автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Определение места повреждения в высоковольтных линиях электроснабжения сигнализации, централизации и блокировки

На правах рукописи БОДРОВ ПАВЕЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СИГНАЛИЗАЦИИ, ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ И БЛОКИРОВКИ

Специальность: 05.22.07 - подвижной состав железных дорог, тяга поездов и

электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2004

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы электроснабжения» в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации»

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Фигурнов Евгений Петрович

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Быкадоров Владимир Федорович

кандидат технических наук, доцент Тептиков Николай Романович

Ведущая организация - Самарская государственная академия путей сообщения, г. Самара

Защита диссертации состоится 10 июня 2004 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Народного ополчения, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан зам. 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 218.010.01

В.А. Соломин

Общая характеристика работы

Дктуальность исследований, Одной из важнейших задач на железнодорожном транспорте является обеспечение безопасности движения поездов, которое, в частности, связано с надёжным электроснабжением устройств сигнализации, централизации и блокировки (ВЛ СЦБ). Такое электроснабжение осуществляется воздушными высоковольтными линиями 610 кВ, которые подвергаются климатическим воздействиям и касаниям проводов ветками деревьев. Согласно статистическим данным однофазные замыкания на землю составляют примерно 65% от всех видов замыканий, двухфазные короткие замыкания около 30%, а трехфазные - примерно 5%. Для обеспечения надежности электроснабжения устройств СЦБ необходимо как можно скорее обнаружить место замыкания и выполнить ремонт линии. В то же время наблюдаются случаи, когда на отыскание места повреждения уходит от нескольких часов до, в некоторых случаях, нескольких суток.

Наибольшие трудности возникают при определении удаленности однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). Предпочтительными, требующими наименьшего времени определения места повреждения (ОМП) в трехфазных высоковольтных линиях, являются дистанционные методы, работа которых основана на анализе параметров аварийного режима (ПАР).

ВЛ СЦБ работают с изолированной нейтралью. Электрические параметры аварийного режима такой линии при однофазном замыкании на землю не несут информации о месте повреждения. Поэтому для использования дистанционных методов этот вид повреждений искусственно переводят в однофазное короткое замыкание (ОКЗ) путём замыкания на землю нулевой точки трансформатора или какой-либо из неповреждённых фаз. Однако и при этом имеется целый ряд факторов, которые оказывают существенные влияния на точность ОМП.

В настоящей работе осуществлено комплексное исследование наибольшего количества влияющих факторов и предложены новые способы ОМП при однофазных замыканиях на землю в ВЛ СЦБ.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и научный анализ новых методов определения места однофазного замыкания на землю в В Л СЦБ, обладающих повышенной точностью.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- составлена и обоснована наиболее полная схема замещения ВЛ СЦБ;

- проведены исследования сопротивления проводов марки АС и ПСО;

- предложена-индуктивно развязанная-компьютерная модель линии ВЛ СЦБ с использованием программы Electronics Workbench;

- проведено исследование известных методов Z, X и петлевого метода при многофазных и однофазном коротких замыканиях на компьютерной модели типового участка линии ВЛ СЦБ;

- оценена степень влияния различных дестабилизирующих факторов на точность ОМП существующими методами; ...... ■

ГОС. НАЦИОНАЛЬНА* I | БИБЛИОТЕКА |

! .У'ЯЬЩ

- разработаны и исследованы на модели три новых метода ОМП в ВЛ СЦБ, результирующая погрешность которых определялась с помощью метода статистической оценки результатов эксперимента;

- проведены испытания на реальной линии ВЛ СЦБ.

Методика исследования. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором в период 2000-2003 годов. В работе использованы методы расчета и преобразования электрических цепей с взаимными индуктивностями, анализа уравнений электромагнитного поля, методы компьютерного моделирования, математические методы обработки научных результатов и проведены натурные эксперименты на действующем участке ВЛ СЦБ.

Научная новизна:

- разработана уточненная методика составления и расчета параметров схемы замещения ВЛ СЦБ;

- разработана уточнённая методика расчета параметров схемы замещения кабельной вставки при однофазных повреждениях в воздушной линии;

- разработана методика учёта электрического и магнитного влияния контактной сети в компьютерной модели ВЛ СЦБ;

- разработана компьютерная модель ВЛ СЦБ с учётом характерной неоднородности линии и влияния различных дестабилизирующих факторов;

- оценено влияние различных дестабилизирующих факторов на точность ОМП методами Z и X, а также петлевым методом;

- разработаны, исследованы и запатентованы три новых метода ОМП в ВЛСЦБ;

- разработана методика расчета удаленности места однофазного короткого замыкания по параметрам аварийного режима для предложенных методов.

Достоверность научных положений и выводов. Изложенные в работе результаты подтверждены строгостью теоретического обоснования, сопоставлением результатов аналитического расчета с данными, полученными в результате компьютерного моделирования, а также результатами экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы. Разработана универсальная компьютерная модель ВЛ СЦБ, которая может быть адаптирована для любого реального участка и позволяющая моделировать различные режимы работы линии. Такая модель была принята Дорожной электротехнической лабораторией СКЖД для практического применения. Разработаны новые методы ОМП, которые обладают повышенной точностью, что позволяет значительно сократить время отыскания места повреждения, повысить тем самым устойчивость электроснабжения автоблокировки, и, как следствие, обеспечить повышение безопасности движения поездов.

Дпробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на:

59-й научно - теоретической конференции профессорско-преподавательского состава РГУПС (Ростов-на-Дону, 2000 г.),

- на 2-й международной отраслевой научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта, и роль молодых ученых в их решении" (Ростов - на - Дону, 2000 г.);

- на 61-й научно — теоретической конференции- профессорско--

преподавательского состава РГУПС (Ростов - на - Дону, 2002 г.);

- на 5-й Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» Новочеркасск 2002;

- на Всероссийском конкурсе имени академика И. И. Воровича среди молодых учёных и специалистов на лучшую работу по фундаментальным и прикладным проблемам современной техники. Ростов - на - Дону 2002 г. (диплом лауреата конкурса);

на 62-й научно - теоретической конференции профессорско — преподавательского состава РГУПС (Ростов - на-Дону 2003 г.);

на 3-й Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы, и управление ими» (г. Новочеркасск 2003 г.);

- на Всероссийской научно — технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Екатеринбург 2003 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, включая патент РФ с тремя независимыми пунктами.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа содержит 204 страницы основного текста, 4 таблицы, 60 рисунков, список использованных источников из 117 наименований и приложения на 78 страницах.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цели и задачи работы, и определены направления выбранных исследований.

В первой главе проведен анализ выполненных ранее исследований в области определения места повреждения в ВЛ СЦБ. Теоретической базой для исследований явились труды таких ученых в области электрификации железных дорог и ОМП на воздушных и кабельных линиях как: Айзенфельд А.И., Аржанников Е.А., Арсентьев В.Н., Арцишевский ЯЛ., Бадёр M.IL, Бочев А.С., Быкадоров А.Л., Быкадоров В.Ф., Герман Л.А., Дынькин Б.Е., Жарков Ю.И., Корсаков Г.М., Котельников А.В., Кузнецов А.П., Марквардт К.Г., Мочалов В.А., Нгуен В.Х., Овласюк ВЛ., Платонов В.В., Пупынин В.Н., Тептиков Н.Р., Фигурнов Е.П., Шалыт Г.М., Шубин Е.И., а также других учёных.

Существующие на сегодняшний день методы и средства ОМП в линиях электропередачи при двух- и трехфазных замыканиях хорошо отработанны, и позволяют с достаточной быстротой и приемлемой точностью определить место повреждения. В то же время до сих пор сохраняются значительные трудности при обнаружении места однофазного замыкания на землю.

К особенностям ВЛ СЦБ относятся: неоднородность линии (кабельные вставки, вставки из проводов разного сечения, изменение взаимного расположения проводов и др.); неравномерная загрузки фаз линейными

однофазными трансформаторами, превышающая в реальных условиях в 2 - 3 раза допустимую норму в 10 %; сильное электромагнитное влияние контактной сети переменного тока. На точность ОМП влияют емкостные связи линии, переходное сопротивление в месте повреждения, зависимость сопротивления проводов от тока и другие факторы.

Известные способы математического моделирования ВЛ СЦБ достаточно трудоемки и не полностью учитывают многие существенные факторы и особенности линии.

В настоящее время появились современные компьютерные программы, с помощью которых процесс моделирования значительно упрощается. Речь идет о программах, которые можно охарактеризовать как псевдо-физико-математические. В этом плане одной из перспективных программ на сегодняшний день является программа Electronics Workbench.

Во второй главе рассмотрена методика составления схемы замещения ВЛ СЦБ. Она состоит из подсхемы источника питания, индуктивно развязанных подсхем воздушной линии электропередачи и кабельных вставок, подсхем однофазных и трехфазных нагрузок, переходного сопротивления в месте повреждения, электромагнитного влияния контактной сети.

При многофазных КЗ схемы замещения трансформатора собственных нужд (ТСН) и трансформатора питания ВЛ СЦБ (ТСЦБ) содержат в каждой фазе активное и индуктивное сопротивление прямой последовательности. При искусственном однофазном КЗ на BJI СЦБ токи нулевой последовательности в первичную обмотку ТСН с соединением не проходят. Поэтому

сопротивление трансформатора ТСН при однофазном КЗ имеет другое значение.

В конечном итоге схема замещения источника питания примет вид, показанный на рисунке 1, в котором: ЕА,Е^,ЕС - фазные ЭДС источника питания, которые сдвинуты друг относительно друга на 120° э J^,,Хт -активное и индуктивное сопротивление прямой последовательности источника питания; - добавочные сопротивления, вводимые в схему

замещения при однофазном КЗ.

При исследовании режимов работы ВЛ СЦБ в нормальном режиме, при трёхфазном, двухфазном и двухфазном на землю коротких замыканиях виртуальный ключ S находится в разомкнутом положение. При однофазном КЗ ключ S должен замыкаться.

П - образная индуктивно развязанная схема замещения элементарного участка В Л СЦБ, Рисунок 1 - Схема замещения представлена на рисунке 2.

источника питания

Рисунок 2 - Схема замещения элементарного участка трёхфазной линии

На рисунке 2 приняты следующие обозначения: Г( - активное сопротивление провода; г,- сопротивление, учитывающее активные потери в земле (активное сопротивление «земляного провода»); Ьщ - индуктивность «земляного провода»; Сю - межфазные ёмкости; Со — ёмкости нулевой последовательности, Ь| - индуктивность фазы симметричной трехфазной линии; С^ - емкость, моделирующая электрическое влияние контактной сети; Ем - источник ЭДС, имитирующий магнитное влияние контактной сети; и^ -напряжение контактной сети. Активная проводимость в высоковольтных линиях до 220 кВ не учитывается. В модели параметры линии определялись по формулам:

(1)

где - внутреннее индуктивное сопротивление провода; - среднее

геометрическое расстояние между проводами фаз линии; - радиус провода;

- магнитная постоянная; - эквивалентная глубина протекания обратного тока в земле.

При определении параметров емкостных связей линии использовались уравнения второй и третьей группы формул Максвелла. Формулы для вычисления междуфазных емкостей и емкостей нулевой последовательности имеют вид:

£ -С -_______

12 мф (асоб - авз ),(асоб + )

Со ={с0+2Смф)-2Смф= "соб+а -2а -

\асоб ~авз)' \асоб + ) асоб+2а„ где antaco6 - собственные и взаимные потенциальные коэффициенты.

В известных работах, посвященных схемам замещения кабеля при однофазном коротком замыкании и протекании тока в земле, не учтено размагничивающее влияние тока в оболочке кабеля на индуктивное сопротивление жилы. В диссертации приводится уточнённая методика расчёта параметров схемы замещения кабельной вставки с учётом указанного явления. Отличие схемы замещения кабельной вставки от приведенной на рисунке 2 заключается в том, что значение сопротивления «земляного провода» необходимо умножить на коэффициент полное сопротивление контура оболочка-земля; полное

сопротивление взаимной индуктивности между жилой кабеля и оболочкой. Кроме того, исключаются элементы Скс и Ute» поскольку электрическое влияние на лежащий в земле кабель отсутствует, и ЭДС Ем, поскольку кабель имеет металлическую оболочку и броню, а длина кабельных вставок в десятки раз меньше, чем длина отдельных участков ВЛ.

Величины частичных ёмкостей определяются по следующим выражениям:

СП«0,155С,, С0«0,56Ср, (3)

где - рабочая емкость кабеля, определяемая по справочным данным.

Для моделирования максимальной нагрузки линии принято, что загрузка трансформаторов составляет 0,7 от номинальной мощности при cos q> =0,7, при этом однофазная нагрузка представлялась в виде последовательной RL -цепочки, а трехфазная - в виде трех таких цепочек, соединенных в звезду. При использовании модели для рассмотрения режимов в реальной линии нагрузки могут быть приняты и другими.

Место повреждения имитировалось активным сопротивлением, включенным между фазами, либо между фазой и «земляным проводом».

При моделировании электромагнитного влияния контактной сети оно представлено в виде двух составляющих - электрической и магнитной. Значения напряжения иа и тока 1а, индуктированных в смежной линии на расстоянии от его начала, описываются известными уравнениями. Особенность рассматриваемого случая, отличающего его от обычно рассматриваемых, заключается в том, что поврежденная фаза ВЛ СЦБ в момент ОМП оказывается заземленной в начале линии (через искусственное заземление нуля ТСЦБ или одной из неповрежденных фаз) и в конце линии (через переходное сопротивление места повреждения).

Анализ уравнений для этого случая показывает, что поперечной проводимостью поврежденной фазы ВЛ СЦБ можно пренебречь. При этом ток,

наведенный в поврежденной фазе ВЛ СЦБ магнитным влиянием, в пределах элементарного участка линии считается неизменным. Что касается электрического влияния, то при значениях переходных сопротивлений на концах ВЛ СЦБ меньше 104 Ом, она может считаться заземленной на обоих концах.

В этих условиях моделирование магнитного влияния с использованием программы Electronics Workbench можно осуществлять включением источника переменного напряжения Ем в каждую фазу линии (рисунок 2). При этом необходимо учитывать фазовый угол между наведенным напряжением и линейными (фазовыми) напряжениями BJI СЦБ

Векторная диаграмма напряжений вторичной обмотки

АС'^СВУ ВА

тягового трансформатора и фазных ЭДС Е^О'^СО'^ВО вторичной обмотки трансформатора ТСЦБ приведена на рисунке 3,а. На рисунке 3,6 отдельно выделены векторы напряжения левого и правого и ж; плеча питания

тяговой сети, оказывающие электромагнитное влияние на ВЛ СЦБ. В

Рисунок 3 —Векторные диаграммы

Из-за транспозиции проводов ВЛ СЦБ можно считать, что наведённые в них током контактной сети ЭДС Ем одинаковы по величине и фазе. Поэтому достаточно определить фазовый угол ЭДС Еи по отношению к ЭДС одной фазы ВЛ СЦБ. Принимаем, что напряжение в контактной сети равно (левое плечо питания), а на ВЛ СЦБ изоляция повреждена в фазе с ЭДС Е^Ог при этом нулевая точка ТСЦБ при осуществлении ОМП заземлена.

Наведённая током I, контактной сети ЭДС Ем (рисунок 3,в) отстает от фазового напряжения источника питания ВЛ СЦБ на угол который равен примерно 160° ( <рк - фазовый угол тока тяговой сети, аг„ - угол на который вектор ЭДС отстает от вектора тока тяговой сети). Если бы контактная сеть питалась напряжением то угол между этим напряжением и фазовым напряжением Ело соответствовал бы 90° (рисунок 3,а). В этом случае ц/ => 220°.

В том случае, если к контуру заземления присоединяется не нулевая точка ТСЦБ, а вывод его неповреждённой фазы, то угол у увеличивается или

уменьшается на угол 30°. Если в BJI СЦБ замыкание на землю происходит в какой-либо другой фазе, например В или С, то к углу \|/ надо добавить 120 или 240°. Таким образом, угол у может в определённых условиях находиться близким к 180° или 360®, особенно если учесть возможные колебания угла <рн. Погрешность ОМП будет наибольшей, если наведённую в BJI СЦБ ЭДС Ем считать находящейся в фазе (vp=0, \|/=360о) или в противофазе (\|/=180°) с ЭДС источника питания. Эти условия соответствуют наиболее неблагоприятным условиям работы ОМП.

При рассмотрении электрического влияния линий используется метод электрических зеркальных изображений. Для расчётов удобно все провода контактной сети представить в виде одного эквивалентного провода, причём параметры этого провода и его пространственное расположение должны оказывать такое же электрическое влияние на ВЛ СЦБ как и действительная многопроводная контактная сеть. Предлагается следующая методика расчёта параметров такого эквивалентного провода.

Пусть в контактной сети имеются п проводов с номерами 1,2,3,...!,..j,...п. Тогда выражения для собственных ан и взаимных atj

потенциальных коэффициентов будут иметь вид:

где hj, Rt - высота подвеса и радиус /-го провода; Sy - расстояние между i-ti проводом и зеркальным изображением _/-го провода, м Q^- расстояние между проводами, м.

Уравнение Максвелла для каждого из проводов имеет вид:

и1=Чпа11+Ч1ап +.......+ 4ja!f+.......+ (5)

где - заряды соответствующих проводов

Радиусы проводов контактной сети отличаются ненамного, ненамного отличаются и высота подвеса проводов. Поскольку эти значения находятся под знаком логарифма, можно принять, что собственные потенциальные коэффициенты всех проводов одинаковы и равны их среднему значению асо6, которое с учетом (5) равно:

где Aj ,р} - соответственно средние геометрические высота подвеса и радиус каждого из проводов, определяемые по формулам, м:

Аналогичным образом принималось, что взаимные потенциальные коэффициенты для каждой пары проводов контактной сети одинаковы и равны их среднему значению а„, которые с учетом (4) равны:

При принятых условиях потенциалы всех проводов контактной сети одинаковы, одинаковы и их заряды. Потенциал каждого из проводов обозначался 1/к, а заряд дк. Поскольку для всех проводов одинаковы и

потенциальные коэффициенты асод и а^то из (5) получаем п одинаковых уравнений вида ик=дк-(асоб + '£авз) = дк[асоб +(п- 1)а„} Решив его

относительно заряда получим:

(10)

. Лл

асо6+(гг-\)авз'

Теперь контактную сеть всех путей заменим одним эквивалентным проводом К. Его потенциал очевидно равен 1/К, заряд этого эквивалентного провода равен сумме зарядов всех п проводов исходной сети, т.е. а

собственный потенциальный коэффициент а33 по аналогии с (6) равен:

а„ = 18 -1061п

2ИЭ Л,

(И)

где - радиус эквивалентного провода К, м.

Уравнение Максвелла для эквивалентного провода имеет вид:

(12)

Подставляя сюда значение дК из (12), и используя выражения (6), (8) и (11) получаем, после преобразований:

(13)

Таким образом, если п проводов контактной сети при учёте электрического влияния заменить одним эквивалентным проводом, то его радиус определяется- -по формуле (13), а собственный потенциальный коэффициент эквивалентного провода - по формуле (11).

В компьютерной модели электрическое влияние удобно представить в виде конденсатора (рисунок 2). Величина емкости между эквивалентным проводом К контактной сети и каждым проводом линии ВЛ СЦБ рассчитывается по выражению

В выражении (14) собственные потенциальные коэффициенты а^, В Л СЦБ рассчитываются по формуле (6), собственные потенциальные коэффициенты контактной сети (эквивалентного провода К) ак1% -по формуле (11), взаимные потенциальные коэффициенты а^, между эквивалентным проводом К и каждым из проводов BJI СЦБ - по формулам (8) и (9), в которых D,j - расстояние между i -м проводом контактной сети и j-u проводом ВЛ

СЦБ, -расстояние между проводом контактной сети и зеркальным

изображением провода j ВЛ СЦБ, взаимные потенциальные коэффициенты ал- между проводами BJI СЦБ - по формулам (8) и (9), в которых £)у.-расстояние между »-м И j-u проводами В Л СЦБ, а р1^ стояние между i-u проводом линии и зеркальным изображением j-го провода ВЛ СЦБ. Из-за транспозиции проводов ВЛ СЦБ значения для каждой фазы приняты одинаковыми.

При ОМП предполагается, что удельное сопротивление проводов ВЛ СЦБ является постоянным. Выполненные измерения на опытных образцах показывают, что в зависимости от протекающего по проводам марки АС-35, АС-50, АС-70 тока активное сопротивление изменяется на 1,79 %, а внутреннее индуктивное на 4,55 % от среднего значения. Для проводов марки ПСО эти изменения равны соответственно 23,89 % и 8,33%.

Если для проводов марки АС небольшие изменения удельного сопротивления можно отнести к погрешности ОМП, то для стальных проводов ОМП следует осуществлять с учетом зависимости удельного сопротивления от тока, что также возможно, но усложняет аппаратуру. Следует отметить, что применение стальных проводов в ВЛ СЦБ разрешено в настоящее время лишь до реконструкции, а новые линии выполняются проводами марки АС.

В третьей главе проведено исследование влияния различных дестабилизирующих факторов на точность ОМП методом Z, X и петлевым методом.

Исследование проводились на полной модели реального участка линии ВЛ СЦБ Кореновск - Краснодар СКЖД. Этот участок является типичным для подобных линий. Схема измерения ПАР ВЛ СЦБ, включающая виртуальные измерительные приборы, а так же источники напряжения, управляемые напряжением либо током, необходимые для подключения измерителя фазового угла (Bode Plotter), показана на рисунке 4.

На рисунке 4 блоки 200 м, 500 м, 800 м и т.д. относятся к участкам воздушной или кабельной линии соответствующей длины между точками подключения нагрузки (блок ОМ).

Проведены исследования погрешности ОМП методом Z и X при многофазных повреждениях. Установлено, что при наличии переходного

сопротивления в месте повреждения (2-3 Ом) погрешность методом X не превышает 5%. Погрешность методом Z достигает 12%, что уже не допустимо.

Далее рассматривался наиболее частый вид повреждения в ВЛ СЦБ -однофазные замыкания на землю. В таблице 1 приведены пределы изменения погрешностей ОМП известными методами Z, X и петлевым методом с учетом влияния различных дестабилизирующих факторов при искусственном однофазном коротком замыкании на землю.

Исследования показали, что ни один из известных дистанционных методов ОМП, основанных на анализе ПАР, не обеспечивает приемлемую точность измерения расстояния до места повреждения (хотя бы ±500 м).

Таблица 1

Дестабилизирующие факторы Пределы изменения относительной 5,%,и абсолютной &м, погрешностей ОМП при разной удаленности места повреждения для ВЛ длиной 52 км, при ОМП методами

Метод г Метод X Петлевой метол

$ Д 5 Д 6 Д

Ёмкостные связи линии 0,611-0,853 61,1-443,56 0,369-0,509 36,9-264,68 0-1,904 0-190,4

Нагрузка линии 7,087-10,65 708,7-5538 6,197-9,082 619,7-4722,64 0-21,994 0-2199,4

Кабельные вставки 0.671-1,171 67,1-609,09 0,46-0,764 45.97-397,11 0.0890.362 8,9-188^4

Изменение сопротивления провода марки АС 1,487-2,682 148,71394,64 0.957-1.621 95,7-842,92 - -

Переходное сопротивление (К«" 10 Ом) 5.06816,373 506,8" 8513,96 3,871-5,717 387,1-2972,84 - - •

Изменение проводимости земли 0,109-3.691 56,681919,32 0,26-6,953 135,2-3615,56 - -

Выполнение линии разными проводами 23,61121.14 2361-114993 21,6411831 2164-113521 0-105,03 0-106616

Неточность измерения фазового угла (1°, Яп=0) - - 1.2-2,44 60-122 - -

Электромагнитное влияние контактной сети 30Л2-55.6.| 29.36-51,42 2570.75-7634,6 - -

В четвертой главе проведено обоснование и исследование с помощью компьютерного моделирования трех новых методов ОМП.

Принцип первого из предложенных методов ОМП показан на рисунке 5.

На рисунке 5 приняты следующие обозначения: 1 - первая фаза линии электро-7 передачи с повреждённой изоляцией в точке К на удалении 1К от трёхфазного источника питания; 2,3 - соответственно вторая и третья фазы линии с неповрежденной изоляцией; 4- трехфазный источник питания; 5 — выключатель трехфазный; 6,7 — соответственно первая и вторая заземляющие перемычки;

8 - разъединитель трёхфазный; 9,10 - дополнительные перемычки (коммутирующий аппарат); 11 - источник однофазного переменного напряжения; 12-ограничивающее сопротивление; 13 - трансформатор тока; 14 - трансформатор напряжения.

При ОМП методом 1 определяется фаза с поврежденной изоляцией, после чего линия отключается от источника питания. Две неповрежденные фазы линии замыкаются на землю в начале и в конце линии, а к поврежденной фазе подключается источник переменного напряжения. После этого определяется расстояние до места повреждения по формуле

0.5 -х,

1-JI-B

U 'Smq>

'1

А = -

' ^23 * '

zM -sin^o^ -а23)

А-х 1 '

(15)

где и - напряжение между фазой с повреждённой изоляцией и землёй; ток повреждённой фазы линии; - фазовый угол между и индуктивная составляющая удельного сопротивления прямой последовательности 1 км линии; - модуль и аргумент удельного

сопротивления контура «эквивалентный провод двух фаз-земля»; гм,ам -модуль и аргумент удельного сопротивления взаимоиндукции между двумя контурами «провод-земля»; Ь - расстояние от начала до конца линии. Отключение и заземление двух неповрежденных фаз увеличивает экранирующий эффект и повышает безопасность обслуживающего персонала.

Предложенный метод 2 обладает пятью разновидностями, приведенными на рисунке б, где приняты следующие обозначения: 6-однофазные разъединители; 7-коммутационный аппарат; 8,9,10-трансформаторы тока; 11-трансформатор напряжения; 12-перемычка; 13-ограничивающее сопротивление. Остальные обозначения соответствуют рисунку 5.

В методе 2а при возникновении повреждения в линии определяется фаза с поврежденной изоляцией, отключается выключатель 5, поврежденная фаза

перемыкается в конце линии с одной из неповрежденных, после чего включается выключатель 5.

напряжения; а - аргумент, зависящий от конструктивных параметров линии электропередачи. {/)2 - напряжение на выводах источника питания между фазой с повреждённой изоляцией и одной из фаз с неповреждённой изоляцией; удельное сопротивление прямой последовательности 1км линии.

При использовании метода 2Ь отключение от источника питания второй неповрежденной фазы способствует уменьшению влияния нагрузки, подключенной к этой фазе, и повышает точность ОМП по сравнению с методом 2а. Вычисление (к методом 2Ь осуществляется по формулам (16) или (17).

В методе 2с после сборки схемы ОМП расстояние до места повреждения определяется по формулам (16) или (17). Основное отличие метода 2с от метода 2а заключается в том, что одна из неповрежденная фаза линии отключается от источника питания и заземляется в начале и в конце линии. Таким образом, создается экран от электромагнитного влияния контактной сети.

При ОМП методом 2ё необходимо отключить одну из неповрежденных фазу линии и соединить ее с поврежденной фазой в начале и в конце линии. После этого ОМП осуществляется по формуле (18). При ОМП методом 2е осуществляется отключение и заземление в начале и в конце линии одной из неповрежденной фазы. Вычисление методом 2е осуществляется по выражению (18).

В случае выполнения линии проводами марки ПСО или ПС при ОМП в формулах (15) и (17) следует определять значения г1з г-^ и х1 в зависимости от величины протекаемого тока по таблице. При ОМП методами 2ё и 2е вместо формулы (18) необходимо использовать следующее выражение:

2

/,-г] +Г2-гI'

09)

где - соответственно сопротивления прямой последовательности одного

провода и двух проводов соединённых параллельно. Значения и 2| следует определять по таблицам или графикам их зависимости от тока.

Принцип предложенного метода 3 поясняется схемой, приведенной на рисунке 7. При ОМП методом 3 все три фазы линии отключаются от источника питания и перемыкаются с помощью перемычек между собой накоротко в начале и в конце линии. На рисунке 7 приняты такие же обозначения, как и на

рисунке 5, за исключением: 9 -испытательный источник переменного напряжения; 10 — коммутационный аппарат; 11 - сопротивление, ограничивающее токи при близких КЗ;

- ток в соответствующих фазах в начале линии; 1с - суммарный ток трёх фаз в начале линии.

Рисунок 7 - Схема ОМП методом 3

Расстояние до места повреждения методом 3 определяется по формуле:

где L - расстояние от первой перемычки трёх фаз в начале линии до второй перемычки трёх фаз в конце линии; /|,/2,/з - значения токов соответственно первой, второй и третьей фаз в начале линии; 1ф>М1а - наибольшее из значений

Расстояние до места повреждения также может быть определено из сравнения следующих выражений

Наименьшее из значений и будет относится к поврежденной фазе.

Предложенные формулы используются для линии с проводами марки АС. При проводах ПС и ПСО используется формула:

3-/,

(21)

/, • 2Х + 2 • /2 • г,

В качестве испытательного источника питания при ОМП предложенными методами, может быть использован как трехфазный трансформатор ТСЦБ, нулевую точку которого или другой его фазный вывод заземляют, так и посторонний источник.

Предложенные формулы ОМП являются новыми и теоретически строго обоснованными. Их вывод основан на следующей методике. Составляются уравнения Кирхгофа для контуров протекания токов. Осуществляется их решение относительно неизвестного параметра (удаленность места

однофазного КЗ). Комплексные величины, входящие в решение, представляются в показательной форме и с использованием формулы Эйлера изображаются в тригонометрической форме. Поскольку расстояние по определению вещественно, то его мнимая часть приравнивается нулю. Это уравнение совместно с действительной частью выражения для позволяет исключить в итоге неизвестное значение переходного сопротивления в месте повреждения. После некоторых-преобразований получается окончательный результат.

В таблице 2 показана величина наибольшей относительной погрешности ОМП предложенными методами.

(20)

Таблица 2

Дестабилизирующие факторы Величина наибольшей относительной погрешности ОМП, % при наибольшем влиянии дестабилизирующих факторов

Метод! Метод 2 Метод 3

2а 2Ь | 2с | 2(1 | 2е

Ёмкостные связи линии 0,369 1.698 0.19 | 0,342 1 0,181 0,295 0.114

Нагрузка линии 0,815 26,173 0.488 1 1.493 1 0.41 1,254 0.171 1

Кабельные вставки 0,399 0,275 0,155 | 0.21 | 0.113 0.171 0.138 |

Изменение сопротивления провода 0,847 . - 1,228 | - |

Переходное сопротивление (Я." 10 Ом) 1,785 - - - | - -

Изменение проводимости земли 2,415 - - 1 - 1 -

Неточность измерения фазового угла (1°, Яп=0) 1.86 42,53 29,65 40,55 - - •

Электромагнитное влияние контактной сети 8,76 • - - - - -

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что предложенные методы ОМП в значительной мере снижают погрешность определения удаленности места повреждения £ к.

В заключение с использованием метода статистических испытаний (метод Монте-Карло) выполнена оценка суммарной статистической погрешности ОМП методами I и 3 для доверительной вероятности равной Рд=0,9. Установлено, что наибольшая величина среднестатистической погрешности при ОМП для метода 1 равняется 378 м, а для метода 3 - 25 м.

По совокупности преимуществ наилучшим следует считать метод 3, что нашло подтверждение при его эксплуатационных испытаниях на участке Хапры - Синявская СКЖД. Разработаны рекомендации по его технической реализации.

Применение ОМП на ВЛ СЦБ сокращает затраты на определение удаленности места повреждения в среднем на 20000 рублей на одно повреждение. В 2003 г. на разных дорогах имело место от 17 до 477 повреждений.

Основные результаты и выводы

1. Установлено, что известные методы определения удалённости однофазного замыкания на землю в линиях ВЛ СЦБ практически не могут быть использованы из-за недопустимо больших погрешностей, обусловленных переходным сопротивлением в месте замыкания, несимметричным подключением нагрузки вдоль линии, электромагнитным влиянием контактной сети переменного тока и рядом других факторов.

2. Разработана и реализована компьютерная модель ВЛ СЦБ с учётом наибольшего числа факторов, влияющих на точность определения места однофазного замыкания на землю. При этом уточнена схема замещения воздушной линии, кабельных вставок, а так же разработана методика учёта электромагнитного влияния в компьютерной модели.

3. Выполнен анализ существующих методов Z, X и петлевого для определения удалённости места повреждения и оценена их погрешность.

4. Установлено, что метод Z не может быть использован из-за погрешностей, которые могут достигать десятков километров. Приведены рекомендации по совершенствованию метода X и петлевого метода для снижения погрешностей.

5. Разработаны и исследованы три новых метода (два из них запатентованы) для определения удалённости места повреждения при однофазном замыкании, обладающих повышенной точностью.

6. Рекомендуется к использованию метод 3, погрешность которого не превышает десятков метров, что подтверждено эксплуатационными испытаниями.

Основнре содержание диссертации опубликованы в следующих работах;

1.Бодров П.А Сопротивление проводов марки ПСО. Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта, и роль молодых ученых в их решении. Труды 2-й международной отраслевой научно - технической конференции Ростов - на - До1гу: РГУПС, 2000. - 214 с.

2. Бодров П.А. Моделирование ВЛ СЦБ с использованием программы Electronics Workbench. // Вестник РГУПС. - 2000. №3. С. 68-72.

3. Бодров П. А. Сопротивление проводов В Л СЦБ. // Вестник РГУПС. -2001.№2.С.47-50.

4. Патент РФ №2186404. Способы и устройство для определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи (варианты).//Фигурнов Е.П., Бочев А.С., Бодров ПА/ кл. 7G 01 R 31/08, Заявка 11.04.2001 № 2001109809/09 (0102263) 0публ.27.07.2002, Бюл.№21.

5. Бодров П.А. Определение места однофазного замыкания на землю в высоковольтных линиях питания сигнальных точек железных дорог. Сборник работ лауреатов конкурса молодых ученых имени академика И.И. Воровича. Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники.- Ростов-на-Дону: СКНЦ Высшей школы, 2002. - с. 15-23.

6. Фигурнов Е.П., Бодров П. А. Моделирование В Л 6-10 кВ автоблокировки при замыкании на землю. Сборник статей 5-й Международной научно-технич. конференции.- Новочеркасск (ЮРГТУ), 2002. - с.67-69.

7. Бодров П.А. Исследование однофазного замыкания на землю в линии ВЛ СЦБ и факторы оказывающие влияние на точность ОМП. Труды научно-

теоретической...конференции проф.-преп. состава «Транспорт-2002»__Ч.З,-

Ростов-на-Дону: РГУПС - с.79-80.

8. Фигурнов Е.П., Бодров П.А. Новый метод определения места повреждения в ВЛ СЦБ 6,10 кВ при замыкании на землю. Материалы 3-й Международной научно-технич. конференции.Ч.2.- ЮРГТУ: 2003.- с.20-21.

9. Бодров П.А. Новый способ определения места повреждения в ВЛ СЦБ при однофазном замыкании на землю. Труды научно-теоретической

конференции проф.-преп. Состава «Транспорт-2003»Ч. 2.-Ростов-на-Дону, РГУПС-с.171-172.

10 Фигурнов Е.П., Бодров П.А. Новые методы определения места повреждения в В Л СЦБ 6,10 кВ при однофазном замыкании на землю. Труды

Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта».- Екатеринбург:УрГУПС,2003 г.-147с.

Бодров Павел Александрович

Определение места повреждения в высоковольтных линиях электроснабжения сигнализации, централизации и блокировки

Автореферат диссертации

На соискание ученой степени кандидата технических наук

Формат 60x84/16 Бумага офсетная Ризография. Усл.печл. 1. Уч.-изд. Л. 1,58 Тираж 100. Заказ № 902.

Ростовский государственный университет путей сообщения Ризография АСУ РГУПС.

Адрес университета:

344038, Ростов - на - Дону, пл. Народного ополчения, 2

PI06 А 1

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА

ОСОБЕННОСТИ В Л СЦБ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Общая характеристика высоковольтной линии автоблокировки.

1.2 Аварийные режимы работы линии В Л СЦБ.

1.3 Методы и средства выявления и фиксации места повреждения в ВЛ СЦБ.

1.4 Способы моделирования ВЛ СЦБ.

1.5 Краткие сведения о программе Electronics Workbench.

1.6 Задачи исследования.

ГЛАВА

СОСТАВЛЕНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ В Л СЦБ

2.1 Общая схема В Л СЦБ.

2.2 Схема замещения источника питания ВЛ СЦБ.

2.3 Схема замещения элементарного участка линии.

2.4 Параметры схемы замещения линии при использовании проводов марки АС.

2.5 Параметры схемы замещения линии при использовании проводов марки ПСО.

2.6 Схема замещения кабельных вставок.

2.7 Схема замещения нагрузки линии.

2.8 Электромагнитное влияние контактной сети.

2.9 Выводы.

ГЛАВА

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ОКАЗЫВАЮЩИХ ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ

3.1 Постановка задачи.

3.2 Моделирование реального участка линии.

3.3 Оценка погрешности программы Electronics Workbench.

3.4 Многофазные повреждения в BJIСЦБ.

3.5 Исследование влияния дестабилизирующих факторов на точность ОМП при однофазном коротком замыкании.

3.6 Выводы.

ГЛАВА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ В ВЛ СЦБ

4.1 Мера по уменьшению влияния нагрузки линии на точность ОМП.

4.2 Метод 1 для определения места повреждения в ВЛ СЦБ.

4.3 Метод 2 для определения места повреждения в В Л СЦБ. i 4.4 Метод 3 для определения места повреждения в В Л СЦБ.

4.5 Определение места повреждения новыми методами при выполнении линии стальными проводами.

4.6 Исследование предложенных методов ОМП в В Л СЦБ с использованием компьютерной модели.

4.7 Анализ предложенных методов ОМП.

4.8 Статистическая оценка погрешности методов ОМП.

4.9 Предложения по технической реализации нового метода ОМП.

4.10 Выводы.

Актуальность исследований. На современном этапе реформирования народного хозяйства страны, важнейшей задачей экономики является повышение эффективности работы всех её отраслей. В транспортном комплексе страны, в частности на железных дорогах, эти задачи могут быть достигнуты с развитием и внедрением новых, прогрессивных систем перевозок, улучшением обслуживания, эксплуатации и ремонта технических средств, автоматизации и компьютеризации процессов управления, повышением надёжности работы устройств, обеспечением безопасности движения поездов и эффективности использования потенциала железнодорожного транспорта.

Одной из важнейших задач на железнодорожном транспорте является обеспечение безопасности движения поездов, которое, в частности, связано с надёжным электроснабжением устройств высоковольтной линии сигнализации, централизации и блокировки (В Л СЦБ). По данным департамента электрификации и электроснабжения МПС удельный вес хозяйства электроснабжения в перекрытии сигналов достигает 16%, причём значительная доля всех повреждений приходится на В Л СЦБ /1/.

Высоковольтные линии сигнализации централизации и блокировки сооружаются воздушными, поэтому они в процессе эксплуатации подвергаются воздействию ветра, гололёда, резкого перепада температур, внутренних и атмосферных перенапряжений, а также падению деревьев на провода. Все эти явления приводят к коротким замыканиям и обрывам проводов. Около 2/3 от общего количества повреждений в системе энергоснабжения, приводящих к задержкам поездов, приходится на В Л СЦБ /1,2/. Статистические данные, полученные за последние годы эксплуатации ВЛ СЦБ на различных дистанциях железных дорог России показывают, что однофазные короткие замыкания (КЗ) на землю составляют порядка 65% от всех повреждений линии, двухфазные около 30%, а трёхфазные примерно 5% /3-5/. Аварии на ВЛ СЦБ, как и в любой другой высоковольтной линии, могут возникать в результате воздействия множества случайных факторов, являющихся проявлением определённых объективных процессов. При этом необходимо обеспечить такие условия, при которых последствия каждого аварийного режима были бы незначительны, а ущерб минимальным.

К BJI С ЦБ предъявляются повышенные требования по бесперебойности питания сигнальных точек. Вот почему особо важное значение имеет быстрота восстановления нормального энергоснабжения при повреждении. Нередко большую часть времени при аварийно-восстановительных работах занимает определение места повреждения (ОМП), причём некоторые виды однофазного повреждения, например пробой фарфорового изолятора, визуальным способом определить практически невозможно /6/.

Продолжительность каждой аварии зависит от времени, необходимого для определения места повреждения, времени, затраченного ремонтной бригадой на дорогу к месту повреждения, и времени, требуемого на ликвидацию аварийной ситуации. Статистический анализ эксплуатации BJI С ЦБ показывает, что на поиск места повреждения затрачивается в среднем до 57% от общего времени ликвидации повреждения /4,5/. Следовательно, для уменьшения среднего времени восстановления требуется быстро обнаружить место повреждения в линии. Наиболее приемлемые на сегодняшний день способы ОМП основаны на измерении параметров аварийного режима (ПАР) работы линии.

Теоретическим и практическим исследованиям, направленным на повышение точности определения места повреждения в линиях электроснабжения, посвящено немалое количество научных работ. Значительный вклад в развитие различных аспектов современной теории ОМП внесли: Айзенфельд А.И., Аржанников Е.А., Арсентьев В.Н., Арцишевский Я.Л., Бадёр М.П., Бочев A.C., Быкадоров АЛ., Быкадоров В.Ф., Герман JI.A., Дынькин Б.Е., Жарков Ю.И., Корсаков Г.М., Кузнецов А.П., Марквардт К.Г., Мочалов В.А., Нгуен В.Х., Платонов В.В., Пупынин В.Н., Тептиков Н.Р., Фигурнов Е.П., Шалыт Г.М., Шубин Е.И. и другие /4-23/.

Несмотря на большое число выполненных работ до сих пор сохраняются значительные трудности при обнаружении места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях с изолированной нейтралью. Этот вид повреждений является наиболее частым, и в то же время наиболее сложным для анализа. Электрические параметры аварийного режима высоковольтной линии при однофазном замыкании на землю не несут информации о месте повреждения, поэтому в /9,14,18/ предложено этот вид повреждений переводить в однофазное короткое замыкание путём замыкания на землю нулевой точки трансформатора или какой-либо из неповреждённых фаз. Однако, и при этом имеется целый ряд факторов, которые оказывают существенные влияния на точность определения места повреждения.

Существующие на сегодняшний день методы и средства ОМП в линиях электропередачи при двух- и трёхфазных замыканиях хорошо отработанны, и позволяют с достаточной быстротой и точностью определить место повреждения /9,10,17,19ДО,22/. В то же время, несмотря на большое число выполненных работ /9,12-16,18,21,24/ до сих пор сохраняются значительные трудности при обнаружении однофазного замыкания на землю. Это объясняется влиянием таких факторов, как распределённая однофазная нагрузка линии, её несимметричное подключение к фазам линии, нелинейное сопротивление проводов, переходное сопротивление в месте повреждения, наличие кабельных вставок, и электромагнитное влияние контактной сети.

Некоторые из этих факторов количественно оценены в работах /9,14,18/. Другие, например, такие как влияние переходного сопротивления, несимметрия нагрузки, электромагнитное влияние контактной сети и другие количественных оценок не имеют, и в то же время оказывают очень большое влияние на точность определения места повреждения.

В настоящей работе осуществлено комплексное исследование наибольшего числа влияющих факторов, и предложены новые способы для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю в ВЛ

СЦБ. Приведено научное обоснование этих способов и на основе методов математической статистики оценена степень их точности.

Тема диссертации была признана актуальной для российских железных дорог, и для её выполнения автору был предоставлен кандидатский грант МПС РФ.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и научный анализ новых методов определения места однофазного замыкания на землю в BJI СЦБ, обладающих повышенной точностью.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- составлена и обоснована схема замещения BJI СЦБ; ф - проведены исследования сопротивления проводов марки АС и ПСО;

- составлена компьютерная модель линии ВJI СЦБ с использованием программы Electronics Workbench (EWB);

- проведено исследование методов Z, X и петлевого метода при многофазных и однофазном коротком замыкании на компьютерной модели типового участка линии BJI СЦБ;

- оценена степень влияния различных дестабилизирующих факторов на точность ОМП существующими методами;

- разработаны и исследованы три новых метода ОМП в BJI СЦБ, точность (ф которых определялась с помощью метода статистической оценки результатов эксперимента;

- проведены испытания на реальной линии BJI СЦБ.

Методика исследования. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором в период 2000 - 2003 годов. В работе использованы методы расчета и преобразования электрических цепей с взаимными индуктивностям, методы анализа уравнений электромагнитного поля, методы компьютерного моделирования, математические методы обработки научных результатов и натурные ^ эксперименты на действующем участке BJI СЦБ.

Научная новизна:

- разработана уточнённая методика составления и расчета параметров схемы замещения ВЛ СЦБ;

- разработана уточнённая методика расчета параметров схемы замещения кабельной вставки при однофазных и многофазных повреждениях в воздушной линии;

- разработана методика учёта электрического и магнитного влияния контактной сети в компьютерной модели В Л СЦБ;

- разработана компьютерная модель В Л СЦБ с учётом характерной неоднородности линии и влияния различных дестабилизирующих факторов;

- оценено влияние различных дестабилизирующих факторов на точность ОМП методами Z и X, а также петлевым методом;

- разработаны, исследованы и запатентованы три новых метода определения места повреждения в ВЛ СЦБ;

- разработана методика расчета удаленности места однофазного короткого замыкания по параметрам аварийного режима для предложенных методов.

Достоверность научных положений и выводов. Изложенные в работе результаты подтверждены строгостью теоретического обоснования, сопоставлением результатов аналитического расчета с данными, полученными в результате компьютерного моделирования, а также результатами экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы. Разработана универсальная компьютерная модель В Л СЦБ, которая может быть адаптирована для любого реального участка и позволяющая моделировать различные режимы работы линии. Такая модель была принята Дорожной электротехнической лабораторией СКЖД для практического применения. Разработаны новые методы ОМП, которые обладают повышенной точностью, что позволяет значительно сократить время отыскания места повреждения, повысить тем самым устойчивость электроснабжения автоблокировки, и, как следствие, обеспечить повышение безопасности движения поездов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на:

59-й научно - теоретической конференции профессорско-преподавательского состава РГУПС (Ростов-на-Дону, 2000 г.);

- на 2-й международной отраслевой научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта, и роль молодых ученых в их решении" (Ростов - на - Дону, 2000 г.);

- на 61-й научно — теоретической конференции профессорско — преподавательского состава РГУПС (Ростов - на — Дону, 2002 г.);

- на 5-й Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» Новочеркасск 2002;

- на Всероссийском конкурсе имени академика И.И. Воровича среди молодых учёных и специалистов на лучшую работу по фундаментальным и прикладным проблемам современной техники. Ростов — на — Дону 2002 г. (диплом лауреата конкурса); на 62-й научно — теоретической конференции профессорско — преподавательского состава РГУПС (Ростов — на — Дону 2003 г.); на 3-й Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы, и управление ими» (г. Новочеркасск 2003 г.);

- на Всероссийской научно — технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Екатеринбург 2003 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, включая патент РФ с тремя независимыми пунктами.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа содержит 204 страницы основного текста, 4 таблицы, 60 рисунков, список использованных источников из 117 наименований и приложения на 78 страницах.

Основные результаты представленной диссертационной работы заключаются в следующем:

1) Установлено, что известные методы определения удалённости однофазного замыкания на землю в линиях ВЛ СЦБ практически не могут быть использованы из-за недопустимо больших погрешностей, обусловленных переходным сопротивлением в месте замыкания, несимметричным подключением нагрузки вдоль линии, электромагнитным влиянием контактной сети переменного тока и рядом других факторов.

2) Разработана и реализована компьютерная модель ВЛ СЦБ с учётом наибольшего числа факторов, влияющих на точность определения места однофазного замыкания на землю. При этом уточнена схема замещения воздушной линии, кабельных вставок, а так же разработана методика учёта электромагнитного влияния в компьютерной модели.

3) Выполнен анализ существующих методов Z, X и петлевого для определения удалённости места повреждения и оценена их погрешность.

4) Установлено, что метод Z не может быть использован из-за погрешностей, которые могут достигать десятков километров. Приведены рекомендации по совершенствованию метода X" и петлевого метода для снижения погрешностей.

5) Разработаны и исследованы три новых метода (два из них запатентованы) для определения удалённости места повреждения при однофазном замыкании, обладающих повышенной точностью.

6) Рекомендуется к использованию метод, погрешность которого не превышает десятков метров, что подтверждено эксплуатационными испытаниями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Концепция модернизации устройств электроснабжения железных дорог. Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. М.: 2001. — 148 с.

2. Методические рекомендации; по оценке эффективности проектов на железнодорожном транспорте. М.: МПС, 1998. —212 с.

3. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту устройств электроснабжение сигнализации, централизации, блокировки и связи на федеральном железнодорожном транспорте (ЦЭ-881). — М.: Трансиздат, 2002. 40 с.

4. Герман Л.А., Векслер М.И., Шелом И.А. Устройства и. линии электроснабжения автоблокировки. М.: Транспорт, 1987. — 192 с.

5. Герман Л.А., Калинин А.Л^ Электроснабжение автоблокировки и электрической централизации. М.: Транспорт, 1974. — 168 с.

6. Абрамов В.Д. Хомяков М.В. Эксплуатация изоляторов высокого напряжения. М.: Энергия, 1976. — 264 с.

7. Айзенфельд А.И. Шалыт Г.М. Определение мест короткого замыкания на. линиях с ответвлениями. М.: Энергоатомиздат, 1988. — 160 с.

8. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередач в сетях с изолированной нейтралью. М.: Высшая школа, 1989. — 87 с.

9. Тептиков Н.Р. Разработка и» исследование устройств, повышающих надежность эксплуатации высоковольтных линий автоблокировки: Дисс. канд. технич. наук: Ростов-на-Дону, 1976. -228 с.

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

11. Шубин Е.И. Математическая модель высоковольтной линии с распределенной нагрузкой. // Вестник ВНИИЖТа. 1999. №2. - С. 29-34.

12. Шубин Е.И. Особенности однофазного замыкания на землю высоковольтной линии автоблокировки и определения расстояния до места повреждения. // Вестник ВНИИЖТа. 1987. №2. - С. 24-26.

13. Шубин Е.И. Исследование и разработка методов повышения точности определения мест повреждения на В Л СЦБ и В Л ПЭ железных дорог. Дисс. канд. технич. наук: ВНИИЖТ. Москва, 1999. 174 с.

14. Шубин Е.И. Измерение полного сопротивления при определении расстояния до места однофазного замыкания на землю. // Вестник ВНИИЖТа. 1990. №4. С.16-19.

15. Шубин Е.И. Оценка сопротивления в месте повреждения при однофазном замыкании на землю высоковольтной линии автоблокировки. // Вестник ВНИИЖТа. 1988. №8. С. 39-41.

16. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередач. М.: Энергоатомиздат, 1989. 94 с.

17. Нгуен В.Х. Определение расстояния до места замыкания на землю в сетях 635 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью: Дисс. канд. технич. наук: Москва, 1998, 164 с.

18. Аржанников Е.А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыканиях на землю. М.: Энергоатомиздат, 1985. 176с.

19. Аржанникова А.Е., Аржанников Е.А., Марков М.Г., Чухин А.М. Совершенствование приборов одностороннего определения места повреждения на ВЛ. // Электрические станции. 1998. №3.

20. Аржанников Б.А., Васильев И.Л., Мальцев Е. В. Определение расстояния до места однофазного замыкания на землю на линиях СЦБ.// Сборник научных трудов. Екатеринбург 2000. 236 с.

21. Корсаков Г. М. Исследование дистанционных и волновых методов определения расстояния до места повреждения высоковольтных линийпитания устройств СЦБ и электротяговых сетей электрических железных дорог: Дисс. канд. технич. наук. Москва, 1970. 176 с.

22. A.C. СССР. 161410. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока./ Е.П. Фигурнов, Ю. Я. Самсонов. Кп. G01r;21e, 29/10; В61т; 20К, 20. №787278/247. Заявка 16.07.62. опубл. 19.03.64, Бюл. №7.

23. Пеклер В.Н. Определение места однофазного замыкания в воздушных сетях с изолированной нейтралью. // Промышленная энергетика. 1973.№5.с.24-27.

24. Правила устройств электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987. 648с.

25. Степанов Н.М., Велтистов П.К. Электропитание устройств СЦБ. М.: Транспорт, 1976. 168 с.

26. Неугасов Н.М., Новиков М.А., Петров А.Ф., Степанов Н.М. Проектирование автоматической блокировки на железнодорожном транспорте М.: Транспорт, 1970. 280 с.

27. Контактная сеть и воздушные линии. Нормативно-методическая документация по эксплуатации контактной сети и высоковольтным воздушным линиям. Справочник. М.: Трансиздат, 2001. — 512с.

28. Электротехнический справочник. ТЗ, книга 1. Под редакцией Герасимова В.Г., Груцинского П.Г., Жукова JI.A. М.: Энергоиздат, 1982. 656с.

29. Цапенко Е.Ф. Замыкания на землю в сетях 6-35 kB. М.: Энергоатомиздат, 1986.- 128 с.

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

31. Серия: «Электрификация и энергетическое хозяйство» ЦНИИТЭИ МПС М.:1981. Выпуск 3 28с.

32. Серия: «Электрификация и энергетическое хозяйство» ЦНИИТЭИ МПС М.: 1978. Выпуск 3 36с.

33. Серия: «Электрификация и энергетическое хозяйство» ЦНИИТЭИ МПС М.:1982. Выпуск 1 30с.

34. Lantz M. I. New Method for Locating Transmission Line Ground Faults // Power Apparatus and Systems. 1962. №66. P.40-52.

35. Пат. № 1532591. La France. Compaque des compeurs/ G. Cahen, H. Guyard, M. Sauillard// промышленная собственность. 1968. №28. c.43-44.

36. Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей. М.: Энергоатомиздат, 1984. 520 с.

37. Соловьев Н.Н. Измерения в проводной связи. М.: Связьрадиоиздат, 1938. — 235 с.

38. Музыченко А.Д., Трофименко А.П. Топографический метод исследования электрических цепей. К.: Наукова думка, 1987. 264 с.

39. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. Изд. 3-е, доп., и перераб., М.: Солон-Пресс 2003. -736 с.

40. Панфилов Д.И., Иванов B.C., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум на Electronics Workbench. Tl. M.: «Додэка» 1999. 304 с.

41. Бурьяноватый А.И. Компьютерное моделирование в электроснабжении. Учебное пособие. Санкт-Петербург. ПГУПС 1999. 80 с.

42. Бодров П. А. Моделирование В Л СЦБ с использованием программы Electronics Workbench. // Вестник РГУПС. 2000. №3. С. 68-72.

43. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.- Л: Энергия, 1964.-704 с.

44. ГОСТ 27514 87 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ». Издательство стандартов, 1989. —40 с.

45. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. РД 153-34.0-20.527-98 / Под ред. Б.Н. Неклепаева. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 152 с.

46. Шабад М.А. защита трансформаторов распределительных сетей. Л.; Энергоиздат, 1981. - 136 с.

47. Лосев С.Б., Чернин А.Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. М.: Энергоатомиздат, 1983.-528 с.

48. Беляев A.B. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. Л.: Энергоатомиздат, Ленинград. Отделение, 1988. — 176 с.

49. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B., Страхов С.В. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

50. Караев Р.И., Волобринский С.Д., Ковалев И.Н. Электрические сети и энергосистемы. М.: Транспорт; 1988. 326 с.

51. Фигурнов Е.П. Сопротивление электротяговой сети однофазного переменного тока. // Электричество. 1997. №5. С. 23-29.

52. Pollaczek F. Uber das einer Unendlich langen Wechselstrom durch flossenen Einfachltitung. ENT, №3, Sep. 1926.

53. Carson J.R. Wave propagation in overhead wires with ground return. BSTJ, №5, Oct. 1926.

54. Pollaczek F. Über das Feld einer Unendlich langen wechselstrobdurchf-lossenen Einfachleitung. Elektrische Nachrichtentechnik, Ba 3, H9, 1925.

55. Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах. -М: Иностранная литература, 1955. 714 с.

56. Фигурнов Е.П. Сопротивление рельсовой цепи электротяговой сети переменного тока. // Электричество. 1989. №7. С. 17-22.

57. Электроснабжение электрических железных дорог. Научные труды ОМИИТ. - Омск, т.104, ч. 1. - 146 с.

58. Татур Т.А. Основы теории электромагнитного поля М.: Высшая школа, 1989.-271 с.

59. Горошков Ю.И., Бондарев Н.А. Контактная сеть. М.: Транспорт, 1981. -400 с.

60. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968. -408с.

61. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1973.-752 с.

62. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. 13-е изд., исправленное. М.: Наука, 1986. -544 с.

63. Атабеков Г.И., Купалян С.Д., Тимофеев А.Б., и др. / Под ред. Г.А. Атабекова. 4.2 и 3. Нелинейные цепи. Электромагнитное поле. М-Л., Энергия, 1966.-280 с.

64. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. Т.2 3-е изд. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 416 с.

65. Нейман Л.Р. Теоретическая электротехника. Избранные труды. Л.: Наука, 1988.-334 с.

66. Нейман Л.Р. Электрические параметры сталеалюминевых витых проводов. //Электричество. 1935. №19. С.1-10.

67. Бодров П.А. Сопротивление проводов ВЛ СЦБ. // Вестник РГУПС. — 2001. №2. С.47-50.

68. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 488 с.

69. Инструктивно-методические указания. М.: Трансэлектропроект 1982. №2. -с. 56.

70. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.'; Высшая школа, 1977. 479 с.

71. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1988. - 480 с.

72. Новицкий П.В. Зограф И.А. Оценка погрешности результатов измерений. -Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1985.- 248 с.

73. Белоруссов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. Электрические кабели, провода и шнуры. М.: Энергоатомиздат, 1988. 536 с.

74. Блок В.М. Электрические сети и системы. М.: Высшая школа, 1986. 430 с.

75. Магай Г.С., Свешников В.В., Сокольников В. П. Защита от гололёдообразования высоковольтной воздушной линии BJI СЦБ. Сборник научных трудов. Екатеринбург 2000. — 236 е.

76. Бодров П.А. Сопротивление проводов марки ПСО. Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта, и роль молодых ученых в их решении. Труды 2-й международной отраслевой научно — технической конференции. Ростов на —Дону, РГУПС, 2000. -214 с.

77. Электрические измерения. Под ред. В.Н. Малиновского. Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985 -416 с.

78. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. М.:, Энергоатомиздат, 1985. 352 с.

79. Платонов В.В., Быкадоров В.Ф. Определение мест повреждения на трассе кабельной линии. М.: Энергоатомиздат, 1993. — 256 с.

80. Лебедев A.A. Анализ характеристик силовых кабелей 6-10 кВ для выбора параметров аппаратуры и совершенствование передвижных, электротехнических лабораторий кабельных сетей. Дисс. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1991. — 216 с.

81. Дмитевский B.C. Расчёт и конструирование электрической изоляции. М.: Энергоатомиздат, 1981. 236 с.

82. Тютин A.B. Диагностирование зоны; повреждения силовых кабельных линий с использованием компьютерного представления планов трасс. Дисс. канд. техн. наук. Новочеркасск, 2000. 200 с.

83. Берёзкин Е. Д. Анализ характеристик и разработка испытательных моделей силовых кабельных линий 6-10 кВ для диагностических лабораторий электрических сетей. Дисс. канд. техн. наук Новочеркасск 2001, 264 с.

84. Электротехнический справочник. Под общ. ред. П.Г. Грудинского и др. Т. 1, М.: Энергия, 1971.-880 с.

85. Электротехнический справочник. Зт.,кн.1. Производство и распределение электрической энергии / под ред. И. Н. Орлова. М.: Энергоатомиздат, 1988. 880 с.

86. Марквардт К. Г. Энергоснабжение электрических железных дорог. Мл Транспорт, 1965. 464 с.

87. Ратнер М.П., Могилевский Е.Л. Электроснабжение нетяговых потребителей железных дорог. М.: Транспорт, 1985. 295 с.

88. Бадёр М.П. Электромагнитная совместимость. —М.: УМКМПС, 2002.-638 с.

89. Ратнер М.П. Индуктивное влияние электрифицированных железных дорог на электрические сети и трубопроводы. М.: Транспорт, 1966. 164 с.

90. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока./ Министерство путей сообщения СССР. -М.: Транспорт, 1989.-136 с.

91. Михайлов М. И., Разумов Л. Д., Соколов С. А. Защита сооружений связи от опасных и мешающих влияний. М.; Связь, 1978. 288 с.

92. Фигурнов Е.П., Петрова Т.Е. Релейная защита систем электроснабжения. 4.2. Тяговые сети переменного тока напряжением 27,5 кВ< РГУПС. -Ростов-н/Д: 1998. 90 с.

93. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Учебник для вузов ж-д. трансп. — М.: Желдориздат, 2002. 720 с.

94. Бляшов С.О., Фигурнов Е.П. Учет шунтирующего влияния земли на сопротивление рельсовой цепи переменного тока. / Автоматизированные системы электроснабжения железных дорог. Межвузовский сборник научных трудов. Ростов-на-Дону. РИИЖТ, 1990. — 100 с.

95. Марквардт К. Г. Энергоснабжение электрических железных дорог. М.: Транспорт, 1982. 528 с.

96. Любимов Л.И., Форсилова И. Д., Шапиро Е.З Поверка средств электрических измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1987. 296 с.

97. Бей Ю.М, Мамошин Р.Р, Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции. М.: Транспорт, 1986. 319 с.

98. Нгуен В.Х. Определение расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью при неоднородной линии. Деп. в ВНИИТЭИ, №6126 жд.97. Москва- 1997.

99. Справочник по электроснабжению железных дорог. Под редакцией Марквардта К.Г. Т.2 М.: Транспорт, 1981. 392 с.

100. Фигурнов Е.П., Бодров П.А. Моделирование ВЛ 6-10 кВ автоблокировки при замыкании на землю. Сборник статей 5-й Международной научно-технич. конференции. Новочеркасск, 2002. 128 с.

101. Бодров П. А. Новый метод определения места повреждения в В Л СЦБ при однофазном замыкании на землю, труды научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава «Транспорт-2003» 4.2. Ростов-на-Дону, 2003. 171-172с.

102. Фигурнов Е.П., Бодров П.А. Новый метод определения места повреждения в В Л СЦБ 6,10 кВ при замыкании на землю. Материалы 3-й Международной научно-технич. конференции. 4.2. Новочеркасск, 2003. -84 с.

103. Бодров П.А. Определение места однофазного замыкания на землю в высоковольтных линиях питания сигнальных точек железных дорог. Сборник работ лауреатов конкурса молодых ученых имени академика И.И.

104. Воровича. Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники. Ростов-на-Дону СКНЦ Высшей школы, 2002. 151 с.

105. Петров И.П. Адаптивные методы определения места повреждения в тяговой сети переменного тока и их использование: Дисс. канд. техн. наук Ростов на - Дону, 1999. - 200 с.

106. Хартман К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. 552 с.

107. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. Учебное пособие. М.: МЭИ, 1983.-92 с.

108. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 272 с.

109. Чистяков В.П. Курс теории вероятностей. М.: Наука 1987, 240с.

110. Статистические методы в инженерных исследованиях. Под ред. Г.К. Круга. М.: Высшая школа 1983. 216с.

111. Теория статистики.// Под ред. Г.Л. Громыко. М.: Инфра-М, 2000. 414с.

112. Taxa Хемди Введение в исследование операций. 6-е издание.// М.: Издательский дом «Вильяме».- 2001. 512 с.

113. Колемаев В. А., Калинина В. H Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Инфра-М, 2001. 302 с.

114. Аржанникова А.Е. Определения расстояния до места короткого замыкания в сетях 6 10 кВ. // Энергетик. - 1997. №12. - 22 с.