RU2796196C1 - Stand for identifying short-circuit currents of inter-substation zone of traction network - Google Patents

Stand for identifying short-circuit currents of inter-substation zone of traction network Download PDF

Info

Publication number
RU2796196C1
RU2796196C1 RU2022129714A RU2022129714A RU2796196C1 RU 2796196 C1 RU2796196 C1 RU 2796196C1 RU 2022129714 A RU2022129714 A RU 2022129714A RU 2022129714 A RU2022129714 A RU 2022129714A RU 2796196 C1 RU2796196 C1 RU 2796196C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resistances
short
resistance
circuit
traction
Prior art date
Application number
RU2022129714A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Абрамович Герман
Камиль Субханвердиевич Субханвердиев
Иван Петрович Карпов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учереждение Высшего Образования "Самарский Государственный Универститет Путей Сообщения"(Самгупс)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учереждение Высшего Образования "Самарский Государственный Универститет Путей Сообщения"(Самгупс) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учереждение Высшего Образования "Самарский Государственный Универститет Путей Сообщения"(Самгупс)
Application granted granted Critical
Publication of RU2796196C1 publication Critical patent/RU2796196C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power supply.
SUBSTANCE: invention is related to a power supply system for a traction network and can be used to identify the short-circuit (SC) currents of an inter-substation section of an alternating current traction network with two-way power supply. The external power supply circuit is represented by three resistances Z01, Z02, Z12 connected in a "triangle" scheme. Resistances Z01 and Z02 connect the inputs BA and BB of substations A and B with the second output of power source Uo, and resistance Z12 connects the same inputs of substations A and B. Resistance Z12 is calculated based on the actual cross section and length of the line. Resistances Z01 and Z02 are determined using the following expressions:
Z01 = [(Z12)2-2ZC1Z12]/[2(ZC1-Z12-ZC2)] – √[(Z12)4+4ZC1ZC2(Z12)2]/[2(ZC1-Z12-ZC2)], Z02 = [(Z12)2-2ZC2Z12]/[2(ZC2-Z12-ZC1)] – [√{(Z12)4+4ZC1ZC2(Z12)2}]/[2(ZC2-Z12-ZC1)], where ZC1 and ZC2 are SC resistances at inputs BA and BB of traction substations A and B. Based on the calculated resistances, the voltage of power source Uo and the readings of ammeters AA and AB, short-circuit currents IA and IB are determined for the corresponding circuits.
EFFECT: improving the accuracy of determining SC currents.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системе электроснабжения тяговой сети, а именно к разработке стенда для определения токов короткого замыкания межподстанционного участка тяговой сети переменного тока с двухсторонним питанием по расчету сопротивления цепи короткого замыкания.The invention relates to a power supply system for a traction network, namely to the development of a stand for determining short-circuit currents of an inter-substation section of an AC traction network with two-way power supply by calculating the resistance of the short circuit.

Расчеты токов КЗ в тяговой сети железных дорог ведутся по нормативным документам [1]. Однако в [2, 3] было показано, что в ряде случаев возможна погрешность в расчетах тока КЗ при неполной схеме системы внешнего электроснабжения (СВЭ). Опасность большой погрешности расчета токов КЗ проявляется, прежде всего, последующим неправильным расчетом релейной защиты.Calculations of short-circuit currents in the traction network of railways are carried out according to regulatory documents [1]. However, in [2, 3] it was shown that in some cases an error in the calculation of the short-circuit current is possible with an incomplete scheme of the external power supply system (ESS). The danger of a large error in the calculation of short-circuit currents is manifested, first of all, by the subsequent incorrect calculation of relay protection.

На момент проектных расчетов в большинстве случаев по разным причинам нет полной схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций, и поэтому результаты расчетов в проекте в ряде случаев выдаются - приближенными. Однако перед первым включением тяговых подстанций после монтажа и наладки такая схема СВЭ (пусть даже - временная) уже есть, но и в этом случае расчет по нормативному документу производится с погрешностью, так как в схеме замещения не учитывается параллельная работа двух тяговых подстанций, и расчет практически выполняется, игнорируя вторую смежную подстанцию. Поэтому следует уточнить расчет токов КЗ при двухстороннем питании тяговой сети.At the time of design calculations, in most cases, for various reasons, there is no complete external power supply scheme for traction substations, and therefore the results of calculations in the project in some cases are given out as approximate ones. However, before the first switching on of traction substations after installation and commissioning, such an SHE scheme (even if it is temporary) already exists, but even in this case, the calculation according to the regulatory document is made with an error, since the equivalent circuit does not take into account the parallel operation of two traction substations, and the calculation practically performed by ignoring the second adjacent substation. Therefore, it is necessary to clarify the calculation of short-circuit currents for two-way power supply of the traction network.

Попытки уточненных методов расчета предпринимались в [3] и [4]. Однако они были связаны с дополнительными условиями организации опытов КЗ [3] или с необходимостью дополнительных расчетов сопротивлений линий к тяговым подстанциям [4].Attempts to refine calculation methods were made in [3] and [4]. However, they were associated with additional conditions for organizing short circuit experiments [3] or with the need for additional calculations of line resistances to traction substations [4].

Принимаем [3] за прототип. В нем рассмотрен стенд для определения токов КЗ в тяговой сети, содержащий две тяговые подстанции А и В с сопротивлениями тяговых трансформаторов каждой подстанции напряжением 110 кВ / 27,5 кВ (220 кВ / 27,5 кВ) для двухстороннего питания тяговой сети, которая при коротком замыкании (КЗ) представляет трехлучевую звезду сопротивлений, два луча которой ZтcA и ZтcB подключены к первым выводам сопротивлений трансформаторов, вторые выводы, которых подключены к первым выводам эквивалентных сопротивлений питающих линий 110(220) кВ тяговых подстанций, а третий луч трехлучевой звезды включает эквивалентное сопротивление ZАВ цепи короткого замыкания, и подключают его к первому выводу источника.We accept [3] as a prototype. It considers a stand for determining short-circuit currents in a traction network, containing two traction substations A and B with resistances of traction transformers of each substation with a voltage of 110 kV / 27.5 kV (220 kV / 27.5 kV) for two-way power supply of the traction network, which, when short circuit (SC) represents a three-beam resistance star, two beams of which ZtcA and ZtcB are connected to the first terminals of the transformer resistances, the second terminals of which are connected to the first terminals of the equivalent resistances of the 110 (220) kV supply lines of traction substations, and the third beam of the three-beam star includes an equivalent resistance Z AB of the short circuit, and connect it to the first output of the source.

Недостатком определения токов КЗ по прототипу [3], является необходимость организации дополнительных опытов реальных КЗ на действующих тяговых подстанциях. Однако на момент включения тяговых подстанций в работу уже имеются данные по мощности КЗ (или по сопротивлению КЗ) на вводах тяговых подстанций от энергосистемы, но, как указано выше, существующие методы расчета выполняются с погрешностью.The disadvantage of determining short circuit currents according to the prototype [3] is the need to organize additional experiments of real short circuits at existing traction substations. However, at the time the traction substations are put into operation, there are already data on the short circuit power (or short circuit resistance) at the inputs of traction substations from the power system, but, as indicated above, the existing calculation methods are performed with an error.

Цель изобретения - повышение точности расчета токов КЗ в тяговой сети с использованием полученных данные от энергосистемы по мощности КЗ (или по сопротивлениям КЗ) смежных тяговых подстанций.The purpose of the invention is to improve the accuracy of calculating short circuit currents in the traction network using the data obtained from the power system on the short circuit power (or short circuit resistance) of adjacent traction substations.

Для реализации цели изобретения в стенд введены три сопротивления системы внешнего электроснабжения Z01, Z02, Z12, соединенные в «треугольник», и которые соединяют вводы подстанций А и В (Z01 и Z02) со вторым выводом источника питания, а сопротивление Z12 соединяет вводы подстанций, при этом сопротивление Z12 рассчитывается по реальному сечению и длине линии.To realize the purpose of the invention, three resistances of the external power supply system Z 01 , Z 02 , Z 12 connected in a "triangle" are introduced into the stand, and which connect the inputs of substations A and B (Z 01 and Z 02 ) with the second output of the power source, and the resistance Z 12 connects the inputs of substations, while the resistance Z 12 is calculated from the actual cross section and length of the line.

Энергосистема выдает для тяговых подстанций мощности КЗ (Sc1, Sс2, МВА) или сопротивления КЗ (Zc1, Zс2, Ом) на вводах 110(220)кВ. Указанные сопротивления Zc1 и Zс2 определяются следующим образом:The power system provides short circuit power (Sc 1 , Sc 2 , MVA) or short circuit resistance (Zc 1 , Zc 2 , Ohm) at the inputs of 110 (220) kV for traction substations. The specified resistances Zc 1 and Zc 2 are determined as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

В этих уравнениях известные значения Zс1 и Zс2, а неизвестные - Z01 и Z02. Путем преобразования системы уравнений (1) и (2) получим квадратные уравнения с неизвестными Z01 и Z02, которые определяются по выражениям: In these equations, the known values are Zc 1 and Zc 2 , and the unknowns are Z 01 and Z 02 . By transforming the system of equations (1) and (2), we obtain quadratic equations with unknowns Z 01 and Z 02 , which are determined by the expressions:

Figure 00000002
Figure 00000002

- затем по рассчитанным сопротивлениям Z01, Z02, и Z12 в соответствующих контурах и по заданному напряжению источника питания определяются токи КЗ IА и IВ.- then, according to the calculated resistances Z 01 , Z 02 , and Z 12 in the corresponding circuits and according to the given voltage of the power source, the short-circuit currents I A and I B are determined.

Для пояснения предлагаемого способа определения токов короткого замыкания межподстанционной зоны рассмотрим структурную схему (рис.1), где введены следующие обозначения (все сопротивления регулируемые и приведены к напряжению 27,5 кВ):To explain the proposed method for determining the short-circuit currents of the inter-substation zone, consider the block diagram (Fig. 1), where the following designations are introduced (all resistances are adjustable and reduced to a voltage of 27.5 kV):

ZтсА и ZтсВ и - эквивалентные сопротивления тяговой сети на первом (ZтсА) и втором (ZтсВ) участках межподстанционной зоны, в точке соединения ZтсА и ZтсВ на схеме покажем точку КЗ;Z tsA and Z tsV and - equivalent resistance of the traction network on the first (Z tsA ) and second (Z tsV ) sections of the inter-substation zone, at the junction point Z tsA and Z tsV on the diagram we show the short circuit point;

XтА и XтВ - сопротивления тяговых трансформаторов на подстанции А (XтА) и подстанции В (XтВ);X tA and X tV - resistance of traction transformers at substation A (X tA ) and substation B (X tV );

ZАВ - сопротивление в месте КЗ (ZАВ);Z AB - resistance at the place of short circuit (Z AB );

U0 - напряжение (U0) источника питания, приведенное к тяговой обмотке, принимается по соответствующим требованиям нормативных документов [1];U 0 - voltage (U 0 ) of the power source, reduced to the traction winding, is taken according to the relevant requirements of regulatory documents [1];

ВА и ВВ - вводы 110(220)кВ тяговых подстанций А и В соответственно, для которых энергосистема выдает сопротивления КЗ (Zc1 и Zс2);В А and В В - 110 (220) kV inputs of traction substations А and В, respectively, for which the power system generates short-circuit resistances (Zc1 and Zс2);

Z01 и Z02 - сопротивления от источника питания (РП) до шин 110(220)кВ тяговых подстанций А (Z01) и В (Z02) соответственно;Z 01 and Z 02 - resistance from the power source (RP) to the tires 110 (220) kV traction substations A (Z 01 ) and B (Z 02 ) respectively;

Z12 - сопротивление линии ВЛ-110(220)кВ между подстанциями А и В;Z 12 - line resistance VL-110 (220) kV between substations A and B;

АА и АВ - амперметры.A A and A B are ammeters.

Предлагаемый стенд с рассматриваемыми параметрами сопротивлений по существу отличается от стенда по прототипу [3] введенными тремя регулируемыми сопротивлениями схемы внешнего электроснабжения по схеме «треугольник», позволяющими без дополнительных экспериментов, как это было в [3], по заданным мощностям КЗ энергосистемой рассчитывать токи КЗ в тяговой сети.The proposed stand with the considered resistance parameters essentially differs from the stand according to the prototype [3] by the introduced three adjustable resistances of the external power supply circuit according to the “triangle” scheme, which allow, without additional experiments, as it was in [3], to calculate the short-circuit currents for the given short-circuit powers by the power system in the traction network.

Последовательность определения токов КЗ на стенде следующая: прежде всего устанавливаются параметры заданной системы тягового электроснабжения, далее по значениям Zс1, Zс2, Z12 определяются сопротивления Z01, Z02 по формулам (3), (4). В связи с тем, что при расчетах токов КЗ в тяговой сети следует вести расчет двухфазных КЗ системы внешнего электроснабжения и тяговых трансформаторов, то их фазные сопротивления умножают на коэффициент 2 и в стенде устанавливают соответствующие удвоенные сопротивления. По заданному напряжению источника питания U0 и соответствующим сопротивлениям на стенде, по показаниям амперметров АА и АВ определяются токи КЗ IА и IВ в соответствующих контурах. Расчеты повторяются для всех точек КЗ, которые устанавливают путем изменения сопротивлений ZтсА и ZтсВ (рис.1).The sequence for determining short-circuit currents on the stand is as follows: first of all, the parameters of a given traction power supply system are set, then the resistances Z 01 , Z 02 are determined by the values Zc 1 , Zc 2 , Z 02 according to formulas (3), (4). Due to the fact that when calculating short-circuit currents in the traction network, it is necessary to calculate two-phase short circuits of the external power supply system and traction transformers, their phase resistances are multiplied by a factor of 2 and the corresponding doubled resistances are set in the stand. According to the given voltage of the power source U 0 and the corresponding resistances on the stand, according to the readings of the ammeters A A and A B , short-circuit currents I A and I B are determined in the corresponding circuits. Calculations are repeated for all short circuit points, which are set by changing the resistances Z tsA and Z tsV (Fig. 1).

Технико-экономический эффект проявляется в том, что уточняются расчеты токов КЗ и соответственно уточняются расчеты релейной защиты. При этом упрощается процедура расчетов по сравнению с прототипом, так как нет необходимости выполнять дополнительные опыты КЗ [3].The technical and economic effect is manifested in the fact that the calculations of short-circuit currents are specified and, accordingly, the calculations of relay protection are specified. This simplifies the calculation procedure in comparison with the prototype, since there is no need to perform additional short circuit experiments [3].

ЛитератураLiterature

1. СТО 07.021.4-2015. Защита систем электроснабжения железной дороги от коротких замыканий и перегрузки. Часть 4. Методика выбора уставок защит в системе тягового электроснабжения переменного тока. ОАО РЖД.1. STO 07.021.4-2015. Protection of railway power supply systems from short circuits and overload. Part 4. Methodology for selecting protection settings in the AC traction power supply system. JSC Russian Railways.

2. Герман Л.А., Субханвердиев К.С. Оценка погрешности расчета токов короткого замыкания в тяговой сети переменного тока. Электроника и электрооборудование транспорта, 2017, №1, с.5-10.2. German L.A., Subkhanverdiev K.S. Evaluation of the error in calculating short-circuit currents in an alternating current traction network. Electronics and electrical equipment of transport, 2017, No. 1, p.5-10.

3. Патент 2705517 от 26.12.2018. Стенд для расчета токов короткого замыкания в тяговой сети переменного тока (Герман Л.А., Субханвердиев К.С., Серебряков А.С.), Опубл. 07.11.2019. Бюл. №31.3. Patent 2705517 dated 12/26/2018. Stand for calculating short-circuit currents in an AC traction network (German L.A., Subkhanverdiev K.S., Serebryakov A.S.), Publ. 11/07/2019. Bull. No. 31.

4. Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Попова Н.А. Схемы замещения системы внешнего электроснабжения. Электричество №8 2020 с.30-35.4. Figurnov E.P., Zharkov Yu.I., Popova N.A. Equivalent circuits of the external power supply system. Electricity No. 8 2020 p.30-35.

Claims (6)

Стенд для определения токов короткого замыкания межподстанционной зоны тяговой сети переменного тока с расчетом сопротивления цепи короткого замыкания, содержащий систему внешнего электроснабжения, к которой подключены две тяговые подстанции А и В с сопротивлением трансформаторов XтА и XтВ напряжением 110 кВ / 27,5 кВ или 220 кВ / 27,5 кВ для двухстороннего питания тяговой сети, которая при коротком замыкании (КЗ) представляет трехлучевую звезду сопротивлений, два луча которой ZтсА и ZтсВ подключены к первым выводам сопротивлений трансформаторов XтА и XтВ, вторые выводы которых подключены к вводам тяговых подстанций, а третий луч трехлучевой звезды, включающий эквивалентное сопротивление ZАВ цепи короткого замыкания, подключен к первому выводу источника питания Uо, отличающийся тем, что введены три сопротивления системы внешнего электроснабжения Z01, Z02, Z12, соединенные в «треугольник», причем сопротивления Z01 и Z02 соединяют вводы ВА и ВВ подстанций А и В со вторым выводом источника питания Uо, а сопротивление Z12 соединяет эти же вводы подстанций А и В, при этом:Stand for determining the short circuit currents of the intersubstation zone of the AC traction network with the calculation of the resistance of the short circuit circuit, containing an external power supply system to which two traction substations A and B are connected with the resistance of transformers X tA and X tV with a voltage of 110 kV / 27.5 kV or 220 kV / 27.5 kV for two-way supply of the traction network, which in the event of a short circuit (short circuit) is a three-beam resistance star, two beams of which Z tsA and Z tsV are connected to the first terminals of the resistances of the transformers X ta and X tv , the second terminals of which are connected to inputs of traction substations, and the third beam of a three-beam star, including the equivalent resistance Z AB of the short circuit, is connected to the first output of the power source U about , characterized in that three resistances of the external power supply system Z 01 , Z 02 , Z 12 connected in "triangle", moreover, the resistances Z 01 and Z 02 connect the inputs B A and B B of substations A and B with the second output of the power source U o , and the resistance Z 12 connects the same inputs of substations A and B, while: - сопротивление Z12 рассчитывается по реальному сечению и длине линии;- resistance Z 12 is calculated according to the real section and the length of the line; - сопротивления Z01 и Z02 определяются по выражениям: - resistances Z 01 and Z 02 are determined by the expressions:
Figure 00000003
Figure 00000003
где ZС1 и ZС2 - сопротивления КЗ на вводах ВА и ВВ тяговых подстанций А и В, предоставленные энергосистемой,where Z С1 and Z С2 are short-circuit resistances at inputs В А and В В of traction substations A and B, provided by the power system, - по рассчитанным сопротивлениям и по заданному напряжению источника питания U0, а также по показаниям амперметров АА и АВ определяются токи КЗ IА и IВ в соответствующих контурах.- according to the calculated resistances and the given voltage of the power source U 0 , as well as according to the readings of the ammeters A A and A B , short-circuit currents I A and I B are determined in the corresponding circuits.
RU2022129714A 2022-11-16 Stand for identifying short-circuit currents of inter-substation zone of traction network RU2796196C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796196C1 true RU2796196C1 (en) 2023-05-17

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1270778A1 (en) * 1984-01-11 1986-11-15 Новосибирский электротехнический институт Device for simulating transient short-circuit current
KR20040103712A (en) * 2003-06-02 2004-12-09 한국전기연구원 Alternating current electric railroad power system and analysis method thereof using EMTDC
CN108429252A (en) * 2018-02-08 2018-08-21 中国科学院电工研究所 The computational methods of AC system contribution short circuit current when a kind of multiterminal alternating current-direct current mixing power distribution network DC Line Fault
RU2705517C1 (en) * 2018-12-26 2019-11-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта (МИИТ)" РУТ (МИИТ) Stand for calculation of short circuit currents of inter-substation zone of traction ac network

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1270778A1 (en) * 1984-01-11 1986-11-15 Новосибирский электротехнический институт Device for simulating transient short-circuit current
KR20040103712A (en) * 2003-06-02 2004-12-09 한국전기연구원 Alternating current electric railroad power system and analysis method thereof using EMTDC
CN108429252A (en) * 2018-02-08 2018-08-21 中国科学院电工研究所 The computational methods of AC system contribution short circuit current when a kind of multiterminal alternating current-direct current mixing power distribution network DC Line Fault
RU2705517C1 (en) * 2018-12-26 2019-11-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта (МИИТ)" РУТ (МИИТ) Stand for calculation of short circuit currents of inter-substation zone of traction ac network

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dawalibi Ground fault current distribution between soil and neutral conductors
Martinez-Velasco Transient Analysis of Power Systems: A Practical Approach
RU2539830C2 (en) Method for determining place of damage in air and cable lines of power transmission in networks with insulated neutral
CN103529356B (en) For the method and apparatus determining the distance from relatively fault
Denboer et al. Frequency scan based screening technique for harmonic interactions of HVDC systems
CN104597308A (en) Method for predicting loop current of crossing interconnection type single-core four-loop high voltage cable sheath
Huang et al. Harmonic study of the Le Blanc transformer for Taiwan railway's electrification system
Romanyuk et al. Wye-connected current transformers simplified model validation in MATLAB-Simulink
RU2796196C1 (en) Stand for identifying short-circuit currents of inter-substation zone of traction network
RU2705517C1 (en) Stand for calculation of short circuit currents of inter-substation zone of traction ac network
Şolea et al. Framework for distribution network modelling and fault simulation using MATLAB
CN102709045A (en) Combined mutual inductor
CN109088402B (en) Time-domain full-waveform protection device for power transmission line and phase jump vector direction judgment method thereof
Pickett et al. Near resonant coupling on EHV circuits: I-field investigations
JP2022553725A (en) Method and apparatus for controlled switching of coupled loads
US10884072B2 (en) Method and apparatus for determining resistances in multiphase transformer using multiple injected currents in respective windings
do Prado et al. Modal transformation analyses for double three-phase transmission lines
Bernardić et al. NEUTRAL POINT CONNECTIONS IN MV POWER NETWORKS WITH GROUNDING ZIGZAG TRANSFORMERS–ANALYSIS AND SIMULATIONS
Novitskiy et al. DC components in the AC networks containing AC/DC hybrid transmission lines
Romeis et al. Induced voltages on HVDC systems by HVAC systems at the same support structure due to capacitive and inductive coupling
Kuchanskyi Phase structure influence estimation of the extra high voltage line on abnormal resonance overvoltages
Begmatov et al. Analysis of ferroresonance in 6-35 kV electric networks including dynamic model of non-linear inductivity of power transformer
RU2788303C1 (en) METHOD FOR FAULT LOCATION (FL) OF THE INTER-SUBSTATION ZONE OF TRACTION POWER SUPPLY 2×25 kV
Kutumov et al. Cable Line Parameters Calculation of 6-10 kV Networks with the Usage of Comsol Multiphysics Software
RU2790576C1 (en) METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION OF A SHORT CIRCUIT IN THE AC CONTACT NETWORK OF A 25 kV SYSTEM