RU2181672C2 - Ground fault detector in traction network of electrified transport (alternatives) - Google Patents
Ground fault detector in traction network of electrified transport (alternatives) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2181672C2 RU2181672C2 RU98110757A RU98110757A RU2181672C2 RU 2181672 C2 RU2181672 C2 RU 2181672C2 RU 98110757 A RU98110757 A RU 98110757A RU 98110757 A RU98110757 A RU 98110757A RU 2181672 C2 RU2181672 C2 RU 2181672C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- multifunction
- output
- converter
- phase angle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрифицированному на переменном токе транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги для определения места короткого замыкания. The invention relates to electrified on alternating current transport and can be used in traction power supply systems to determine the location of a short circuit.
В первом варианте на смежных тяговых подстанциях установлены датчики тока и напряжения. Имеются блок регистрации, датчики фазового угла, сумматоры, преобразователи фазового угла, функциональный и пять многофункциональных преобразователей. Пятый многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования выходного сигнала, характеризующего расстояние от одной подстанции до точки короткого замыкания, реализуя соответствующий вычислительный алгоритм, в зависимости от токов и фазовых углов первой и второй подстанций, сигналов, формируемых преобразователями фазового угла, первым, вторым, третьим и четвертым многофункциональными преобразователями. В цепь обратной связи между пятым и первым, а также вторым многофункциональными преобразователями включен функциональный преобразователь, учитывающий шунтирующее влияние земли. Технический результат заключается в повышении точности определения расстояния до места короткого замыкания. In the first embodiment, current and voltage sensors are installed at adjacent traction substations. There are a registration unit, phase angle sensors, adders, phase angle converters, functional and five multifunction converters. The fifth multifunction converter is capable of generating an output signal characterizing the distance from one substation to a short circuit point, implementing the corresponding computational algorithm, depending on the currents and phase angles of the first and second substations, signals generated by phase angle converters, first, second, third and fourth multifunction converters. In the feedback circuit between the fifth and first, as well as the second multifunctional converters, a functional converter is included that takes into account the shunting effect of the earth. The technical result consists in increasing the accuracy of determining the distance to the place of a short circuit.
Во втором варианте установлены датчики тока и напряжения. Имеются два блока регистрации, датчики фазового угла, сумматоры, преобразователи фазового угла, функциональный и шесть многофункциональных преобразователей. Пятый многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования выходного сигнала, характеризующего расстояние от одной из подстанций до точки короткого замыкания, а шестой многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования выходного сигнала, характеризующего сопротивление места короткого замыкания, реализуя соответствующий вычислительный алгоритм в зависимости от токов, напряжений и фазовых углов первой и второй подстанций, сигналов, формируемых преобразователями фазового угла, первым, вторым, третьим и четвертым многофункциональными преобразователями. Технический результат заключается в повышении точности определения расстояния до места короткого замыкания и в оценке характера этого повреждения. In the second embodiment, current and voltage sensors are installed. There are two recording units, phase angle sensors, adders, phase angle converters, functional and six multifunction converters. The fifth multifunction converter is configured to generate an output signal characterizing the distance from one of the substations to the short circuit point, and the sixth multifunction converter is configured to generate an output signal characterizing the resistance of a short circuit, implementing the corresponding computational algorithm depending on currents, voltages, and phase angles of the first and second substations, signals generated by phase angle converters, first, second nd, third and fourth multifunctional transducers. The technical result consists in increasing the accuracy of determining the distance to the place of a short circuit and in assessing the nature of this damage.
1-й вариант
Изобретение относится к электрифицированному на переменном токе транспорту и может быть использовано в системах электроснабжения тяги для определения места короткого замыкания контактной сети.1st option
The invention relates to electrified on alternating current transport and can be used in traction power supply systems to determine the location of a short circuit of a contact network.
Известно устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока [1]. Оно содержит датчик тока, датчик напряжения, блок деления и блок регистрации. При коротком замыкании датчик тока фиксирует ток I, датчик напряжения фиксирует напряжение U, блок деления осуществляет операцию Z=U/I, а блок регистрации фиксирует результат деления Z, по величине которого судят об удаленности места короткого замыкания. A device for determining the location of a short circuit in the contact network of railways of alternating current [1]. It contains a current sensor, a voltage sensor, a division unit and a registration unit. In case of a short circuit, the current sensor detects the current I, the voltage sensor detects the voltage U, the division unit performs the operation Z = U / I, and the registration unit records the result of the division Z, the value of which judges the remoteness of the short circuit location.
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 применение устройства. Other designs of such devices and the principles of their operation, based on the determination of the same value of Z, are described in [2]. All of them have the same disadvantages arising from the fact that in fact between the value of Z and the distance to the place of damage in many cases there is no direct relationship. A particularly large error is introduced by the resistance of the electric arc in the place of a short circuit. For this reason, an error in determining the distance to the short circuit location by the value of Z can reach 4 km or more, which makes the use of the device meaningless.
Более точные результаты могут быть получены при одновременных двухсторонних измерениях параметров аварийного режима со стороны двух смежных подстанций А и В. Известно устройство [3] определения места повреждения, содержащее датчик суммарного тока IA фидеров данного плеча питания и датчик напряжения UA на первой подстанции А, датчик суммарного тока IB фидеров того же плеча питания и датчик напряжения UB на второй подстанции В, а также блоки суммирования, деления и регистрации. Устройство на подстанциях фиксирует величины ZA=UA/IA и ZB=UB/IB. Затем оно вычисляет величину ZA/(ZA+ZB) или ZB/(ZA+ZB), которые фиксируются в блоке регистрации. На основании этих величин судят об удаленности места повреждения на контактной сети. Устройство [3] принято в качестве прототипа.More accurate results can be obtained by simultaneous two-sided measurements of the emergency mode parameters from two adjacent substations A and B. A device [3] for determining the location of damage is known, which contains a total current sensor I A of the feeders of this supply arm and a voltage sensor U A at the first substation A , the total current sensor I B of the feeders of the same supply arm and the voltage sensor U B at the second substation B, as well as summation, division and registration units. The device at substations records the values Z A = U A / I A and Z B = U B / I B. Then it calculates the value of Z A / (Z A + Z B ) or Z B / (Z A + Z B ), which are fixed in the registration unit. Based on these values, the remoteness of the place of damage on the contact network is judged. The device [3] is adopted as a prototype.
Свойства устройства описаны в [4]. На основании его анализа [4] следует, что зависимости ZA/(ZA+ZB) и ZB/(ZA+ZB) на некоторых участках нелинейно зависят от расстояния до места повреждения. Из-за этого, а также из-за влияния электрической дуги в месте короткого замыкания, погрешность устройства может достичь 2 км и более [5].The device properties are described in [4]. Based on his analysis [4], it follows that the dependences Z A / (Z A + Z B ) and Z B / (Z A + Z B ) in some areas nonlinearly depend on the distance to the place of damage. Because of this, and also because of the influence of the electric arc in the place of a short circuit, the error of the device can reach 2 km or more [5].
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расстояния до места короткого замыкания в контактной сети. The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the distance to the short circuit in the contact network.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения удаленности места короткого замыкания в тяговой сети электрифицированного транспорта, содержащее датчик тока IA, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети данного плеча питания, и датчик напряжения UA на первой подстанции, датчик тока IB, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети того же плеча питания, и датчик напряжения UB на второй подстанции, а также первый сумматор и блок регистрации, дополнительно снабжено датчиком тока I'1 фидера поврежденной контактной сети, датчиками фазовых углов соответственно φ1 и φA, первым многофункциональным преобразователем фазового угла и вторым сумматором на первой подстанции, датчиком фазового угла φB, вторым многофункциональным преобразователем фазового угла и третьим сумматором на второй подстанции, а также первым, вторым, третьим, четвертым и пятым многофункциональными преобразователями и функциональным преобразователем, причем выход датчика тока I'1 присоединен к первому входу датчика фазового угла φ1, второму входу первого и третьему входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика тока IA присоединен к первому входу датчика фазового угла φA, к первому входу первого многофункционального преобразователя фазового угла, четвертому входу первого, пятому входу второго, первому входу третьего и второму входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения UA присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла φ1, датчика фазового угла φA и первого многофункционального преобразователя фазового угла, и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя, выход датчика тока IB присоединен к первым входам соответственно датчиков фазового угла φB и второго многофункционального преобразователя фазового угла, к третьему входу третьего и четвертому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения UB присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла φB и второго многофункционального преобразователя фазового угла, выход датчика фазового угла φ1 присоединен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к третьему входу первого и четвертому входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла φA присоединен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла и четвертому входу пятого многофункционального преобразователя, а выход присоединен к пятому входу первого, шестому входу второго, второму входу третьего и третьему входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла φB присоединен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к четвертому входу третьего и пятому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход первого многофункционального преобразователя присоединен к первым входам соответственно второго и пятого многофункциональных преобразователей, выход второго многофункционального преобразователя подключен ко второму входу пятого многофункционального преобразователя, к шестому входу которого подключены выход третьего и первый вход четвертого, а к пятому входу - выход четвертого многофункциональных преобразователей, а выход присоединен к блоку регистрации и через функциональный преобразователь - к первому входу первого и второму входу второго многофункциональных преобразователей, при этом первый многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал ψA, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал ψB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
первый сумматор формирует выходной сигнал α1, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения α1 = φ1+ψA, второй сумматор формирует выходной сигнал αA, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αA = φA+ψA, третий сумматор формирует выходной сигнал αB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αB = φB+ψB, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал Iк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал lк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где zвс, xвс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zс - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;
zр, rp, xp - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;
ZпА, ZпВ - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;
фазовый угол (аргумент) полного сопротивления zс-zвс;
ν - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли;
lк - выходной сигнал, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания.The technical result is achieved by the fact that a device for determining the distance of a short circuit in a traction network of an electrified vehicle, comprising a current sensor I A measuring the total current of the feeders of the contact network of a given power arm, and a voltage sensor U A at the first substation, a current sensor I B measuring the total current of the feeders of the contact network of the same supply arm, and the voltage sensor U B at the second substation, as well as the first adder and the registration unit, are additionally equipped with a current sensor I ' 1 of the feeder of the damaged circuit active network, phase angle sensors φ 1 and φ A , respectively, the first multifunction phase angle converter and the second adder at the first substation, the phase angle sensor φ B , the second multifunction phase angle converter and the third adder at the second substation, as well as the first, second, third , the fourth and fifth multifunction converters and a functional converter, and the output of the current sensor I ' 1 is connected to the first input of the phase angle sensor φ 1 , the second input of the first and third input to of multifunction converters, the output of the current sensor I A is connected to the first input of the phase angle sensor φ A , to the first input of the first multifunction phase angle converter, the fourth input of the first, fifth input of the second, the first input of the third and second input of the fourth multifunction converters, the output of the voltage sensor U A is connected to the second inputs of the phase angle sensor φ 1 , the phase angle sensor φ A and the first multifunction phase angle converter, respectively, and to the third input of the fifth multifunction converter, the output of the current sensor I B is connected to the first inputs of the phase angle sensors φ B and the second multifunction phase angle sensor, to the third input of the third and fourth input of the fourth multifunction converters, the output of the voltage sensor U B is connected to the second inputs of the phase angle sensor φ B and the second multifunction phase angle converter, the output of the phase angle sensor φ 1 is connected to the first input of the first adder, second the first input of which is connected to the output of the first multifunction phase angle converter, and the output is of the third input of the first and fourth input of the second multifunction converters, the output of the phase angle sensor φ A is connected to the first input of the second adder, the second input of which is connected to the output of the first multifunction phase angle converter and the fourth input of the fifth multifunction converter, and the output is connected to the fifth input of the first, sixth input of the second, second input of the third and third the input of the fourth multifunction converters, the output of the phase angle sensor φ B is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the second multifunction converter of the phase angle, and the output is connected to the fourth input of the third and fifth input of the fourth multifunction converters, the output of the first multifunction converter is connected to the first inputs of the second and fifth multifunction converters, respectively, the output of the second multifunction converter The device is connected to the second input of the fifth multifunction converter, to the sixth input of which the output of the third and first inputs of the fourth are connected, and the output of the fourth multifunction converters is connected to the fifth input, and the output is connected to the recording unit and through the functional converter to the first input of the first and second input of the second multifunctional transducers, the first multi-phase angle converter generates an output signal ψ a, implementing the computational algorithm expressed in the form eniya
the second multifunctional phase angle converter generates an output signal ψ B , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the first adder generates the output signal α 1 , implementing the computational algorithm in the form of the expression α 1 = φ 1 + ψ A , the second adder generates the output signal α A , realizing the computational algorithm in the form of the expression α A = φ A + ψ A , the third adder generates the output the signal α B , implementing the computational algorithm in the form of the expression α B = φ B + ψ B , the first multifunction converter generates the output signal M, realizing the computational algorithm in the form of the expression
a second multifunction converter generates an output signal implementing a computational algorithm in the form of an expression
the third multifunction converter generates an output signal I k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the fourth multifunction converter generates an output signal α k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the fifth multifunction converter generates an output signal l k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
where z sun , x sun - full inductively decoupled resistance of mutual inductive coupling of contact networks of adjacent paths and its inductive component over a length of 1 km;
z с - full inductively decoupled resistance of the contact network of one path over a length of 1 km;
z p , r p , x p - full inductively decoupled resistance of the rail circuit and its active and inductive components over a length of 1 km;
Z pA , Z pV - resistances of the first and second substations, respectively;
phase angle (argument) of the impedance z with -z sun ;
ν - coefficient taking into account the decrease in the resistance of the rail circuit due to the shunting effect of the earth;
l to - output signal characterizing the distance from the first substation to the place of short circuit.
Сущность изобретения поясняется схемами и векторной диаграммой, приведенными на фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, соответствующая п. 1 формулы изобретения. Схема питания и ее схема замещения, показанные на фиг. 3, а также векторная диаграмма, изображенная на фиг. 4, служат для доказательства (обоснования) работоспособности и заявленной цели изобретения. The invention is illustrated by the diagrams and vector diagram shown in FIG. 1, FIG. 3, FIG. 4. In FIG. 1 shows a block diagram of a device corresponding to
Структурная схема устройства (фиг. 1) содержит:
1 - датчик тока I'1 фидера поврежденной контактной сети, установленный на первой подстанции (UA1);
2 - датчик, измеряющий суммарный ток IA всех фидеров данного плеча питания на первой подстанции (UA2);
3 - датчик напряжения UA на первой подстанции (UV1);
4 - датчик, измеряющий суммарный ток IB всех фидеров того же плеча питания на второй подстанции (UA3);
5 - датчик напряжения UB на второй подстанции (UV2);
6 - датчик фазового угла φ1 тока I'1 на первой подстанции (Uφ1);
7 - датчик фазового угла φA тока IA на первой подстанции (Uφ2);
8 - датчик фазового угла φB тока IB второй подстанции (Uφ3);
9, 10 - соответственно первый (UCψ1) и второй (UCψ2) многофункциональные преобразователи фазового угла;
11, 12, 13 - соответственно первый (SМ1), второй (SM2) и третий (SM3) сумматоры;
14, 15, 16, 17, 18 - соответственно первый (UC1), второй (UС2), третий (UС3), четвертый (UС4) и пятый (UC5) многофункциональные преобразователи;
19 - функциональный преобразователь (UС);
20 - первый блок регистрации (HS1).The structural diagram of the device (Fig. 1) contains:
1 - current sensor I ' 1 feeder of a damaged contact network installed in the first substation (UA1);
2 - a sensor measuring the total current I A of all feeders of a given power arm at the first substation (UA2);
3 - voltage sensor U A at the first substation (UV1);
4 - a sensor that measures the total current I B of all feeders of the same power arm at the second substation (UA3);
5 - voltage sensor U B at the second substation (UV2);
6 - phase angle sensor φ 1 of the current I ' 1 at the first substation (Uφ1);
7 - phase angle sensor φ A of current I A at the first substation (Uφ2);
8 - phase angle sensor φ B current I B of the second substation (Uφ3);
9, 10 - respectively, the first (UCψ1) and second (UCψ2) multifunction phase-angle converters;
11, 12, 13 - respectively, the first (SM1), second (SM2) and third (SM3) adders;
14, 15, 16, 17, 18 - respectively, the first (UC1), second (UC2), third (UC3), fourth (UC4) and fifth (UC5) multifunction converters;
19 - functional converter (US);
20 is a first registration unit (HS1).
Элементы 2, 3, 4, 5 и 20 используются в прототипе [3]. Остальные элементы и связи между ними являются новыми.
Элементы 1, 2, 3, 6 и 7 устанавливаются на первой подстанции. Элементы 4, 5 и 8 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, 7 и 8 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. The remaining elements of the structural diagram can be installed both at any of the substations, and at the energy control center. The transmission of signals from
Выход датчика тока 1 присоединен к первому входу датчика фазного угла 6, второму входу первого 14 и третьему входу второго 15 многофункциональных преобразователей. Выход датчика тока 2 присоединен к первому входу датчика фазового угла 7, первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 9, четвертому входу первого 14, пятому входу второго 15, первому входу третьего 16 и второму входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика напряжения 3 присоединен ко вторым входам датчиков фазового угла 6 и 7 и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя 18. The output of the
Выход датчика фазового угла 6 присоединен к первому входу сумматора 11, выход датчика фазового угла 7 присоединен к первому входу сумматора 12, а вторые входы сумматоров 11 и 12 подключены к выходу многофункционального преобразователя фазового угла 9, к которому подключен также четвертый вход пятого многофункционального преобразователя 18. Выход сумматора 11 подключен к третьему входу первого 14 и четвертому входу второго 15, а выход сумматора 12 подключен к пятому входу первого 14, шестому входу второго 15, второму входу третьего 16 и третьему входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. The output of the
Выход датчика тока 4 присоединен к первому входу датчика фазового угла 8, к первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 10, к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика фазы 8 присоединен к первому входу сумматора 13, ко второму входу которого подключен выход многофункционального преобразователя фазы 10. Выход сумматора 13 присоединен к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. The output of the
Выход первого многофункционального преобразователя 14 присоединен к первому входу второго многофункционального преобразователя 15 и к первому входу пятого многофункционального преобразователя 18, ко второму входу которого подключен выход второго 15, к пятому входу подключен выход четвертого 17, а к шестому входу подключен выход третьего 16 многофункциональных преобразователей. The output of the
Выход пятого многофункционального преобразователя 18 подключен к блоку регистрации 20 и через функциональный преобразователь 19 - к первому входу первого 14 и второму входу второго 15 многофункциональных преобразователей. The output of the
Датчики тока 2 и 4 фиксируют соответственно на первой и второй подстанциях суммарные токи IA и IB фидеров контактной сети данного плеча питания. Датчик тока 1 фиксирует ток I'1 поврежденной контактной сети на первой подстанции. Датчики напряжений 3 и 5 фиксируют напряжения UA и UB соответственно на первой и второй подстанциях. Датчики фазовых углов 6, 7 и 8 фиксируют фазовые углы φ1, φA, и φB соответственно между напряжением UA и током I'1, а также напряжением UA и током IA первой подстанции и напряжением UB и током IB второй подстанции.
Первый многофункциональный преобразователь фазового угла 9 формирует на выходе сигнал ψA, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где ZпА - сопротивление первой подстанции.The first multifunctional phase angle converter 9 generates a signal ψ A at the output, realizing a computational algorithm in the form of an expression
where Z pA is the resistance of the first substation.
Второй многофункциональный преобразователь фазового угла 10 формирует выходной сигнал ψB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где ZпВ - сопротивление второй подстанции.The second multifunctional
where Z pV is the resistance of the second substation.
Сумматоры 11, 12, и 13 формируют на выходе соответственно сигналы α1, αA, αB, реализуя вычислительные алгоритмы в виде выражений
α1 = φ1+ψA, (3)
αA = φA+ψA, (4)
Первый многофункциональный преобразователь 14 формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где zc, xc - известное полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zвс, xвс - известное полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zp, rp, xр - известное полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;
известный фазовый угол (аргумент) полного сопротивления zc-zвс;
ν - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.
α 1 = φ 1 + ψ A , (3)
α A = φ A + ψ A , (4)
The
where z c , x c is the known total inductively decoupled resistance of the contact network of one path and its inductive component over a length of 1 km;
z sun , x sun - the known total inductively decoupled resistance of mutual inductive coupling of contact networks of adjacent paths and its inductive component over a length of 1 km;
z p , r p , x p is the known total inductively decoupled resistance of the rail circuit and its active and inductive components over a length of 1 km;
known phase angle (argument) of the impedance z c -z sun ;
ν - coefficient taking into account the decrease in the resistance of the rail circuit due to the shunting effect of the earth.
Второй многофункциональный преобразователь 15 формирует выходной сигнал αM, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Третий многофункциональный преобразователь 16 формирует выходной сигнал Iк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Пятый многофункциональный преобразователь 18 формирует выходной сигнал lк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Функциональный преобразователь 19 формирует зависимость между удаленностью lк короткого замыкания и коэффициентом ν,, учитывающим шунтирующее влияние земли (утечку тока из рельсов в землю) на участке от первой подстанции до места короткого замыкания. На основании [7] такой функциональный преобразователь может реализовывать вычислительный алгоритм (или нелинейную зависимость) в виде выражения
где m - известная величина, зависящая от значения сопротивления контура рельсы-земля и высоты подвеса контактной сети;
γ - известный коэффициент распространения рельсовой цепи.The
The third
The fourth multifunction converter generates an output signal α k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
The
The
where m is the known value, depending on the resistance value of the rail-to-ground circuit and the height of the suspension of the contact network;
γ is a known rail chain propagation coefficient.
Для того, чтобы блок регистрации 18 фиксировал значение удаленности lк с учетом действительного значения коэффициента ν, соответствующего именно этой величине удаленности, функциональный преобразователь 19 включен в цепь обратной связи первого 14 и второго 15 многофункциональных преобразователей.In order for the
Датчики тока 1, 2 и 4 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов тока. Датчики напряжения 3 и 5 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов напряжения. Датчики фазового угла 6, 7 и 8 выполняются известным образом на основе цифровых или аналоговых фазометров [8]. The
Функциональный и многофункциональные преобразователи 9, 10, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 могут быть выполнены с применением аналоговых [9] или цифровых микросхем и микропроцессорных комплектов [10]. Functional and
При возникновении в контактной сети короткого замыкания датчики тока 1, 2 и 4, датчики напряжения 3 и 5, датчики фазового угла 6, 7 и 8 фиксируют на первой и второй подстанциях параметры аварийного режима соответственно I'1, IA, IB, UA, UB, φ1, φA, φB. Сигналы, несущие информацию о постоянных параметрах подстанций, параметрах тяговой сети и параметрах аварийного режима, поступают на соответствующие входы сумматоров, многофункциональных и функционального преобразователей, которые по заданным алгоритмам (1)-(11) определяют удаленность короткого замыкания lк.In the event of a short circuit in the contact network,
Достигаемый технический результат (преимущества по сравнению с прототипом) заключается в следующем:
- однозначная и прямая зависимость искомого расстояния lк от параметров аварийного режима и постоянных параметров тяговой сети;
- отсутствие влияния сопротивления дуги на результаты определения расстояния lк;
- отсутствие влияния утечки тока из рельсов в землю (шунтирующее влияние земли) на результаты определения lк.Achievable technical result (advantages compared to the prototype) is as follows:
- unambiguous and direct dependence of the desired distance l to on the emergency mode parameters and the constant parameters of the traction network;
- the absence of the influence of arc resistance on the results of determining the distance l to ;
- the absence of the effect of current leakage from the rails into the ground (shunting effect of the earth) on the results of determining l to .
Расчеты показывают, что основная погрешность определения расстояния lк с помощью данного изобретения вызвана тем, что напряжения UA,xx и UB,xx могут в реальных условиях не совпадать по фазе. Однако, как известно, угол между ними невелик и не превышает 2-3 градуса. Погрешность определения удаленности lк при этом составляет не более 200-400 м, т.е. по крайней мере в 5-10 раз, меньше чем у прототипа.Calculations show that the main error in determining the distance l to using this invention is caused by the fact that the voltages U A, xx and U B, xx may, in real conditions, not coincide in phase. However, as you know, the angle between them is small and does not exceed 2-3 degrees. The error in determining the distance l k in this case is no more than 200-400 m, i.e. at least 5-10 times less than the prototype.
2-й вариант
Изобретение относится к электрифицированному на переменном токе транспорту и может быть использовано в системах электроснабжения тяги для определения удаленности и сопротивления дуги (переходного сопротивления) в месте короткого замыкания.2nd option
The invention relates to electrified on alternating current transport and can be used in traction power supply systems to determine the distance and resistance of the arc (transition resistance) in the place of a short circuit.
Известно устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока [1]. Оно содержит датчик тока, датчик напряжения, блок деления и блок регистрации. При коротком замыкании датчик тока фиксирует ток I, датчик напряжения фиксирует напряжение U, блок деления осуществляет операцию Z=U/I, а блок регистрации фиксирует результат деления Z, по величине которого судят об удаленности места короткого замыкания. A device for determining the location of a short circuit in the contact network of railways of alternating current [1]. It contains a current sensor, a voltage sensor, a division unit and a registration unit. In the event of a short circuit, the current sensor detects the current I, the voltage sensor detects the voltage U, the division unit performs the operation Z = U / I, and the registration unit records the result of the division Z, the value of which judges the remoteness of the place of the short circuit.
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 применение устройства. Other designs of such devices and the principles of their operation, based on the determination of the same value of Z, are described in [2]. All of them have the same disadvantages arising from the fact that in fact between the value of Z and the distance to the place of damage in many cases there is no direct relationship. A particularly large error is introduced by the resistance of the electric arc in the place of a short circuit. For this reason, an error in determining the distance to the short circuit location by the value of Z can reach 4 km or more, which makes the use of the device meaningless.
Более точные результаты могут быть получены при одновременных двухсторонних измерениях параметров аварийного режима со стороны двух смежных подстанций А и В. Известно устройство [3] определения места повреждения, содержащее датчик суммарного тока IA фидеров данного плеча питания и датчик напряжения UA на первой подстанции А, датчик суммарного тока IB фидеров того же плеча питания и датчик напряжения UB на второй подстанции В, а также блоки суммирования, деления и регистрации. Устройство на подстанциях фиксирует величины ZA=UA/IA и ZB=UB/IB. Затем оно вычисляет величину ZA/(ZA+ZB) или ZB/(ZA+ZB), которые фиксируются в блоке регистрации.More accurate results can be obtained by simultaneous two-sided measurements of the emergency mode parameters from two adjacent substations A and B. A device [3] for determining the location of damage is known, which contains a total current sensor I A of the feeders of this supply arm and a voltage sensor U A at the first substation A , the total current sensor I B of the feeders of the same supply arm and the voltage sensor U B at the second substation B, as well as summation, division and registration units. The device at substations records the values Z A = U A / I A and Z B = U B / I B. Then it calculates the value of Z A / (Z A + Z B ) or Z B / (Z A + Z B ), which are fixed in the registration unit.
На основании этих величин судят об удаленности места повреждения на контактной сети. Устройство [3] принято в качестве прототипа. Based on these values, the remoteness of the place of damage on the contact network is judged. The device [3] is adopted as a prototype.
Свойства устройства описаны в [4]. На основании его анализа [4] следует, что зависимости ZA/(ZA+ZB) и ZB/(ZA+ZB) на некоторых участках нелинейно зависят от расстояния до места повреждения. Из-за этого, а также из-за влияния электрической дуги в месте короткого замыкания, погрешность устройства может достичь 2 км и более [5].The device properties are described in [4]. Based on his analysis [4], it follows that the dependences Z A / (Z A + Z B ) and Z B / (Z A + Z B ) in some areas nonlinearly depend on the distance to the place of damage. Because of this, and also because of the influence of the electric arc in the place of a short circuit, the error of the device can reach 2 km or more [5].
Ни один из аналогов не может определить сопротивление электрической дуги (переходное сопротивление) в месте короткого замыкания, что позволило бы прогнозировать характер повреждения. None of the analogs can determine the resistance of the electric arc (transient resistance) in the place of a short circuit, which would make it possible to predict the nature of the damage.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расстояния до места короткого замыкания и определение сопротивления дуги (переходного сопротивления) в месте повреждения на контактной сети. The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the distance to the short circuit and determining the arc resistance (transition resistance) in the place of damage on the contact network.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения удаленности места короткого замыкания в тяговой сети электрифицированного транспорта, содержащее датчик тока IA, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети данного плеча питания и датчик напряжения UA на первой подстанции, датчик тока IB, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети того же плеча питания и датчик напряжения UB на второй подстанции, а также первый сумматор и блок регистрации, дополнительно снабжено датчиком тока I'1фидера поврежденной контактной сети, датчиками фазовых углов соответственно φ1 и φA, первым многофункциональным преобразователем фазового угла и вторым сумматором на первой подстанции, датчиком фазового угла φB, вторым многофункциональным преобразователем фазового угла и третьим сумматором на второй подстанции, а также первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым многофункциональными преобразователями, функциональным преобразователем, и вторым блоком регистрации, причем выход датчика тока I'1присоединен к первому входу датчика фазового угла φ1, второму входу первого и третьему входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика тока IA присоединен к первому входу датчика фазового угла φA, к первому входу первого многофункционального преобразователя фазового угла, четвертому входу первого, пятому входу второго, первому входу третьего и второму входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения UA присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла φ1 датчика фазового угла φA и первого многофункционального преобразователя фазового угла, и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя, выход датчика тока IB присоединен к первым входам соответственно датчика фазового угла φB и второго многофункционального преобразователя фазового угла, к третьему входу третьего и четвертому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения UB присоединен ко вторым входам
соответственно датчика фазового угла φB и второго многофункционального преобразователя фазового угла, выход датчика фазового угла φ1 присоединен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, а выход к третьему входу первого и четвертому входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла φA присоединен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла и четвертому входу пятого многофункционального преобразователя, а выход присоединен к пятому входу первого, шестому входу второго, второму входу третьего и третьему входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла φB присоединен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к четвертому входу третьего и пятому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход первого многофункционального преобразователя присоединен к первым входам соответственно второго и пятого многофункциональных преобразователей, выход второго многофункционального преобразователя подключен ко второму входу пятого многофункционального преобразователя, к шестому входу которого подключены выход третьего и первый вход четвертого, а к пятому входу - выход четвертого многофункциональных преобразователей, а выход присоединен к первому блоку регистрации и через функциональный преобразователь - к первому входу первого и второму входу второго многофункциональных преобразователей, причем первый вход упомянутого многофункционального преобразователя подключен к выходу второго многофункционального преобразователя, второй вход подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, третий вход подключен к выходу датчика напряжения UA, четвертый вход подключен к выходу третьего, а пятый вход - к выходу четвертого многофункциональных преобразователей, а его выход присоединен к седьмому входу пятого многофункционального преобразователя и ко входу второго блока регистрации, при этом многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал ψA, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал ψB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
первый сумматор формирует выходной сигнал α1, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения α1 = φ1+ψA, второй сумматор формирует выходной сигнал αA, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αA = φA+ψA, третий сумматор формирует выходной сигнал αB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αB = φB+ψB, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αM, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал Iк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал lк, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где Rд - сигнал, формируемый на выходе шестого многофункционального преобразователя и соответствующий сопротивлению места короткого замыкания, полученный путем реализации указанным преобразователем вычислительного алгоритма в виде выражения
zвс, xвс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zс - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;
zр, rp, xр - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;
ZпA, ZпВ - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;
фазовый угол (аргумент) полного сопротивления zc-zвс;
ν - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли;
lк - выходной сигнал, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания.The technical result is achieved by the fact that a device for determining the distance of a short circuit in the traction network of an electrified vehicle, containing a current sensor I A measuring the total current of the feeders of the contact network of a given power arm and a voltage sensor U A at the first substation, a current sensor I B measuring the total the current of the feeders of the contact network of the same supply arm and the voltage sensor U B at the second substation, as well as the first adder and the registration unit, are additionally equipped with a current sensor I ' 1 of the feeder of the damaged circuit mains supply, phase angle sensors φ 1 and φ A , respectively, the first multifunction phase angle converter and the second adder at the first substation, the phase angle sensor φ B , the second multifunction phase angle converter and the third adder at the second substation, as well as the first, second, third , fourth, fifth and sixth multifunctional transducers functional transducer and the second recording unit, wherein the sensor output current I '1 is coupled to the first sensor input phase angle φ 1, the second y input of the first and the third input of the second multi-function converters, the current output of the sensor I A is connected to the first sensor input phase angle φ A, to the first input of the first multi-function converter phase angle to a fourth input of the first, fifth input of the second, the first input of the third and the second input of the fourth multifunction transducers, the output of the voltage sensor U A is connected to the second inputs of the phase angle sensor φ 1 of the phase angle sensor φ A and the first multifunction converter phase angle, and to the third input of the fifth multifunction converter, the output of the current sensor I B is connected to the first inputs of the phase angle sensor φ B and the second multifunction phase angle converter, to the third input of the third and fourth input of the fourth multifunction converters, the output of the voltage sensor U B is connected to the second entrances
respectively, the phase angle sensor φ B and the second multifunction phase angle converter, the output of the phase angle sensor φ 1 is connected to the first input of the first adder, the second input of which is connected to the output of the first multifunction phase angle converter, and the output to the third input of the first and fourth input of the second multifunction converters , the sensor output of the phase angle φ a is connected to the first input of the second adder, the second input of which is connected to the output of the first transformation multifunction STUDIO phase angle and the fourth input of the fifth multifunction converter, and an output coupled to a fifth input of the first, sixth input of the second, the second input of the third and the third input of the fourth multifunction transducer sensor output phase angle φ B is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the second multifunction phase angle converter, and the output to the fourth input of the third and fifth input of the fourth multifunction converters, the output of the first m multifunctional converter is connected to the first inputs of the second and fifth multifunctional converters, the output of the second multifunctional converter is connected to the second input of the fifth multifunctional converter, the output of the third and first input of the fourth is connected to the sixth input, and the output of the fourth multifunctional converters is connected to the fifth input, and the output is connected to the first registration unit and through the functional converter to the first input of the first and second input du second multifunctional transducers, wherein a first input of said multifunction converter connected to the output of the second multi-function converter, a second input connected to the output of the first multifunction inverter phase angle, the third input is connected to the voltage sensor output U A, a fourth input connected to the output of the third and fifth input - to the output of the fourth multifunction converters, and its output is connected to the seventh input of the fifth multifunction converter and to the input of the second registration unit, while the multifunction phase angle converter generates an output signal ψ A , implementing a computational algorithm in the form of an expression
the second multifunctional phase angle converter generates an output signal ψ B , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the first adder generates the output signal α 1 , implementing the computational algorithm in the form of the expression α 1 = φ 1 + ψ A , the second adder generates the output signal α A , realizing the computational algorithm in the form of the expression α A = φ A + ψ A , the third adder generates the output the signal α B , realizing the computational algorithm in the form of the expression α B = φ B + ψ B , the first multifunction converter generates the output signal M, realizing the computational algorithm in the form of the expression
the second multifunction converter generates an output signal α M , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the third multifunction converter generates an output signal I k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the fourth multifunction converter generates an output signal α k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the fifth multifunction converter generates an output signal l k characterizing the distance from the first substation to the place of a short circuit, realizing a computational algorithm in the form of an expression
where R d is the signal generated at the output of the sixth multifunction converter and corresponding to the resistance of the short circuit, obtained by the implementation of the specified converter computing algorithm in the form of the expression
z sun , x sun - full inductively decoupled resistance of mutual inductive coupling of contact networks of adjacent paths and its inductive component over a length of 1 km;
z с - full inductively decoupled resistance of the contact network of one path over a length of 1 km;
z p , r p , x p - full inductively decoupled resistance of the rail circuit and its active and inductive components over a length of 1 km;
PA Z, Z nB - the resistance of the first and second substations;
phase angle (argument) of the impedance z c -z sun ;
ν - coefficient taking into account the decrease in the resistance of the rail circuit due to the shunting effect of the earth;
l to - output signal characterizing the distance from the first substation to the place of short circuit.
Сущность изобретения поясняется схемами и векторной диаграммой, приведенными на фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4. На фиг. 2 изображена структурная схема устройства, соответствующая п. 2 формулы изобретения. Схема питания и ее схема замещения, показанные на фиг. 3, а также векторная диаграмма, изображенная на фиг. 4, служат для доказательства (обоснования) работоспособности и заявленной цели изобретения. The invention is illustrated by the diagrams and vector diagram shown in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4. In FIG. 2 shows a block diagram of a device corresponding to claim 2 of the claims. The power circuit and its equivalent circuit shown in FIG. 3, as well as the vector diagram depicted in FIG. 4, serve to prove (justify) the performance and the stated objectives of the invention.
Структурная схема устройства (фиг. 2) содержит:
1 - датчик тока I'1 фидера поврежденной контактной сети, установленный на первой подстанции (UA1);
2 - датчик, измеряющий суммарный ток IA всех фидеров данного плеча питания на первой подстанции (UA2);
3 - датчик напряжения UA на первой подстанции (UV1);
4 - датчик, измеряющий суммарный ток IB всех фидеров того же плеча питания на второй подстанции (UA3);
5 - датчик напряжения UB на второй подстанции (UV2);
6 - датчик фазового угла φ1 тока I'1 на первой подстанции (Uφ1);
7 - датчик фазового угла φA тока IA на первой подстанции (Uφ2);
8 - датчик фазового угла φB тока IB на второй подстанции (Uφ3);
9, 10 - соответственно первый (UCψ1) и второй (UCψ2) многофункциональные преобразователи фазового угла;
11, 12, 13 - соответственно первый (SM1), второй (SM2) и третий (SM3) сумматоры;
14, 15, 16, 17, 18 - соответственно первый (UС1), второй (UС2), третий (UС3), четвертый (UС4) и пятый (UС5) многофункциональные преобразователи;
19 - функциональный преобразователь (UС);
20 - первый блок регистрации (HS1);
21 - шестой многофункциональный преобразователь (UС6);
22 - второй блок регистрации (HS2).The structural diagram of the device (Fig. 2) contains:
1 - current sensor I ' 1 feeder of a damaged contact network installed in the first substation (UA1);
2 - a sensor measuring the total current I A of all feeders of a given power arm at the first substation (UA2);
3 - voltage sensor U A at the first substation (UV1);
4 - a sensor that measures the total current I B of all feeders of the same power arm at the second substation (UA3);
5 - voltage sensor U B at the second substation (UV2);
6 - phase angle sensor φ 1 of the current I ' 1 at the first substation (Uφ1);
7 - phase angle sensor φ A of current I A at the first substation (Uφ2);
8 - phase angle sensor φ B of the current I B at the second substation (Uφ3);
9, 10 - respectively, the first (UCψ1) and second (UCψ2) multifunction phase-angle converters;
11, 12, 13 - respectively, the first (SM1), second (SM2) and third (SM3) adders;
14, 15, 16, 17, 18 - respectively, the first (UС1), second (UС2), third (UС3), fourth (UС4) and fifth (UС5) multifunction converters;
19 - functional converter (US);
20 is a first registration unit (HS1);
21 - the sixth multifunction converter (US6);
22 is a second registration unit (HS2).
Выход датчика тока 1 присоединен к первому входу датчика фазного угла 6, второму входу первого 14 и третьему входу второго 15 многофункциональных преобразователей. Выход датчика тока 2 присоединен к первому входу датчика фазового угла 7, первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 9, четвертому входу первого 14, пятому входу второго 15, первому входу третьего 16 и второму входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика напряжения 3 присоединен ко вторым входам датчиков фазового угла 6 и 7 и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя 18. The output of the
Выход датчика фазового угла 6 присоединен к первому входу сумматора 11, выход датчика фазового угла 7 присоединен к первому входу сумматора 12, а вторые входы сумматоров 11 и 12 подключены к выходу многофункционального преобразователя фазового угла 9, к которому подключен также четвертый вход пятого многофункционального преобразователя 18. Выход сумматора 11 подключен к третьему входу первого 14 и четвертому входу второго 15, а выход сумматора 12 подключен к пятому входу первого 14, шестому входу второго 15, второму входу третьего 16 и третьему входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. The output of the
Выход датчика тока 4 присоединен к первому входу датчика фазового угла 8, к первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 10, к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика фазы 8 присоединен к первому входу сумматора 13, ко второму входу которого подключен выход многофункционального преобразователя фазы 10. Выход сумматора 13 присоединен к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. The output of the
Выход первого многофункционального преобразователя 14 присоединен к первому входу второго многофункционального преобразователя 15 и к первому входу пятого многофункционального преобразователя 18, ко второму входу которого подключен выход второго 15, к пятому входу подключен выход четвертого 17, а к шестому входу подключен выход третьего 16 многофункциональных преобразователей. The output of the
Выход пятого многофункционального преобразователя 18 подключен к блоку регистрации 20 и через функциональный преобразователь 19 - к первому входу первого 14 и второму входу второго 15 многофункциональных преобразователей. The output of the
Первый вход шестого многофункционального преобразователя 21 подключен к выходу второго многофункционального преобразователя 15. Второй вход шестого многофункционального преобразователя 21 присоединен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла 9. Третий вход шестого многофункционального преобразователя 21 подключен к выходу датчика напряжения 3. Четвертый вход шестого многофункционального преобразователя 21 подключен к выходу третьего многофункционального преобразователя 16, а пятый вход - к выходу четвертого многофункционального преобразователя 17. Выход шестого многофункционального преобразователя 21 присоединен к седьмому входу пятого многофункционального преобразователя 18 и ко входу второго блока регистрации 22. The first input of the
Датчики тока 2 и 4 фиксируют соответственно на первой и второй подстанциях суммарные токи IA и IB фидеров контактной сети данного плеча питания. Датчик тока 1 фиксирует ток I'1 поврежденной контактной сети на первой подстанции. Датчики напряжений 3 и 5 фиксируют напряжения UA и UB соответственно на первой и второй подстанциях. Датчики фазовых углов 6, 7 и 8 фиксируют фазовые углы φ1, φA, и φB соответственно между напряжением UA и током I'1, а также напряжением UA и током IA первой подстанции и напряжением UB и током IB второй подстанции.
Первый многофункциональный преобразователь фазового угла 9 формирует на выходе сигнал ψA, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где ZпА - сопротивление первой подстанции.The first multifunctional phase angle converter 9 generates a signal ψ A at the output, realizing a computational algorithm in the form of an expression
where Z pA is the resistance of the first substation.
Второй многофункциональный преобразователь фазового угла 10 формирует выходной сигнал ψB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где ZпВ - сопротивление второй подстанции.The second multifunctional
where Z pV is the resistance of the second substation.
Сумматоры 11, 12, и 13 формируют на выходе соответственно сигналы α1, αA, αB, реализуя вычислительные алгоритмы в виде выражений
α1 = φ1+ψA, (3)
αA = φA+ψA, (4)
αB = φB+ψB. (5)
Первый многофункциональный преобразователь 14 формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где zс, xвс - известное полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zвс, xвс - известное полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zp, rp, xp - известное полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;
известный фазовый угол (аргумент) полного сопротивления zc-zвс;
ν - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.
α 1 = φ 1 + ψ A , (3)
α A = φ A + ψ A , (4)
α B = φ B + ψ B. (5)
The
where z c , x sun is the known total inductively decoupled resistance of the contact network of one path and its inductive component over a length of 1 km;
z sun , x sun - the known total inductively decoupled resistance of mutual inductive coupling of contact networks of adjacent paths and its inductive component over a length of 1 km;
z p , r p , x p is the known total inductively decoupled resistance of the rail circuit and its active and inductive components over a length of 1 km;
known phase angle (argument) of the impedance z c -z sun ;
ν - coefficient taking into account the decrease in the resistance of the rail circuit due to the shunting effect of the earth.
Второй многофункциональный преобразователь 15 формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Третий многофункциональный преобразователь 16 формирует выходной сигнал Iк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Пятый многофункциональный преобразователь 18 формирует выходной сигнал lк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Шестой многофункциональный преобразователь 21 формирует выходной сигнал Rд, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
Функциональный преобразователь 19 формирует зависимость между удаленностью lк короткого замыкания и коэффициентом ν, учитывающим шунтирующее влияние земли (утечку тока из рельсов в землю) на участке от первой подстанции до места короткого замыкания. На основании [7] такой функциональный преобразователь может реализовывать вычислительный алгоритм (или нелинейную зависимость) в виде выражения
где m - известная величина, зависящая от значения сопротивления контура рельсы-земля и высоты подвеса контактной сети;
γ - известный коэффициент распространения рельсовой цепи.The
The third
The fourth multifunction converter generates an output signal α k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
The
The
The
where m is the known value, depending on the resistance value of the rail-to-ground circuit and the height of the suspension of the contact network;
γ is a known rail chain propagation coefficient.
Для того, чтобы блок регистрации 18 фиксировал значение удаленности lк с учетом действительного значения коэффициента ν, соответствующего именно этой величине удаленности, функциональный преобразователь 19 включен в цепь обратной связи первого 14 и второго 15 многофункциональных преобразователей.In order for the
Датчики тока 1, 2 и 4 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов тока. Датчики напряжения 3 и 5 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов напряжения. Датчики фазового угла 6, 7 и 8 выполняются известным образом на основе цифровых или аналоговых фазометров [8]. The
Функциональный и многофункциональные преобразователи 9, 10, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 могут быть выполнены с применением аналоговых [9] или цифровых микросхем и микропроцессорных комплектов [10]. Functional and
Многофункциональный преобразователь 21 может быть выполнен с применением аналоговых [9] или цифровых микросхем и микропроцессорных комплектов [10]. The
При возникновении в контактной сети короткого замыкания датчики тока 1, 2 и 4, датчики напряжения 3 и 5, датчики фазового угла 6, 7 и 8 фиксируют на первой и второй подстанциях параметры аварийного режима соответственно I'1, IA, IB, UA, UB, φ1, φA, φB. Сигналы, несущие информацию о постоянных параметрах подстанций, параметрах тяговой сети и параметрах аварийного режима, поступают на соответствующие входы сумматоров, многофункциональных и функционального преобразователей, которые по заданным алгоритмам (1)-(9) и (11), (12), (13) удаленность короткого замыкания lк и сопротивление дуги (переходное сопротивление) Rд.In the event of a short circuit in the contact network,
Достигаемый технический результат (преимущества по сравнению с прототипом) заключается в следующем:
- однозначная и прямая зависимость искомого расстояния lк от параметров аварийного режима и постоянных параметров тяговой сети;
- отсутствие влияния сопротивления дуги на результаты определения расстояния lк;
- отсутствие влияния утечки тока из рельсов в землю (шунтирующее влияние земли) на результаты определения lк;
- возможность определения сопротивления дуги в месте короткого замыкания, что позволяет прогнозировать характер повреждения.Achievable technical result (advantages compared to the prototype) is as follows:
- unambiguous and direct dependence of the desired distance l to on the emergency mode parameters and the constant parameters of the traction network;
- the absence of the influence of arc resistance on the results of determining the distance l to ;
- the absence of the influence of current leakage from the rails to the ground (shunting effect of the earth) on the results of determining l k ;
- the ability to determine the resistance of the arc in the place of short circuit, which allows to predict the nature of the damage.
Обоснование aлгoритмов для 1-го и 2-го вариантов
Обоснование работоспособности и точности изобретения основано на известной индуктивно развязанной схеме замещения тяговой сети участка электрифицированной железной дороги [7]. На фиг. 3, а приведена схема питания от двух смежных подстанций А и В двухпутного участка (межподстанционной зоны) с постом секционирования ПС. Расстояние от подстанции А до точки К короткого замыкания - lк, до поста секционирования ПС - l1. Расстояние от поста секционирования ПС до подстанции В - l2. Устройства для определения удаленности места короткого замыкания размещаются в местах установки высоковольтных выключателей QA1, QA2, QB1, QB2. Обоснование приведено для устройства, размещенного в месте установки выключателя QA1. Для его размещения у других выключателей обоснование аналогично.Justification of algorithms for the 1st and 2nd options
The rationale for the operability and accuracy of the invention is based on the well-known inductively decoupled equivalent circuit of the traction network of the electrified railway section [7]. In FIG. 3a, the power supply circuit from two adjacent substations A and B of the double-track section (inter-substation zone) with a sectioning station is shown. The distance from the substation A to the point K of the short circuit is l k , to the station of the PS sectioning is l 1 . The distance from the sectioning station PS to substation B is l 2 . Devices for determining the distance of a short circuit are located at the installation sites of high-voltage switches QA1, QA2, QB1, QB2. The rationale is for a device located at the installation location of the QA1 switch. For its placement with other switches, the rationale is similar.
Приведенной схеме питания соответствует индуктивно развязанная схема замещения, показанная на фиг. 3б и воспроизведенная из [7]. The above power supply circuit corresponds to the inductively isolated equivalent circuit shown in FIG. 3b and reproduced from [7].
На схеме замещения приняты обозначения:
UA,xx, UB,xx - напряжения холостого хода соответственно подстанций А и В;
UA, UB - напряжения на шинах соответственно подстанций А и В;
IA, IB - суммарные токи фидеров данного плеча питания соответственно подстанций А и В;
Iк - ток в дуге в месте короткого замыкания;
I'1, I''1 - токи поврежденной контактной сети соответственно на участках lк и l1-lк;
ZпА, ZпВ - сопротивления соответственно подстанций А и В;
ZpA, ZpB - сопротивления рельсовой цепи соответственно на участках lк и l1+l2-lк, т.е. от точки К до соответствующих подстанций А и В;
Z'1, Z"1 - сопротивления поврежденной контактной сети соответственно на участках lк и l1-lк;
Z1q - сопротивление контактной сети другого пути на участке l1;
Z'вс, Z"вс - сопротивления, учитывающие взаимное индуктивное влияние контактных сетей двух путей на участках соответственно lк и l1-lк;
Z2 - сопротивление контактной сети двух путей на участке l2;
Rд - сопротивление электрической дуги.In the equivalent circuit, the notation
U A, xx , U B, xx are the open circuit voltages of substations A and B, respectively;
U A , U B - voltage on the buses of substations A and B, respectively;
I A , I B - total currents of feeders of a given power arm, respectively, of substations A and B;
I to - current in the arc in the place of a short circuit;
I ' 1 , I'' 1 - currents of the damaged contact network, respectively, in sections l k and l 1 -l k ;
Z pA , Z pV - resistances of substations A and B, respectively;
Z pA , Z pB are the resistances of the rail circuit, respectively, in the sections l k and l 1 + l 2 -l k , i.e. from point K to the corresponding substations A and B;
Z ' 1 , Z " 1 - resistance of the damaged contact network, respectively, in the areas l to and l 1 -l to ;
Z 1q is the resistance of the contact network of another path in the area l 1 ;
Z ' sun , Z " sun - resistance, taking into account the mutual inductive effect of the contact networks of two paths on the sections, respectively, l to and l 1 -l to ;
Z 2 - the resistance of the contact network of two paths on the plot l 2 ;
R d - the resistance of the electric arc.
В соответствии с [7] имеем:
где zc - значение полного погонного индуктивно развязанного сопротивления контактной сети одного пути на длине 1 км;
zвс - погонное значение индуктивно развязанного сопротивления взаимоиндукции между контактными сетями двух путей на длине 1 км;
zp - погонное значение индуктивно развязанного сопротивления рельсовой цепи на длине 1 км;
ν - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.In accordance with [7] we have:
where z c is the value of the total linear inductively decoupled resistance of the contact network of one path over a length of 1 km;
z sun is the linear value of the inductively decoupled mutual induction resistance between the contact networks of two paths over a length of 1 km;
z p is the linear value of the inductively decoupled resistance of the rail circuit over a length of 1 km;
ν - coefficient taking into account the decrease in the resistance of the rail circuit due to the shunting effect of the earth.
На основании второго закона Кирхгофа имеем:
Подставив сюда выражения (14) и решив уравнение относительно lк, получаем:
Формула (15) определяет однозначную зависимость удаленности lк короткого замыкания от влияющих факторов. Для ее практического использования необходимо иметь сведения не только о величине напряжения UA и токах IA, I'1 (и их фазовых углах), которые могут быть измерены, но и о величинах Iк (и его фазовом угле) и Rд, которые в момент внезапного короткого замыкания измерены быть не могут.Based on the second law of Kirchhoff, we have:
Substituting expressions (14) here and solving the equation for l k , we obtain:
Formula (15) determines the unambiguous dependence of the distance l to the short circuit on influencing factors. For its practical use, it is necessary to have information not only about the voltage U A and currents I A , I ' 1 (and their phase angles), which can be measured, but also about the values of I k (and its phase angle) and R d , which cannot be measured at the time of a sudden short circuit.
Особенностью предложенных в изобретении алгоритмов является отсчет всех векторов синусоидальных величин напряжений и токов в схеме замещения от одной оси. В качестве такой оси принимаются направления векторов напряжений холостого хода UA,xx и UB,xx, которые считаются совпадающими по фазе. Кроме того, используется известное положение, согласно которому полное сопротивление тяговых трансформаторов принимается равным его индуктивной составляющей (ZпА=XпА).A feature of the algorithms proposed in the invention is the countdown of all vectors of sinusoidal values of voltages and currents in the equivalent circuit from one axis. The directions of the open-circuit stress vectors U A, xx and U B, xx , which are considered to be coincident in phase, are taken as such an axis. In addition, a well-known position is used, according to which the impedance of traction transformers is taken equal to its inductive component (Z pA = X pA ).
На векторной диаграмме, приведенной на фиг. 4, показаны взаимные расположения векторов Ток IA отстает от напряжения UA на угол φA. Ток I'1 отстает от напряжения UA на угол φ1. В свою очередь напряжение UA отстает от напряжения UA,xx на угол ψA, который зависит от падения напряжения в сопротивлении подстанции. Поскольку это сопротивление носит практически чисто индуктивный характер, то вектор падения напряжения опережает вектор тока на угол 90o. Векторная диаграмма для подстанции В имеет аналогичный вид.In the vector diagram shown in FIG. 4 shows the relative positions of the vectors The current I A lags the voltage U A by an angle φ A. The current I ' 1 lags the voltage U A by an angle φ 1 . In turn, the voltage U A lags behind the voltage U A, xx by an angle ψ A , which depends on the voltage drop in the resistance of the substation. Since this resistance is almost purely inductive, the voltage drop vector ahead of the current vector at an angle of 90 o . The vector diagram for substation B has a similar form.
На основании теорем косинусов и синусов для треугольника получаем из этих векторных диаграмм выражения (1) и (2). Based on the theorems of cosines and sines for a triangle, we obtain expressions (1) and (2) from these vector diagrams.
Комплексная величина тока короткого замыкания, как известно равна
где Iк,а, Iк,p - соответственно активная и реактивная составляющие тока Iк.The complex value of the short circuit current is known to be
where I to, a , I to, p - respectively, the active and reactive components of the current I to .
Из векторной диаграммы (фиг. 4) следует, что фазовый угол между напряжением и током равен αA = φA+ψA. Аналогично имеем величину фазового угла между напряжением и током , равным αB = φB+ψB. Следовательно, имеем:
Iк,a = IAcosαA+IBcosαB
Iк,р = IAsinαA+IBsinαB.
Модуль тока короткого замыкания равен:
Подставив сюда выражения для Iк,а и Iк,р, получим формулу (8). Аргумент тока короткого замыкания равен:
Подставив сюда значение Iк,р и Iк из формулы (8), получим выражение (9). Обозначим:
где аргументы сопротивлений соответственно и
Используя фазовые углы измеренные от одной оси, формулу (15) представим в виде:
Знаменатель этого выражения представим в виде:
Используя для показательной функции формулу Эйлера, получим значение активной Ма и реактивной Мр составляющих величины М.From the vector diagram (Fig. 4) it follows that the phase angle between the voltage and current is equal to α A = φ A + ψ A. Similarly, we have the phase angle between the voltage and current equal to α B = φ B + ψ B. Therefore, we have:
I k, a = I A cosα A + I B cosα B
I k, p = I A sinα A + I B sinα B.
The short-circuit current module is:
Substituting here the expressions for I k, a and I k, p , we obtain formula (8). The short circuit current argument is:
Substituting here the value of I to, p and I to from the formula (8), we obtain the expression (9). Denote:
Where resistance arguments respectively and
Using phase angles measured from one axis, we represent the formula (15) in the form:
The denominator of this expression is represented as:
Using the Euler formula for the exponential function, we obtain the value of the active M a and reactive M p components of M.
Модуль величины равен
Подставив сюда значения Mа и Мр, получим формулу (6). Аргумент величины равен:
Подставив сюда значение Мр и значение М из формулы (6), получим формулу (7).
Magnitude modulus is equal to
Substituting here the values of M a and M p , we obtain the formula (6). Value argument is equal to:
Substituting here the value of M p and the value of M from the formula (6), we obtain the formula (7).
С учетом полученных выражений формула (16) может быть теперь представлена в виде:
Поскольку расстояние lк не имеет мнимой части по определению (оно вещественно), то в числителе выражения (17) сумма всех членов, содержащих множитель j, равна нулю, т. е.Given the obtained expressions, formula (16) can now be represented as:
Since the distance l to does not have an imaginary part by definition (it is real), the sum of all terms containing the factor j in the numerator of expression (17) is zero, i.e.
UAsin(ψA-αM)-IкRдsin(αк-αM) = 0 (18)
Решая это выражение относительно сопротивления дуги, получаем формулу (13). Учитывая условие (18) и подставляя в выражение (16) формулу (13) получаем выражение (10).U A sin (ψ A -α M ) -I to R d sin (α to -α M ) = 0 (18)
Solving this expression with respect to arc resistance, we obtain formula (13). Taking into account condition (18) and substituting formula (13) into expression (16), we obtain expression (10).
Источники информации
1. Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я. Устройство определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока. А.с. 161410, кл. G 01 r; 21 е. 29/10; B 61 m; 20 к 20, заявл. 787278/24-7, опубл. 16.07.62, БИ 7.Sources of information
1. Figurnov EP, Samsonov Yu.Ya. Device for determining the location of a short circuit in the contact network of railways of alternating current. A.S. 161410, class G 01 r; 21 e. 29/10; B 61 m; 20 to 20, stated 787278 / 24-7, publ. 07.16.62, BI 7.
2. Фигурнов Е. П. Защита электротяговых сетей переменного тока от коротких замыканий. М.: Транспорт, 1979. 160 с. 2. Figurnov E. P. Protection of electric traction AC networks from short circuits. M .: Transport, 1979. 160 p.
3. А.с. СССР 740555, М.кл2 В 60 М 1/100. Устройство для определения места повреждения тяговой сети электрифицированной железной дороги. А.С. Бочев, В. В. Кузнецов, М.Ю. Тупченко, Е.П. Фигурнов (СССР). - 2662505/24-11; заявл. 13.09.78; опубл. 15.06.80, БИ 22
4. Бочев А.С., Кузнецов В.В., Тупченко М.Ю. Возможный способ определения места короткого замыкания в тяговой сети 2х25 кВ. - В кн.: Режимы работы, диагностика и контроль устройств электроснабжения железных дорог. Ростов н/Д, 1979. С. 43-47.3. A.S. USSR 740555, Mkl 2 V 60
4. Bochev A.S., Kuznetsov V.V., Tupchenko M.Yu. A possible way to determine the location of a short circuit in a traction network of 2x25 kV. - In the book: Operating modes, diagnostics and control of railway power supply devices. Rostov n / a, 1979.P. 43-47.
5. Тупченко М. Ю. Определение мест повреждения в электротяговых сетях 2х25 кВ с автотрансформаторами. Кандидатская диссертация. - М.: МИИТ, 1984. 5. Tupchenko M. Yu. Determination of places of damage in electric traction networks 2x25 kV with autotransformers. PhD thesis. - M.: MIIT, 1984.
6. Система телемеханики "Лисна" для электрифицированных железных дорог / Е. Е. Байкеев, Г.М. Корсаков, В.Я. Овласюк, Н.Д. Сухопрудский. Под ред. Н.Д. Сухопрудского. - М.: Транспорт, 1979. 215 с. 6. The system of telemechanics "Lisna" for electrified railways / E. E. Baykeev, G. M. Korsakov, V.Ya. Ovlasyuk, N.D. Sukhoprudsky. Ed. N.D. Sukhoprudsky. - M .: Transport, 1979. 215 p.
7. Фигурнов Е. П. Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока. Электричество, 1997, 5. С. 23-29. 7. Figurnov EP Resistance of electric traction network of single-phase alternating current. Electricity, 1997, 5. S. 23-29.
8. Основы метрологии и электрические измерения / Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е. М. Душин и др./ Под ред. Е.М. Душина. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. 8. Fundamentals of metrology and electrical measurements / B.Ya. Avdeev, E.M. Antonyuk, E.M. Dushin et al. / Ed. EAT. Dushina. - 6th ed., Revised. and add. - L .: Energoatomizdat, 1987.
9. Алексенко А. Г., Коломбет Е. А., Стародуб Г. И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. 9. Aleksenko A. G., Colombet E. A., Starodub G. I. Application of precision analog microcircuits. Ed. 2nd, rev. and add. - M .: Radio and communications, 1985.
10. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990. 496 с. 10. Digital and analog integrated circuits: Reference book / S.V. Yakubovsky, L.I. Nisselson, V.I. Kuleshov et al .; Ed. S.V. Yakubovsky. - M .: Radio and communications, 1990.496 s.
Claims (2)
второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал ψB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
первый сумматор формирует выходной сигнал α1, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения α1= φ1+ψA, второй сумматор формирует выходной сигнал αA, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αA= φA+ψA, третий сумматор формирует выходной сигнал αB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αB= φB+ψB, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал Iк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал lк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
где zвс, xвс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zс - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;
zp, rp, xp - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;
ZnA, ZnB - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;
фазовый угол (аргумент) полного сопротивления zc-zвс;
ν - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли;
lк - выходной сигнал, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания.1. A device for determining the distance of a short circuit in the traction network of an electrified vehicle, containing a current sensor I A measuring the total current of the feeders of the contact network of a given power arm, and a voltage sensor U A at the first substation, a current sensor I B measuring the total current of the feeders of the contact network of the same shoulder power and voltage sensor U B at the second substation, as well as the first adder and the register unit, characterized in that it is further provided with a current sensor I '1 feeder damaged catenary dates ikami phase angles, respectively, φ 1 and φ A, the first multi-function converter phase angle and the second adder at the first substation, the sensor phase angle φ B, the second multi-function converter phase angle and the third adder at the second substation, as well as first, second, third, fourth and fifth multifunction transducers and functional converter, wherein the current sensor output I '1 is coupled to a first input of the phase angle φ of the sensor 1, the second input of the first second and third input multifunction tional converters, current output of the sensor I A is connected to the first sensor input phase angle φ A, to the first input of the first multi-function converter phase angle to a fourth input of the first, fifth input of the second, the first input of the third and the second input of the fourth multifunction transducer voltage sensor output U A connected respectively to the second inputs of the phase angle φ of the sensor 1, the sensor phase angle φ a and a first phase angle multifunction converter and to the third input of the fifth multifunction tional converter current sensor output I B is connected to first inputs, respectively, of the sensor phase angle φ B and the second multifunctional inverter phase angle, to the third input of the third and fourth input of the fourth multifunction transducer voltage sensor output U B is connected to the second inputs, respectively, of the sensor phase angle φ B and the second multifunction phase angle converter, the output of the phase angle sensor φ 1 is connected to the first input of the first adder, the second input of which connected to the output of the first multifunction phase angle converter, and the output to the third input of the first and fourth input of the second multifunction converters, the output of the phase angle sensor φ A is connected to the first input of the second adder, the second input of which is connected to the output of the first multifunction phase angle converter and the fourth input fifth multifunction converter, and the output is connected to the fifth input of the first, sixth input of the second, second input of the third and third input of the fourth nogofunktsionalnyh transducers, the sensor output of the phase angle φ B is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the second multifunction inverter phase angle, and an output - to a fourth input of the third and fifth input of the fourth multifunction transducer output first multifunctional converter is connected to first inputs respectively, of the second and fifth multifunction converters, the output of the second multifunction converter is connected to the second input of the fifth multifunction converter, to the sixth input of which the output of the third and first input of the fourth is connected, and the output of the fourth multifunction converters is connected to the fifth input, and the output is connected to the recording unit and through the functional converter to the first input of the first and second input of the second multifunction converters, the first multifunction phase-angle converter generates an output signal ψ A , realizing a computational algorithm in the form of the expression
the second multifunctional phase angle converter generates an output signal ψ B , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the first adder generates the output signal α 1 , implementing the computational algorithm in the form of the expression α 1 = φ 1 + ψ A , the second adder generates the output signal α A , realizing the computational algorithm in the form of the expression α A = φ A + ψ A , the third adder generates the output the signal α B , realizing the computational algorithm in the form of the expression α B = φ B + ψ B , the first multifunction converter generates the output signal M, realizing the computational algorithm in the form of the expression
a second multifunction converter generates an output signal implementing a computational algorithm in the form of an expression
the third multifunction converter generates an output signal I k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the fourth multifunction converter generates an output signal α k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the fifth multifunction converter generates an output signal l k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
where z sun , x sun - full inductively decoupled resistance of mutual inductive coupling of contact networks of adjacent paths and its inductive component over a length of 1 km;
z с - full inductively decoupled resistance of the contact network of one path over a length of 1 km;
z p , r p , x p - full inductively decoupled resistance of the rail circuit and its active and inductive components over a length of 1 km;
Z nA , Z nB are the resistances of the first and second substations, respectively;
phase angle (argument) of the impedance z c -z sun ;
ν - coefficient taking into account the decrease in the resistance of the rail circuit due to the shunting effect of the earth;
l to - output signal characterizing the distance from the first substation to the place of short circuit.
второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал ψB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
первый сумматор формирует выходной сигнал α1, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения α1= φ1+ψA, второй сумматор формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αA= φA+ψA, третий сумматор формирует выходной сигнал αB, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения αB= φB+ψB, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал M, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αM, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал Iк, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал αk, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения
пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал lk, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания, реализуя вычислительный алгоритм в виде
где RД - сигнал, формируемый на выходе шестого многофункционального преобразователя и соответствующий сопротивлению места короткого замыкания, полученный путем реализации указанным преобразователем вычислительного алгоритма в виде выражения
где zвс, xвс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;
zс - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;
zp, rp, xp - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;
ZnA, ZnB - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;
фазовый угол (аргумент) полного сопротивления zс-zвс;
ν - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.2. A device for determining the distance of a short circuit in the traction network of an electrified vehicle, containing a current sensor I A measuring the total current of the feeders of the contact network of a given power arm, and a voltage sensor U A at the first substation, a current sensor I B measuring the total current of the feeders of the contact network of the same shoulder power and voltage sensor U B at the second substation, as well as the first adder and the register unit, characterized in that it is further provided with a current sensor I '1 feeder damaged catenary dates ikami phase angles, respectively, φ 1 and φ A, the first multi-function converter phase angle and the second adder at the first substation, the sensor phase angle φ B, the second multi-function converter phase angle and the third adder at the second substation, as well as first, second, third, fourth, fifth and sixth multifunctional converters, a functional converter and a second registration unit, and the output of the current sensor I ' 1 is connected to the first input of the phase angle sensor φ 1 , the second input of the first and the third input of the second multifunctional converters, the output of the current sensor I A is connected to the first input of the phase angle sensor φ A , to the first input of the first multifunctional phase angle converter, the fourth input of the first, the fifth input of the second, the first input of the third and second input of the fourth multifunction converters, the output the voltage sensor U A is connected to the second inputs, respectively, of the phase angle sensor φ 1 , the phase angle sensor φ A and the first multifunction phase angle converter and to the third input of the fifth multifunction converter, the output of the current sensor I B is connected to the first inputs of the phase angle sensor φ B and the second multifunction converter of the phase angle, to the third input of the third and fourth input of the fourth multifunction converters, the output of the voltage sensor U B is connected to the second inputs respectively, of the phase angle sensor φ B and the second multifunctional phase angle converter, the output of the phase angle sensor φ l is connected to the first input of the first the adder, the second input of which is connected to the output of the first multifunction phase angle converter, and the output is to the third input of the first and fourth input of the second multifunction converters, the output of the phase angle sensor φ A is connected to the first input of the second adder, the second input of which is connected to the output of the first multifunction converter phase angle and the fourth input of the fifth multifunction converter, and the output is connected to the fifth input of the first, sixth input of the second, second input of the tre the third and third input of the fourth multifunction converters, the output of the phase angle sensor φ B is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the second multifunction phase angle converter, and the output to the fourth input of the third and fifth input of the fourth multifunction converters the converter is connected to the first inputs of the second and fifth multifunction converters, respectively, the output of the second multifunction of the other converter is connected to the second input of the fifth multifunction converter, to the sixth input of which the output of the third and first input of the fourth are connected, and the output of the fourth multifunction converters is connected to the fifth input, and the output is connected to the first recording unit and through the functional converter to the first input of the first and second the input of the second multifunction converters, and the first input of the said multifunction converter is connected to the output of the second multifunction converter, a second input connected to the output of the first multifunction inverter phase angle, the third input is connected to the voltage sensor output U A, a fourth input connected to the output of the third and fifth input - to the output of the fourth multifunctional transducers and its output connected to the seventh input of the fifth multifunction converter and to the input of the second registration unit, while the first multifunction phase angle converter generates an output signal ψ A , realizing a computational algorithm in de expressions
the second multifunctional phase angle converter generates an output signal ψ B , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the first adder generates an output signal α 1 , implementing a computational algorithm in the form of the expression α 1 = φ 1 + ψ A , the second adder generates an output signal realizing the computational algorithm in the form of the expression α A = φ A + ψ A , the third adder generates the output signal α B , realizing the computational algorithm in the form of the expression α B = φ A + ψ B , the first multifunction converter generates the output signal M, implementing the computational algorithm in form of expression
the second multifunction converter generates an output signal α M , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the third multifunction converter generates an output signal I k , realizing a computational algorithm in the form of an expression
the fourth multifunction converter generates an output signal α k , implementing a computational algorithm in the form of an expression
the fifth multifunction converter generates an output signal l k characterizing the distance from the first substation to the place of a short circuit, implementing a computational algorithm in the form
where R D is the signal generated at the output of the sixth multifunction converter and corresponding to the resistance of the short circuit, obtained by the implementation of the specified converter computing algorithm in the form of the expression
where z sun , x sun - full inductively decoupled resistance of mutual inductive coupling of contact networks of adjacent paths and its inductive component over a length of 1 km;
z с - full inductively decoupled resistance of the contact network of one path over a length of 1 km;
z p , r p , x p is the total inductively decoupled resistance of the rail circuit and its active and inductive components over a length of 1 km;
Z nA , Z nB are the resistances of the first and second substations, respectively;
phase angle (argument) of the impedance z with -z sun ;
ν - coefficient taking into account the decrease in the resistance of the rail circuit due to the shunting effect of the earth.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98110757A RU2181672C2 (en) | 1998-06-01 | 1998-06-01 | Ground fault detector in traction network of electrified transport (alternatives) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98110757A RU2181672C2 (en) | 1998-06-01 | 1998-06-01 | Ground fault detector in traction network of electrified transport (alternatives) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98110757A RU98110757A (en) | 2000-03-10 |
RU2181672C2 true RU2181672C2 (en) | 2002-04-27 |
Family
ID=20206905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98110757A RU2181672C2 (en) | 1998-06-01 | 1998-06-01 | Ground fault detector in traction network of electrified transport (alternatives) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2181672C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2619625C2 (en) * | 2015-09-22 | 2017-05-17 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Ростовский Государственный Университет Путей Сообщения" | Method of determining remoteness of short curcuit in contact network of electric transport (versions) |
-
1998
- 1998-06-01 RU RU98110757A patent/RU2181672C2/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2619625C2 (en) * | 2015-09-22 | 2017-05-17 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Ростовский Государственный Университет Путей Сообщения" | Method of determining remoteness of short curcuit in contact network of electric transport (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pries et al. | A 50-kW three-phase wireless power transfer system using bipolar windings and series resonant networks for rotating magnetic fields | |
Feng et al. | Advances in high-power wireless charging systems: Overview and design considerations | |
US5572138A (en) | Method and device for determining the direction to a fault on a power transmission line | |
Sagar et al. | A comprehensive review of the recent development of wireless power transfer technologies for electric vehicle charging systems | |
JP2828863B2 (en) | Unbalance compensator for 3-phase / 2-phase converter | |
CN112305436A (en) | Battery monitoring device | |
Sheng et al. | Mutual inductance and load identification method for inductively coupled power transfer system based on auxiliary inverter | |
Andersson et al. | A three-pulse model of DC side harmonic flow in HVDC systems | |
Yang et al. | Design and test of a planarized high power density 100 kW SiC traction inverter with 1kV dc-link | |
RU2181672C2 (en) | Ground fault detector in traction network of electrified transport (alternatives) | |
Onar et al. | A 100-kw wireless power transfer system development using polyphase electromagnetic couplers | |
Hill et al. | A frequency domain model for 3 kV DC traction DC-side resonance identification | |
RU2153426C2 (en) | Contact system short-circuit fault indicator | |
Hayes et al. | Comparison of test methods for characterization of high-leakage two-winding transformers | |
Owen et al. | Distribution system harmonics: controls for large power converters | |
RU2747112C1 (en) | Method for determining the distance of a short circuit in the ac contact network of a multipath section (options) | |
RU2189606C1 (en) | Procedure determining distance to short-circuit point in ac contact network and device for its realization | |
CN109617017B (en) | Generator stator grounding protection system, method and device | |
JP3929177B2 (en) | Multi-level power converter | |
Hill et al. | In situ determination of rail track electrical impedance and admittance matrix elements | |
Kusaka et al. | Radiative noise reduction technique using 12 coils suitable for high-power inductive power transfer | |
JPWO2019207640A1 (en) | Power converter and constant acquisition method | |
Ma et al. | An AC line pilot protection scheme for AC/DC hybrid system based on composite mode power difference | |
Pan et al. | A Modular Single-Channel Dual-Frequency Wireless Power Transfer System to Achieve Multiple Selective Constant-Voltage Outputs with Zero Phase Plane | |
Mbogela | Performance Evaluation and Control of an Mmc Active Rectifier with Half-Bridge and Full-Bridge Submodules for Hvdc Applications |