. Сухопрудского. М.: Транспорт, 1979. - 215 с.

25. Шура А. Определитель неисправностей в тяговой сети с автотрансформаторами. Дэнки тэцудо, 1973, т. 27, № 5, с. 11-16 (япон.).

26. Fujie Н. Theoretical Study on Fault Locating Method in AT Feeding Circuit. Quart.Repts.Railway Techn.Res. Inst.", 1972, 13, N1, 44-46 Сангл.).

27. Такаэ Э. Определение расстояния до места короткого замыкания. Дэнки тэцудо, 1978, т. 32, № 6, с. 12-16 Сяпон.).

28. Fujie Н.Fault locator system in auto-transformer feeding circuit of AC electric railways. "Quart. Repts. Railway Techn. Res. Inst." 1977, 18, N3, 115-119 С англ.)

29. Hajasi M.Newtral Current Ratio Type Fault Locator for AT Feeding Circuit. Дэнки T эцудо, 1973 , 27, H, 17-20 /япон./

30. Hagasi M.Newtral Current Ratio Type Fault Locator for AT Feeding Circuit. Jl3HKH Tsijyuo, 1973, 27,№5, 11-16 /nnoH./

31. Чернов Ю.А. Расчет токораспределения в системе энергоснабжения 2x25 кВ. Труды / МИИТ, 1976, вып. 487. Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог, с. 146-152.

32. Расчет токораспределения при коротких замыканиях в тяговых сетях 2x25 кВ / Марквардт К.Г., Косарев Б.И., Косолапов Г.Н., Чернов Ю.А. Электричество, 1979, № 3, с. 30-34.

33. Дынькин Б.Е. Методика и алгоритмы расчета режимов коротких замыканий в системе 2x25 кВ двухпутного участка. Труды / МИИТ, 1977, вып. 570. Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог, с. 46-52.

34. Чернов Ю.А., Дынькин Б.Е. Особенности расчета токов короткого замыкания в системе 2x25 кВ двухпутного участка. Труды / ШИТ, 1977, вып. 570. Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог, с. 53-57.

35. Расчет коротких замыканий в тяговой сети системы электроснабжения 2x25 кВ. Трансэлектропроект. Инструктивно-методические указания № 2. М.: НИИМАШ, 1979. - 56 с.

36. Основы теории цепей / Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B., Страхов C.B. М.: Энергия, 1975. - 752 с.

37. Бочев A.C. Расчет электротяговых сетей методом наложения. Учебное пособие. Ростов-на-Дону: РИИЖТ, 1973. - 60 с.

38. Бочев A.C. Метод наложения электротяговых сетей с автотрансформаторами. Труды / Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1975, вып. 109. Энергоснабжение и автоматика электрических железных дорог, с. 7-15.

39. Нейман JI.P., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники, т. I. Л.: Энергия, 1967. - 524 с.

40. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1961. - 792 с.

41. Фигурнов Е.П., Бочев A.C. Расчет токов короткого замыкания в электротяговых сетях. Вестник ВНИИЖТа. М.: Транспорт, 1976, № 6, с. 8-12.

42. Татур Т.А. Основы теории электрических цепей. М.: Высшая школа, 1980. - 271 с.

43. Бочев A.C. Расчет установившихся токов короткого замыкания в тяговой сети с автотрансформаторами. Труды / Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1976, вып. 132. Электроснабжение и автоматизация электрических железных дорог,с. 55-62.

44. Попов A.B. Схема замещения и векторная диаграмма приведенного автотрансформатора. Труды / Горьковский институт инженеров водного транспорта, 1971, вып. 104, часть 3, с. 3-II.

45. Бочев A.C. -Расчет системы электроснабжения 2x25 кВ с автотрансформаторами. Учебное пособие. Ростов-на-Дону: РИИЖТ, 1981. - 39 с.

46. A.C. 631975 (СССР). Устройство для физического моделирования системы электроснабжения электричессой железной дороги / Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта; авт.изобрет.: A.C. Бочев, B.B. Кузнецов. Опубл. в Б.И., 1978, №41.

47. Анго А. Математика для электро- и радио инженеров. М.: Наука, 1965. - 780 с.

48. Филипов Е. Нелинейная электротехника. М.: Энергия, 1968. - 504 с.

49. Хьюз В.Л. Нелинейные электрические цепи. М.: Энергия, 1967. - 336 с.

50. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

51. Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах тягового электроснабжения / Быков В.А., Зимаков В.А., Овласюк В.Я., Хальков B.C., Шилов Л.Н.; Под. ред. В.Я. Овласю-ка. М.: Транспорт, 1974. - 304 с.

52. Манухов В.А. Аппаратура для определения места короткого замыкания типа ОМП 71. - Реферативная информация: Электрификация и энергетическое хозяйство. М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1978, вып. 3. -36 с.

53. Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение. М.: Энергия, 1973. - 104 с.65.: Кузнецов A.A., Кузнецов O.A.- Элементы быстродействующих аналого-цифровых преобразователей. М.: Энергия, 1969. - 96 с.

54. A.C. 550598 (СССР). Устройство для измерения отношения двух электрических величин / Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта; авт. изобрет.: Фигурнов Е.П. Опубл. в1. Б.И., 1977, № 10.

55. Бочев A.C., Тупченко М.Ю., Фигурнов Е.П. Автоматическое определение места повреждения в трехпроводных электротяговых сетях. Известия Северо-Кавказского Научного Центра Высшей Школы, 1982, № I, с. 51-54.

56. Гинзбург С.Г. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. М.: Высшая школа, 1967. - 387 с.

57. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1977. - 871 с.

58. Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. Л.: Энергия, 1969. - 592 с.

59. Жилинскас Р.-П.П. Измерители отношения и их применение в радиоизмерительной технике. М.: Советское радио, 1975. - 320 с.

60. Ю Жень Вон. Аналоговые делители сигналов. Электроника, 1979, № 8, с. 44-53.

61. Корсаков Г.M. Наладка аппаратуры для определения мест повреждений (0MÏÏ) на контактной сети и высоковольтных линиях автоблокировки. Экспресс-информация: Электрификация и энергетическое хозяйство. М.: ЦНЙИТЭИ МПС, 1981, № 3, с. 1-8.

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

63. Справочнике по электроснабжению железных дорог, т. 2 / Под ред. К.Г. Марквардта. М.: Транспорт, 1981. - 392 с.

64. Методические указания по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских пред ложений на железнодорожном транспорте. М.: МПС, 1978. - 96 с.