Информационная система для определения причин появления уравнительного тока в системах тягового электроснабжения переменного тока
INFORMATION SYSTEM FOR DETERMINING CAUSES FOR EQUALIZING CURRENT IN TRACTION POWER SUPPLY SYSTEMS OF ALTERNATING CURRENT

Изобретение относится к области информационных систем электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначена для определения причин появления уравнительного тока, выявление которых позволит сформулировать рекомендуемые мероприятия, необходимые для улучшения условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения и понизить величину уравнительного тока.
Величина уравнительного тока, зависит от многих факторов, наиболее существенными из которых являются конфигурация и режимы работы системы внешнего электроснабжения. Значительные перетоки мощности наблюдаются в межподстанционных зонах, получающих питание от тяговых подстанций, резко различающихся входными сопротивлениями в систему внешнего электроснабжения со стороны 27,5 кВ.
Уравнительный ток прямо пропорционален разности векторов напряжений смежных тяговых подстанций, питающих тяговую сеть межподстанционной зоны. Следовательно, наибольшее значение уравнительного тока будет на тех межподстанционных зонах, на которых наибольшая векторная разность напряжений тяговых подстанций.
Векторная разность напряжений определяется неодинаковыми по модулю и фазе напряжениями на тяговых шинах подстанций, которые, в свою очередь, зависят от сопротивлений питающих систем внешнего электроснабжения и потоков мощности в них, а также от сопротивлений тяговых трансформаторов и нагрузки подстанций.
Перечисленные факторы можно объединить в пять групп, которые идентифицируются по показаниям векторов напряжений и токов на входных и выходных обмотках тяговых трансформаторов и по величине вектора уравнительного тока:
1. Неодинаковые векторы питающих напряжений на входных обмотках тяговых трансформаторов смежных подстанций. Причина - изменения уровня напряжений и их фаз в системе внешнего электропитания.
2. Неодинаковые входные сопротивления тяговых трансформаторов смежных подстанций. Причина - неодинаковые параметры тяговых трансформаторов смежных подстанций.
3. Неодинаковые выходные сопротивления тяговых трансформаторов смежных подстанций, питающих межподстанционный участок. Причина - неодинаковые параметры тяговых трансформаторов смежных подстанций.
4. Неодинаковые коэффициенты трансформации тяговых трансформаторов смежных подстанций. Причина - неодинаковые параметры тяговых трансформаторов и неодинаковые схемы преобразования.
5. Различные текущие мощности тяговых трансформаторов смежных подстанций. Причина - неодинаковая загрузка тяговых трансформаторов на смежных подстанциях.
Для выбора мероприятий по сокращению уравнительного тока необходимо выявить один из указанных факторов, приводящих к появлению уравнительного тока и подсчитать экономическую эффективность мероприятий.
Известен способ определения уравнительного тока (Локомотив, №2, 2000, стр. 36. Б.М. Бородулин, В.А. Кващук, В.Т. Черемисин. Как измерить уравнительный ток), позволяющий высчитывать величину уравнительного тока по показаниям счетчиков смежных подстанций, осуществляющих питание межподстанционной зоны при двустороннем питании. Недостатками предложенного способа является необходимость временного отключения питающих фидеров, выполнение расчета по косвенным данным, через измеренные счетчиками значения потребленной энергии. Данные снимаются с двух счетчиков электроэнергии, которые находятся на смежных тяговых подстанциях.
Также известна информационная система для определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока (патент РФ №88318), содержащая две подключенных к локальной вычислительной сети информационно-измерительных системы, установленные на смежных подстанциях, питающих одну межподстанционную зону и датчики наличия поезда. При отсутствии поезда на межподстанционной зоне определяется уравнительный ток. Недостатками системы является отсутствие возможности определения составляющей уравнительного тока, обусловленной сдвигом фаз питающего напряжения смежных подстанций, питающих одну зону.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является информационная система для определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока (патент РФ №102565), содержащая два измерительных трансформатора напряжения, измеряющих напряжения на выходных обмотках тяговых трансформаторов смежных подстанций, питающих контактный провод межподстанционной зоны, два блока синхронизации с антеннами, принимающих сигналы точного времени, два аналогово-цифровых преобразователя, которые передают измерительную информацию в локальную вычислительную сеть и далее через узлы системы передачи данных и адаптер сети на электронно-вычислительную машину, при этом блоки синхронизации определяют точное время каждого измерения аналого-цифровых преобразователей, вводят информацию о времени измерения в данные, передаваемые от аналого-цифровых преобразователей к электронно-вычислительной машине, которая определяется разность фаз и амплитудных значений напряжений смежных тяговых подстанций, питающих межподстанционную зону и высчитывает величину уравнительного тока тяговой сети и его продольную и поперечную составляющие.
Недостатком предложенного технического решения является возможность определения только результирующего параметра - уравнительного тока, который является результатом сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения и не определяет причин появления уравнительного тока в межподстанционной зоне при двустороннем питании.
Целью заявляемого изобретения является реализация возможности определения причин появления уравнительного тока на основе измерения векторов токов и напряжения на входных и выходных обметках тяговых трансформаторов и вектора уравнительного тока. Выявление нижеуказанных причин позволит сформулировать рекомендуемые мероприятия, необходимые для улучшения условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения и понижения величины уравнительного тока.
Указанная цель достигается тем, что в информационную систему для определения причин появления уравнительного тока в системах тягового электроснабжения переменного тока, содержащую питаемые от линии внешнего электроснабжения первый и второй тяговые трансформаторы, подключенные выходными обмотками к первому и второму питающим фидерам смежных тяговых подстанций, соединенных с контактным проводом межподстанционной зоны и первому и второму фидерам отсоса, связанными с рельсами межподстанционной зоны, при этом напряжения и токи первого и второго питающих фидеров измеряются с помощью соответственно первого и второго измерителей векторов тока и напряжения, на входы синхронизации которых подаются сигналы точного времени от первого и второго блоков синхронизации соответственно, принимающих сигналы точного времени с помощью первой и второй антенны, первый и второй измерители векторов тока и напряжения передают информацию, содержащую параметры векторов токов и напряжений и метки времени в локальную вычислительную сеть через первый и второй узлы передачи данных тяговых подстанций, к этой же локальной вычислительной сети через адаптер сети подключена электронно-вычислительная машина, с целью обеспечения возможности определения причин появления уравнительных токов в контактной сети дополнительно введены третий и четвертый измерительные блоки векторов токов и напряжений, которые измеряют вектора токов и напряжений на первичных обмотках тяговых трансформаторов, принимают сигналы точного времени от первого и второго блоков синхронизации соответственно и передают информацию, содержащую параметры векторов токов и напряжений на входах соответственно первого и второго тяговых трансформаторов и метки времени в локальную вычислительную сеть через первый и второй узлы передачи данных тяговых подстанций.
На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемой системы.
Питаемые от линии внешнего электроснабжения 1 первый 2 и второй 3 тяговые трансформаторы, расположенные на первой 4 и второй 5 смежных тяговых подстанциях подключены выходными обмотками к первому 6 и второму 7 питающим фидерам, соединенных с контактным проводом 10 межподстанционной зоны и первому 8 и второму 9 фидерам отсоса, связанными с рельсами межподстанционной зоны 11, к первому 6 и второму 7 питающим фидерам подключены первый 12 и второй 13 измерители векторов токов и напряжений, на входы синхронизации этих измерителей подаются сигналы точного времени от первого 14 и второго 15 блоков синхронизации соответственно, принимающих сигналы точного времени от спутников систем GPS/ГЛОНАСС с помощью первой 16 и второй 17 антенны, первый 18 и второй 19 узлы передачи данных тяговых подстанций передают информацию, содержащую параметры векторов токов и напряжений и метки времени от первого 12 и второго 13 измерителя векторов тока и напряжения в локальную вычислительную сеть 20 и далее через адаптер сети 21 в электронно-вычислительную машину 22. Третий 23 и четвертый 24 измерители векторов токов и напряжений, подключены к первичным обмоткам первого 2 и второго тяговых 3 трансформаторов, принимают сигналы точного времени от первого 14 и второго 15 блоков синхронизации соответственно и передают информацию, содержащую параметры векторов токов и напряжений на входах соответственно первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов и метки времени в локальную вычислительную сеть 20 через первый 18 и второй 19 узлы передачи данных тяговых подстанций и далее через адаптер сети 21 на электронно-вычислительную машину 22.
Информационная система для определения причин появления уравнительного тока в системах тягового электроснабжения переменного тока работает следующим образом.
Первый 14 и второй 15 блоки синхронизации, расположенные на смежных тяговых подстанциях 4 и 5 принимают сигналы точного времени от спутников GPS/ГЛОНАСС и формируют метки времени, позволяющие всем четырем 12, 13, 23 и 24 измерителям векторов токов и напряжений делать синхронные измерения и определять абсолютные фазы и фазовые сдвиги напряжений и токов на первичных и вторичных обмотках тяговых трансформаторов 2 и 3 смежных тяговых подстанций 4 и 5, расположенных друг от друга на значительных расстояниях.
1ВХ
1BX
1
1
Третий измеритель 23 векторов токов и напряжений измеряет величины тока I и напряжения U и их фазы соответственно α и ϕ на первичной обмотке первого тягового трансформатора 2.
2ВХ
2BX
2
2
Четвертый измеритель 24 векторов токов и напряжений измеряет величины тока I и напряжения U и их фазы соответственно α и ϕ на первичной обмотке второго тягового трансформатора 3.
1ВЫХ
1BЫХ
3
3
Первый измеритель 12 векторов токов и напряжений измеряет величины тока Iи напряжения U их фазы соответственно α и ϕ на вторичной обмотке первого тягового трансформатора 2.
2ВЫХ
2ВЫХ
4
4
Второй измеритель 13 векторов токов и напряжений измеряет величины тока Iи напряжения U и их фазы соответственно α и ϕ на вторичной обмотке второго тягового трансформатора 3.
Первый фактор появления уравнительного тока - неравенство векторов питающих напряжений на входных обмотках тяговых трансформаторов 2 и 3 смежных тяговых подстанций 4 и 5 определяется в соответствии с формулами:
12ДОП
12ДОП
где ΔU и Δϕ - допустимые разности величин входных напряжений первого 2 и второго 3 и их фаз первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов.
Второй фактор появления уравнительного тока - неравенство входных сопротивлений тяговых трансформаторов 2 и 3 смежных тяговых подстанций 4 и 5 определяется в соответствии с формулами:
12ДОП2
где  и Δϕ - допустимые разности соотношений величин напряжений и токов и из фаз первичных обмоток первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов.
Третий фактор появления уравнительного тока - неравенство выходных сопротивлений первого2 и второго 3 тяговых трансформаторов смежных тяговых подстанций 4 и 5, питающих межподстанционный участок определяется в соответствии с формулами:
12ДОП3
где  и Δϕ - допустимые разности соотношений величин напряжений и токов и их фаз вторичных обмоток первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов.
Четвертый фактор появления уравнительного тока - разность коэффициентов трансформации первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов смежных тяговых подстанций 4 и 5 определяется в соответствии с формулами:
где  - допустимая разность соотношений величин напряжений на
первичных и вторичных обмотках первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов смежных тяговых подстанций.
Пятый фактор появления уравнительного тока - разность текущих мощностей первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов смежных тяговых подстанций 4 и 5 определяется в соответствии с формулами:
где  - допустимая разность отношений произведений токов и напряжений первичных и вторичных обмоток первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов смежных тяговых подстанций 4 и 5.
Таким образом, проводя синхронные измерения токов, напряжений и их фаз на входных и выходных обмотках первого 2 и второго 3 тяговых трансформаторов смежных тяговых подстанций 4 и 5, передавая эти параметры на электронно-вычислительную машину 22 и вычисляя по формулам 1-5 соотношения допустимых и текущих параметров, можно определить причины появления уравнительного тока в межподстанционной зоне. Используя полученную информацию, можно принимать решения по коррекции электрических схем и замене оборудования для минимизации уравнительных токов.