Стенд для определения токов короткого замыкания межподстанционной зоны тяговой сети Российский патент 2023 года по МПК G01R31/08 G01R19/28 B60M1/00 

Изобретение относится к системе электроснабжения тяговой сети, а именно к разработке стенда для определения токов короткого замыкания межподстанционного участка тяговой сети переменного тока с двухсторонним питанием по расчету сопротивления цепи короткого замыкания.

Расчеты токов КЗ в тяговой сети железных дорог ведутся по нормативным документам [1]. Однако в [2, 3] было показано, что в ряде случаев возможна погрешность в расчетах тока КЗ при неполной схеме системы внешнего электроснабжения (СВЭ). Опасность большой погрешности расчета токов КЗ проявляется, прежде всего, последующим неправильным расчетом релейной защиты.

На момент проектных расчетов в большинстве случаев по разным причинам нет полной схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций, и поэтому результаты расчетов в проекте в ряде случаев выдаются - приближенными. Однако перед первым включением тяговых подстанций после монтажа и наладки такая схема СВЭ (пусть даже - временная) уже есть, но и в этом случае расчет по нормативному документу производится с погрешностью, так как в схеме замещения не учитывается параллельная работа двух тяговых подстанций, и расчет практически выполняется, игнорируя вторую смежную подстанцию. Поэтому следует уточнить расчет токов КЗ при двухстороннем питании тяговой сети.

Попытки уточненных методов расчета предпринимались в [3] и [4]. Однако они были связаны с дополнительными условиями организации опытов КЗ [3] или с необходимостью дополнительных расчетов сопротивлений линий к тяговым подстанциям [4].

Принимаем [3] за прототип. В нем рассмотрен стенд для определения токов КЗ в тяговой сети, содержащий две тяговые подстанции А и В с сопротивлениями тяговых трансформаторов каждой подстанции напряжением 110 кВ / 27,5 кВ (220 кВ / 27,5 кВ) для двухстороннего питания тяговой сети, которая при коротком замыкании (КЗ) представляет трехлучевую звезду сопротивлений, два луча которой ZтcA и ZтcB подключены к первым выводам сопротивлений трансформаторов, вторые выводы, которых подключены к первым выводам эквивалентных сопротивлений питающих линий 110(220) кВ тяговых подстанций, а третий луч трехлучевой звезды включает эквивалентное сопротивление Z_АВ цепи короткого замыкания, и подключают его к первому выводу источника.

Недостатком определения токов КЗ по прототипу [3], является необходимость организации дополнительных опытов реальных КЗ на действующих тяговых подстанциях. Однако на момент включения тяговых подстанций в работу уже имеются данные по мощности КЗ (или по сопротивлению КЗ) на вводах тяговых подстанций от энергосистемы, но, как указано выше, существующие методы расчета выполняются с погрешностью.

Цель изобретения - повышение точности расчета токов КЗ в тяговой сети с использованием полученных данные от энергосистемы по мощности КЗ (или по сопротивлениям КЗ) смежных тяговых подстанций.

Для реализации цели изобретения в стенд введены три сопротивления системы внешнего электроснабжения Z₀₁, Z₀₂, Z₁₂, соединенные в «треугольник», и которые соединяют вводы подстанций А и В (Z₀₁ и Z₀₂) со вторым выводом источника питания, а сопротивление Z₁₂ соединяет вводы подстанций, при этом сопротивление Z₁₂ рассчитывается по реальному сечению и длине линии.

Энергосистема выдает для тяговых подстанций мощности КЗ (Sc₁, Sс₂, МВА) или сопротивления КЗ (Zc₁, Zс₂, Ом) на вводах 110(220)кВ. Указанные сопротивления Zc₁ и Zс₂ определяются следующим образом:

В этих уравнениях известные значения Zс₁ и Zс₂, а неизвестные - Z₀₁ и Z₀₂. Путем преобразования системы уравнений (1) и (2) получим квадратные уравнения с неизвестными Z₀₁ и Z₀₂, которые определяются по выражениям:

- затем по рассчитанным сопротивлениям Z₀₁, Z₀₂, и Z₁₂ в соответствующих контурах и по заданному напряжению источника питания определяются токи КЗ I_А и I_В.

Для пояснения предлагаемого способа определения токов короткого замыкания межподстанционной зоны рассмотрим структурную схему (рис.1), где введены следующие обозначения (все сопротивления регулируемые и приведены к напряжению 27,5 кВ):

Z_тсА и Z_тсВ и - эквивалентные сопротивления тяговой сети на первом (Z_тсА) и втором (Z_тсВ) участках межподстанционной зоны, в точке соединения Z_тсА и Z_тсВ на схеме покажем точку КЗ;

X_тА и X_тВ - сопротивления тяговых трансформаторов на подстанции А (X_тА) и подстанции В (X_тВ);

Z_АВ - сопротивление в месте КЗ (Z_АВ);

U₀ - напряжение (U₀) источника питания, приведенное к тяговой обмотке, принимается по соответствующим требованиям нормативных документов [1];

В_А и В_В - вводы 110(220)кВ тяговых подстанций А и В соответственно, для которых энергосистема выдает сопротивления КЗ (Zc1 и Zс2);

Z₀₁ и Z₀₂ - сопротивления от источника питания (РП) до шин 110(220)кВ тяговых подстанций А (Z₀₁) и В (Z₀₂) соответственно;

Z₁₂ - сопротивление линии ВЛ-110(220)кВ между подстанциями А и В;

А_А и А_В - амперметры.

Предлагаемый стенд с рассматриваемыми параметрами сопротивлений по существу отличается от стенда по прототипу [3] введенными тремя регулируемыми сопротивлениями схемы внешнего электроснабжения по схеме «треугольник», позволяющими без дополнительных экспериментов, как это было в [3], по заданным мощностям КЗ энергосистемой рассчитывать токи КЗ в тяговой сети.

Последовательность определения токов КЗ на стенде следующая: прежде всего устанавливаются параметры заданной системы тягового электроснабжения, далее по значениям Zс₁, Zс₂, Z₁₂ определяются сопротивления Z₀₁, Z₀₂ по формулам (3), (4). В связи с тем, что при расчетах токов КЗ в тяговой сети следует вести расчет двухфазных КЗ системы внешнего электроснабжения и тяговых трансформаторов, то их фазные сопротивления умножают на коэффициент 2 и в стенде устанавливают соответствующие удвоенные сопротивления. По заданному напряжению источника питания U₀ и соответствующим сопротивлениям на стенде, по показаниям амперметров А_А и А_В определяются токи КЗ I_А и I_В в соответствующих контурах. Расчеты повторяются для всех точек КЗ, которые устанавливают путем изменения сопротивлений Z_тсА и Z_тсВ (рис.1).

Технико-экономический эффект проявляется в том, что уточняются расчеты токов КЗ и соответственно уточняются расчеты релейной защиты. При этом упрощается процедура расчетов по сравнению с прототипом, так как нет необходимости выполнять дополнительные опыты КЗ [3].

Литература

1. СТО 07.021.4-2015. Защита систем электроснабжения железной дороги от коротких замыканий и перегрузки. Часть 4. Методика выбора уставок защит в системе тягового электроснабжения переменного тока. ОАО РЖД.

2. Герман Л.А., Субханвердиев К.С. Оценка погрешности расчета токов короткого замыкания в тяговой сети переменного тока. Электроника и электрооборудование транспорта, 2017, №1, с.5-10.

3. Патент 2705517 от 26.12.2018. Стенд для расчета токов короткого замыкания в тяговой сети переменного тока (Герман Л.А., Субханвердиев К.С., Серебряков А.С.), Опубл. 07.11.2019. Бюл. №31.

4. Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Попова Н.А. Схемы замещения системы внешнего электроснабжения. Электричество №8 2020 с.30-35.

Изобретение относится к системе электроснабжения тяговой сети и может быть использовано для определения токов короткого замыкания (КЗ) межподстанционного участка тяговой сети переменного тока с двухсторонним питанием. Технический результат: повышение точности определения токов КЗ. Сущность: схема внешнего электроснабжения представлена тремя сопротивлениями Z₀₁, Z₀₂, Z₁₂, соединенными по схеме «треугольник». Сопротивления Z₀₁ и Z₀₂ соединяют вводы В_А и В_В подстанций А и В со вторым выводом источника питания U_о, а сопротивление Z₁₂ соединяет эти же вводы подстанций А и В. Сопротивление Z₁₂ рассчитывается по реальному сечению и длине линии. Сопротивления Z₀₁ и Z₀₂ определяются по выражениям:

,

,

где Z_С1 и Z_С2 - сопротивления КЗ на вводах В_А и В_В тяговых подстанций А и В. По рассчитанным сопротивлениям, по напряжению источника питания U_о и по показаниям амперметров А_А и А_В определяются токи КЗ I_А и I_В в соответствующих контурах. 1 ил.

Стенд для определения токов короткого замыкания межподстанционной зоны тяговой сети переменного тока с расчетом сопротивления цепи короткого замыкания, содержащий систему внешнего электроснабжения, к которой подключены две тяговые подстанции А и В с сопротивлением трансформаторов X_тА и X_тВ напряжением 110 кВ / 27,5 кВ или 220 кВ / 27,5 кВ для двухстороннего питания тяговой сети, которая при коротком замыкании (КЗ) представляет трехлучевую звезду сопротивлений, два луча которой Z_тсА и Z_тсВ подключены к первым выводам сопротивлений трансформаторов X_тА и X_тВ, вторые выводы которых подключены к вводам тяговых подстанций, а третий луч трехлучевой звезды, включающий эквивалентное сопротивление Z_АВ цепи короткого замыкания, подключен к первому выводу источника питания U_о, отличающийся тем, что введены три сопротивления системы внешнего электроснабжения Z₀₁, Z₀₂, Z₁₂, соединенные в «треугольник», причем сопротивления Z₀₁ и Z₀₂ соединяют вводы В_А и В_В подстанций А и В со вторым выводом источника питания U_о, а сопротивление Z₁₂ соединяет эти же вводы подстанций А и В, при этом:

- сопротивление Z₁₂ рассчитывается по реальному сечению и длине линии;

- сопротивления Z₀₁ и Z₀₂ определяются по выражениям:

где Z_С1 и Z_С2 - сопротивления КЗ на вводах В_А и В_В тяговых подстанций А и В, предоставленные энергосистемой,

- по рассчитанным сопротивлениям и по заданному напряжению источника питания U₀, а также по показаниям амперметров А_А и А_В определяются токи КЗ I_А и I_В в соответствующих контурах.