Введение к работе
Актуальность темы. Возникающие в контактной сети короткие замыкания (КЗ) нарушают электроснабжение тяговых потребителей, что приводит к задержкам в движении поездов, большому ущербу в работе потребителя и системы электроснабжения в целом. Значительные затраты времени приходятся на поиск места КЗ и устранение вызванного им повреждения сети.
Вопросу определения расстояния до места повреждения в линиях электропередач на основе различных методов посвящено большое число научных работ отечественных и зарубежных исследователей. При этом основным требованием, предъявляемым к устройствам определения мест повреждений, является достоверность определяемого значения расстояния, так как недостоверное определение места повреждения (ОМП) приводит к увеличению перерыва в электроснабжении потребителей и возможному нарушению графика движения поездов.
В электротяговых сетях переменного тока 27,5кВ при разработке устройств определения места повреждения наибольшее распространение получил метод, основанный на измерении полного сопротивления петли КЗ. Несмотря на глубину проведенных исследований и законченность существующих устройств, как показала практика, они не получили должного распространения на сети железных дорог. Причиной этого является то, что на полное сопротивление петли КЗ оказывают влияние случайные дестабилизирующие факторы, что существенным образом снижает достоверность определения расстояния до места КЗ. Поэтому необходимо проведение дополнительных исследований по совершенствованию рассмотренного метода; комплексному анализу влияния дестабилизирующих факторов, в том числе и ранее не учитываемых; определению параметров аварийного режима, характеризующих расстояние до места повреждения и наиболее устойчивых к влиянию переходных сопротивлений в месте КЗ при различных схемах питания контактной сети, особенностей заземления опор и т. д.
В настоящее время, задача ОМП должна выполняться в рамках современных автоматизированных систем управления и контроля тяговым электроснабже-
ниєм, реализуемых на основе микропроцессорных средств. Поэтому требуется разработка соответствующего программно-алгоритмического обеспечения задачи ОМП, методов достоверного измерения первичных параметров режима КЗ, расчета вторичных параметров и их интерпретации в расстояние до места повреждения, ориентированных на исполнение в автоматизированных системах управления электроснабжением при осуществлении ретроспективного анализа аварии.
Решение этих вопросов представляется актуальным, так как сокращает время поиска КЗ, повышает оперативность ликвидации аварий и обеспечивает скорейшее восстановление электроснабжения потребителей, а следовательно повышает надежность электроснабжения тяговых потребителей. Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение надежности электроснабжения потребителей за счет повышения достоверности определения удаленности мест повреждения в электротяговых сетях переменного тока. Решение поставленной задачи предусматривается на базе разработанных основ повышения достоверности ОМП и предусматривает совершенствование методов, принципов и средств ОМП:
идентификации места КЗ по интерпретации вторичных параметров режима КЗ, минимизирующих влияние переходных сопротивлений в месте КЗ, имеющих случайный характер;
достоверного измерения первичных параметров, характеризующих место повреждения - тока и напряжения в момент КЗ;
- создание программно-алгоритмического обеспечения, ориентированного на
современные микропроцессорные средства.
Методика исследований. При выполнении диссертационной работы использовались математические методы расчета параметров аварийных режимов в тяговых сетях, методы системного и логического анализа, математического моделирования, теория программирования и компьютерный анализ, а также положения теории вероятности и надежности. Научная новизна. В диссертации автором предложены и реализованы:
- Основы повышения достоверности ОМП в электротяговых сетях переменного тока 27,5 кВ, составленные с учетом системного подхода к решению поставленной задачи и объединяющие методологические и надежностно-инструментальные составляющие достоверности ОМП.
- Исследовано влияние на активное, индуктивное и полное сопротивления
петли КЗ дестабилизирующих факторов с учетом их уточненных значений.
- Обосновано ОМП по методу индуктивного сопротивления петли КЗ для схем
с консольным питанием и методу на основе соотношения индуктивных сопро
тивлений^ измеренных в начале и конце линии для наиболее распространенных
схем с двустороннем питанием.
Разработан базовый алгоритм ОМП в соответствии с которым:
- Исследованы принципы повышения достоверности информации при изме
рениях токов и напряжений в условиях существования процесса короткого
замыкания. Определены условия выделения достоверного интервала измерений
и установлена его длительность, исследованы принципы организации измере
ний параметров аварийного режима в пределах достоверного интервала.
Рассмотрены принципы обработки данных и предложены алгоритмы для определения амплитудных, действующих значений тока и напряжения, определения угла фазового сдвига между током и напряжением, расчета активного, индуктивного и полного сопротивлений;.
Исследованы принципы и разработаны логические уравнения для идентификации схемы питания. Разработан алгоритм идентификации схемы питания.
- Предложена интерпретация индуктивного сопротивления в расстояние до
места повреждения по методу многоинтервалыгой сплайн-интерполяции индук-
гивного сопротивления в расстояние. Разработан алгоритм интерпретации
індуктивного сопротивления в расстояние.
Разработано программное обеспечение задачи ОМП, ориентированное на эеализацию в децентрализованных и централизованных микропроцессорных ;истемах управления и контроля тяговыми подстанциями.
Достоверность научных полозкений и выводов. Изложенные в диссертационной работе основные положения, выводы и рекомендации подтверждены теоретическими и экспериментальными исследованиями.
Практическая ценность. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение ОМП в тяговых сетях переменного тока 27,5кВ в составе задач:
задача "выделения достоверного интервала измерений токов и напряжений при КЗ";
задача "обработки первичных параметров КЗ и расчет активного, индуктивного и полного сопротивлений петли КЗ";
задача "идентификации схемы питания с учетом действия АПВ";
задача "интерпретации индуктивного сопротивления петли КЗ в расстояние до места повреждения";
предназначено к установке в централизованных и децентрализованных микропроцессорных системах контроля и управления АСУЭ, осуществляющих сбор, обработку и передачу технологической информации, .
Реализация результатов работы. Работа выполнялась по плану научных исследований МПС (тема 14.01.71, 14.01.75 плана НИОКР ЦЭ МПС 1994-1995гг.) в соответствии с Отраслевой программой " Программа технического перевооружения и модернизации железнодорожного транспорта на 1991-1995г.г. и до 2000г." и "Концепцией информатизации железнодорожного транспорта России" (Постановление Коллегии МПС 28.02.1996г., протокол №5) по созданию микропроцессорных системах контроля и управления АСУЭ.
Предложенные в работе принципы, методы и алгоритмы и разработанное в соответствии с ними программное обеспечения реализованы в децентрализованной системе сбора и обработки технологической информации посредством информационно-диагностических фидерных контроллеров (ИДК) и ЭВМ>уста-новленной на подстанции "Хапры" Северо-Кавказской железной дороги, а также в централизованной системе на основе общего для всех фидеров блока измерений и концентрации данных и подстанционной ЭВМ на подстанции "Восточная" Северо-Кавказской железной дороги.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научных конференциях преподавателей и сотрудников РГУПС в 1995, 1996 и 1997 гг, на Всероссийской научной конференции "Токи короткого замыкания в энергосистемах" г.Москва в 1995г., на третьей Международной научно-технической конференции "Системы управления энергоснабжением современной электрической тяги" г.Варшава в 1997г., на расширенном заседании кафедры "Автоматизированные системы электроснабжения" РГУПС в 1998г.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах, в том числе одна за рубежом.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источніжов и приложений. Работа изложена на 203 страницах машинописного текста, содержит 108 рисунков, 36 таблиц, 90 литературных источников, 6 приложений на 49 страницах.