СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УЗЛОВОГО ВЗАИМНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
METHOD OF DETERMINING NODAL MUTUAL RESISTANCE OF RAILWAY TRACTION CIRCUIT

Изобретение относится к системе тягового электроснабжения электрических железных дорог переменного тока, а именно к расчетам и оптимизации режима системы тягового электроснабжения.
Сложные электрические сети рассчитывают матричными методами с использованием, в частности, узловых собственных и взаимных сопротивлений сети. Из [1] известно «…узловое сопротивление представляет собой комплексный коэффициент пропорциональности между напряжением в узле и одним из задающих токов при отсутствии в схеме других задающих токов и равенстве нулю всех эдс».
Например, для двухузловой схемы узловое взаимное сопротивление равно
2
1
где U - напряжение в узле 2 при задающем токе I в узле 1.
Узловые матрицы сопротивлений используются в расчетах и оптимизации режима систем тягового электроснабжения [2, 3].
Определение узлового сопротивления из [1, стр.236 - прототип] позволяет найти узловое взаимное сопротивление следующим способом: включить нагрузку в узле 2, замерить напряжение в узле 1 и выполнить расчет по выражению (1).
Недостатки этого способа
1. Не всегда возможно отключить и включить нагрузку для измерений.
2. Рассматриваемые узлы могут находиться друг от друга на большом расстоянии, в сотни и более километрах, поэтому может быть затруднительна синхронизация измерений.
21
3. При малых значениях Z точность измерений резко падает.
Процесс определения узлового сопротивления более эффективен при наличии установки поперечной емкостной компенсации (КУ) в узлах тяговой сети железных дорог [4]. КУ использовалась раньше при определении узлового собственного сопротивления [5], однако здесь рассматривается определение узлового взаимного сопротивления.
Цель изобретения - повышение точности определения взаимного сопротивления для условий тяговых сетей переменного тока.
1
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения узлового взаимного сопротивления в тяговой сети железных дорог с установкой поперечной емкостной компенсации, основанному на измерении тока и напряжения в узлах тяговой сети, включают установку поперечной емкостной компенсации (КУ) на шины в первом узле, измеряют ее ток Iк, изменение напряжения на шинах ΔU 1-го узла, изменение вектора тока между первым и вторым узлами ΔIy относительно напряжения в первом узле, рассчитывают комплексное сопротивление тяговой сети Zmc и определяют узловое взаимное сопротивление между первым и вторым узлами в тяговой сети по выражению:
Таким образом, предлагаемый способ позволяет следующее.
1. Вместо операций с включением-отключением нагрузки выполнять переключения установки поперечной емкостной компенсации, что достаточно просто и безболезненно в условиях эксплуатации.
2. Расчет выполнить с использованием данных измерений изменения токов и напряжений при включении КУ.
3. Все измерения производить на одной подстанции (в 1-ом узле).
21
4. Измерения напряжения в удаленном 2-м узле заменить измерением тока между узлами и последующим расчетом, что повышает точность определения Z.
Все указанное приводит к повышению точности расчета.
21
И еще очень важное преимущество рассмотренного способа определения Z.
В существующих нормативных документах по расчету системы тягового электроснабжения(СТЭ) система внешнего электроснабжения (СВЭ) в лучшем случае представлена узловыми собственными сопротивлениями, которые передаются от энергоснабжающих организаций в максимальном и минимальном режимах питающих сетей 110(220) кВ. В реальных режимах узловые сопротивления отличаются от указанных, о чем свидетельствуют измерения, проведенные на тяговых подстанциях Горьковской ж.д.
Поэтому рассматриваемый способ, во-первых, определяет реальные значения узловых сопротивлений при совместном рассмотрении систем СВЭ и СТЭ, и во-вторых, определяет узловые взаимные сопротивления.
По-существу, предлагаемый способ является основой оценивания и идентификации режима системы тягового электроснабжения [6]. С его помощью система тягового электроснабжения совместно с СВЭ заменяется математической моделью с квадратной матрицей узловых сопротивлений.
На чертеже представлена схема системы тягового электроснабжения 25 кВ, поясняющая предлагаемый способ.
1
2
1
2
3
1
2
Система внешнего электроснабжения представлена двумя источниками питания E и Е, сопротивлениями линий Z, Z, Z. Тяговая сеть с сопротивлением Zmc подключена между двумя узлами 1 и 2, которые подключены соответственно к тяговым трансформаторам с сопротивлениями Zm и Zm. В узле 1 включена КУ.
21
Алгоритм определения Z
1(o)
1. При отключенной КУ измеряем напряжение U и Iy(о).
2. Включаем КУ, измеряем Iк.
1(в)
у(в)
3. При включенной КУ повторно измеряем U и I.
1
1(в)
1(o)
4. Рассчитываем ΔU=U-U и
у(в)
y(о)
ΔIy=I-I.
21
5. Рассчитываем Z по выражению (2).
1(o)
1(в)
1(o)
1
1(в)
1(в)
Так как при включении КУ практически изменяется продольная составляющая напряжения U, то геометрическую разность (U-U) можно заменить на арифметическую и считать, что вектора ΔU и U находятся в фазе. Вектор ΔIy ориентируем относительно U.
12
Покажем, что указанная формула (2) расчета Z повышает точность определения узлового взаимного сопротивления.
1
2
В (1) заменим I на Iк, a U выразим
2
1
U=ΔU+Zmc ΔIy,
1
где ΔU - изменение напряжения в первом узле,
ΔIy - изменение вектора тока между узлами 1 и 2, измерения проводятся в 1-м узле,
mc
Z - комплексное сопротивление тяговой сети между 1-м и 2 м узлами.
С учетом указанного получим выражение (2).
12
При малых Z изменение напряжения во 2-м узле будет малым. С учетом погрешности приборов погрешность разности измеренных напряжений, то-есть изменения напряжений (при отключенном и затем включенном КУ), может быть недопустимой (например, расчет изменения измеренных напряжений с 27 кВ до 27,2 кВ, то есть 0,2 кВ, может дать погрешность 50% и более).
В то же время точность определения изменения тока ΔIу значительно выше. Что касается сопротивления тяговой сети, то в настоящее время существуют выверенные способы его определения [7].
1
Так как нагрузочные узлы в тяговой сети постоянно перемещаются вслед за токоприемником электроподвижного состава (ЭПС), то формула (2) позволяет после проведенной по вышеуказанному алгоритму процедуры измерений ΔU, ΔI и Iк (достаточно провести измерения один раз) определять аналитически взаимные сопротивления между 1-м узлом и любым узлом тяговой сети между узлами 1 и 2. Для этого необходимо задавать значение Zmc для требуемого узла в тяговой сети.
Обычно число нагрузочных узлов в тяговой сети ограничивают числом перегонов.
При Zmc=0 определяется узловое собственное сопротивление узла 1.
Примеры расчета режима тяговых сетей с использованием матриц узловых сопротивлений приведены в [8].
Используемые источники
1. Веников В.А., Глазунов А.А., Жуков Л.А., Солдаткина Л.А. Электрические системы, т.2. Электрические сети. Под ред. В.А.Веникова. М.: Высш. школа, 1971. 440 с.
2. Герман Л.А Матричные методы расчета системы тягового электроснабжения. Конспект лекций, ч.1. М.: РГОТУПС, 1998, 36 с.
3. Герман Л.А. Матричные методы расчета системы тягового электроснабжения. Конспект лекций. ч.2. М.: РГОТУПС, 2000, 42 с.
4. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1983, 136 с.
5. Заявка на изобретение № 2008111317 «Способ регулирования напряжения тяговой подстанции переменного тока (авторы Герман Л.А. и др.)». Положительное решение от 22.01.2009 г.
6. Гусейнов Ф.Г., Рахманов Н.Р. Оценка параметров и характеристик энергосистем. М.: Энергоатомиздат, 1988, 153 с.
7. Фигурнов Е.П. Релейная защита. М.: Желдориздат., 2002. 720 с.
8. Герман Л.А., Горшкова Л.А. Матричные методы расчета системы тягового электроснабжения (расчет типовых задач). Учебное пособие. М.: РГОТУПС, 2004, 28 с.