RU2747112C1 - Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка (варианты) - Google Patents

Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2747112C1
RU2747112C1 RU2020134887A RU2020134887A RU2747112C1 RU 2747112 C1 RU2747112 C1 RU 2747112C1 RU 2020134887 A RU2020134887 A RU 2020134887A RU 2020134887 A RU2020134887 A RU 2020134887A RU 2747112 C1 RU2747112 C1 RU 2747112C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
short circuit
distance
current
contact network
voltage
Prior art date
Application number
RU2020134887A
Other languages
English (en)
Inventor
Леонид Абрамович Герман
Камиль Субханвердиевич Субханвердиев
Евгений Петрович Фигурнов
Илья Петрович Петров
Александр Юрьевич Попов
Евгений Владимирович Вязов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Priority to RU2020134887A priority Critical patent/RU2747112C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2747112C1 publication Critical patent/RU2747112C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Locating Faults (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к линиям электроснабжения транспортных средств на электротяге. Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка по параметрам аварийного режима заключается в том, что измеряют напряжение UПСна шинах, питающих контактную сеть, ток I'1питающей линии поврежденной контактной сети и угла сдвига фаз ϕ1между ними. При этом дополнительно измеряют ток I2питающей линии неповрежденной контактной сети какого-либо из смежных путей того же направления и угол сдвига фаз ϕ2между указанным током и напряжением UПС.С помощью вычислительного алгоритма вычисляют угол сдвига фаз ϕKмежду суммарным током, протекающим через место короткого замыкания, и напряжением UПС, также вычисляют значение функций zy1и zy2. Затем с помощью полученных значений определяют удаленность короткого замыкания с помощью конечного вычислительного алгоритма. Также заявлен второй вариант способа определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка по параметрам аварийного режима. Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения удаленности короткого замыкания в контактной сети. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может быть использовано в системах электроснабжения тяги для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка с постом секционирования.
Уровень техники
Первый заявленный вариант способа. Известен способ для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети по параметрам аварийного режима, реализованный в устройстве [1]. Он заключается в измерении напряжения U на шинах тяговой подстанции в указанном режиме и тока I питающей линии (фидера) поврежденной контактной сети и вычислении параметра Z по формуле
Figure 00000001
на основании которого судят об удаленности места короткого замыкания. Способу присуща низкая точность из-за влияния сопротивления дуги, возникающей при перекрытии гирлянды изоляторов, и не учете нелинейной зависимости сопротивления рельсов от расстояния из-за шунтирующего влияния земли. Кроме того, на участках с числом путей два и более между величиной Z и расстоянием (удаленности) до места короткого замыкания нет прямой зависимости из-за индуктивного влияния тока контактной сети смежных путей. По указанным причинам погрешность при определении расстояния (удаленности) до места короткого замыкания по величине Z может достичь 4 км и более, что лишает смысла применение этого способа.
Известен способ для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока, реализованный в устройстве [2]. Сущность способа заключается в том, что при наступлении аварийного режима (короткого замыкания контактной сети какого-либо пути) измеряют напряжение U на шинах подстанции, ток I линии, питающей поврежденную контактную сеть, фазовый угол (угол сдвига фаз) ϕ между ними и вычисляют функцию
Figure 00000002
на основании которой судят об удаленности места короткого замыкания.
На однопутных участках при одностороннем питании контактной сети этот способ более точен, чем предыдущий, поскольку дуга, имеющая практически только активное сопротивление, не влияет на функцию X. Однако при двустороннем питании контактной сети, которое является основным, а тем более на участках с числом путей два и более, зависимость функции Хот удаленности места повреждения становится не однозначной из-за влияния на падение напряжения в дуге тока смежной тяговой подстанции, нелинейной зависимости сопротивления рельсов от удаленности короткого замыкания из-за шунтирующего влияния земли, а также вследствие взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей. По этим причинам погрешность определения удаленности короткого замыкания по параметру X, так же как по параметру Z, при двустороннем питании может достичь нескольких километров, что так же является недопустимо большим [3].
Известен способ определения удаленности короткого замыкания, реализованный в устройстве [4], имеющий наибольшее число существенных признаков, совпадающих с предлагаемых изобретением. Его можно сформулировать как способ определения удаленности короткого замыкания в тяговой сети переменного тока по параметрам аварийного режима путем измерения тока IA плеча питания подстанции, напряжения UA на шинах подстанции, тока I'1 фидера (питающей линии) поврежденной контактной сети и фазового угла ϕ указанного тока относительно напряжения UA, отличающийся тем, что задаются расстоянием
Figure 00000003
до места короткого замыкания и методом последовательных приближений определяют удаленность
Figure 00000004
короткого замыкания в результате математического вычисления коэффициента νA, учитывающего снижение погонного сопротивления 1 км рельсовой цепи из-за шунтирующего влияния земли и дополнительного угла δ, зависящих от удаленности места короткого замыкания, и функции:
Figure 00000005
где хс,1 - индуктивная составляющая индуктивно развязанного сопротивления 1 км контактной сети одного пути;
хр,m - индуктивная составляющая индуктивно развязанного сопротивления 1 км рельсового пути m-путного участка;
хвс - индуктивная составляющая сопротивления, учитывающего взаимную индуктивную связь контактных сетей смежных путей на длине 1 км.
При этом дополнительный угол δ определяется по отношению удаленности короткого замыкания
Figure 00000006
к расстоянию до поста секционирования.
Метод последовательных приближений в устройстве [4] реализован в виде двух положительных обратных связей: между четвертым 10 и первым 4 многофункциональными преобразователями и между функциональным блоком 11 и вторым 6 многофункциональным преобразователем.
Этот способ можно описать следующей последовательностью и условиями действий над материальными объектами с помощью материальных средств:
1) при возникновении аварийного режима (короткого замыкания) контактной сети измеряют на тяговой подстанции напряжение UA на шинах, ток I'1 питающей линии (фидера) поврежденной контактной сети и угол сдвига фаз ϕ1 между током I'1 и напряжением UA;
2) на тяговой подстанции измеряют ток IA плеча питания;
3) задаются каким-либо значением удаленности короткого замыкания
Figure 00000007
4) вычисляют значение коэффициента νA учитывающего снижение погонного сопротивления 1 км рельсовой цепи из-за шунтирующего влияния земли и зависящего от значения
Figure 00000008
5) вычисляют значение дополнительного угла δ, зависящего от значения
Figure 00000009
6) определяют значение
Figure 00000010
используя функцию (вычислительный алгоритм) по формуле (3);
7) сравнивают значение
Figure 00000011
которым задавались в п. 3, с тем значением, которое определено в п. 6. Если эти значения совпадают, то их принимают как окончательные (искомые);
8) если значение
Figure 00000012
принятое в п. 3 и полученное в п. 6, не совпадают, то задаются новым значением
Figure 00000013
и, в соответствии с методом последовательных приближений (методом итераций), повторяют действия по пп. 3-7 до тех пор (столько раз), пока значение
Figure 00000014
принятое в п. 3, не совпадет со значением
Figure 00000015
полученным в п. 6. Такое значение принимают как окончательное (искомое).
Недостатком способа является сложность вычислений и низкая точность. Сложность обусловлена большим числом операций (действий) и необходимостью вычислять коэффициент ν, учитывающий нелинейное по длине снижение погонного сопротивления (сопротивления 1 км) рельсовой сети из-за шунтирующего влияния земли, а также использованием метода последовательных приближений. Низкая точность обусловлена отсутствием сведений о функциональной зависимости дополнительного угла δ, погрешности, возникающей при неравенстве напряжений холостого хода смежных тяговых подстанций, использовании в алгоритме тока IA плеча питания и местом выполнения измерений параметров короткого замыкания (тяговая подстанция).
Как следует вычислять дополнительный угол δ в способе не указано, сказано лишь, что он определяется по отношению удаленности короткого замыкания
Figure 00000016
к расстоянию до поста секционирования. На самом деле, как следует из обоснования, к предлагаемому изобретению, этот угол зависит от отношения комплексных значений токов IA и IB соответственно смежных подстанций А и В, протекающих через место повреждения изоляции контактной сети (место короткого замыкания). Ошибка в определении дополнительного угла всего на несколько градусов может привести к погрешности вычисления удаленности короткого замыкания
Figure 00000017
около 1 км, что недопустимо много. Неравенство напряжений холостого хода смежных тяговых подстанций изменяет соотношение токов IA и IB, изменяет величину дополнительного угла δ, что вызывает изменение искомой величины
Figure 00000018
которое не учитывается. Измерение параметров аварийного режима на тяговой подстанции влияет на снижение точности искомой величины
Figure 00000019
из-за нелинейной зависимости погонного сопротивления рельсовой сети (вследствие шунтирующего влияния земли) от удаленности короткого замыкания, больших значений токов короткого замыкания и недостаточного снижения напряжения при коротких замыканиях. Самое большое изменение погонного сопротивления рельсовой сети имеет место при коротких замыканиях вблизи тяговых подстанций. При повреждениях контактной сети в зоне от тяговой подстанции до поста секционирования токи короткого замыкания, измеряемые на подстанции, весьма велики, что вызывает увеличение токовой и угловой погрешностей трансформаторов тока, с помощью которых осуществляются измерения, и снижение точности исходных для алгоритмов величин. При удаленном коротком замыкании через переходное сопротивление возле поста секционирования снижение напряжения возле тяговой подстанции может оказаться недостаточным для того, чтобы силовая цепь всех электровозов, находящихся в этой зоне, заперлась. Остаточный ток некоторой части электровозов, находящихся возле тяговой подстанции, будет накладываться на измеряемый ток, искажая величину необходимого значения тока короткого замыкания.
Указанные недостатки и причины приводят к снижению точности определения удаленности
Figure 00000020
при использовании приведенной функции.
Второй заявленный вариант способа. Известен способ для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети по параметрам аварийного режима, реализованный в устройстве [1]. Он заключается в измерении напряжения U на шинах тяговой подстанции в указанном режиме и тока I питающей линии (фидера) поврежденной контактной сети и вычислении параметра Z по формуле
Figure 00000021
на основании которого судят об удаленности места короткого замыкания. Способу присуща низкая точность из-за влияния сопротивления дуги, возникающей при перекрытии гирлянды изоляторов, и не учете нелинейной зависимости сопротивления рельсов от расстояния из-за шунтирующего влияния земли. Кроме того, на участках с числом путей два и более между величиной Z и расстоянием (удаленности) до места короткого замыкания нет прямой зависимости из-за индуктивного влияния тока контактной сети смежных путей. По указанным причинам погрешность при определении расстояния (удаленности) до места короткого замыкания по величине Z может достичь 4 км и более, что лишает смысла применение этого способа.
Известен способ для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока, реализованный в устройстве [2]. Сущность способа заключается в том, что при наступлении аварийного режима (короткого замыкания контактной сети какого-либо пути) измеряют напряжение U на шинах подстанции, ток I линии, питающей поврежденную контактную сеть, фазовый угол (угол сдвига фаз) ϕ между ними и вычисляют функцию
Figure 00000022
на основании которой судят об удаленности места короткого замыкания.
На однопутных участках при одностороннем питании контактной сети этот способ более точен, чем предыдущий, поскольку дуга, имеющая практически только активное сопротивление, не влияет на функцию X. Однако при двустороннем питании контактной сети, которое является основным, а тем более на участках с числом путей два и более, зависимость функции Х от удаленности места повреждения становится неоднозначной из-за влияния на падение напряжения в дуге тока смежной тяговой подстанции, нелинейной зависимости сопротивления рельсов от удаленности короткого замыкания из-за шунтирующего влияния земли, а также вследствие взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей. По этим причинам погрешность определения удаленности короткого замыкания по параметру X, так же как по параметру Z, при двустороннем питании может достичь нескольких километров, что так же является недопустимо большим [3].
Известен способ определения удаленности короткого замыкания, реализованный в устройстве [4], имеющий наибольшее число существенных признаков, совпадающих с предлагаемых изобретением. Его можно сформулировать как способ определения удаленности короткого замыкания в тяговой сети переменного тока по параметрам аварийного режима путем измерения тока IA плеча питания подстанции, напряжения UA на шинах подстанции, тока I'1 фидера (питающей линии) поврежденной контактной сети и фазового угла ϕ1 указанного тока относительно напряжения UA, отличающийся тем, что задаются расстоянием
Figure 00000023
до места короткого замыкания и методом последовательных приближений определяют удаленность
Figure 00000024
короткого замыкания в результате математического вычисления коэффициента νA, учитывающего снижение погонного сопротивления 1 км рельсовой цепи из-за шунтирующего влияния земли и дополнительного угла δ, зависящих от удаленности места короткого замыкания, и функции:
Figure 00000025
где xc,1 - индуктивная составляющая индуктивно развязанного сопротивления 1 км контактной сети одного пути;
хр,m - индуктивная составляющая индуктивно развязанного сопротивления 1 км рельсового пути m-путного участка;
хвс - индуктивная составляющая сопротивления, учитывающего взаимную индуктивную связь контактных сетей смежных путей на длине 1 км.
При этом дополнительный угол δ определяется по отношению удаленности короткого замыкания
Figure 00000026
к расстоянию до поста секционирования.
Метод последовательных приближений в устройстве [4] реализован в виде двух положительных обратных связей: между четвертым 10 и первым 4 многофункциональными преобразователями и между функциональным блоком 11 и вторым 6 многофункциональным преобразователем.
Этот способ можно описать следующей последовательностью и условиями действий над материальными объектами с помощью материальных средств:
1) при возникновении аварийного режима (короткого замыкания) контактной сети измеряют на тяговой подстанции напряжение UA на шинах, ток I'1 питающей линии (фидера) поврежденной контактной сети и угол сдвига фаз ϕ1 между током I'1 и напряжением UA;
2) на тяговой подстанции измеряют ток IA плеча питания;
3) задаются каким-либо значением удаленности короткого замыкания
Figure 00000027
4) вычисляют значение коэффициента νA, учитывающего снижение погонного сопротивления 1 км рельсовой цепи из-за шунтирующего влияния земли и зависящего от значения
Figure 00000028
5) вычисляют значение дополнительного угла δ, зависящего от значения
Figure 00000029
6) определяют значение
Figure 00000030
используя функцию (вычислительный алгоритм) по формуле (3);
7) сравнивают значение
Figure 00000031
которым задавались в п. 3, с тем значением, которое определено в п. 6. Если эти значения совпадают, то их принимают как окончательные (искомые);
8) если значение
Figure 00000032
принятое в п. 3 и полученное в п. 6, не совпадают, то задаются новым значением
Figure 00000033
и, в соответствии с методом последовательных приближений (методом итераций), повторяют действия по п.п. 3-7 до тех пор (столько раз), пока значение
Figure 00000034
принятое в п. 3, не совпадет со значением
Figure 00000035
полученным в п. 6. Такое значение принимают как окончательное (искомое).
Недостатком способа является сложность вычислений и низкая точность. Сложность обусловлена большим числом операций (действий) и необходимостью вычислять коэффициент ν, учитывающий нелинейное по длине снижение погонного сопротивления (сопротивления 1 км) рельсовой сети из-за шунтирующего влияния земли, а также использованием метода последовательных приближений. Низкая точность обусловлена отсутствием сведений о функциональной зависимости дополнительного угла δ, погрешности, возникающей при неравенстве напряжений холостого хода смежных тяговых подстанций, использовании в алгоритме тока IA плеча питания и местом выполнения измерений параметров короткого замыкания (тяговая подстанция).
Как следует вычислять дополнительный угол δ в способе не указано, сказано лишь, что он определяется по отношению удаленности короткого замыкания
Figure 00000036
к расстоянию до поста секционирования. На самом деле, как следует из обоснования, к предлагаемому изобретению, этот угол зависит от отношения комплексных значений токов IA и IB соответственно смежных подстанций А и В, протекающих через место повреждения изоляции контактной сети (место короткого замыкания). Ошибка в определении дополнительного угла всего на несколько градусов может привести к погрешности вычисления удаленности короткого замыкания
Figure 00000037
около 1 км, что недопустимо много. Неравенство напряжений холостого хода смежных тяговых подстанций изменяет соотношение токов IA и IB, изменяет величину дополнительного угла δ, что вызывает изменение искомой величины
Figure 00000038
которое не учитывается. Измерение параметров аварийного режима на тяговой подстанции влияет на снижение точности искомой величины
Figure 00000039
из-за нелинейной зависимости погонного сопротивления рельсовой сети (вследствие шунтирующего влияния земли) от удаленности короткого замыкания, больших значений токов короткого замыкания и недостаточного снижения напряжения при коротких замыканиях. Самое большое изменение погонного сопротивления рельсовой сети имеет место при коротких замыканиях вблизи тяговых подстанций. При повреждениях контактной сети в зоне от тяговой подстанции до поста секционирования токи короткого замыкания, измеряемые на подстанции, весьма велики, что вызывает увеличение токовой и угловой погрешностей трансформаторов тока, с помощью которых осуществляются измерения, и снижение точности исходных для алгоритмов величин. При условном коротком замыкании через переходное сопротивление возле поста секционирования снижение напряжения возле тяговой подстанции может оказаться недостаточным для того, чтобы силовая цепь всех электровозов, находящихся в этой зоне, заперлась. Остаточный ток некоторой части электровозов, находящихся возле тяговой подстанции, будет накладываться на измеряемый ток, искажая величину необходимого значения тока короткого замыкания.
Указанные недостатки и причины приводят к снижению точности определения удаленности
Figure 00000040
при использовании приведенной функции.
Раскрытие изобретения
Первый заявленный вариант способа. Технический результат изобретения является повышение точности и упрощение. Повышение точности достигается за счет использования другой последовательности других операций. Упрощение обеспечивается за счет сокращения числа операций и исключения метода последовательных приближений.
Сущность изобретения заключается в том, что для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка по параметрам аварийного режима путем измерения напряжения UПС на шинах, питающих контактную сеть, тока I'1 питающей линии поврежденной контактной сети и угла сдвига фаз ϕ1 между ними, дополнительно измеряют ток I2 питающей линии неповрежденной контактной сети какого-либо из смежных путей того же направления и угол сдвига фаз ϕ2 между указанным током и напряжение UПС, вычисляют угол сдвига фаз ϕK между суммарным током, протекающим через место короткого замыкания, и напряжением UПС с помощью вычислительного алгоритма
Figure 00000041
вычисляют значение функций
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044
где rm1, xm1 - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z m1 сопротивления 1 км тяговой сети (контактной и рельсовой сетей) одного пути m-путного участка;
r'р,m, х'р,m - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z'p,m сопротивления 1 км рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей всех путей друг на друга;
αm1, α'p,m - аргументы комплексных сопротивлений соответственно z m1, z'p,m;
n - число путей m-путного участка, на которых контактная сеть включена в работу (n≤m).
Измерение в аварийном режиме напряжения, токов и углов сдвига фаз между ними осуществляют на посту секционирования, причем измерение заканчивают раньше наступления момента начала размыкания контактов выключателя, отключающего поврежденную контактную сеть, а в измеренных величинах подавляют апериодическую составляющую и высшие гармоники.
Предлагаемое изобретение можно описать следующей последовательностью и условиями действий над материальными объектами с помощью материальных средств:
1) при возникновении аварийного режима (короткого замыкания) контактной сети измеряют на посту секционирования напряжение UПС на шинах, ток I'1 питающей линии (фидера) поврежденной контактной сети и угол сдвига фаз ϕ1 между током I'1 и напряжением UПС;
2) дополнительно измеряют на посту секционирования ток I2 питающей линии неповрежденной контактной сети какого-либо из смежных путей того же направления и угол сдвига фаз ϕ2 между указанным током и напряжением UПС;
3) на основании измеренных токов и углов сдвига фаз вычисляют угол сдвига фаз между током, протекающим через точку короткого замыкания, и напряжением UПС;
4) на основании измеренных ϕ1 и ϕ2 и вычисленного ϕK углов сдвига фаз, а также справочных значений погонных сопротивлений контактной и рельсовой сетей вычисляют производные от них величины zy1 и zy2;
5) определяют значение удаленности короткого замыкания
Figure 00000045
используя функцию (7).
Второй заявленный вариант способа. Технический результат изобретения является повышение точности и упрощение. Повышение точности достигается за счет использования другой последовательности других операций. Упрощение обеспечивается за счет сокращения числа операций и исключения метода последовательных приближений.
Сущность изобретения заключается в том, что для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка по параметрам аварийного режима путем измерения напряжения UПС на шинах, питающих контактную сеть, тока I'1 питающей линии поврежденной контактной сети и угол сдвига фаз ϕ1 между ними, тока IA плеча питания и угол сдвига фаз ϕA между этим током и напряжением UПС, вычисляют угол сдвига фаз ϕK между суммарным током, протекающим через место короткого замыкания, и напряжением UПС с помощью вычислительного алгоритма
Figure 00000046
вычисляют значение функций
Figure 00000047
Figure 00000048
Figure 00000049
где r-1,n, x-1,n - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z-1,n сопротивления 1 км контактной сети, с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей смежных путей;
r'р,m, х'р,m - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z'p,m сопротивления 1 км рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей всех путей друг на друга;
α-1,n, α'р,m - аргументы комплексных сопротивлений соответственно z-1,n, z'p,m,
n - число путей w-путного участка, на которых контактная сеть включена в работу (n≤m).
Измерение в аварийном режиме напряжения, токов и углов сдвига фаз между ними осуществляют на посту секционирования, причем измерение заканчивают раньше наступления момента начала размыкания контактов выключателя, отключающего поврежденную контактную сеть, а в измеренных величинах подавляют апериодическую составляющую и высшие гармоники.
Предлагаемое изобретение можно описать следующей последовательностью и условиями действий над материальными объектами с помощью материальных средств:
1) при возникновении аварийного режима (короткого замыкания) контактной сети измеряют на посту секционирования напряжение UПС на шинах, ток I'1 питающей линии (фидера) поврежденной контактной сети и угол сдвига фаз ϕ1 между током I'1 и напряжением UПС;
2) измеряют на посту секционирования ток IA плеча питания и угол сдвига фаз ϕA между указанным током и напряжением UПС;
3) на основании измеренных токов и углов сдвига фаз вычисляют угол сдвига фаз ϕK между током, протекающим через точку короткого замыкания, и напряжением UПС;
4) на основании измеренных ϕ1 и ϕA и вычисленного ϕK углов сдвига фаз, а также справочных значений погонных сопротивлений контактной и рельсовой сетей вычисляют производные от них величины zy3 и zy4;
5) определяют значение удаленности короткого замыкания
Figure 00000050
используя функцию (7).
Краткое описание чертежей
Применение способа поясняется на чертеже (часть а), где приведена схема питания межподстанционной зоны между тяговыми подстанциями А и В с постом секционирования ПС для трехпутного участка. Схема замещения, приведенная на чертеже (часть б) соответствует известной [3] и служит для обоснования принятых функциональных зависимостей.
Осуществление изобретения
Первый заявленный вариант способа. Зоной, в которой определяется удаленность
Figure 00000051
короткого замыкания, является участок от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В длиной
Figure 00000052
Короткое замыкание (повреждение) расположено в точке K. Измерение на посту ПС напряжения на шинах UПС, токов I'1, I2 и углов сдвига фаз ϕ1, ϕ2 осуществляется с помощью измерительных трансформатора напряжения TV и трансформаторов тока ТА. Расстояние от тяговой подстанции А до поста секционирования ПС обозначено
Figure 00000053
Удаленность от поста секционирования ПС короткого замыкания на этом участке определяется аналогично при измерениях напряжения на шинах поста с помощью того же измерительного трансформатора напряжения TV и измерительных трансформаторов тока, расположенных с другой стороны шин (на чертеже не показаны).
По сравнению с известным способом, реализованным в [4], такие признаки, как измерение напряжения на шинах, тока питающей линии поврежденной контактной сети и угла сдвига фаз между ними является совпадающими за исключением того обстоятельства, что в известном способе такие измерения выполняют на тяговой подстанции, а в предлагаемом изобретении - на посту секционирования.
Новыми признаками являются операции по определению численных значений промежуточных параметров ϕK, zy1, zy2 и искомого расстояния
Figure 00000054
до места повреждения на основании функциональных зависимостей (4), (5), (6), (7). Причем алгоритм для определения угла сдвига фаз автоматически учитывает, что через место повреждения K изоляции контактной сети протекает действительная сумма токов IA и IB тяговых подстанций соответственно А и В (см. чертеж) с учетом неравенства напряжений холостого хода этих подстанций.
Способ используется следующим образом. На каждой питающей линии контактной сети, подключенной к шинам поста секционирования, устанавливают свое устройство, реализующее этот способ. Обычно противоаварийная автоматика включает в работу то из них, которое установлено на питающей линии поврежденной контактной сети. При коротком замыкании контактной сети в какой-либо точке K на участке от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В (см. чертеж, часть а) измеряют на шинах поста секционирования ПС напряжение UПС, ток I'1 питающей линии контактной сети данного пути, ток I2 питающей линии контактной сети какой-либо из смежных путей того же направления и углы сдвига фаз соответственно указанных токов относительно напряжения UПС. Используя эти данные, вычисляют на основании функциональных зависимостей (4), (5), (6) промежуточные параметры ϕK, zy1, zy2. Эти промежуточные параметры затем используют в функциональной зависимости (7), на основании которой определяют удаленность короткого замыкания
Figure 00000055
в контактной сети данного пути.
При отсутствии автоматики, определяющей питающую линию поврежденной контактной сети, после получения сигналом о возникновении короткого замыкания указанные операции выполняют на всех питающих линиях и получают столько значений
Figure 00000056
сколько линий подключено к шинам поста. В качестве истинного значения удаленности
Figure 00000057
принимают его наименьшее положительное значение.
Обоснование алгоритмов и технического результата
Обоснование основано на известной схеме замещения тяговой сети электрифицированной железной дороги и ее параметрах [3, 5, 6]. Для примера на чертеже, часть а приведена двусторонняя схема питания контактной сети трехпутного участка для межподстанционной зоны между тяговыми подстанциями А и В, имеющая пост секционирования ПС. Выключатели на схеме, как ее очевидный элемент, не показаны. На посту секционирования ПС расположены трансформаторы тока ТА и трансформатор напряжения TV, через которые осуществляют измерения токов I'1, I2, присоединений контактной сети разных путей и напряжения UПС на шинах поста ПС. Зоной, в которой измеряется удаленность
Figure 00000058
до точки K короткого замыкания, является расстояние
Figure 00000059
от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В. Определение удаленности короткого замыкания в зоне
Figure 00000060
выполняется аналогично.
Приведенной схеме питания соответствует схема замещения, показанная на чертеже, часть б, и ее параметры [2, 5, 6]:
UA,xx, UB,xx - напряжения холостого хода тяговых подстанций соответственно А и В;
Figure 00000061
- токи тяговых подстанций соответственно А и В;
Figure 00000062
- ток поврежденной контактной сети первого пути на участке «аK»;
Figure 00000063
- то же на участке «bK»;
Figure 00000064
- ток неповрежденной контактной сети какого-либо другого пути;
Figure 00000065
- ток, протекающий через место короткого замыкания;
Z пА, Z пВ - сопротивления тяговых подстанций соответственно А и В;
Z АПС - сопротивление тяговой сети (контактной и рельсовой сетей) на участке от тяговой подстанции А до поста секционирования ПС;
Z'1 - сопротивление контактной сети первого пути на длине
Figure 00000066
от поста секционирования ПС до места повреждения K;
Z''1 - то же на длине
Figure 00000067
от места повреждения K до тяговой подстанции В;
Z 2, Z 3 - сопротивления контактных сетей других путей на длине
Figure 00000068
от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В;
Z'p,m - сопротивление рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимных индуктивных связей между контактными сетями всех путей на длине
Figure 00000069
Z'' p,m - то же на длине
Figure 00000070
RД - сопротивление дуги в месте короткого замыкания.
Параметры схемы UПС,
Figure 00000071
измеряют при коротком замыкании и известным путем выделяют их первые гармоники. Параметры
Figure 00000072
являются неизвестными. Сопротивления Z пА, Z пВ вычисляют по формулам, приведенным в [3]. Сопротивление Z АПС вычисляют по формуле
Figure 00000073
, где z mn - сопротивление 1 км тяговой сети (контактной и рельсовой сетей) m-путного участка, на n путях которого контактная сеть включена в работу. Значение z mn принимают по справочным данным [3] или вычисляют по известной методике [6]. Сопротивления Z'1, Z''1, Z 2, … контактной сети (в общем случае Z i) на длине
Figure 00000074
вычисляют по формуле
Figure 00000075
где z -1,n и - сопротивление 1 км контактной сети одного пути за вычетом взаимного индуктивного влияния контактной сети n путей друг на друга, определяемое по справочным данным [3];
z c - сопротивление 1 км контура «контактная сеть одного пути - земля»;
z h - сопротивление взаимоиндукции между контурами «контактная сеть одного пути - земля» и «рельсовая цепь m путей - земля» на длине 1 км;
z M - сопротивление взаимоиндукции между контурами «контактная сеть одного пути - земля» для всех путей на длине 1 км.
Значения z c, z h , z M вычисляют по методике [6]. Сопротивления Z'p,m, Z''p,m (в общем случае Z p,mi) вычисляют по формуле
Figure 00000076
где z'p,m - сопротивление 1 км рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимных индуктивных связей между контактными сетями всех путей;
z p,m - сопротивление контура «рельсовая сеть m путей - земля» на длине 1 км
ν - коэффициент, учитывающий для рельсов шунтирующее влияние земли (утечку тока из рельсов в землю).
Сопротивление z'p,m определяют по справочным данным [3], сопротивление z p,m и коэффициент v вычисляют по методике, приведенной в [6].
Предполагается, что на m-путном участке рельсы и контактная сеть на всех путях одинаковы. Число путей (из общего числа m), которые оборудованы контактной сетью, и она включена в работу, обозначено n (n≤m).
При этом
Figure 00000077
Figure 00000078
На основании 2-го закона Кирхгофа для участка «aKdc» схемы замещения по чертежу, часть б имеем
Figure 00000079
Figure 00000080
где z m1=z -1,n+z'p,m - сопротивление 1 км тяговой сети одного пути m-путного участка, определяемое по справочным данным [3] или методике [6].
Отсюда получим
Figure 00000081
Это выражение однозначно определяет удаленность
Figure 00000082
короткого замыкания от измеренных параметров аварийного режима
Figure 00000083
постоянных параметров схемы замещения z m1 и z'p,m. Однако непосредственное его использование невозможно, поскольку значения
Figure 00000084
Figure 00000085
неизвестны.
Для участка «ab» схема замещения по чертежу, часть б имеет место соотношение
Figure 00000086
Разделив правую и левую часть этого выражения на z -1,n получаем
Figure 00000087
Решив это уравнение относительно
Figure 00000088
можно записать
Figure 00000089
Из чертежа, часть б следует
Figure 00000090
Таким образом, формула для тока
Figure 00000091
протекающего через место повреждения изоляции контактной сети K, учитывает действительную сумму токов
Figure 00000092
тяговых подстанций соответственно А и В с учетом влияния фактических напряжений холостого хода этих подстанций.
Для любой комплексной величины, например,
Figure 00000093
имеют место следующие известные соотношения
Figure 00000094
где IK - модуль комплексной величины
Figure 00000095
ϕK - аргумент этой же величины
Figure 00000096
Figure 00000097
- действительная часть комплексной величины
Figure 00000098
Figure 00000099
Figure 00000100
- мнимая часть этой же величины
Figure 00000101
Используя эти соотношения, получаем для
Figure 00000102
с учетом выражений (19), (21), (22)
Figure 00000103
Figure 00000104
Аргумент ϕK вычисляют по формуле
Figure 00000105
Это выражение вошло в отличительную часть формулы изобретения.
Введем обозначение в формуле (14)
Figure 00000106
где I'1 - модуль тока присоединения поврежденной контактной сети;
ϕ1 - фазовый угол между этим током и напряжением UПС;
I2 - модуль тока любого другого присоединения неповрежденной контактной сети того же направления;
ϕ2 - фазовый угол тока
Figure 00000107
относительно напряжения UПС;
zm1, αm1 - модуль и аргумент сопротивления 1 км тяговой сети одного пути m-путного участка;
z'p,m, α'р,m - модуль и аргумент сопротивления 1 км рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей разных путей друг на друга.
Действительная Re(M) и мнимая Im(М) части комплексной величины М равны
Figure 00000108
Figure 00000109
Представим выражение (14) для
Figure 00000110
в виде
Figure 00000111
Заменив экспоненциальную форму комплексных чисел на тригонометрическую, получаем
Figure 00000112
Расстояние
Figure 00000003
является вещественным и мнимой части не имеет. Отсюда следует
Figure 00000113
Или
Figure 00000114
Подставив последнее выражение в вещественную часть формулы (30) для
Figure 00000115
получаем
Figure 00000116
Поскольку
Figure 00000117
Figure 00000118
знаменатель выражения (33) равен
Figure 00000119
Подставив сюда формулы для Im(М) и Re(M) и используя формулы для сложения тригонометрических функций, получаем
Figure 00000120
Учтем известные соотношения
Figure 00000121
Figure 00000122
Figure 00000123
Figure 00000124
Figure 00000125
Figure 00000126
где rm1, хт1 - активная и индуктивная составляющие сопротивления z m1;
r'р,m, х'р,m - то же сопротивления z'p,m;
Тогда получаем вместо (37)
Figure 00000127
где
Figure 00000128
Figure 00000129
Подставляя выражения для M·sin(ψM+ϕK) в формулу для
Figure 00000130
получим
Figure 00000131
Эти выражения вошли в формулу изобретения. Таким образом, доказана возможность осуществления изобретения.
Достигаемый технический результат (преимущества по сравнению с прототипом) заключается в следующем:
- число операций для реализации способа значительно сокращается; -операции не требуют применения метода последовательных
приближений;
- исключена необходимость учета изменения погонного сопротивления рельсовой сети в зависимости от удаленности повреждения. Это обусловлено тем, что измерения осуществляются не как в аналогах на тяговой подстанции, а на посту секционирования, т.е. при коротких замыканиях на значительном расстоянии от питающей тяговой подстанции. Известно, что наибольшие изменения погонного сопротивления рельсовой сети имеют место при коротких замыканиях на небольшой удаленности от питающей это замыкание тяговой подстанции, а при удаленности 10 км и более погонное сопротивление рельсов практически не меняется [5, 6]. При измерении параметров аварийного режима на посту секционирования короткое замыкание удалено от питающей тяговой подстанции значительно дальше 10 км, поэтому учитывать изменение погонного сопротивления рельсовой сети не требуется;
- исключена необходимость измерения тока плеча питания;
- обеспечивается определение удаленности короткого замыкания при неравенстве напряжений холостого хода смежных тяговых подстанций;
- снижается погрешность определения удаленности короткого замыкания из-за снижения токовых и угловых погрешностей измерительных трансформаторов тока вследствие уменьшения величины измеренных токов. Это обусловлено тем, что при измерении параметров аварийного режима на посту секционирования учитываются короткие замыкания за постом, а не перед постом как в аналогах. Для питающей тяговой подстанции, ток короткого замыкания которой проходит через пост секционирования, повреждение контактной сети за постом расположено значительно дальше, чем повреждение перед постом секционирования. Следовательно, для этой подстанции ток короткого замыкания при повреждении за постом значительно меньше, чем при повреждении перед постом. Поэтому аналоги, установленные на тяговой подстанции, функционируют при близких для этой подстанции повреждениях контактной сети, т.е. при больших токах короткого замыкания, а предлагаемое изобретение, установленное на посту секционирования, функционирует при удаленных для той же подстанции повреждениях контактной сети, т.е. при меньших токах короткого замыкания.
Этим обеспечивается упрощение способа и повышение точности определения удаленности короткого замыкания
Figure 00000132
Второй заявленный вариант способа. Зоной, в которой определяется удаленность
Figure 00000133
короткого замыкания, является участок от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В длиной
Figure 00000134
Короткое замыкание (повреждение) расположено в точке K. Измерение на посту ПС напряжения на шинах UПС, токов I'1, IA и углов сдвига фаз ϕ1, ϕA осуществляется с помощью измерительных трансформатора напряжения TV и трансформаторов тока ТА. Расстояние от тяговой подстанции А до поста секционирования ПС обозначено
Figure 00000135
Удаленность от поста секционирования ПС короткого замыкания на этом участке определяется аналогично при измерениях напряжения на шинах поста с помощью того же измерительного трансформатора напряжения TV и измерительных трансформаторов тока, расположенных с другой стороны шин (на чертеже не показаны).
По сравнению с известным способом, реализованным в [4], такие признаки, как измерение напряжения на шинах, тока питающей линии поврежденной контактной сети, тока плеча питания и угла сдвига фаз между ними является совпадающими за исключением того обстоятельства, что в известном способе такие измерения выполняют на тяговой подстанции, а в предлагаемом изобретении - на посту секционирования.
Новыми признаками являются операции по определению численных значений промежуточных параметров ϕK, zy1, zy2 и искомого расстояния
Figure 00000136
до места повреждения на основании функциональных зависимостей (4), (5), (6), (7). Причем алгоритм для определения угла сдвига фаз автоматически учитывает, что через место повреждения К изоляции контактной сети протекает действительная сумма токов IA и IB тяговых подстанций соответственно А и В (чертеж) с учетом неравенства напряжений холостого хода этих подстанций.
Способ используется следующим образом. На каждой питающей линии контактной сети, подключенной к шинам поста секционирования, устанавливают свое устройство, реализующее этот способ. Обычно противоаварийная автоматика включает в работу то из них, которое установлено на питающей линии поврежденной контактной сети.
При коротком замыкании контактной сети в какой-либо точке Л на участке от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В (чертеж, часть а) измеряют на шинах поста секционирования ПС напряжение UПС, ток I'1 питающей линии контактной сети данного пути, ток IA плеча питания и углы сдвига фаз соответственно указанных токов относительно напряжения UПС. Используя эти данные, вычисляют на основании функциональных зависимостей (4), (5), (6) промежуточные параметры ϕK, zy3, zy4. Эти промежуточные параметры затем используют в функциональной зависимости (7), на основании которой определяют удаленность короткого замыкания
Figure 00000137
в контактной сети данного пути. При отсутствии автоматики, определяющей питающую линию поврежденной контактной сети, после получения сигнала о возникновении короткого замыкания указанные операции вычисляют на всех питающих линиях и получают столько значений
Figure 00000130
сколько линий подключено к шинам поста секционирования. В качестве истинного значения удаленности
Figure 00000138
принимают из этого множества наименьшее положительное значение.
Обоснование алгоритмов и технического результата
Обоснование основано на известной схеме замещения тяговой сети электрифицированной железной дороги и ее параметрах [3, 5 ,6]. Для примера на чертеже, часть а приведена двухсторонняя схема питания контактной сети трехпутного участка для межподстанционной зоны между тяговыми подстанциями А и В, имеющая пост секционирования ПС. Выключатели на схеме, как ее очевидный элемент, не показаны. На посту секционирования ПС расположены трансформаторы тока ТА и трансформаторы напряжения TV, через которые осуществляют измерения токов I'1, IA, присоединений контактной сети разных путей и напряжения UПС на шинах поста ПС. Зоной, в которой измеряется удаленность
Figure 00000139
до точки K короткого замыкания, является расстояние
Figure 00000140
от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В. Определение удаленности короткого замыкания в зоне
Figure 00000141
выполняется аналогично.
Приведенной схеме питания соответствует схема замещения, показанная на чертеже, часть б, и ее параметры [2, 5 ,6]:
UA,xx, UB,xx - напряжения холостого хода тяговых подстанций соответственно А и В;
Figure 00000142
- токи тяговых подстанций соответственно А и В;
Figure 00000143
- ток поврежденной контактной сети первого пути на участке «аK»;
Figure 00000144
- то же на участке «bK»;
Figure 00000145
- ток плеча питания ПС - В;
Figure 00000146
- ток, протекающий через место короткого замыкания;
Z пА, Z пB - сопротивления тяговых подстанций соответственно А и В;
Z АПС - сопротивление тяговой сети (контактной и рельсовой сетей) на участке от тяговой подстанции А до поста секционирования ПС;
Z'1 - сопротивление контактной сети первого пути на длине
Figure 00000147
от поста секционирования ПС до места повреждения K;
Z''1 - то же на длине
Figure 00000148
от места повреждения K до тяговой подстанции В;
Z 2, Z 3 - сопротивления контактных сетей других путей на длине
Figure 00000140
от поста секционирования ПС до тяговой подстанции В;
Z'p,m - сопротивление рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимных индуктивных связей между контактными сетями всех путей на длине
Figure 00000149
Z''p,m - то же на длине
Figure 00000150
RД - сопротивление дуги в месте короткого замыкания.
Параметры схемы UПС,
Figure 00000151
измеряют при коротком замыкании и известным путем выделяют их первые гармоники. Параметры
Figure 00000152
являются неизвестными. Сопротивления Z пА, Z пВ вычисляют по формулам, приведенным в [3]. Сопротивление Z АПС вычисляют по формуле
Figure 00000153
где z mn - сопротивление 1 км тяговой сети (контактной и рельсовой сетей) m-путного участка, на n путях которого контактная сеть включена в работу. Значение z mn принимают по справочным данным [3] или вычисляют по известной методике [6]. Сопротивления Z'1, Z''1, Z 2, … контактной сети (в общем случае Z i) на длине
Figure 00000154
вычисляют по формуле
Figure 00000155
где z -1,n - сопротивление 1 км контактной сети одного пути за вычетом взаимного индуктивного влияния контактной сети n путей друг на друга, определяемое по справочным данным [3];
z c - сопротивление 1 км контура «контактная сеть одного пути - земля»;
z h - сопротивление взаимоиндукции между контурами «контактная сеть одного пути - земля» и «рельсовая цепь m путей - земля» на длине 1 км;
z M - сопротивление взаимоиндукции между контурами «контактная сеть одного пути - земля» для всех путей на длине 1 км.
Значения z c, z h, z M вычисляют по методике [6]. Сопротивления Z'p,m, Z''р,m (в общем случае Z p,mi) вычисляют по формуле
Figure 00000156
где z'p,m - сопротивление 1 км рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимных индуктивных связей между контактными сетями всех путей;
z p,m - сопротивление контура «рельсовая сеть m путей - земля» на длине 1 км
ν - коэффициент, учитывающий для рельсов шунтирующее влияние земли (утечку тока из рельсов в землю).
Сопротивление z'p,m определяют по справочным данным [3], сопротивление zp,m и коэффициент ν вычисляют по методике, приведенной в [6].
Предполагается, что на m-путном участке рельсы и контактная сеть на всех путях одинаковы. Число путей (из общего числа m), которые оборудованы контактной сетью, и она включена в работу, обозначено n (n≤m).
При этом
Figure 00000157
Figure 00000158
Figure 00000159
Figure 00000160
Figure 00000161
На основании 2-го закона Кирхгофа для участка «аKαе» схемы замещения по чертежу, часть б имеем
Figure 00000162
где z -1,n и - справочное значение индуктивно развязанного сопротивления 1 км контактной сети одного пути с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей смежных путей.
Отсюда получаем
Figure 00000163
где N, ψN - модуль и аргумент комплексного числа N;
IK, ϕK - модуль и аргумент комплексного числа
Figure 00000164
Непосредственное использование этих выражений невозможно, поскольку значения
Figure 00000084
RД неизвестны.
Для участка «ab» схема замещения по чертежу, часть 6 имеет место соотношение
Figure 00000165
Разделив правую и левую часть этого выражения z -1,n получаем
Figure 00000166
Решив это уравнение относительно
Figure 00000088
найдем сумму
Figure 00000167
где IK - модуль комплексной величины
Figure 00000168
ϕK - аргумент этой же величины
Figure 00000169
вычисляемый по формуле
Figure 00000170
Это выражение вошло в отличительную часть формулы изобретения. В выражении (10) для
Figure 00000147
заменим экспоненциальную форму комплексного числа на тригонометрическую
Figure 00000171
Расстояние
Figure 00000172
является вещественным и мнимой части не имеет по определению. Отсюда следует
Figure 00000173
Или
Figure 00000174
Подставив последнее выражение в вещественную часть формулы (21) для
Figure 00000175
получаем
Figure 00000176
где Re(N) - действительная часть комплексного числа N
Figure 00000177
Im(N) - мнимая часть комплексного числа N
Figure 00000178
Комплексное число N равно
Figure 00000179
где I'1, ϕ1 - модуль и аргумент комплексного тока
Figure 00000180
IA, ϕA - модуль и аргумент комплексного тока
Figure 00000181
z-1,n, α-1,n - модуль и аргумент комплексного сопротивления z -1,n;
z'p,m, α'p,m - модуль и аргумент комплексного сопротивления z'p,m.
Действительная Re(N) и мнимая Im(N) части комплексного числа N равны
Figure 00000182
Figure 00000183
Подставив эти выражения в формулу (24) для
Figure 00000184
и выполнив тригонометрические преобразования, получим
Figure 00000185
где
Figure 00000186
Figure 00000187
где r-1,n, x-1,n - активная и индуктивная составляющие полного сопротивления z -1,n;
r'p,m, x'p,m - то же полного сопротивления z'p,m.
Эти выражения вошли в формулу изобретения. Таким образом, доказана возможность осуществления изобретения.
Достигаемый технический результат (преимущества по сравнению с прототипом) заключается в следующем:
- значительно сокращается число операций;
- операции не требуют применения метода последовательных приближений;
- исключена необходимость учета изменения погонного сопротивления рельсовой сети в зависимости от удаленности места короткого замыкания. Это обусловлено тем, что измерения осуществляются не как в аналогах на тяговой подстанции, а на посту секционирования, т.е. при коротких замыканиях на значительном расстоянии от тяговой подстанции. Известно, что наибольшие изменения погонного сопротивления рельсовой сети имеют место при коротких замыканиях на небольшой удаленности от питающей это замыкание тяговой подстанции, а при удаленности 10 км и более погонное сопротивление рельсов практически не меняется [5, 6]. При измерении параметров аварийного режима на посту секционирования учитываемое короткое замыкание удалено от питающей тяговой подстанции значительно дальше 10 км, поэтому учитывать изменение погонного сопротивления рельсовой сети не требуется;
- исключена необходимость учета неравенства напряжений холостого хода смежных тяговых подстанций, поскольку в предложенных расчетных алгоритмах такой учет осуществляется автоматически;
- повысилась точность определения удаленности короткого замыкания из-за снижения токовых и угловых погрешностей измерительных трансформаторов тока вследствие уменьшения величины измеренных токов. Это обусловлено тем, что при измерении параметров аварийного режима на посту секционирования учитываются короткие замыкания за постом секционирования, а не перед постом как в аналогах. Для питающей тяговой подстанции, ток короткого замыкания которой проходит через пост секционирования, повреждение контактной сети за постом расположено значительно дальше, чем повреждение перед постом секционирования. Следовательно, для этой подстанции ток короткого замыкания при повреждении за постом значительно меньше, чем при повреждении перед постом. Поэтому аналоги, установленные на тяговой подстанции, функционируют при больших для этой подстанции повреждениях контактной сети, т.е. при близких токах короткого замыкания, а предлагаемое изобретение, установленное на посту секционирования, функционирует при удаленных для той же подстанции повреждениях контактной сети, т.е. при меньших токах короткого замыкания.
Этим обеспечивается упрощение способа и повышение точности определения удаленности короткого замыкания 1к.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.с. СССР 161410, МКИЗ G 01 r, В 61 m. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока / Е.П. Фигурнов, Ю.Я. Самсонов (СССР). №787278/24-7; Заявл. 16.07.1962; Опубл. 19.03. 1964, Бюл. №7.
2. А.с. СССР 158328, МЕСИЗ Н 02 d. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети / Е.П. Фигурнов (СССР). - №798020/24-7; Заявл. 08.10.1962; Опубл. 19.10. 1963, Бюл. №21.
3. Фигурнов, Е.П. Релейная защита. Учебник для вузов ж.-д. трансп. В 2-х частях. 4.2. / Е.П. Фигурнов. - М.: ГОУ «УМЦ по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. - 604 с.
4. Патент RU 2160193, МПК В60М 1/00. Указатель удаленности короткого замыкания в тяговой сети переменного тока / А.Л. Быкадоров, Ю.И. Жарков, И.П. Петров, Е.П. Фигурнов (RU) №98110434/28; Заявл. от 01.06.1998; Опубл. 10.12.2000, Бюл. №34.
5. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для вузов ж.-д. трансп. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.
6. Фигурнов Е.П. Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока. Электричество, 1997, №5, с. 23-29.

Claims (28)

1. Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка по параметрам аварийного режима путем измерения напряжения UПС на шинах, питающих контактную сеть, тока I'1 питающей линии поврежденной контактной сети и угла сдвига фаз ϕ1 между ними, отличающийся тем, что дополнительно измеряют ток I2 питающей линии неповрежденной контактной сети какого-либо из смежных путей того же направления и угол сдвига фаз ϕ2 между указанным током и напряжением UПС, вычисляют угол сдвига фаз ϕK между суммарным током, протекающим через место короткого замыкания, и напряжением UПС с помощью вычислительного алгоритма
Figure 00000188
вычисляют значение функций
Figure 00000189
Figure 00000190
где rm1, xm1 - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z m1 сопротивления 1 км тяговой сети (контактной и рельсовой сетей) одного пути m-путного участка;
r'p,m, х'р,m - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z'p,m сопротивления 1 км рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей всех путей друг на друга;
αm1, α'р,m - аргументы комплексных сопротивлений соответственно z m1, z'р,m,
и определяют удаленность короткого замыкания с помощью конечного вычислительного алгоритма
Figure 00000191
где n - число путей m-путного участка, на которых контактная сеть включена в работу (n≤m).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение напряжения UПС, токов I'1, I2 и углов сдвига фаз ϕ1, ϕ2 выполняют на посту секционирования.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение заканчивают раньше наступления момента размыкания контактов выключателя, отключающего поврежденную контактную сеть.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при отсутствии автоматики, определяющей питающую линию поврежденной контактной сети, после получения сигнала о возникновении короткого замыкания указанные операции выполняют на всех питающих линиях и получают столько значений
Figure 00000192
сколько линий подключено к шинам поста секционирования, а в качестве истинного значения удаленности
Figure 00000193
принимают из этого множества наименьшее положительное значение.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в измеренных величинах подавляют апериодическую составляющую и высшие гармоники.
6. Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка по параметрам аварийного режима путем измерения напряжения UПС на шинах, питающих контактную сеть, тока I'1 питающей линии поврежденной контактной сети и угла сдвига фаз ϕ1 между ними, тока IA плеча питания и угла сдвига фаз ϕА между этим током и напряжением UПС, отличающийся тем, что вычисляют угол сдвига фаз ϕK между суммарным током, протекающим через место короткого замыкания, и напряжением UПС с помощью вычислительного алгоритма
Figure 00000194
где n - число питающих линий данного направления, вычисляют значения функций
Figure 00000195
Figure 00000196
где r-1,n, x-1,n - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z-1,n сопротивления 1 км контактной сети, с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей смежных путей;
r'р,m, х'р,m - справочные значения активной и индуктивной составляющих полного z'p,m сопротивления 1 км рельсовой сети m-путного участка с учетом взаимного индуктивного влияния контактных сетей всех путей друг на друга;
α-1,n, α'p,m - аргументы комплексных сопротивлений соответственно z-1,n, z'р,m, и определяют удаленность короткого замыкания с помощью конечного вычислительного алгоритма
Figure 00000197
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что измерение напряжения UПС, токов I'1 и IA и углов сдвига фаз ϕ1 и ϕA осуществляют на посту секционирования.
8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что измерение заканчивают раньше наступления момента размыкания контактов выключателя, отключающего поврежденную контактную сеть.
9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при отсутствии автоматики, определяющей питающую линию поврежденной контактной сети, после получения сигнала о возникновении короткого замыкания указанные операции выполняют на всех питающих линиях и получают столько значений
Figure 00000192
сколько линий подключено к шинам поста секционирования, а в качестве истинного значения удаленности
Figure 00000193
принимают из этого множества наименьшее положительное значение.
10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в измеренных величинах подавляют апериодическую составляющую и высшие гармоники.
RU2020134887A 2020-10-23 2020-10-23 Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка (варианты) RU2747112C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134887A RU2747112C1 (ru) 2020-10-23 2020-10-23 Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134887A RU2747112C1 (ru) 2020-10-23 2020-10-23 Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747112C1 true RU2747112C1 (ru) 2021-04-27

Family

ID=75584898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134887A RU2747112C1 (ru) 2020-10-23 2020-10-23 Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747112C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790576C1 (ru) * 2022-06-10 2023-02-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)) Способ определения места короткого замыкания контактной сети переменного тока системы 25 кВ
CN116679236A (zh) * 2023-06-01 2023-09-01 中铁一局集团电务工程有限公司 基于lsm的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2160193C2 (ru) * 1998-06-01 2000-12-10 Быкадоров Александр Леонович Указатель удаленности короткого замыкания в тяговой сети переменного тока
RU2189607C1 (ru) * 2001-04-16 2002-09-20 Фигурнов Евгений Петрович Определитель удаленности повреждения контактной сети (варианты)
JP2005315842A (ja) * 2004-03-29 2005-11-10 Railway Technical Res Inst 故障点標定方法、装置、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体
RU2629734C2 (ru) * 2015-09-22 2017-08-31 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Ростовский Государственный Университет Путей Сообщения" Способ определения расстояния до места короткого замыкания контактной сети переменного тока (варианты)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2160193C2 (ru) * 1998-06-01 2000-12-10 Быкадоров Александр Леонович Указатель удаленности короткого замыкания в тяговой сети переменного тока
RU2189607C1 (ru) * 2001-04-16 2002-09-20 Фигурнов Евгений Петрович Определитель удаленности повреждения контактной сети (варианты)
JP2005315842A (ja) * 2004-03-29 2005-11-10 Railway Technical Res Inst 故障点標定方法、装置、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体
RU2629734C2 (ru) * 2015-09-22 2017-08-31 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Ростовский Государственный Университет Путей Сообщения" Способ определения расстояния до места короткого замыкания контактной сети переменного тока (варианты)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790576C1 (ru) * 2022-06-10 2023-02-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)) Способ определения места короткого замыкания контактной сети переменного тока системы 25 кВ
CN116679236A (zh) * 2023-06-01 2023-09-01 中铁一局集团电务工程有限公司 基于lsm的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统
CN116679236B (zh) * 2023-06-01 2024-05-17 中铁一局集团电务工程有限公司 基于lsm的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101844468B1 (ko) 귀납적 분석 기반의 데이터베이스를 이용한 고속 전기철도 급전계통 보호용 고속도 고장점 표정 시스템, 고장점 표정 장치 및 방법
JP5319503B2 (ja) 交流ａｔき電回路のき電保護装置及び方法
MX2007015435A (es) Sistema de localizacion de falla de multiples extremos.
CN106841919B (zh) 基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法
RU2747112C1 (ru) Способ определения удаленности короткого замыкания в контактной сети переменного тока многопутного участка (варианты)
Zhang et al. Voltage-sag-profiles-based fault location in high-speed railway distribution system
Platero et al. Ground fault location in 2× 25 kV high-speed train power systems by (auto) transformers currents ratio
JP3356484B2 (ja) 事故点標定装置
CN105024362B (zh) 一种用于消除同塔双回线单相接地过渡电阻的方法
RU2189606C1 (ru) Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети переменного тока и устройство для его выполнения
RU2790576C1 (ru) Способ определения места короткого замыкания контактной сети переменного тока системы 25 кВ
Lebedev et al. Development and research of fault location algorithm for double-end feed lines in the multifunctional system
RU2705517C1 (ru) Стенд для расчета токов короткого замыкания межподстанционной зоны тяговой сети переменного тока
JP4921246B2 (ja) 地絡距離継電器
Xie Study on methods to reducing rail potential of high-speed railway
Sun et al. Fault location analysis of ungrounded distribution system based on residual voltage distribution
RU2153426C2 (ru) Указатель места короткого замыкания контактной сети
RU2788303C1 (ru) Способ определения мест повреждения (ОМП) межподстанционной зоны тягового электроснабжения 2х25 кВ
RU2629734C2 (ru) Способ определения расстояния до места короткого замыкания контактной сети переменного тока (варианты)
RU108637U1 (ru) Устройство для определения расстояния от источника питания до места обрыва изолированного провода трехфазной воздушной линии напряжением свыше 1000 в, расположенной на опорах контактной сети переменного тока
RU2789434C1 (ru) Способ определения места короткого замыкания неоднородной контактной сети однопутного участка электрифицированного транспорта с двухсторонним питанием
RU2619625C2 (ru) Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети электрического транспорта (варианты)
Battistelli et al. Short circuit modelling and simulation of 2× 25 kV high speed railways
RU2186404C1 (ru) Способы и устройство для определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи (варианты)
RU2753838C1 (ru) Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю