Диссертация (Разработка и совершенствование алгоритмов селективной и неселективной систем защиты тяговых сетей переменного тока)

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 41 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ РАСЧЕТАТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ............................ 101.1 Анализ методов расчета токов КЗ при различных схемахсоединения обмоток трансформатора ............................................................. 101.1.1 Расчеты основных соотношений при определении токов КЗтрансформатора .............................................................................................

131.1.2 Расчет токов КЗ при двухсторонней схеме питания тяговойсети.................................................................................................... 191.1.3 Расчеты токов КЗ с использованием метода симметричныхсоставляющих ................................................................................................ 211.2 Обоснование однофазной схемы замещения для расчета токовКЗ в тяговой сети переменного тока ............................................................... 221.2.1 Схема замещения при одностороннем питании ТП.............

241.2.2 Схема при двустороннем питании межподстанционной зонытяговой сети ................................................................................................... 271.2.3 Обоснование с помощью теории эквивалентного генератора.................................................................................................... 291.3 Анализ расчета токов КЗ при заданных параметрахэнергосистемы ................................................................................................... 301.3.1 Влияние упрощенного представления энергосистемы насхему замещения ...........................................................................................

321.3.2 Сравнение результатов расчета токов КЗ во всем диапазонемощностей КЗ на шинах питающего напряжения ..................................... 341.3.3 Экспериментальная проверка полученных результатоврасчета токов КЗ в тяговой сети .................................................................. 461.4 Оценка погрешности расчета токов КЗ при различных схемахтяговой сети ....................................................................................................... 501.4.1 Расчетные условия и сопоставление результатов расчета ..

501.4.2 Пути снижения методической погрешности расчета токовКЗ.................................................................................................... 531.5 Выводы по главе .......................................................................... 552 СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ МЕЖПОДСТАНЦИОННОЙ ЗОНЫТЯГОВОЙ СЕТИ ДЛЯ РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.... 572.1 Формирование новой схемы замещения для расчета токов КЗ втяговой сети переменного тока........................................................................

582.2 Способ получения точных параметров эквивалентной схемысети энергосистемы ........................................................................................... 612.3 Вывод основных формул для расчета параметров КЗ приузловой схеме питания тяговой сети............................................................... 622.3.1 Расчет токораспределения в тяговой сети при КЗ ............... 652.3.2 Определение напряжений и сопротивлений в тяговой сетипри КЗ....................................................................................................

6732.4 Выводы по главе .......................................................................... 683 СЕЛЕКТИВНАЯ И НЕСЕЛЕКТИВНАЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ........................................................ 703.1 Селективная и неселективная системы защиты тяговых сетей .......................................................................................................... 703.2 Частично-неселективная система защиты от токов КЗ ........... 753.3 Анализ специфических режимов работы ЧНСЗ ....................... 803.4 Система защиты с поперечными связями как альтернативаЧНСЗ........................................................................................................ 943.5 Анализ специфических режимов работы СЗПС .......................

993.6 Предложения по повышению надежности электроснабжениямежподстанционной зоны при неселективной системе защиты................ 1063.7 Сравнение систем защиты тяговой сети переменного тока .. 1103.7.1 Расчет числа ампер-секунд тока действующего на провод....................................................................................................... 1103.7.2 Оценка экономической эффективности от переоборудованияССЗ в ЧНСЗ..................................................................................................

1163.8 Выводы по главе ........................................................................ 1194СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕАЛГОРИТМОВАВТОМАТИКИЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.................................................................................... 1214.1 Особенность работы автоматики электроснабжения тяговойсети переменного тока .................................................................................... 1214.1.1 Существующий алгоритм автоматизации электроснабжениятяговой сети .................................................................................................

1214.1.2 Функции автоматики электроснабжения тяговой сети ..... 1244.2 Разработкамероприятийпоснижениювременивосстановления напряжения в контактной сети .......................................... 1294.3 Новый алгоритм автоматизации электроснабжения тяговойсети переменного тока .................................................................................... 1344.4 Комплекс устройств автоматизации ПС на разъединителях 1414.5 Выводы по главе ........................................................................ 146ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................... 148ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................... 151Приложение 1. Акты об использовании результатов диссертационнойработы................................................................................................

167Приложение 2. Патенты и авторские свидетельства ............................. 1724ВВЕДЕНИЕАктуальностьэлектросетевоготемыкомплексаисследования.РоссийскойСтратегияФедерациивразвитиянаправленииобеспечения надежности электроснабжения тяги поездов, предусмотреннаяна ближайшие годы и на перспективу, ставит перед железнодорожнымтранспортом новые задачи. Вопросы надежности электроснабжения вусловияхобновленияоборудованияиустройствэлектроснабжения,являющихся приоритетными мероприятиями при реализации указанногонаправления,приобретаютособыйвеситребуютнахождениянаивыгоднейших решений.

Очевидно, что такие решения будут возможнытолько при соответствующей полноте и рациональности положенийнормативной документации, которые в настоящее время требуют внесениявесьма существенных корректив.Поэтому для обеспечения надежности электроснабжения тяги поездовнеобходимо совершенствование методов расчета токов короткого замыкания(КЗ) с целью получения большей точности расчета и рационализациятехнических решений по организации защиты от токов КЗ, в полной мересоответствующих требованиям быстродействия, и алгоритмов средствавтоматики, управляющих объектами тягового электроснабжения.Степеньразработанностиобеспечения надежноститемыисследования.электроснабжениятягиПроблемепоездов, а именноразработке и совершенствованию релейной защиты и средств автоматикитяговых сетей переменного тока, включая методы расчета системы тяговогоэлектроснабжения (СТЭ), посвящены работы ученых Г.И.

Атабекова,М.П. Бадера, В.В. Белова, Б.М. Бородулина, А.Л. Быкадорова, В.А. Быкова,Л.А.Германа,Б.И. Косарева,Б.Е. Дынькина,Ю.И.Жаркова,А.В. Крюкова,Р.Р. Мамошина,В.П.Закарюкина,Г.Г.Марквардта,К.Г. Марквардта, В.Е. Марского, В.Я. Овласюка, В.Н. Пупынина, Е.П.Фигурнова, Ю.А. Чернова и др. Однако еще ряд вопросов по расчету и5устройствам релейной защиты и автоматики тяговых сетей требует своегорешения.Целью исследования является разработка технических решений посовершенствованию организации защиты от токов КЗ и алгоритмов средствавтоматики в тяговой сети переменного тока, обеспечивающих требуемуюнадежность электроснабжения.Для достижения цели исследования были поставлены следующиезадачи:1.Анализ методов расчета токов КЗ при различных схемахсоединения обмоток понижающего трансформатора и заданных параметрахсистемы внешнего электроснабжения (СВЭ).2.Установление мощности КЗ на вводах в тяговую подстанцию(ТП), при которой погрешность расчета токов КЗ по нормативнойдокументации минимальна.3.Разработка мероприятий по методам расчета токов КЗ в тяговойсети для снижения методической погрешности в вычислении.4.Оценка организации селективных и неселективных системзащиты от токов КЗ в тяговой сети переменного тока.5.Анализчастично-неселективнойсистемызащиты,обеспечивающей минимальную повреждаемость контактной сети.6.Получение аналитического решения для определения истинныхзон неселективного действия защит частично-неселективной системы.7.Анализ работы системы защиты с поперечными связями, какальтернативы частично-неселективной системы защиты.8.Разработкаэлектроснабженияпредложениймежподстанционнойпозоныповышениювслучаенадежностипримененияселективной и неселективной систем защиты от токов КЗ.9.Расчет ампер-секунд тока, действующего на контактный проводпри различных способах организации защиты тяговой сети, и оценкавероятности его пережога.610.Разработка мероприятий, обеспечивающих снижение временивосстановления напряжения в контактной сети и устойчивую работуэлектроподвижногосостава(ЭПС)принеселективныхотключенияхвыключателей и проходящих КЗ.11.Совершенствование алгоритма автоматизации электроснабжениятяговой сети переменного тока при селективной и неселективной системахзащиты.Методы исследования.

Решение задач, поставленных в работе, сталорезультатомтеоретическихиэкспериментальныхисследований.Использованы методы теории электрических цепей, методы решения системлинейных алгебраических уравнений и методы численного анализа сиспользованием пакета программы MathCAD.Научная новизна результатов, полученных в диссертационномисследовании:1.Установлено, что методическая погрешность в расчетах токов КЗв тяговой сети по нормативным документам определяется тем, что междулиниями 110(220) кВ, питающими ТП, как правило, существует взаимноесопротивление, которое не учитывается при представлении СВЭ в схемезамещения сопротивлениями, полученными по заданной мощности КЗ навводах в ТП и, тем самым, изменяется токораспределение в тяговой сети.2.Предложена схема замещения межподстанционной зоны тяговойсети для расчета токов КЗ, отличающаяся тем, что учитывает связь двухсмежных ТП по ВЛ-110(220) кВ и, тем самым, повышает точность расчетов.3.Предложена частично-неселективная система релейной защитыот токов КЗ в тяговой сети переменного тока, при которой зона действияпервой ступени дистанционных защит ТП с нулевой выдержкой времениувеличивается до поста секционирования (ПС) включительно, а защит ПС –до шин ТП включительно.

В результате при КЗ исключается опасностьпережога контактных проводов и до минимума уменьшаются зонынеселективной работы защит.74.Разработан новый алгоритм автоматизации электроснабжениятяговой сети, отличающийся тем, что после отключения КЗ вводитсябыстродействующееавтоматическоеповторноевключение(БАПВ)питающей линии контактной сети ПС на выключателях с контролем наличияКЗ в отключенной контактной сети, а затем выполняется автоматическоеповторное включение (АПВ) питающих линий контактной сети на ТП,зависимое от успешной работы БАПВ поста, что позволяет уменьшить времяотсутствия напряжения в аварийно отключенной тяговой сети.5.Предложен комплекс устройств защиты и автоматики на участкахс ПС на разъединителях, повышающий надежность электроснабжениятяговой сети переменного тока в аварийных ситуациях путем исключенияотключений разъединителей ПС при ложных и проходящих КЗ, для этого:– запатентовано устройство неселективной защиты, позволяющее приКЗ на станции или линии ДПР блокировать отключения разъединителей;– разработано устройство, отличающееся тем, что к трансформаторунапряженияшинПСподключенблокопределенияпроходящего(устойчивого) КЗ в отключенной контактной сети;– добавлен выключатель в шину ПС с устройством определенияпроходящего КЗ.Теоретическая и практическая ценность результатов исследования:1.Обоснована возможность проводить расчеты токов КЗ в тяговойсети переменного тока при любой схеме СВЭ по однофазной схемезамещения системы, что позволяет упростить и повысить точность расчета,используя известные методы расчета сложных электрических цепей.2.Разработана программа для ЭВМ расчета параметров КЗ втяговых сетях переменного тока 25 кВ, на которую получено Свидетельствоо государственной регистрации в ФИПС (№ 2017613520).