УКАЗАТЕЛЬ МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ Российский патент 2000 года по МПК B60M1/00 

Изобретение относится к электрификационному транспорту и может быть использовано в системах электроснабжения тяги для определения места короткого замыкания контактной сети.

Известно устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети [1]. Оно содержит датчик тока, датчик напряжения, блок деления и блок регистрации. При коротком замыкании датчик тока фиксирует ток I, датчик напряжения фиксирует напряжение сети U, блок деления осуществляет операцию Z = U/I, а блок регистрации фиксирует результат деления Z. По величине Z судят об удаленности места короткого замыкания.

Другие конструкции подобных устройств и принципы их работы, основанные на определении той же величины Z, описаны в [2]. Всем им присущи одинаковые недостатки, вытекающие из того, что на самом деле между величиной Z и расстоянием до места повреждения во многих случаях нет прямой зависимости. Особенно большую погрешность вносит сопротивление электрической дуги в месте короткого замыкания. По этой причине ошибка в определении расстояния до места короткого замыкания по величине Z может достичь 4 км и более, что лишает смысла применения устройства.

Более точные результаты могут быть получены при одновременных двусторонних измерениях параметров аварийного режима со стороны двух смежных подстанций A и B. Известно устройство [3] определения места повреждения, содержащее датчик тока и датчик напряжения на первой подстанции A, датчик тока и датчик напряжения на второй подстанции B, а также блоки суммирования, деления и регистрации. Устройство на подстанциях фиксирует величины Z_A = U_A/I_А и Z_B = U_B/I_B, где U_A, U_B - напряжения на шинах подстанций A и B; I_A, I_B - токи этих подстанций. Затем устройство вычисляет величины Z_A/(Z_A + Z_B) или Z_B/(Z_A + Z_B), которые фиксируются в блоке регистрации. На основании этих величин судят об удаленности места повреждения на контактной сети.

Анализ устройства описан в [4], копия статьи прилагается к материалам заявки. На основании анализа [4, с. 46, рис. 2] следует, что зависимость Z_A/(Z_A + Z_B) или Z_B/(Z_A + Z_B) от расстояния до места повреждения на некоторых участках нелинейна. Из-за этого, а также из-за влияния электрической дуги в месте короткого замыкания погрешность устройства может достичь 2 км и более [5].

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расстояния до места короткого замыкания в контактной сети при двусторонних изменениях параметров аварийного режима на смежных подстанциях.

Технический результат достигается тем, что указатель места короткого замыкания контактной сети, содержащий установленные на первой тяговой подстанции первый датчик тока и первый датчик напряжения, установленные на второй (смежной) подстанции второй датчик тока и второй датчик напряжения, а также блок регистрации, первым и вторым датчиками фазового угла, установленными соответственно на первый и второй подстанциях, а также двумя задатчиками сопротивлений соответственно первой и второй подстанций, задатчиком погонного сопротивления контактной сети, задатчиком погонного сопротивления рельсового пути, задатчиком расстояния между подстанциями, первым, вторым, третьим и четвертым программируемыми многофункциональными преобразователями, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым программируемыми функциональными преобразователями, причем выход первого датчика напряжения присоединен к первому входу первого датчика фазового угла, первому входу первого многофункционального преобразователя, ко второму входу которого присоединен выход задатчика сопротивления первой подстанции, и первому входу четвертого многофункционального преобразователя, выход первого датчика тока присоединен ко второму входу первого датчика фазового угла, третьему входу первого многофункционального преобразователя, к четвертому входу которого подключен выход первого датчика фазового угла, и к первому входу третьего многофункционального преобразователя, ко второму входу которого присоединен выход первого датчика фазового угла, а к третьему входу подключен выход первого многофункционального преобразователя, выход второго датчика напряжения присоединен к первому входу второго датчика фазового угла, первому входу второго многофункционального преобразователя, ко второму входу которого присоединен выход задатчика сопротивления второй подстанции, и второму входу четвертого многофункционального преобразователя, выход второго датчика тока подключен ко второму входу второго датчика фазового угла, третьему входу второго многофункционального преобразователя, к четвертому входу которого присоединен выход второго датчика фазового угла, и к четвертому входу третьего функционального преобразователя, к пятому входу которого присоединен выход второго датчика фазового угла, к шестому входу подключен выход второго многофункционального преобразователя, а первый и второй выходы подключены соответственно к третьему и четвертому входам четвертого многофункционального преобразователя, пятый вход которого подключен ко второму датчику тока, шестой - к выходу задатчика расстояния между подстанциями, а седьмой, восьмой, девятый и десятый входы присоединены к выходам соответственно второго, третьего, пятого и шестого функциональных преобразователей, выход четвертого многофункционального преобразователя подключен к блоку регистрации, входу первого функционального блока и первому входу четвертого функционального блока, второй вход которого присоединен к выходу задатчика расстояния между подстанциями, выход первого функционального преобразователя подключен к первым входам соответственно второго и третьего функциональных преобразователей, выход четвертого функционального преобразователя подключен соответственно к первым входам пятого и шестого функциональных преобразователей, а вторые и третьи входы второго, третьего, пятого и шестого функциональных преобразователей подключены соответственно к задатчикам погонных сопротивлений контактной сети и рельсов, при этом первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

третий многофункциональный преобразователь на первом выходе формирует выходной сигнал, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

а на втором выходе формирует выходной сигнал, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

второй и пятый функциональные преобразователи формируют выходные сигналы, реализуя вычислительные алгоритмы соответственно в виде выражений


а третий и шестой функциональные преобразователи формируют выходные сигналы, реализуя вычислительные алгоритмы соответственно в виде выражений


где U_A, U_B - напряжения на шинах соответственно первой и второй подстанций,
I_A, I_B - токи соответственно первой и второй подстанций,
ϕ_A,ϕ_B - - фазовые углы соответственно между током I_A и напряжением U_A и между током I_B и напряжением U_B,
X_nA, X_nB - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;
r_k, x_k - активное и индуктивное погонные сопротивления контактной сети.

Сущность изобретения поясняется схемами и векторной диаграммой, приведенными на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, соответствующая формуле изобретения. Схема питания и ее схема замещения, показанные на фиг. 2, а также векторная диаграмма, изображенная на фиг. 3, служат для доказательства (обоснования) работоспособности и заявленной цели изобретения.

Структурная схема устройства (фиг. 1) содержит:
1, 2 - соответственно первый датчик напряжения и первый датчик тока, установленные на первой подстанции;
3, 4 - соответственно второй датчик тока и второй датчик напряжения, установленные на второй подстанции;
5 - первый датчик фазового угла (на первой подстанции);
6 - второй датчик фазового угла (на второй подстанции);
7, 8 - задатчики сопротивлений соответственно первой и второй подстанций;
9, 10, 11, 13 - соответственно первый, второй, третий и четвертый программируемые многофункциональные преобразователи;
12 - задатчик расстояния между тяговыми подстанциями;
14, 15, 16, 17, 18, 19 - соответственно первый, второй, третий, четвертый, пятый шестой программируемые функциональные преобразователи;
20 - задатчик погонного сопротивления контактной сети;
21 - задатчик погонного сопротивления рельсового пути;
22 - блок регистрации.

Элементы 1, 2, 3, 4 и 22 используются в прототипе [3]. Остальные элементы и связи между ними являются новыми.

Элементы (датчики) 1, 2 и 5 устанавливаются на первой подстанции. Элементы 3, 4 и 6 устанавливаются на второй подстанции.

Остальные элементы структурной схемы могут устанавливаться как на любой из подстанций, так и на энергодиспетчерском пункте. Передача сигналов от датчиков 1, 2, 3, 4, 5, 6 к остальным элементам схемы (при размещении датчиков и остальных элементов на разных территориально удаленных объектах) осуществляется обычным (известным) образом с помощью систем телемеханики (телеизмерений), например [6] . Поскольку такая передача сигналов является известной, то в заявке или схеме фиг. 1 она специально не выделяется и не ограничивается.

r_р, x_р - активное и индуктивное погонные сопротивления рельсового пути,
ν_A,ν_B - коэффициенты, учитывающие шунтирующее влияние земли на участках от точки короткого замыкания до соответственно первой и второй подстанции;
l - расстояние между подстанциями.

Выход первого датчика напряжения 1 подключен к первому входу первого датчика фазового угла 5, первому входу первого многофункционального преобразователя 9, второй вход которого подключен к задатчику 7 сопротивления первой подстанции, и к первому входу четвертого многофункционального преобразователя 13. Выход первого датчика тока 2 подключен ко второму входу первого датчика фазового угла 5, третьему входу первого многофункционального преобразователя 9, к четвертому входу которого подключен выход первого датчика фазового угла 5, и первому входу третьего многофункционального преобразователя 11. Ко второму входу преобразователя 11 присоединен выход первого датчика фазового угла 5, а к его третьему входу присоединен выход первого многофункционального преобразователя 9.

Второй датчик напряжения 4 подключен к первому входу второго датчика фазового угла 6, к первому входу второго многофункционального преобразователя 10, ко второму входу которого подключен задатчик 8 сопротивления второй подстанции, и ко второму входу четвертого многофункционального преобразователя 13. Второй датчик тока 3 подключен ко второму входу второго датчика фазового угла 6, к третьему входу второго многофункционального преобразователя 10, четвертый вход которого подключен к выходу второго датчика фазового угла 8, и четвертому входу третьего многофункционального преобразователя 11. К пятому входу этого преобразователя 11 подключен выход второго датчика фазового угла 6, а к его шестому входу - выход второго многофункционального преобразователя 10.

Многофункциональный преобразователь 11 имеет два выхода. Первый из них присоединен к третьему входу, а второй - к четвертому входу многофункционального преобразователя 13. К пятому входу преобразователя 13 присоединен выход второго датчика тока 3, а к его шестому входу - задатчик расстояния между подстанциями 12.

Выход четвертого многофункционального преобразователя 13 присоединен ко входам блока регистрации 22 и первого функционального блока 14, а также к первому входу четвертого многофункционального преобразователя 17, ко второму входу которого присоединен выход задатчика расстояния 12.

Выход первого преобразователя 14 присоединен к первым входам второго 15 и третьего 16 функциональных преобразователей. Вторые входы преобразователей 15 и 16 подключены к задатчику погонного сопротивления контактной сети 20, а их третьи входы подключены к задатчику погонного сопротивления рельсового пути 21. Выходы преобразователей 15 и 16 подключены ко входам соответственно 7 и 8 многофункционального преобразователя 11.

Выход четвертого функционального преобразователя 17 присоединен к первым входам пятого 18 и шестого 19 функциональных преобразователей. Вторые входы преобразователей 18 и 19 подключены к задатчику погонного сопротивления контактной сети 20, а их третьи входы подключены к задатчику погонного сопротивления рельсового пути 21. Выходы преобразователей 18 и 19 подключены ко входам соответственно 9 и 10 многофункционального преобразователя 11.

Датчики тока 2 и 3 фиксируют токи соответственно I_A и I_B первой и второй подстанций. Датчики напряжения 1 и 4 фиксируют соответственно напряжения U_A и U_B на шинах первой и второй подстанций. Датчики фазового угла 5 и 6 фиксируют фазовые углы соответственно ϕ_A и ϕ_B между напряжением U_A и током I_A на первой подстанции и напряжением U_B и током I_B на второй подстанции.

В задатчиках 7 и 8 устанавливается уровень выходного сигнала, пропорциональный сопротивлениям соответственно первой и второй тяговых подстанций X_A и X_B. В задатчике 12 устанавливается уровень выходного сигнала, пропорциональный расстоянию l между первой и второй смежными подстанциями. В задатчике 20 устанавливается уровень выходного сигнала, который несет информацию об активной r_к и реактивной x_к составляющих погонного сопротивления контактной сети Z_к. В задатчике 21 устанавливается уровень выходного сигнала, который несет информацию об активной r_р и реактивной x_р составляющих погонного сопротивления рельсового пути Z_р.

Первый функциональный преобразователь 14 формует зависимость между удаленностью l_к короткого замыкания и коэффициентом ν_A, учитывающим шунтирующее влияние земли (утечку тока из рельсов в землю), на участке от первой подстанции до точки короткого замыкания. На основании [7] такой функциональный преобразователь может реализовать вычислительный алгоритм (или нелинейную зависимость) вида

где m - известная величина, зависящая от сопротивления контура рельсы - земля и высоты подвеса контактной сети;
γ - известный коэффициент распространения рельсового пути.

Второй функциональный преобразователь 15 формирует на выходе сигнал Z_тсA, реализуя вычислительный алгоритм вида

Третий функциональный преобразователь 16 формирует на выходе сигнал α_тсА, реализуя вычислительный алгоритм вида

Выходной сигнал ν_B четвертого функционального преобразователя (17) получен на основе реализации вычислительного алгоритма, аналогичного выражению (1), в котором, однако, вместо величины l_k используется величина l - l_k.

Выходной сигнал Z_тсB пятого функционального преобразователя (18) получен на основе реализации вычислительного алгоритма, аналогичного выражению (2), в котором, однако, вместо величины ν_A используется величина ν_B. Выходной сигнал α_{тсВ =} шестого функционального преобразователя 19 получен на основе реализации вычислительного алгоритма, аналогичного выражению (3), в котором, однако, вместо величины ν_A используется величина ν_B.
Первый многофункциональный преобразователь 9 формирует на выходе сигнал ψ_A, реализуя вычислительный алгоритм вида

Второй многофункциональный преобразователь 10 формирует на выходе сигнал ψ_B, реализуя вычислительный алгоритм вида

Третий многофункциональный преобразователь 11 имеет два выхода. На первом из них выходной сигнал N является результатом реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения

На втором входе преобразователя 11 сигнал α_N является результатом вычислительного алгоритма в виде математического выражения

Четвертый многофункциональный преобразователь 13 формирует на выходе искомый сигнал l_k, реализуя функциональную зависимость в виде математического выражения

Величина l_k характеризует расстояние от первой подстанции до точки короткого замыкания (удаленность повреждения). От этой величины зависят значения коэффициентов ν_A и ν_B, которые заранее неизвестны. Для того, чтобы блок регистрации 22 фиксировал истинное значение удаленности l_k с учетом действительных значений ν_A и ν_B, соответствующих именно этой величине удаленности, элементы 14, 15 и 16, а также 17, 18 и 19 включены в цепь обратной связи функционального преобразователя 13.

Датчики тока 2 и 3 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов тока. Датчики напряжений 1 и 4 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов напряжения.

Датчики фазового угла 5 и 6 выполняются известным образом на основе цифровых или аналоговых фазометров [8].

Задатчики 7, 8, 12, 20, 22 выполняются обычным образом в виде, например, потенциометров или источников опорного напряжения [10].

Функциональные и многофункциональные преобразователи, используемые в изобретении, кроме элементов 14 и 17, выполняют операции (функции), входящие в типовой перечень основных функций, выполняемых элементами аналоговой техники [9, с. 271. табл. 2.31.3]: суммирование, умножение, деление, тригонометрические функции. Примеры использования аналоговых микросхем для выполнения этих функций приведены в [10, с. 91, 110]. Элементы 14 и 17 могут быть выполнены в виде обычных нелинейных преобразователей на основе операционных усилителей или в виде кусочно-линейных функциональных преобразователей [11, с. 124]. Возможно выполнение всех преобразователей и на основе микросхем цифровой техники.

В задатчиках 7, 8, 12, 20 и 21 хранится информация о постоянных параметрах тяговой сети X_nA, X_nB, l, r_k, x_k, r_р, x_р.

При возникновении в контактной сети короткого замыкания датчики тока 2 и 3, датчики напряжения 1 и 4, датчики фазового угла 5 и 6 фиксируют на первой и второй подстанциях параметры аварийного режима соответственно I_A, I_B, U_A, U_B, ϕ_A,ϕ_B. Сигналы, несущие информацию о постоянных параметров тяговой сети и параметрах аварийного режима, поступают на соответствующие входы функциональных и многофункциональных преобразователей, которые по заданным алгоритмам (1) - (8) определяют удаленность короткого замыкания l_k.

Обоснование алгоритмов
Обоснование работоспособности и точности изобретения основано на известной индуктивно развязанной схеме замещения тяговой сети участка электрифицированной железной дороги [7]. На фиг. 2,а приведена схема питания двухпутного участка от подстанций A и B, имеющая пост секционирования ПС. Расстояние между подстанциями l = l₁ + l₂. Короткое замыкание находится в точке K на расстоянии l_k от подстанции A. Этой схеме питания соответствует индуктивно развязанная схема замещения, показанная на фиг. 2,б и полностью соответствующая [7].

На схеме замещения приняты обозначения:
U_A,хх, U_B,хх - напряжения холостого хода соответственно подстанций A и B;
I_A, I_B - токи подстанций соответственно A и B;
Z_рA, Z_рB сопротивления рельсовой цепи на длине соответственно l_k и l - l_k, т.е. от точки K до соответствующих подстанций A и B;
Z'₁, Z''₁ - сопротивления контактной сети поврежденного пути на участках соответственно l_k и l₁ - l_k;
Z_1q - сопротивление контактной сети неповрежденного пути на участке l₁;
Z'_BC,1, Z''_BC,1 - сопротивления, учитывающие взаимное индуктивное влияние контактных сетей двух путей на участках соответственно l_k и l₁ - l_k;
Z₂ - сопротивление контактной сети двух путей на участке l₂;
R_д - сопротивление электрической дуги;
I'₁, I''₁ - токи в контактной сети поврежденного пути на участках соответственно l_k и l₁ - l_k;
I_1q - ток в контактной сети неповрежденного пути на участке l₁;
I_k - ток в точке короткого замыкания K.

В соответствии с [7, с. 27] имеем:








где Z_k1, Z_k2 - погонные значения полного сопротивления контактной сети соответственно одного и двух путей на длине 1 км;
Z_BC - погонное значение сопротивления взаимной индуктивной связи между контактными сетями двух путей на длине 1 км;
Z_р - погонное значение полного сопротивления рельсового пути на длине 1 км.

В схеме замещения, приведенной на фиг. 2,б, заменим сопротивления Z'₁, Z''₁, Z_1q, соединенные треугольником на сопротивлении Z'_k, Z''_k, Z'''_k, соединенные в звезду.

После такой замены получим на основании второго закона Кирхгофа:


Вычислим разность этих выражений:

Подставим выражение (9) в (10):


Подставим выражения (9) и (12) в (11):

Известно, что [7, с. 25]:

Учитывая это равенство и решив уравнение (13) относительно l_k, получаем:

Выражение (14) определяет прямую зависимость расстояния l_k от постоянных параметров тяговой сети и параметров аварийного режима. При этом оно не зависит (по выводу) от значения сопротивления дуги R_д, которая, таким образом, не может внести погрешность в результаты определения удаленности l_k. На однопутном участке вместо сопротивления Z_k2 в выражение (14) надо подставлять сопротивление Z_k1. Ниже для общности, погонное сопротивление контактной сети Z_k не будем снабжать цифровым индексом.

Практически использование формулы (14) может быть возможным только в том случае, если векторы всех токов и напряжений, входящих в эту формулу, измерять относительно одной оси. Фазовые углы токов I_A и I_B измеряются датчиками 5 и 6 относительно напряжений соответственно U_A и U_B, однако эти напряжения между собой в момент короткого замыкания по фазе не совпадают, а угол расхождения между векторами U_A и U_B не фиксируются.

Особенностью предложенных в изобретении алгоритмов является отсчет фазовых углов векторов всех токов и напряжений, учитываемых в формуле (14), от одной оси. В качестве такой оси принимаются напряжения холостого хода U_A,хх и U_B,хх, которые считаются совпадающими по фазе.

Обозначим:


Модуль Z_тсA комплексной величины вычисляют по формуле (2), а ее аргумент (фазовый угол) α_тсА находят по формуле (3). По этим же формулам определяют модуль Z_тсB и аргумент α_тсB комплексной величины при замене, однако, коэффициента ν_A на ν_B.
На векторной диаграмме, приведенной на фиг. 3, показаны взаимные расположения векторов Ток I_A отстает от напряжения U_A на угол ϕ_A. Напряжение U_A в свою очередь отстает от напряжения U_A,хх на угол ψ_A, обусловленный падением напряжения I_AX_nA на сопротивлении X_nA тяговой подстанции. Поскольку, как известно, сопротивление тяговой подстанции является индуктивным (Z_nA = X_nA), то угол между векторами равен 90^o.

На основании теорем синусов и косинусов для треугольника получаем из этой векторной диаграммы:


Подставив выражение (16) в (17), получим формулу (4). Аналогичным образом для подстанции B получим формулу (5).

Если измерять фазовые углы всех токов от одной оси U_A,хх, то имеем:

где U_A, U_B, I_A, I_B - модули соответствующих напряжений и токов, измеряемые датчиками 1, 4, 2, 3.

Подставим выражения (15) и (18) в формулу (14):

В формуле (19) обозначено

Модуль N комплексной величины Ne^jαN определяют по формуле (6), а ее аргумент α_N - по формуле (7).

В выражении (19) комплексные величины сохранились лишь в числителе. Известно, что комплексная величина может быть выражена по формуле Эйлера в тригонометрическом виде

где N - модуль, α_N - аргумент.

Поскольку расстояние l_k не имеет мнимой части по определению (оно вещественно), то в числителе выражения (19) сумма всех членов, содержащих множитель j, равна нулю. Отсюда получаем выражение (8).

Достигаемый технический результат (преимущества по сравнению с прототипом) заключается в следующем:
- прямая зависимость искомого расстояния l_k от параметров аварийного режима и постоянных параметров тяговой сети;
- отсутствие влияния сопротивления дуги на результаты определения расстояния l_k;
- отсутствие влияния утечки тока из рельсов в землю (шунтирующее влияние земли) на результаты определения расстояния l_k.

Расчеты показывают, что основная погрешность определения расстояния l_k с помощью данного изобретения вызвана тем, что напряжения U_A,хх и U_B,хх могут в реальных условиях не совпадать по фазе. Однако, как известно, угол между ними невелик и не превышает 2 - 3 градуса. Погрешность определения l_k при этом составляет 200 - 400 м, т.е. по крайней мере в 5 - 10 раз меньше, чем у прототипа.

Источники информации
1. А. С. СССР 161410, кл. G 01 r; 21 e, 29/10; B 61 m; 20 к, 20. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока. /Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я. (СССР) - N 787278/24-7; Заявл. 16.07.62. Опубл. 19.03.64. Бюл. N 7.

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

3. А.С. СССР 740555, М.кл. ² B 60 M 1/00. Устройство для определения места повреждения тяговой сети электрифицированной железной дороги./ Бочев А. С. , Тупченко М.Ю., Фигурнов Е.П. (СССР) - N 2662505/24-11; Заявл. 13.09.78. Опубл. 15.06.80. Бюл. N 22.

4. Бочев А.С., Кузнецов В.В., Тупченко М.Ю. Возможный способ определения места короткого замыкания в тяговой сети 3 Х 25 кВ. В кн.: Режимы работы, диагностика и контроль устройств электроснабжения железных дорог. Труды РИИЖТ. Ростов н/Д, 1979, с. 43 - 47.

5. Тупченко М.Ю. Определение мест повреждения в электротяговых сетях 2 Х 25 кВ с автотрансформаторами. Кандидатская диссертация. - М.: МИИТ, 1984.

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

7. Фигурнов Е. П. Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока. Электричество, 1997, N 5, с. 23 - 29.

8. Основы метрологии и электрические измерения / Авдеев Б.Я., Антонюк Е. М., Душин Е.М. и др.; Под ред. Душина Е.М. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.

9. Устенко С. Т., Коченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. - М.: Издательство стандартов, 1989.

10. Алексеенко А. Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. Изд. второе, перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985.

11. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги для определения короткого замыкания. На смежных тяговых подстанциях установлены датчики тока и напряжения. Имеются блок регистрации, датчики фазового угла, задатчики сопротивлений подстанций, погонных сопротивлений контактной сети и рельсового пути, а также расстояния между подстанциями, программируемые многофункциональные преобразователи, программируемые функциональные преобразователи. Четвертый многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования выходного сигнала, характеризующего расстояние от одной из подстанций до точки короткого замыкания, реализуя соответствующий вычислительный алгоритм, в зависимости от тока второй подстанции, напряжений на шинах первой и второй подстанций, сигналов, формируемых первым и вторым многофункциональными преобразователями, сигналы, формируемые на первом и втором выходах третьего многофункционального преобразователя, фазового угла между током и напряжением второй подстанции, расстояния между подстанциями. Технический результат заключается в повышении точности определения расстояния до места короткого замыкания. 3 ил.

Указатель места короткого замыкания контактной сети, содержащий установленные на первой тяговой подстанции первый датчик тока и первый датчик напряжения, установленные на второй (смежной) подстанции второй датчик тока и второй датчик напряжения, а также блок регистрации, отличающийся тем, что указатель дополнительно снабжен первым и вторым датчиками фазового угла, установленными соответственно на первой и второй подстанциях, а также двумя задатчиками сопротивлений соответственно первой и второй подстанций, задатчиком погонного сопротивления контактной сети, задатчиком погонного сопротивления рельсового пути, задатчиком расстояния между подстанциями, первым, вторым, третьим и четвертым программируемыми многофункциональными преобразователями, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым программируемыми функциональными преобразователями, причем выход первого датчика напряжения присоединен к первому входу первого датчика фазового угла, первому входу первого многофункционального преобразователя, ко второму входу которого присоединен выход задатчика сопротивления первой подстанции, и первому входу четвертого многофункционального преобразователя, выход первого датчика тока присоединен ко второму входу первого датчика фазового угла, третьему входу первого многофункционального преобразователя, к четвертому входу которого подключен выход первого датчика фазового угла, и к первому входу третьего многофункционального преобразователя, ко второму входу которого присоединен выход первого датчика фазового угла, а к третьему входу подключен выход первого многофункционального преобразователя, выход второго датчика напряжения присоединен к первому входу второго датчика фазового угла, первому входу второго многофункционального преобразователя, ко второму входу которого присоединен выход задатчика сопротивления второй подстанции, и второму входу четвертого многофункционального преобразователя, выход второго датчика тока подключен ко второму входу второго датчика фазового угла, третьему входу второго многофункционального преобразователя, к четвертому входу которого присоединен выход второго датчика фазового угла, и к четвертому входу третьего многофункционального преобразователя, к пятому входу которого присоединен выход второго датчика фазового угла, к шестому входу подключен выход второго многофункционального преобразователя, а первый и второй выходы подключены соответственно к третьему и четвертому входам четвертого многофункционального преобразователя, пятый вход которого подключен ко второму датчику тока, шестой - к выходу задатчика расстояния между подстанциями, а седьмой, восьмой, девятый и десятый входы присоединены к выходам соответственно второго, третьего, пятого и шестого функциональных преобразователей, выход четвертого многофункционального преобразователя подключен к блоку регистрации, входу первого функционального блока и первому входу четвертого функционального блока, второй вход которого присоединен к выходу задатчика расстояния между подстанциями, выход первого функционального преобразователя подключен к первым входам соответственно второго и третьего функциональных преобразователей, выход четвертого функционального преобразователя подключен соответственно к первым входам пятого и шестого функциональных преобразователей, а вторые и третьи входы второго, третьего, пятого и шестого функциональных преобразователей подключены соответственно к задатчикам погонных сопротивлений контактной сети и рельсов, при этом первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал ψ_A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения,

второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал ψ_B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

третий многофункциональный преобразователь на первом выходе формирует выходной сигнал N, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

а на втором выходе формируют выходной сигнал α_N, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал l_к, характеризующий расстояние от первой подстанции до точки короткого замыкания, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения

второй и пятый функциональные преобразователи формируют выходные сигналы Z_mcA Z_mcB, реализуя вычислительные алгоритмы соответственно в виде выражений


третий и шестой функциональные преобразователи формируют выходные сигналы α_mcA α_mcB, реализуя вычислительные алгоритмы соответственно в виде выражений


где U_A, U_B - напряжения на шинах соответственно первой и второй подстанции;
I_A, I_B - токи соответственно первой и второй подстанций;
ϕ_A, ϕ_B - фазовые углы соответственно между током I_A и напряжением U_A и между током I_B и напряжением U_B;
X_nA, X_nB - сопротивления соответственно первой и второй подстанции;
r_к, x_к - активное и индуктивное погонные сопротивления контактной сети;
r_p, x_p - активное и индуктивное погонные сопротивления рельсового пути;
ν_A, ν_B - коэффициенты, учитывающие шунтирующее влияние земли на участках от точки короткого замыкания до соответственно первой и второй подстанции;
l - расстояние между подстанциями.