Испытание электротяговой сети переменного тока на наличие короткого замыкания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.09, кандидат технических наук Кузнецова, Ольга Вадимовна

• Кузнецова, Ольга Вадимовна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузнецова, Ольга Вадимовна

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ.

1.1. Обзор методов включения ИКЗ.

1.2. Задачи исследований.

2. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ИКЗ.

2.1. Разработка схемы включения испытательного резистора и алгоритма работы ИКЗ тяговой сети переменного тока.

2.1.1. Включение испытательного резистора параллельно фидерному выключателю контактной сети.

2.1.2.Включение испытательного резистора параллельно линейному фидерному разъединителю контактной сети.

2.1.3. Схема включения одного резистора на испытательную шину в ОРУ-27,5 кВ.

2.1.4. Схема включения одного испытательного резистора параллельно выводам запасного выключателя.

2.1.5. Схема включения двух испытательных резисторов параллельно запасным выключателям модернизированной запасной шины.

2.1.6. Анализ схем включения испытательных резисторов. 2.2.Определение величины испытательного тока.

2.2.1. Параметры расчетной схемы.

2.2.2. Анализ граничных условий.

2.2.3. Расчет уставок датчиков ИКЗ.

2.3. Условия работы ИКЗ и выбор конструкции испытательного резистора.

2.3.1. Анализ условий тботы оезистооа в цикле АПВ.

- 3

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ РЕЗИСТОРОВ.

3.1. Обоснование конструкции испытательного резистора.

3.2. Исследование резистора из углеродистых тканей.

3.3. Исследование проволочного резистора.

3.4. Тепловая модель токоограничивающего проволочного резистора

3.5. Нагревание токоограничительного резистора ИКЗ.

3.6. Охлаждение токоограничительного резистора ИКЗ.

3.7. Повторно-кратковременный режим работы ИКЗ.

4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И СХЕМЫ АВТОМАТИКИ ИКЗ

4.1. Разработка функциональной схемы ИКЗ.

4.2. Расчет коммутационных перенапряжений на испытательном резисторе

4.2.1. Наибольшая величина напряжения на испытательном резисторе во время коммутации выключателя

4.2.2. Исследование двухкоммутационного режима напряжения на испытательном резисторе

4.3. Условия работы ИКЗ с активным резистором в схемах тяговой подстанции

4.3.1. Схема с индивидуальным резистором на каждый фидер контактной сети

4.3.2. Схема включения испытательного резистора на запасной шине

4.3.3. Схема включения двух испытательных резисторов на секционированную запасную шину ill

4.4. Одновитковый датчик тока. Конструкция, схема и принцип работы в устройстве ИКЗ тяговой сети переменного тока

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Испытание электротяговой сети переменного тока на наличие короткого замыкания»

Протяженность электрифицированных железных дорог в России достигла 39,5 тыс. км [1], что составляет 18,6 % электрифицированных дорог мира. Электрификация в России проводилась по нескольким системам питания: на постоянном токе 3,3 кВ, на переменном токе промышленной частоты напряжением 27,5 кВ, по системе питания 2x25 кВ с автотрансформаторами и по системе с экранированным усиливающим проводом (ЭУП). Последние три системы питания относятся к системам переменного тока и составляют около 52 % от общего числа электрифицированных дорог России.

Основной задачей хозяйства электроснабжения в настоящий период является выполнение Постановления Коллегии МПС РФ N 20 от 13.07.94г. "О состоянии и перспективах развития хозяйства электроснабжения железных дорог в современных условиях", которым определены направления и объемы обновления хозяйства электроснабжения [3]. Для реализации поставленных задач необходимы новые подходы к организации капитального ремонта, внедрения новых технологий и перспективной техники.

Одним из этих направлений является создание новых устройств диагностики состояния контактной подвески в момент короткого замыкания (КЗ) и условий для повторной подачи номинального напряжения электроподвижному составу после разрыва цепи КЗ. Анализ условий работы электротяговой сети показывает, что причинами коротких замыканий контактной сети на рельсы являются загрязнения изоляции пылью и солями, перекрытие изоляторов птицами и продуктами их жизнедеятельности, касание негабаритных грузов, особенно если нарушена регулировка контактной сети. Такие КЗ вызывают отключение питающих фидеров тяговых подстанций и постов секционирования. После этого контактная сеть может быть включена в оаботу в частности по той поичине. что элект

- 5 рическая дуга выжигает загрязнение на поверхности изоляторов. Такие короткие замыкания, называемые преходящими, не представляют серьезной опасности (если они не повторяются подряд через малый промежуток времени) для системы электроснабжения и для устройств контактной сети, так как их длительность составляет обычно 100.150 мс, и выделяющейся тепловой энергии при этом недостаточно для пережога проводов электротяговой сети. Количество преходящих коротких замыканий в электрических сетях общего назначения в целом по бывшему СССР составляет 60. .75 % [15].

Другой вид коротких замыканий - разрушение изоляции на подвижном составе или изолирующих конструкций контактной сети - может приводить к устойчивым КЗ. Повторная подача напряжения на устойчивое короткое замыкание приводит к разрастанию аварии и, зачастую, к полному разрушению изолирующей конструкции или пережогу, а то и к отжигу проводов контактной подвески. Поэтому перед автоматическим повторным включением (АПВ) желательно осуществить испытание контактной сети на наличие или отсутствие устойчивого повреждения.

Число устойчивых повреждений характеризуется числом неуспешных действий АПВ. Автором был проведен выборочный анализ на Ростовском отделении Северо-Кавказской железной дороги числа отключений и неуспешных АПВ, результаты которого приведены в табл.В.1.

Хотя число успешных АПВ, как следует из табл.В.1 больше, чем в среднем по электрическим сетям общего назначения, тем не менее число устойчивых повреждений достаточно велико, поэтому нельзя не считаться с тем ущербом, который они могут принести при отсутствии испытателя коротких замыканий.

Анализ эксплуатационной работы хозяйства электроснабжения, проводимый ежегодно Департаментом электрификации и электроснабжения П.21. показывает, что сседнеголовое количество отключений на 1 пи

- 6

Таблица В. 1

Число отключений и неуспешных действий АПВ на Ростовской дистанции электроснабжения СКЖД.

Год Всего отключений фидеров при КЗ Неуспешные включения по АПВ число %

1985 357 15,6

1986 - -

1987 2137 374 17,5

1988 - -

1989 2051 200 9,75

1994 1610 209 13,0

1995 1706 290 17,0 тающий фидер контактной сети переменного тока на СКЖД составляет 26 отключений. Таким образом, приблизительное количество опасных коротких замыканий на каждой фидерной зоне составляет 4. 5 в год.

Основное направление разработок испытателей короткого замыкания (ИКЗ) состоит в подаче напряжения на контактную сеть через ограничивающее сопротивление, при этом величина сопротивления должна быть такой, чтобы исключить разрастание аварии. Если ИКЗ устанавливает, что устойчивого повреждения нет, то разрешается действие АПВ при выводе ограничительного резистора. В противном случае АПВ запрещается. При включении резистора величина тока или уровень напряжения в проверяемой цепи должны позволять достоверно отличить режим устойчивого повреждения от самоликвидировавшегося короткого замыкания.

Для надежной диагностики фидера контактной сети перед повторной подачей напряжения используется достаточно большое количество устройств, работающих в России и за рубежом на контактной сети постоянного тока 3.3 кВ. а также за оубежом на контактной сети певеменного

- 7 тока напряжением 15 и 25 кВ.

Условия работы ЙКЗ определяются схемой питания и секционирования, длиной межподстанционной зоны, токами нагрузок, наличием или отсутствием стационарных нетяговых нагрузок фидерной зоны (трансформаторы обогрева стрелочных переводов, сосредоточенные емкости кабельных вставок). На Российских и зарубежных железных дорогах эти условия существенно различны. Поэтому непосредственный перенос зарубежных технических решений в условия Российских железных дорог невозможен.

Применение токоограничительных резисторов в ИКЗ напряжением 27,5 кВ требует изготовления резисторов большой мощности, которые в настоящий момент не производятся отечественными предприятиями.

Данная работа посвящена исследованию условий, при которых с помощью ограничительного резистора можно отличить режим устойчивого короткого замыкания от исправного электрического состояния контактной сети, в том числе и при наличии электровозов на линии. Рассмотрены и исследованы требования, которым должны отвечать испытательный резистор и схема его включения. Исследованы стационарные и нестационарные электрические процессы условий работы такого резистора и его тепловые режимы, разработана методика выбора уставок средств автоматического управления испытателем.

- 8

Заключение диссертации по теме «Электрификация железнодорожного транспорта», Кузнецова, Ольга Вадимовна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

1.В диссертационной работе проведен анализ работы испытателей короткого замыкания при различных схемах питания электротяговой сети российских и зарубежных железных дорог. Приведены обоснования неэффективности использования известных решений для создания надежного ИКЗ для систем питания переменного тока напряжением 27,5 кВ.

2. Обоснованы технические и конструктивные требования к разработке и проектированию типового ИКЗ на 27,5 кВ. Разработано и утверждено Департаментом электрификации и электроснабжения МПС РФ "Техническое задание" на изготовление и эксплуатацию ИКЗ для сети дорог.

3.Предложены и обоснованы схемы включения ИКЗ в распределительных устройствах переменного тока для выполнения быстрого и медленного АПВ фидера контактной сети. Разработаны конструкции ИКЗ из различных токопроводящих материалов высокого сопротивления.

4. Впервые в полном объеме приведено обоснование границ возможного изменения испытательного тока в режимах: холостого хода, режима работы вспомогательных машин ЭПС и режима КЗ. На основе этих исследований определены условия выполнения цикла АПВ для железных дорог.

5. Дано теоретическое обоснование тепловых режимов работы токо-ограничительного резистора ИКЗ и технологического цикла его работы.

6.Поиведен способ юасчета паоаметоов везистооов выполненных из

- 124 любых электропроводных материалов для заданного цикла работы.

7.Разработаны схемы подключения ИКЗ к цепям вторичной коммутации автоматики и релейной защиты фидера.

8.Дана оценка возникающим в процессе работы ИКЗ коммутационным перенапряжениям и рекомендованы способы защиты от них.

9. Разработаны материалы, необходимые для проектирования, изготовления и эксплуатации аппаратуры ИКЗ на магистральных тяговых подстанциях переменного тока.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кузнецова, Ольга Вадимовна, 1998 год

1. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1997 году. ЦЭЭ-3,-М.: ПМП МПС, 1998.-100с.

2. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1996 году. ЦЭЭ-3.-М.: ПМП МПС, 1997.-75с.

3. Мунькин В.В. Электрификация дорог России: вчера, сегодня, завтра.//Локомотив.N3.-1996.- С.34-36.

4. Устройство автоматического опробования контактной сети постоянного тока перед включением быстродействующего автомата. Информационный листок о передовом производственном опыте N942.- Минск: ДЦНТИ Бел. ж. д., 1992. 4 с.

5. Герман Л.А., Лапин В.Б., Пупынин В.Н. Автоматическое повторное включение выключателей фидеров контактной сети переменного тока. //Труды ЦНИИ МПС.Вып.422.- М.: Транспорт,1970.- С.40-52.

6. Н.Gerlach, C.Shenk. KurzschluBprufeinrichtung fur Oberleitungsnetze von Wechselstrombahnen.// Elektrische Bahnen, 1996, Ш.-C.185-190.

7. U.Behmann, A.Schafer. Einfluß von Oberleitungsquerbelagen auf KurzschluBprufergebnisse//Electrische Bahnen,1994,N9.-C.260-266.

8. Verlustarme Kurzschlusprufeinrichtung fur Oberleitungsnetze. //Elektrische Bahnen 94.- 1996. N6.- C.180-184.

9. Schmidt P. Energieverssorgung elektrischer Bahnen.- Berlin: Transpess, VEB, Verlag fur Verkehrswesen, 1988.-248 c.

10. Гриньков Б.H. Автоматизация и телемеханизация устройств энергоснабжения зарубежных электрических железных дорог. //Электрификация и энергетическое хозяйство.Вып.7(73)- М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1972.40 с.

11. И. Косарев Б.И., Милютин А.П., Бычков А.Н. Схема и параметры устройства для огтаничения тока коооткого замыкания в тяговых сетях- 126 переменного тока.//Вопросы безопасности труда на ж.д.транс-те. Труды, вып.457.- М.: МИИТ,1974.- С. 118-128.

12. Быкадоров А.Л. Устройство для определения места повреждения в отключенной контактной сети постоянного тока.//Труды РИИЖТ. Вып. 60.-М. : Транспорт, 1966.- С. 76-80.

13. Самсонов Ю.Я. Устройство для обнаружения мест повреждения в контактных сетях переменного тока.//Труды РИИЖТ. Вып.60.- М.: Транспорт, 1966.- С.84-88.

14. Дмитриевский Г.В., Овласюк В.Я., Сухопрудский Н.Д. Автоматика и телемеханика электроснабжающих устройств: Учеб. для техникумов.-2-е изд., перераб. и доп. М. : Транспорт, 1976. - 223 с.

15. Жарков Ю.И., Овласюк В.Я., Сухопрудский Н.Д. и др. Автоматизация систем электроснабжения. М.: Транспорт,1990.- 359 с.

16. Герман Л.А., Лукконен В.Д. Указатель короткого замыкания.// Электрическая и тепловозная тяга. N7,1978.

17. Борухман В.А.Кудрявцев A.A., Кузнецов А.П. Устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи.-М. : Энергия,1980.- 104с.

18. Гельфанд Я. С., Зисман Л. С. Обнаружение повреждений в электрических сетях по мгновенным значениям аварийных составляющих. Э-И.Серия СУЭ.И- М. :Информэнерго, 1975.- С. 10-14.

19. Фигурнов Е.П. О влиянии нагрузки электровозов со статическими преобразователями на релейную защиту фидеров.//Электронные релейные и измерительные устройства для ж. д. транс.-та.-Труды, вып. 71.-Ростов-на-Дону: РИШКТ, 1967.- С. 62-86.

20. Карякин Р.Н. Тяговые сети переменного тока: 2-е изд.перераб. и доп. М. : Транспорт, 1987.- 279 с.21.3евеке Г. В. .Ионкин П. А., Нетушил A.B., Страхов C.B. Основы тео-оии цепей. Изл.5. М. : Энетэгоатомиздат. 1989г.- 528с.- 127

21. Основы теории электромагнитного поля. Справочное пособие./ Под ред.Татур М. М. .Высшая школа, 1989г.- 271с.

22. Марквардт К.Г. Энергоснабжение электрических железных дорог: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт,! 965. - 464с.

23. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог.- М.:Транспорт,1981г. -215с.

24. Дубровский З.М., Попов В.И., Тушканов Б.А. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник,- М.:Транспорт,1991.- 471 с.

25. Электровоз BJI-80C: Руководство по эксплуатации. М. :Транс-порт,1982г.- 622с.

26. Игонин А.И., Ильченко Т.Ф. Тяговые трансформаторы.- М.: Транспорт, 1968. 96 с.

27. Правила устройства электроустановок. Минэнерго СССР. Изд.6.-М.:Энергоатомиздат, 1985г. 640с.

28. Давыдова И.К., Попов Б.И., Эрлих В.М. Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования: 2-е изд., перераб. и доп. М.:Транспорт, 1978.- 416 с.

29. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения.Под ред. В. В. Афанасьева.- Л.: Энергоатомиздат, 1987. 544 с.

30. Лариков H.H. Теплотехника: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. - 432 с.

31. Теоретические основы теплотехники.Теплотехнический эксперимент. Справочник/Под общ. ред. Григорьева В. А., Зорина В. М. М.:Энергоатомиздат, 1988г.- 560с.

32. Справочное пособие по электротехнике и основам электроники. Под ред. проф. Нетушила A.B.- М.:Высшая школа,1986г.- 248с.

33. Таев И. С. Электрические аппараты. Общая теория. М.:Энергия, 1977.- 272 с.

34. Михеев М.А. Михеева И.М. Основы теплопеоедачи. Изд.2-е. сте- 128 реотип.- М.:Энергия,1977.- 344 с.

35. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.:Гостехиздат, 1954г.- 408с.

36. Основы теории электрических аппаратов. Под ред.И.С. Таева.-М.: Высшая шк. ,1987.- 352 с.

37. Буль Б.К. и др. Основы теории электрических аппаратов. Учеб. пособие для электротехнич. специальностей вузов./Под ред. Г.В.Бутке-вича. М.:Высшая школа, 1970,- 600 с.

38. Исаченко В.П.,Осипова В. А., Сукомел А.С. Теплопередача:Учеб. для вузов, 4-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоиздат, 1981.- 416 с.

39. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью. Учеб.пособ.- М. :Высш.шк, 1989.- 89 с.

40. Шалыт P.M. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами.- М.: Энергия, 1968.- 215 с.

41. Бей Ю.М., Мамошин P.P. и др. Тяговые подстанции. Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.:Транспорт, 1986.- 319 с.

42. Гомола Г.Г., Корольков В.А. Централизованное электроснабжение пассажирских поездов: современное состояние и перспективы развития. //Вестник ВНИИЖТ, 1997, N2.- С.41-47.