Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети (варианты) Российский патент 2017 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги переменного тока на участках с числом путей два и более для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети при двухстороннем питании.

Известен способ определения удаленности места короткого замыкания в контактной сети, реализованный в А.С. СССР 161410, Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока/Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я., МКИ³ G01r, B60m. Заявл. 16.07.1962, №787278/24-7, опубл. 19.03.1964. Бюл. №7. В этом способе в момент короткого замыкания измеряют ток I_ф присоединения контактной сети того пути, на котором произошло повреждение, напряжение U_ш на шинах тяговой подстанции и определяют расстояние до места повреждения по формуле

,

где z_тс - сопротивление 1 км тяговой сети.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная погрешностями из-за наличия в месте короткого замыкания переходного сопротивления, а также не соблюдения указанного равенства на двух- и многопутных участках (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. Ч. 2 3-е изд. перераб. и доп. - М: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009, 604 с., С. 570-579).

Известен способ двухстороннего измерения токов в тяговой сети (Патент RU №2160673. Определитель места повреждения контактной сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 В60М 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110428/28, опубл. 20.12.2000. Бюл. №35), при котором измеряют токи I_A и I_B, напряжения U_A и U_B, фазовые углы между этими напряжениями и токами ϕ_A и ϕ_В на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, а также ток , и его фазовый угол ϕ₁ на присоединении к подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, вычисляют по приведенным формулам значения тока I_к в месте короткого замыкания, углов α_к и ψ_A и определяют расстояние до места короткого замыкания путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения

,

где - расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети.

Недостатком способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков, а также сложность (большой объем) вычислений.

Известен способ, принятый в качестве прототипа, двухстороннего измерения токов в тяговой сети при коротком замыкании (Патент RU №2177417. Определитель места повреждения тяговой сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 В60М 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110414/28, опубл. 27.12.2001. Бюл. №36), при котором измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, а также ток на присоединении подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, и определяют расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения

,

в котором

- расстояние от подстанции А до узловой точки (пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

с - поправочный коэффициент.

Недостатком этого способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков и низкая точность из-за неопределенности подбора переменного значения поправочного коэффициента «с» для каждой конкретной межподстанционной зоны и каждого значения .

Техническим результатом является расширение области применения на многопутные участки с числом электрифицированных путей два и более и повышение точности.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, питающих контактную сеть межподстанционной зоны с коротким замыканием, а также ток присоединения подстанции А, питающего контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, отличающийся тем, что расстояние до места повреждения определяют путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения

где n - число включенных на подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В;

- расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети (т.е. до пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС).

Новым признаком способа является новая формула для определения расстояния (удаленности). Предложенный способ имеет более широкую область применения, т.к. пригоден не только для двухпутных участков, но и для любого числа путей более одного. Его точность выше, поскольку не требуется вводить поправочные коэффициенты.

Осуществление способа выполняется известными техническими средствами.

Вариант 2.

Известен способ определения удаленности места короткого замыкания в контактной сети, реализованный в А.С. СССР №161410, Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока / Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я., МКИ³ G01r, B60m. Заявл. 16.07.1962, №787278/24-7, опубл. 19.03.1964. Бюл. №7. В этом способе в момент короткого замыкания измеряют ток I_ф присоединения контактной сети того пути, на котором произошло повреждение, напряжение U_ш на шинах тяговой подстанции и определяет расстояние до места повреждения по формуле

где z_тс - сопротивление 1 км тяговой сети.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная погрешностями из-за наличия в месте короткого замыкания переходного сопротивления, а также не соблюдения указанного равенства на двух- и многопутных участках (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. Ч. 2 3-е изд. перераб. и доп.- М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. 604 с., С. 570-579).

Известен способ двухстороннего измерения токов в тяговой сети (Патент RU 2160673. Определитель места повреждения контактной сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 В М 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110428/28, опубл. 20.12.2000. Бюл. №35), при котором измеряют токи I_A и I_B, напряжения U_A и U_B, фазовые углы между этими напряжениями и токами ϕ_A и ϕ_В на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, а также ток , и его фазовый угол ϕ₁ на присоединении к подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, вычисляют по приведенным формулам значения тока I_K в месте короткого замыкания, углов α_к и ψ_A и определяют расстояние до места короткого замыкания путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения

,

где - расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети.

Недостатком способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков, а также сложность (большой объем) вычислений.

Известен способ, принятый в качестве прототипа, двухстороннего измерения токов в тяговой сети при коротком замыкании (Патент RU №2177417. Определитель места повреждения тяговой сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 В60М 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110414/28, опубл. 27.12.2001. Бюл. №36), при котором измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, а также ток на присоединении подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, и определяют расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения

,

в котором

- расстояние от подстанции А до узловой точки (пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

с - поправочный коэффициент.

Недостатком этого способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков и низкая точность из-за неопределенности подбора переменного значения поправочного коэффициента «с» для каждой конкретной межподстанционной зоны и каждого значения .

Техническим результатом является расширение области применения на многопутные участки с числом электрифицированных путей два и более и повышение точности.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют токи I_A и I_в на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, а также ток присоединения тяговой подстанции А, питающего контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, отличающийся тем, что расстояние до места повреждения определяют путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения

где n - число включенных на тяговой подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В;

- расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети (т.е. до пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

I_к - значение тока, протекающего через место короткого замыкания, равное сумме токов I_A и I_B.

Новым признаком способа является новая формула для определения расстояния (удаленности) . Предложенный способ имеет более широкую область применения, т.к. пригоден не только для двухпутных участков, но и для любого числа путей более одного. Его точность выше, поскольку не требуется вводить поправочные коэффициенты.

Осуществление способа выполняется известными техническими средствами.

Обоснование вариантов способа.

Обоснование основано на известных схеме питания, приведенной на фиг. 1а, и индуктивно развязанной ее схеме замещения, приведенной на фиг. 1б (Фигурнов Е.П. Сопротивление электротяговой сети однофазного переменного тока. Электричество, 1997, №5. – С. 23-29). На схеме замещения обозначены:

, - сопротивление и ток контактной сети первого пути на участке от шин тяговой подстанции А до точки короткого замыкания К;

, - сопротивление и ток контактной сети первого пути на участке от точки короткого замыкания К до поста секционирования ПС;

Z_1,2, I_1,2 - сопротивление и ток второго пути на участке от шин подстанции А до поста секционирования ПС;

Z_1,3, I_1,3 - то же, - третьего пути;

I_q - суммарный ток контактной сети всех путей, на которых короткого замыкания нет.

Короткое замыкание расположено на первом пути участка в точке К. Контактная сеть на всех путях одинакова. На фиг. 1 показана контактная сеть трехпутного участка.

Для обозначенных сопротивлений имеют место соотношения

где z₁ - индуктивно развязанное сопротивление 1 км контактной сети одного пути многопутного участка, Ом/км.

Для приведенной схемы между точками «a» и «b» на основании законов Кирхгофа имеем

где n - число включенных на тяговой подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В.

Используя выражения (4) и (5), получим

Определив из (3) и подставляя в формулу (7) выражение (6), получим с учетом (5):

Аргументы (фазовые углы) векторов , , необходимо отсчитывать от одной оси. Расчеты показывают, что аргументы токов I_A и отличаются не более, чем на 1-2 градуса. При таком малом различии их можно считать одинаковыми. В этом случае из (8) получаем

,

где I_A, I_B, - модули комплексов, , ;

ф_А, ф_в - аргументы этих комплексов;

Ф_к - аргумент суммы комплексов I_A и I_в.

Заменяя показательную (экспоненциальную) форму комплексов на тригонометрическую их форму, получим

Поскольку расстояние вещественно по определению, то мнимая часть выражения (9) равна нулю. Расчетами, кроме того, установлено, что аргументы ϕ_к и ϕ_A отличаются совершенно незначительно (единицы градусов) и можно принять ϕ_к=ϕ_A. В этом случае мнимая часть выражения (9) будет равна нулю при ϕ_к=ϕ_B=ϕ_A. Кроме того, .

Подставив ϕ_к=ϕ_A и ϕ_к=ϕ_B в выражение (9) и приняв , получим формулу (1), входящую в п. 1 формулы изобретения.

Добавив в числитель формулы (1) слагаемое I_A-I_A и приняв , после несложных преобразований получим формулу (2), входящую в п. 2 формулы изобретения.

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги переменного тока на многопутных участках для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети при двухстороннем питании. Сущность изобретения: измеряют токи смежных тяговых подстанций, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием контактной сети одного из путей, ток присоединения, питающего контактную сеть этого пути, и вычисляют расстояния до места повреждения контактной сети по соответствующим формулам. Технический результат: расширение области применения на участки с числом электрифицированных путей два и более. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети, при котором в момент короткого замыкания измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях соответственно A и B, а также ток присоединения подстанции А, питающего контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, отличающийся тем, что расстояние от подстанции А до места повреждения определяют путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

где n - число включенных на подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В,

- расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети (т.е. до пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС).

2. Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети, при котором в момент короткого замыкания измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, а также ток присоединения подстанции А, питающего контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, отличающийся тем, что расстояние от подстанции А до места повреждения определяют путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

где n - число включенных на подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В,

- расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети (т.е. до пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС),

I_к - значение тока, протекающего через место короткого замыкания, равное сумме токов I_A и I_B.