Способ определения места короткого замыкания неоднородной контактной сети однопутного участка электрифицированного транспорта с двухсторонним питанием Российский патент 2023 года по МПК G01R31/08 

Область техники к которому относится изобретение

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может быть использовано в системе электрической тяги для определения места повреждения (ОМП) в контактной сети однопутного участка переменного тока с двухсторонним питанием.

Уровень техники

Известен способ определения удаленности короткого замыкания (КЗ) с применением ОМП в контактной сети переменного тока многопутного участка [1], который, однако не предусматривает расчет для неоднородных сетей, а также не применим для однопутных участков. Кроме того, погрешность ОМП увеличивается, когда расчетная величина (в данном случае фаза тока [1]) находится в знаменателе формулы.

В изобретении [2] учитывается неоднородность тяговой сети, для этого разделяют условно схему питания контактной сети в межподстанционной зоне между двумя тяговыми подстанциями по длине пути на множество участков, для каждого из которых при коротком замыкании в его начале и конце вычисляют расчетные значения таких же величин и производных параметров, как при реальном коротком замыкании при разных значениях переходного сопротивления в месте короткого замыкания, вносят эти результаты в базу данных, и путем сравнения измеренных величин определяют место короткого замыкания.

В [3, 4] предлагается расчет ОМП выполнять по реактивной мощности, применяя критерий

то есть реактивная мощность в точке КЗ равна нулю.

Применение указанного критерия решает проблему исключения активного сопротивления Rпер в расчете ОМП. Однако в тяговых сетях критерий (1) не применялся, и одна из причин этого в том, что в отличие от сетей энергосистемы в тяговых сетях присутствует рельсовая цепь, которая индуктивно связана с контактной сетью, и в которой присутствует постоянная утечка тягового тока из рельсов в землю. Указанное осложняет проведение расчетов с реактивной мощностью.

Изобретение [2] принято за прототип, на основании которого в момент короткого замыкания измеряют напряжения на шинах смежных тяговых подстанции U_к1 и U_к2, токи аварийно отключенных линии контактной сети с коротким замыканием I_к1 и I_к2, и их фазовые углы ϕ₁ и ϕ₂. Считаем, что указанная информация аварийного режима передается по каналам телемеханики и телеизмерения в расчетный блок энергодиспетчерского пункта.

Недостаток указанного прототипа [2] - сложность и громоздкость расчетов при заполнении таблицы базы данных для ОМП.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения - упрощение процедуры расчетов и повышение точности определения места КЗ путем учета неоднородности тяговой сети с двухсторонним питанием.

Технический результат заключается в том, что одновременно с упрощением расчетов способа ОМП повышена точность за счет введения показателя - контроль реактивной мощность КЗ и разработки на ее основе формулы расчета места КЗ.

Для осуществления технического результата применим критерий (1) для расчетов ОМП. С этой целью выполнена индуктивная развязка в системе однопутного участка тяговой сети переменного тока с контактной сетью и рельсовыми цепями по разработкам [6], где предложена упрощенная методика расчета сопротивлений тяговой сети, в которой учтено усредненное снижение тока утечки из рельсов. В частности, в результате индуктивной развязки определены погонные сопротивления контактной сети (z_к,1) и рельсов (z_p,₁), и предложено определять сопротивления тяговой сети однопутного участка по погонному сопротивлению

где v - коэффициент, учитывающий стекание тока с рельсов.

Таким образом, на основании (2) получается простейшая схема замещения однопутного участка тяговой сети (см. Фигуру), в сопротивлении z₁₁ совмещены сопротивления контактной сети и рельсовой цепи.

Краткое описание чертежей

На Фигуре представлена схема питания однопутного участка железной дороги.

Осуществление изобретения

На Фигуре приняты следующие обозначения:

1 и 2 - тяговые подстанции;

3 и 4 - участки однопутной тяговой сети с погонным сопротивлением х₁₁(х*₁₁) до места КЗ, с соответствующими расстояниями , где расстояние между подстанциями, а - расстояние от подстанции 1 до места КЗ;

5 - место К3-точка К;

Uк1, Uк2, Iк1, Iк2 - напряжения и токи на подстанциях; ΔХ - изменение сопротивления тяговой сети после корректировки приближенного расчета при переходе от этапа 1 к этапу 2.

Расчет ОМП выполним в два этапа. На первом этапе на основании однородной тяговой сети определим место повреждения, принимая погонное значение сопротивления х₁₁ для существующей подвески расчетного участка.

На основании схемы замещения составим уравнение баланса реактивной мощности на межподстанционной зоне с поврежденной тяговой сетью для определения места КЗ для однородной тяговой сети. На основании критерия (1)

где

- сумма реактивной мощности КЗ тяговых подстанций 1 и 2,

- сумма потерь реактивной мощности на сопротивлениях тяговой сети с индуктивной развязкой,

х₁₁- погонное сопротивление однородной тяговой сети.

Совершенно ясно, что в связи с неоднородностью сети в результате получим на первом этапе приближенное значение

Тогда на основании (3), (4) и (5) определим:

Итак, на первом этапе расчета определили место считая тяговую сеть - однородной.

На втором этапе расчета выполним уточнение принимая реальную неоднородную тяговую сеть с реальными сопротивлениями расчетного участка. Для этого выполняем следующую последовательность действий:

1) Определяем погонное сопротивление неоднородной тяговой сети: либо опытным путем, либо вычислением, зная количество мостов, туннелей, станций, число и длину путей на станциях и т.д. Другими словами, изменяя по этому расчету погонное сопротивление, «передвигаем» место КЗ на сопротивление ΔХ в сторону увеличения или уменьшения

2) Уточняем место КЗ в неоднородной тяговой сети:

Представим пример расчета ОМП по измерениям на однопутном участке с двухсторонним питанием. Тяговая сеть ПБСМ-95+МФ-100 в 51 км, погонное сопротивление которой 0,206+j0,467 Ом/км [5], на межподстанционной зоне расположены две железнодорожные станции, что в целом делает весь участок тяговой сети между подстанциями неоднородной тяговой сетью. Однако для упрощения расчетов на первом этапе выполним вычисления в предположении однородной тяговой сети, то есть без учета двух станций. На втором этапе выполним корректировку расчетов при учете неоднородности сети.

При аварийном отключении зафиксированы следующие показатели: напряжения на шинах 27,5 кВ первой и второй тяговых подстанциях: Uк1=25,48 кВ (фаза «-7,45°»); Uк2=20,52 кB (фаза «-22,11°); ток КЗ Iк1=0,827 кА (фаза «-42,791»); Iк2=1,994 кА (фаза «-48,366»).

Рассчитаем реактивную мощность КЗ на каждой подстанции (1):

Q_1КЗ=I_к1 ⋅ U_к1 ⋅ Sin(ϕ₁)=0,827 ⋅ 25,48 ⋅ Sin(35,35)=12,22 Мвар

Q_2КЗ=I_к2 ⋅ U_к2 ⋅ Sin(ϕ₁)=1,994 ⋅ 20,52 ⋅ Sin(26,26)=18 Мвар,

а затем определим сумму реактивных мощностей КЗ - ∑Qтп

∑Q_ТП=Q_1КЗ+Q_2КЗ=30,22 Мвар.

Тогда (6)

Итак, на первом этапе расчета определили место КЗ, считая тяговую сеть - однородной.

На втором этапе расчета выполним уточнение принимая неоднородную тяговую сеть, с реальным сопротивлениями, расчетного участка. На основании измерений сопротивления тяговой сети до рассчитанного места КЗ погонное сопротивление неоднородной тяговой сети равно 0,42 Ом/км, тогда уточненное значение места КЗ (7):

Если продолжить итеративный расчет с дальнейшим уточнением погонного сопротивления х*₁₁, то результат расстояния до места повреждения будет отличаться на величину от 0 до 0,5% и поэтому возможно «остановиться» на первой итерации расчета с результатом =39,8 км.

Итак, новизна изобретения состоит в следующем:

1. При расчетах ОМП применены индуктивно развязанные сопротивления контактной сети и рельсов, что позволило использовать критерий (1) в тяговой сети переменного тока, а именно [3]: «в точке КЗ реактивная мощность равна нулю».

2. Критерий (1) использован для ОМП в тяговой сети переменного тока путем определения разности суммарной реактивной мощности КЗ от тяговых подстанций, питающих поврежденный участок тяговой сети, и суммарной потери реактивной мощности на сопротивлениях поврежденной тяговой сети. Точка в тяговой сети, где эта разность равна нулю, определяет место КЗ.

3. Место КЗ определяется по разработанному выражению (6) на основе критерия (1) по балансу реактивной мощности.

4. Применение критерия (1) позволяет отказаться от жесткого требования синхронного измерения реактивной мощности на пост секционирования и тяговой подстанции. Неодновременность измерения реактивной мощности существующими приборами в указанных точках и время передачи информации в пункт сбора информации не повлияют на погрешность измерения.

Технико-экономический эффект изобретения определяется повышенной точностью расчета ОМП с учетом неоднородности тяговой сети и значительным упрощением расчетов.

Литература

1. Патент №27471120 от 23.10.20. Способ определения удаленности короткого замыкания (Герман Л.А., Субханвердиев К.С., Фигурнов Е.П., и др.). Опубл. 27.04.2021. Бюл. №12.

2. Патент №2566458. Способ определения места короткого замыкания контактной сети электрифицированного транспорта от 20.02.2014 (Муратова-Милехина А.С.(RU), Быкадоров А. Л.(RU), Заруцкая Т. А. (RU)). Опубл.27.08.2015. Бюл. №24.

3. Аржанников Е.А, Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередач. М.: Энергоатомиздат,2003, 272 с.

4. Куликов А.Л., Обалин М.Д. Адаптивное определение места повреждения линии электропередачи по параметрам аварийного режима. Часть 1 и 2 - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2019. - [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»]. Вып. 9 (249) и 10 (250).

5. Сборник СТО РЖД. Защита систем электроснабжения железной дороги от коротких замыканий и перегрузки. Часть 1-5. М. ООО Центр инноваций и Развития «Техинформ», 2019, 34.

6. Фигурнов Е.П., Быкадоров А.Л., Жарков Ю.И., Герман Л.А., Субханвердиев К.С. Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока железных дорог. Электричество 2021 №11.

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может быть использовано в системе электрической тяги для определения места повреждения в контактной сети однопутного участка переменного тока с двухсторонним питанием. Технический результат: повышение точности определения места короткого замыкания (КЗ). Сущность: в момент короткого замыкания измеряют напряжения на шинах смежных тяговых подстанции, токи аварийно отключенных линий контактной сети с коротким замыканием и их фазовые углы. На основании измерений в аварийном режиме рассчитывают реактивные мощности КЗ на тяговых шинах двух смежных тяговых подстанций и определяют их сумму. На первом этапе, принимая условно однородную тяговую сеть с ее погонным сопротивлением, на основании баланса реактивных мощностей на межподстанционной зоне с поврежденной тяговой сетью по данным суммы реактивной мощности КЗ от тяговых подстанций и по суммарным потерям реактивной мощности на сопротивлениях тяговой сети рассчитывают расстояние до места КЗ от первой подстанции. На втором этапе, принимая реальную неоднородную тяговую сеть, определяют ее сопротивление до места повреждения, определенного на первом этапе расчета, и уточняют погонное сопротивление. Повторяют расчет уточненного расстояния до места повреждения с уточненным погонным сопротивлением. 1 ил.

Способ определения места короткого замыкания (КЗ) неоднородной контактной сети однопутного участка электрифицированного транспорта с двухсторонним питанием с передачей информации от двух смежных тяговых подстанций (1, 2) по значениям токов и напряжений в энергодиспетчерский пункт по каналам телемеханики и телеизмерения, в котором в момент короткого замыкания измеряют напряжения U_к1 и U_к2 на шинах смежных тяговых подстанции, токи аварийно отключенных линий контактной сети с коротким замыканием I_к1 и I_к2 и их фазовые углы ϕ₁ и ϕ₂, отличающийся тем, что

- на основании измерений в аварийном режиме рассчитывают реактивные мощности КЗ Q1кз и Q2кз на тяговых шинах двух смежных тяговых подстанций

и определяют сумму их реактивных мощностей КЗ

∑Q_тп=(Q1кз+Q2кз); (2)

- и на первом этапе, принимая условно однородную тяговую сеть с ее погонным сопротивлением х₁₁, на основании баланса реактивных мощностей на межподстанционной зоне с поврежденной тяговой сетью по данным суммы реактивной мощности КЗ от тяговых подстанций и по суммарным потерям реактивной мощности на сопротивлениях тяговой сети

где lk - искомое расстояние до места повреждения тяговой сети,

- рассчитывают расстояние до места КЗ от подстанции (1)

- и на втором этапе, принимая реальную неоднородную тяговую сеть, определяют сопротивление тяговой сети Х*_lк до места повреждения, указанного на первом этапе расчета, и уточняют погонное сопротивление

после чего повторяют расчет по выражению (4) уточненного расстояния до места повреждения заменяя х₁₁ на х*₁₁.