ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА НА УЧАСТКЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области информационных систем электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначена для определения и минимизации уравнительного тока в тяговой сети переменного тока с двусторонним питанием.
Известен способ определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока при двухстороннем питании (патент РФ №2116206). Согласно данному способу определяют отсутствие нагрузки в тяговой сети но относительному содержанию третьей гармоники и вычисляют искомый ток по известным значениям энергии и напряжения. При данном способе в случае неискажающей нагрузки (некоторые типы электровозов, наличие качественных фильтров в тяговой сети) возможен низкий уровень третьей гармоники, не позволяющий использовать описанный метод. Возможно также появление высокого уровня третьей гармоники сигнала в питающем напряжении, не связанное с нагрузкой тяговой сети.
Также 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.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является 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 являются: возможность измерения уравнительного тока только при отсутствии поезда в межподстанционной зоне и отсутствие возможности определения составляющей уравнительного тока, обусловленной сдвигом фаз питающего напряжения смежных подстанций, питающих одну зону.
Целью полезной модели является повышение точности и оперативности измерения уравнительного тока за счет определения моментов времени измерения напряжения на каждой подстанции, добавления информации о времени измерения в данные, передаваемые от аналого-цифровых преобразователей к электронно-вычислительной машине, вычисления по значениям разности фаз и амплитудным значениям напряжений смежных тяговых подстанций уравнительного тока.
Указанная цель достигается тем, что в системе электроснабжения на участке тяговой сети переменного тока к фидерам трансформаторов смежных тяговых подстанций, питающих контактный провод межподстанционной зоны, подключены трансформаторы напряжения, связанные с аналогово-цифровыми преобразователями, которые передают измерительную информацию в локальную вычислительную сеть через блоки синхронизации, определяющие точное время с помощью антенн, принимающих сигналы точного времени, и через узлы системы передачи данных тяговых подстанций; к этой же локальной вычислительной сети через адаптер сети подключена электронно-вычислительная машина, 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 определяет 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.
На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемой системы.
Расположенные на первой и второй тяговой подстанции первый и второй тяговые трансформаторы (Тр1 и Тр2), питающие одну межподстанционную зону, подключены соответственно к разным концам межподстанционной зоны: питающий фидеры к контактному проводу, фидеры отсоса - к рельсу. При сдвиге фаз и неравенстве модулей выходных напряжений Тр1 и Тр2 через контактную сеть и рельс протекает уравнительный ток, который является причиной значительных потерь электроэнергии.
Уравнительный ток зависит от разности напряжений на выходах тяговых трансформаторов смежных подстанций и сопротивления контактной сети:
При прохождении электронодвижного состава по межподстанционной зоне ток, потребляемый электровозом, складывается из выходных токов смежных подстанций. Однако, уравнительный ток накладывается на эти токи, на одном плече суммируется с током плеча, на втором - вычитается. Величина уравнительного тока будет определяться формулой [1] и не будет зависеть от тока, потребляемого электровозом.
Уравнительный ток определяется двумя составляющими: продольной и поперечной. Продольная составляющая определяется разностью модулей напряжения смежных подстанций. Поперечная составляющая уравнительного тока определяются разностью фаз напряжений на смежных тяговых подстанциях, которая формируется в основном падением напряжения и сдвигом фаз в системе внешнего электроснабжения за счет транзита мощности в ЛЭП системы.
Принцип разложения уравнительного тока на составляющие поясняется векторной диаграммой, представленной на фиг.2.
На диаграмме приняты следующие обозначения напряжений:
ΔU - вектор разности напряжений смежных подстанций, питающих общую межподстанционную зону;
ΔU' - вектор продольной составляющей разности напряжений смежных подстанций, питающих общую межподстанционную зону;
ΔU” - вектор поперечной составляющей разности напряжений смежных подстанций, питающих общую межподстанционную зону.
Текущее значение продольной составляющей уравнительного тока канала, обусловленного разностью абсолютных значений напряжений, питающих межподстанционную зону, вычисляется но формуле:
где β - угол сдвига между вектором разности напряжений смежных подстанций, питающих межподстанционную зону и вектором уравнительного тока;
φ - угол сдвига между векторами напряжения плеча питания и вектором уравнительного тока.
Величина угла сдвига между вектором разности напряжений, питающих межподстанционную зону и вектором уравнительного тока вычисляется по формуле:
где Хmc - значение реактивного сопротивления тяговой сети межподстанционной зоны;
Rmc - значение активного сопротивления тяговой сети межподстанционной зоны.
Значение поперечной составляющей уравнительного тока, обусловленной фазовым сдвигом напряжений, питающих межподстанционную зону, вычисляется по формуле:
Первый и второй трансформаторы напряжения (ТН1 и ТН2), передают сигналы, пропорциональные напряжениям питающих фидеров в АЦП1 и АЦП2, которые передают цифровой сигнал о каждом измерении напряжения на блоки синхронизации (БС1 и БС2). Блоки синхронизации с помощью антенн А1 и А2 принимают сигналы точного времени, например, от спутниковой системы глобального позиционирования ГЛОНАСС и вставляют информацию о времени в выходные данные АЦП таким образом, что каждое измерение, которое выполнило АЦП, снабжается информацией о времени выполнения этого измерения. Так как БС на смежных подстанциях синхронизированы из единого источника, можно определять временной сдвиг между выходными напряжениями тяговых трансформаторов смежных подстанций. Информация о сдвиге фаз между напряжениями двух источников может определяться по разности времени пересечения нуля двумя сигналами. Современные системы синхронизации позволяют синхронизировать измерения на территориально разнесенных объектах с погрешностью менее одной микросекунды, что дает возможность для сетей с частотой 50 Гц вычислять величину сдвига фаз с высокой точностью.
Далее через узлы системы передачи данных тяговых подстанций (узел СПД ТП1 и узел СПД ТП2) информация о величинах напряжений питающих фидеров и сопутствующему этим величинам времени их измерения передается от БС в локальную вычислительную сеть ЛВС. ЭВМ через адаптер ЛВС получает информацию по ЛВС от всех АЦП, которые имеют каждый свой IP-адрес.
ЭВМ периодически опрашивает все перечисленные узлы СПД, вычисляет величину напряжений на выходах тяговых трансформаторов и сдвиг фаз между ними, рассчитывает уравнительный ток и его продольную и поперечную составляющие. Величина активного и реактивного сопротивления тяговой сети зависит от расстояния между подстанциями, типа контактного провода, марки рельсов и рассчитывается по известным формулам.
Использование предлагаемой системы позволит повысить точность и оперативность измерения уравнительного тока за счет определения моментов времени измерения напряжения на каждой подстанции, добавления информации о времени измерения в данные, передаваемые от аналого-цифровых преобразователей к электронно-вычислительной машине, вычисления по значениям разности фаз и амплитудным значениям напряжений смежных тяговых подстанций уравнительного тока.