Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ ПРОМЕЖУТКОВ
В УСЛОВИЯХ ОБЫЧНОГО, СКОРОСТНОГО и
ТЯЖЕЛОВЕСНОГО ДВИЖЕНИЯ f 10
Причины возникновения пережогов проводов изолирующих промежутков 10
Анализ характеристик срабатывания быстродействующих выключателей, используемых для защиты тяговых сетей постоянного тока 12
Анализ характеристик срабатывания выключателей типа АБ-2/4и ВАБ-43 12
Расчет и анализ характеристик срабатывания выключателей типа ВАБ-49 15
Выводы по пункту 25
1.3. Схемы и конструкции изолирующих промежутков, пригодные для
тяжеловесного и скоростного движения 26
ГЛАВА 2. РАСЧЁТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СМЕЖНЫХ
ФИДЕРАХ ТЯГОВОЙ СЕТИ, РАЗДЕЛЕННЫХ
ИЗОЛИРУЮЩИМ ПРОМЕЖУТКОМ, ПРИ ПРОХОДЕ
ПО НЕМУ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ПОД ТОКОМ 32
Составление расчетной схемы 32
Определение параметров расчетной схемы 34
2.2.1. Определение параметров "расчетной схемы при равной длине
питающих фидеров 34
?
Расчёт активного сопротивления проводов питающих фидеров 34
Расчёт индуктивности проводов питающих фидеров 35
Расчёт взаимоиндуктивности проводов питающих
фидеров 36
2.2.1.4. Расчёт постоянной времени сети 37
2.2.2. Определение параметров расчетной схемы в случае,
когда длина одного фидера превышает длину другого 37
2.2.2.1. Расчёт эквивалентного сопротивления системы "контактный
провод- несущий трос - усиливающий провод" 37
2.3. Расчет переходных процессов в смежных фидерах при проходе
электроподвижного состава по изолирующему промежутку для
типовых проектных решений трасс питающих фидеров 42
Расчёт токов в смежных фидерах равной длины 42
Расчёт токов в смежных фидерах различной длины 47
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИИ ИЗОЛИРУЮЩЕГО
ПРОМЕЖУТКА С РЕЗИСТИВНЫМ ПЕРЕВОДОМ ТОКА 48
Принципиальная схема изолирующего промежутка с резистивным переводом тока 48
Выбор резистивного материала для проводов изолирующего промежутка 53
Аналитическое описание процесса прохода электроподвижного состава под током по изолирующему промежутку с резистивным переводом тока 54
3.3.1. Первый этап прохода электроподвижного состава по
изолирующему промежутку с резистивным переводом тока 55
3.3.2. Второй этап прохода электроподвижного состава по
изолирующему промежутку с резистивным переводом тока 64
Третий этап прохода электроподвижного состава по изолирующему промежутку с резистивным переводом тока 65
Четвертый этап прохода электроподвижного состава по изолирующему промежутку с резистивным переводом тока 70
3.4. Компьютерное моделирование процесса прохода электроподвижного
состава под током по изолирующему промежутку с резистивным
переводом тока 71
3.5. Вывод по ГЛАВЕ 3 79
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СХЕМ И КОНСТРУКЦИЙ БЛОКИРОВОК,
ПОЗВОЛЯЮЩИХ ИСКЛЮЧИТЬ ОТКЛЮЧЕНИЕ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ "ПРИНИМАЮЩЕГО" ФИДЕРА
ИЗОЛИРУЮЩЕГО ПРОМЕЖУТКА ПРИ ПРОХОДЕ
ПО ИЗОЛИРУЮЩЕМУ ПРОМЕЖУТКУ
ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОД ТОКОМ 81
4.1. Разработка схем блокировок для выключателей различных типов
(АБ-2/4, ВАБ-43, ВАБ^9) 81
Принципиальная схема устройства блокировки для выключателей типа АБ-2/4 и ВАБ-43 81
Принципиальная схема устройства блокировки для выключателей типаВАБ-49 84
Определение параметров датчика производной тока 87
4.2. Теоретическая оценка эффективности применения устройств
блокировки выключателей смежных фидеров 92
4.2.1. Оценка эффективности применения устройства блокировки
выключателей "типа АБ-2/4 и ВАБ-43 92
4.2.1 Л. Расчёт переходных процессов в размагничивающем витке и
катушке включения выключателей типа АБ-2/4 и ВАБ-43....92
4.2.1.1.1. Определение параметров расчетной схемы 93
4.2.1.1.2. Определение тока в размагничивающем витке до
замыкания катушки включения 95
4.2.1.1.3.Расчёт токов в размагничивающем витке и катушке
включения, замкнутой спустя время At 97
4.2.1.2. Нахождение суммарных ампер-витков от токов
размагничивающего витка и катушки включения при
использовании устройства блокировки 102
4.2.1.3. Вывод по пункту 4.2.1 104
4.2.2. Оценка эффективности применения устройства блокировки
выключателей типа ВАБ-49 107
Определение разности токов шин реле-дифференциального шунта 107
Определение тока в калибровочной катушке 109
Нахождение суммарных ампер-витков от разности токов шин реле-дифференциального шунта и тока калибровочной катушки 112
Компьютерное моделирование переходных процессов в магнитной системе выключателя «принимающего» фидера изолирующего промежутка при проходе по изолирующему промежутку электроподвижного состава под током 116
Результаты испытаний устройства блокировки выключателей смежных фидеров на действующем участке электрифицированной железной дороги 122
Оценка техническо-экономической эффективности использования устройства блокировки выключателей смежных фидеров 132
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 144
ЛИТЕРАТУРА 147
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
Введение к работе
Намечающийся массовый переход железных дорог России на скоростное и тяжеловесное движение требует тщательной проработки вопросов, связанных с надежностью работы узлов тяговой сети в этих условиях. На дорогах постоянного тока большое внимание обращает на себя такой элемент, как изолирующий промежуток, состоящий из изолирующего сопряжения контактной сети и питающих его смежных фидеров с установленной на них защитой (быстродействующими выключателями). Существующая конструкция изолирующих промежутков (ИП) имеет существенный недостаток, связанный с возможностью пережогов контактных проводов изолирующего сопряжения (далее «пережог проводов ИП») электрической дугой при проходе по нему электроподвижного состава (ЭПС) под током, причем, чем больше ток, потребляемый ЭПС, тем вероятность таких пережогов выше.
В настоящее время для исключения пережогов проводов ИП имеется специальная сигнализация, оповещающая машиниста о необходимости опустить токоприемник перед въездом на ИП. Естественно, что такое решение неприемлемо для условий скоростного и тяжеловесного движения.
Кроме того, широкое применение получило «Устройство защиты от пережогов на изолирующих сопряжениях», которое представляет собой металлические конструкции, навешиваемые на провода ветвей изолирующего сопряжения и предназначенные не для устранения дуги, а для её "перехвата" этими конструкциями. Понятно, что эффективность такого решения невелика даже в обычных условиях, и оно совершенно непригодно в условиях скоростного движения, так как указанные конструкции имеют большой сосредоточенный вес, существенно снижающий эластичность контактной сети в зоне ИП, что при больших скоростях движения может привести к ударам и поломкам токоприемников ЭПС.
Несмотря на то, что проблема «безболезненного» прохода ЭПС через ИП является актуальной даже в обычных условиях, а её решением занимались
многие крупные специалисты в области электроснабжения контактной сети, такие, как Марквардт К.Г., Пупынин В.Н, Бадер М.П., Вологий В.А., Борц В.Е., Чекулаев В.Е., Дарчиев С.Х., СавченкоВ.А., Счастный Е.Н., Беляев И.А., Тюрнин П.Г., Горошков Ю.А., никакие другие эффективные способы борьбы с пережогами проводов ИП на данный момент не известны и не применяются.
Данная работа посвящается исследованию и разработке схем и конструкций изолирующего промежутка тяговой сети постоянного тока для условий скоростного и тяжеловесного движения.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложений.
В первой главе диссертации рассмотрена причина возникновения электрической дуги, приводящей к пережогу проводов ИП. Выявлено, что таковой является отключение выключателя так называемого «принимающего» фидера из-за скачка (приращения) тока фидера в момент заезда ЭПС на ИП или при съезде с него. (Под «принимающим» фидером понимается фидер, на который после прохода ИП должно быть передано питание ЭПС под током с «отдающего» фидера.) Причиной же отключения являются специфические защитные характеристики быстродействующих выключателей, используемых на фидерах тяговой сети постоянного тока - АБ-2/4, ВАБ-43 и последнего ВАБ-49. Проведен анализ характеристик срабатывания указанных выключателей.
Учитывая все вышеизложенное, предложены схемы и конструкции ИП, пригодные для использования в условиях скоростного и тяжеловесного движения.
В качестве одного из возможных решений предлагается конструкция ИП, использующая способ плавного резистивного перевода тока ЭПС с "отдающего" на "принимающий" фидер ИП.
Еще одним эффективным решением является применение устройств электрической блокировки выключателей ИП на время прохода ЭПС по ИП. Последнее является одним из технических требований к устройствам
электрификации и электроснабжения в стандарте ОАО «РЖД» «Инфраструктура железнодорожных линий для движения грузовых поездов -повышенного веса и длины», разработанного в этом году.
Отмечено, что предлагаемые схемы блокировки, исключая срабатывание выключателя принимающего фидера, позволяют избежать появления мощной дуги, однако полностью исключить её появления не могут. В качестве же меры, полностью исключающей возможность появления электрической дуги, предложено использовать шунтирование ИП быстродействующим выключателем на время прохода ЭПС по ИП и показан один из возможных вариантов схемы управления таким выключателем.
Во второй главе проведен расчет переходного процесса перераспределения тока ЭПС между фидерами, питающими левый и правый участки контактной сети, учитывая возможное расположение тяговой подстанции (в центре, начале или конце станции). Найдены основные параметры расчетной схемы - активное сопротивление, индуктивность, взаимоипдуктивность проводов питающих фидеров, эквивалентное сопротивление системы "контактный провод - несущий трос - усиливающий провод", постоянная времени переходного процесса перераспределения тока. Показано, что переходный процесс в смежных фидерах, разделенных ИП, при проходе по нему ЭПС под током практически не зависит от месторасположения тяговой подстанции (т.е. от соотношения длин питающих фидеров).
В третьей главе разработана принципиальная схема ИП с резистивным переводом тока. Выбран резистивный материал для проводов ИП. Выполнено аналитическое описание и компьютерное моделирование процесса прохода поезда под током по изолирующему промежутку с резистивным переводом тока, которые показали полную сходимость результатов.
Четвертая глава диссертации посвящена разработке принципиальных схем устройств блокировки выключателей смежных фидеров для выключателей различных типов - АБ-2/4, ВАБ-43 и ВАБ-49.
Дана теоретическая оценка эффективности применения таких устройств, для чего проведены расчеты переходных процессов в магнитных системах выключателей и реле-дифференциальных шунтов в момент прохода ЭПС под током через ИП. Выполнено компьютерное моделирование переходных процессов в магнитной системе выключателя «принимающего» фидера ИП при проходе по ИП подвижного состава под током, которое показало полную сходимость результатов с результатами аналитического описания этих процессов.
Создан опытный образец устройства блокировки выключателей смежных фидеров для выключателей типа ВАБ-49. Приведены результаты испытаний устройства на действующем участке электрифицированной железной дороги. Дана оценка техническо-экономической эффективности использования данного устройства.
Работа выполнена на кафедре «Электроснабжение электрических железных дорог» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ). При выполнении работы было получено два патента на изобретение в соавторстве с профессором Пупыниным В.Н.
Автор выражает искреннюю благодарность доцентам Гречишникову В.А. и Шевлюгину М.В. за помощь, оказанную при создании и проведении испытаний опытного образца устройства блокировки выключателей смежных фидеров.
