Разработка многопараметрической микропроцессорной защиты фидеров тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ с использованием методов математического моделирования и натурного эксперимента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.09, кандидат технических наук Гречишников, Виктор Александрович

• Гречишников, Виктор Александрович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гречишников, Виктор Александрович

Введение

1. Обоснование необходимости разработки многопараметрической защиты фидеров тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ с совмещением функций автоматики.

1.1. Обзор аварийных и нештатных режимов работы системы тягового электроснабжения и их анализ.

1.2. Существующие устройства защиты и их недостатки.

1.3. Предпосылки создания единого многопараметрического устройства защиты и автоматики.

1.4. Анализ существующих технических средств и основных требований к комплексной системе защиты и автоматики фидера тяговой сети постоянного тока.

2. Разработка устройства многопараметрической защиты и автоматики фидера тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ.

2.1. Аппаратная часть устройства.

2.1.1. Исследование энергетического спектра тока фидера тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ и выбор шага дискретизации для многопараметрической защиты

2.1.2. Особенности использования микропроцессорной техники в устройствах защиты и автоматики фидера контактной сети постоянного тока.

2.1.3. Требования к построению аппаратной части и ее функциональным возможностям.

2.1.4. Выбор микропроцессорного устройства. 88 2.2. Программная часть устройства.

2.2.1. Выбор уставок работы защит и машинное представление значения тока и напряжения.

2.2.2. Разработка последовательности действий для каждого вида защиты.

2.2.3. Разработка последовательности действий автоматики.

2.2.4. Организация программного цикла.

2.2.5. Взаимодействие алгоритмов работы защит и автоматики.

3. Разработка программно-аппаратного комплекса

3.1. Обоснование необходимости разработки программно-аппаратного комплекса

3.2. Разработка программного комплекса «Моделирование СТЭ».

3.2.1. Цель разработки программного комплекса «Моделирование СТЭ».

3.2.2. Требования, заложенные при создании комплекса программ

3.2.3. Состав и названия программного комплекса. 144 3 . 2 . 4 . Логическая структура ПК. 145 3.2.5. График движения. 14 9 3 . 2 . 6. Формирование мгновенных схем.

3.2.7. Формирование схемы замещения СТЭ.

3.2.8. Решение множества мгновенных схем.

3.2.9. Статистическая обработка результатов решения множества мгновенных схем.

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка многопараметрической микропроцессорной защиты фидеров тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ с использованием методов математического моделирования и натурного эксперимента»

Электрифицированные железные дороги играют важную роль в экономической и социальной сферах жизни государства, осуществляя перевозку самых разнообразных грузов по всей территории нашей страны. Их значение в настоящий момент не снизилась по сравнению с предыдущими годами, а, в некоторых случаях значительно возросла. Например, снижение производства энергоносителей и, как следствие, уменьшение их текущих запасов, требует своевременной доставки грузов потребителю, так как даже небольшая задержка может привести к нехорошим последствиям, как в социальной жизни, так и в материально-технической сферах деятельности. Поэтому при каждодневной перевозке жизненно важных грузов по всем регионам нашей страны и непрерывном пассажиропотоке выход из строя любого элемента конструкции электрифицированной железной дороги может привести к необратимым последствиям. Одним из важных элементов электрифицированной железной дороги является система электроснабжения, являющаяся сложным техническим сооружением, работающим в непрерывном режиме и в любых условиях, обладающая высокой степенью надежности. Однако, в процессе ее эксплуатации возникают различные повреждения элементов системы и аварийные ситуации, связанные с воздействиями на нее механических, метеорологических, химических, человеческого и других всевозможных факторов. Это, в свою очередь, приводит к перерывам в движении поездов и срыву графика движения.

Достаточно часто причиной аварийных ситуаций является так называемое короткое замыкание, возникающее из-за самых различных причин. Как показывает практика, короткие замыкания в тяговой сети системы электроснабжения возникают в результате: перекрытия изоляторов контактной сети, замыкания токоприемником секционного изолятора или воздушного промежутка, случайного соединения металлических поддерживающих конструкций с проводами контактной сети, ошибочных действий людей, неверно собирающих схемы питания и секционирования, неисправностей на подвижном составе и т.д. Короткие замыкания приводят к значительному возрастанию тока в тяговой сети, влекущему за собой нарушение нормальной работы системы электроснабжения.

Токи короткого замыкания, достигая большой величины, даже при очень малой длительности, могут в результате динамического воздействия, привести к разрушению устройств и аппаратов сети (коммутационных аппаратов, трансформаторов, и т.д.) или явиться причиной термических воздействий, приводящих к повреждению токоведущих частей: пережоги проводов, сгорание элементов аппаратов и т.п. При малых значениях тока короткого замыкания и большой длительности воздействия, происходит потеря работоспособности элементов конструкции, а именно: отжиг контактных проводов, теряющих при этом свою механическую прочность, при возникновении электрической дуги происходит пережог контактного провода. Поэтому аварии, возникающие в следствие не отключения токов короткого замыкания, часто приводят к длительному перерыву нормальной эксплуатации участка железной дороги.

Отсюда следует вывод о том, что вопросам защиты участков электрифицированной железной дороги должно уделяться особое внимание.

Одним из основных устройств, используемых для защиты фидеров контактной сети, являются быстродействующие выключатели. Однако их возможности, связанные с определением режимов работы тяговой сети: аварийный или нормальный, недостаточны. Поэтому необходимо иметь дополнительные средства защиты, позволяющие с более высокой точностью выявлять характер процессов, протекающих в тяговой сети, и способные различать по множеству различных параметров степень аварийного воздействия коротких замыканий. В тоже время новые средства защиты должны обладать высокой надежностью и быть удобными в эксплуатации и при ремонтных работах. Одновременно они могут выполнять дополнительные функции, связанные с работой элементов автоматики и, в некоторых случаях, осуществлять контроль за правильностью производимых действий при выполнении отдельных операций, связанных с переключениями устройств в системе электроснабжения.

Данная работа посвящена вопросам разработки устройства защиты и автоматики фидеров тяговой сети постоянного тока с напряжение 3,3 кВ.

Заключение диссертации по теме «Электрификация железнодорожного транспорта», Гречишников, Виктор Александрович

выводы

1.Обоснована необходимость реализации многопараметрической защиты фидеров тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ и возможность ее реализации на базе микропроцессорной техники;

2.Исследование энергетического спектра импульсов тока тягового фидера постоянного тока 3,3 кВ, приводящих к срабатыванию быстродействующего выключателя, показали, что в цифровых защитах фидеров тяговой сети шаг дискретизации между замерами токов должен составлять не более 280 мксек. При этом вероятность того, что реальная кривая тока будет соответствовать обрабатываемой, со среднеквадратическим отклонением в 1 %, составит не менее 99%;

3.Разработан улучшенный способ защиты фидеров тяговой сети по приращению тока на базе микропроцессорной техники, позволяющий получить высокочувствительные селективные и гибкие системы защит, параметры которых легко могут индивидуализироваться под условия каждого конкретного фидера с его типовыми ситуациями;

4. Исследования тепловых процессов в проводах контактной сети показали, что для проводов, применяемых на железных дорогах России, значение экспоненциальной функции можно вычислять по сумме первых трех слагаемых степенного ряда, в который она раскладывается, шаг дискретизации должен составлять не более 1 секунды, возможно использование уравнения теплового баланса со стационарными параметрами с учетом сопротивления КП на каждом шаге интегрирования;

5.Разработан программный комплекс «Моделирование СТЭ», позволяющий рассчитать основные энергетические показатели работы СТЭ при вероятностном распределении тяговой нагрузки, любом типе КП и оборудования ТП и любой схеме соединения СТЭ;

6.Разработан программно аппаратный комплекс с обратной связью, включающий программный комплекс «Моделирование СТЭ», аппаратный комплекс, позволяющий имитировать токи и напряжения в реальном масштабе времени и само устройство защиты и автоматики ЦЗАФ-3,3, что дает возможность отлаживать алгоритмы всех защит и производит выбор уставок для конкретного участка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гречишников, Виктор Александрович, 2000 год

1. Марквардт К.Г. Энергоснабжение электрических железных дорог. М., «Транспорт», 1965, 464 с.

2. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М., «Транспорт», 1982, 528 с.

3. Под ред. Плакса A.B., Пупынина В.Н. Электрические железные дороги, М., «Транспорт», 1993, 280 с.

4. Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции, М., «Транспорт», 1986, 320 с.

5. Под ред. Сухопрудского Н.Д. Автоматизация систем электроснаюжения, М., «Транспорт», 1990, 360 с.

6. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации, М., МПС РФ, ЦЭ-462, 1997, 80 с.

7. Хариков В.Ф. Защита контактной сети постоянного тока от коротких замыканий, М., «Транспорт», 1987, 96 с.

8. Кучма К.Г., Марквардт Г.Г., Пупынин В.Н. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети, М., «Трансжелдориздат», 1960, 260 с.

9. Пупынин В.Н. Полная теория работы и характеристика параллельных индуктированных шунтовбыстродействующих выключателей типов ВАБ-2, АБ-2/4, АБ-2/3 и реле-дифференциальных шунтов выключателей ВАБ-28, Труды МИИТ №213 М., «Транспорт», 1965, с.61-86.

10. Векслер М.И. Защита тяговой сети постоянного тока от токов короткого замыкания, М., «Транспорт», 1976, 120 с.

11. Под ред. Морозкина В.П. Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты, М., «Энергоатомиздат», 1988, 240 с.

12. Цветков Е.И. Процессорные измерительные средства. Ленинград, «Энергоатомиздат» ленинградское отделение, 1989, 221 с.

13. Горинштейн A.M. Практика решения инженерных задач на ЭВМ. М., «Радиосвязь», 1984, 232 с.

14. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное издание. М., «Финансы и статистика», 1983, 472 с.

15. Вентцель Е.С. Теория вероятностей, М., «Наука», 1969, 576 с.

16. Гайдукевич В.И., Мельникова A.A. Вероятностная обработка осциллограмм электрических величин. М., «Энергия», 1972, 112 с.

17. Захаров В.К., Севастьянов Б.А., Чистяков В.П. Теория вероятностей, М., «Мир», 1974, 160 с.

18. Коваленко И.Н., Филиппова A.A. Теория вероятностей и математическая статистика, М., «Высш.школа», 1973, 368 с.

19. Дьяконов В.П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 Pro. М., «СКПресс», 1998, 34 6 с.

20. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов, М., «Мир», 1974, 464 с.

21. Минаев Е.И. Основы радиоэлектроники, М., «Советское радио», 1976, 480 с.

22. Харкевич A.A. Основы радиотехники, М., «Связьиздат», 1962, 560 с.

23. Глушков В.M. Введение в кибернетику, Киев, Издательство академии наук украинской ССР, 1964, 324 с.

24. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 М.ДОДЭКА, 1996 г., 384 с, ISBN-5-87835-008-4

25. Микроконтроллеры: Однокристальные микроконтроллеры PIC17C4x, PIC17C75x, M3820. Выпуск 1 М.ДОДЭКА, 1998 г., 384 с, ISBN-5-87835-023-8

26. Microcomputer Components: SAB 80С166/83С166 16-Bit CMOS Single-Chip Microcontrollers for Embedded Control Applications Siemens AG, 1997, 367 c.

27. Морозкин В.П., Федосеев A.M., Новелла В.H. Реализация программных защит на микропроцессорной элементной базе. Электротехника. 1985. №8. с.55-59

28. Баоабанов Ю.А. Использование цифровой вычислительной техники для выполнения функций релейной защиты// Электричество. 197 9. №12. с.6-11.

29. Успенский М.И., Манов Н.А., Полуботко В.А., и др. Под ред. Лугинского Я.Н. Микропроцессорные защиты оборудования электроэнергетических систем. Сыктывкар: Коми филиал АН СССР, 1986.

30. Новелла В.Н., Васильев А.Н. Исследование работы программных дистанционных измерительных органов в условиях переходного процесса // Электричество. 1981. №2. с. 22-27.

31. Назаренко В.М., Рогоза В.В., Стогний B.C., Холоденко Ю.И. Принципы построения и структура микропроцессорных систем защиты и автоматики. Электричество. 1985. с.4 6-48.

32. Ульяницкий Е.М. Микропроцессорные системы защиты электроэнергетических объектов. Труды Ростовского ин-та инж.жел.дор.транспорта. 1982. Вып.168. с.3-9.

33. Марквардт К.Г. Контактная сеть. 4-е изд. перераб. и доп. Учеб. для вузов ж.-д. трансп.М., «Транспорт», 1994, 335 с.

34. Фигурнов Е.П., Петрова Т.Е. Защита контактной подвески от токовых перегрузок. Железные дороги мира, 1992, №7, с. 2-7.

35. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрофицированных железных дорог. МПС.ЦЭ-197.-М.,Транспорт. 1994.

36. Романенко А.Ф., Сергеев Н.Г. Вопросы прикладного анализа случайных процессов, М., «Сов.радио», 1968, 255 с.

37. Свешников A.A. Прикладные методы теории случайных функций, М., «Наука», 1968, 678 с.

38. Вентцель А.Д. Курс теории случайных процессов, М., «Наука», 1975, 319 с.

39. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений, М., «Наука», 1967, 89 с.

40. Митропольский A.K. Техника статистических вычислений, М., «Наука», 1971, 576 с.

41. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике, М., «Наука», 1978, 832 с.

42. Романенко А.Ф., Сергеев Н.Г. Апроксимативные методы анализа случайных процессов, М., «Энергия», 1974, 296 с.

43. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики, М., «Наука», 1966, 664 с.

44. Каталкин H.H. Численные методы, М., «Наука», 1978, 176 с.

45. Карманов В.Г. Математическое программирование, М., «Наука», 1975, 972 с.

46. Долин П.А. Вопросы электробезопасности в электроустановках, М., «Энергия», 1970, 336 с.

47. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог, М., «Транспорт», 1985, 302 с.

48. Программный комплекс расчета пропускной способности по системе электроснабжения двухпутных магистральных электрифицированных линий. ОФАП МПС № г.р. 1115863.00258-01, М. 1987.

49. Методы разработки алгоритмов и программ при использовании средств вычислительной техники для решения задач проектирования и эксплуатации систем электроснабжения электрифицированных железных дорог : в двух частях / В.В. Андреев М, 1984. -112с., ил.

50. Джефф Дантеманн, Джим Мишел, Дон Тейлор Программирование в среде Delphi. Киев, НИПФ «ДиаСофт Лтд.», 1995, 608 с.

51. Калверт Ч. Delphi 2. Энциклопедия пользователя. Киев, НИПФ «ДиаСофт Лтд.», 1996, 736 с.

52. Орлик С. Секреты Delphi на примерах, М., «Бином», 1996, 325 с.

53. Фаронов В.В. Delphi 4. Учебный курс. М., «Нолидж», 1998, 448 с.