Стенд для определения токов короткого замыкания межподстанционной зоны тяговой сети
STAND FOR IDENTIFYING SHORT-CIRCUIT CURRENTS OF INTER-SUBSTATION ZONE OF TRACTION NETWORK

Изобретение относится к системе электроснабжения тяговой сети, а именно к разработке стенда для определения токов короткого замыкания межподстанционного участка тяговой сети переменного тока с двухсторонним питанием по расчету сопротивления цепи короткого замыкания.
Расчеты токов КЗ в тяговой сети железных дорог ведутся по нормативным документам [1]. Однако в [2, 3] было показано, что в ряде случаев возможна погрешность в расчетах тока КЗ при неполной схеме системы внешнего электроснабжения (СВЭ). Опасность большой погрешности расчета токов КЗ проявляется, прежде всего, последующим неправильным расчетом релейной защиты.
На момент проектных расчетов в большинстве случаев по разным причинам нет полной схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций, и поэтому результаты расчетов в проекте в ряде случаев выдаются - приближенными. Однако перед первым включением тяговых подстанций после монтажа и наладки такая схема СВЭ (пусть даже - временная) уже есть, но и в этом случае расчет по нормативному документу производится с погрешностью, так как в схеме замещения не учитывается параллельная работа двух тяговых подстанций, и расчет практически выполняется, игнорируя вторую смежную подстанцию. Поэтому следует уточнить расчет токов КЗ при двухстороннем питании тяговой сети.
Попытки уточненных методов расчета предпринимались в [3] и [4]. Однако они были связаны с дополнительными условиями организации опытов КЗ [3] или с необходимостью дополнительных расчетов сопротивлений линий к тяговым подстанциям [4].
АВ
Принимаем [3] за прототип. В нем рассмотрен стенд для определения токов КЗ в тяговой сети, содержащий две тяговые подстанции А и В с сопротивлениями тяговых трансформаторов каждой подстанции напряжением 110 кВ / 27,5 кВ (220 кВ / 27,5 кВ) для двухстороннего питания тяговой сети, которая при коротком замыкании (КЗ) представляет трехлучевую звезду сопротивлений, два луча которой ZтcA и ZтcB подключены к первым выводам сопротивлений трансформаторов, вторые выводы, которых подключены к первым выводам эквивалентных сопротивлений питающих линий 110(220) кВ тяговых подстанций, а третий луч трехлучевой звезды включает эквивалентное сопротивление Z цепи короткого замыкания, и подключают его к первому выводу источника.
Недостатком определения токов КЗ по прототипу [3], является необходимость организации дополнительных опытов реальных КЗ на действующих тяговых подстанциях. Однако на момент включения тяговых подстанций в работу уже имеются данные по мощности КЗ (или по сопротивлению КЗ) на вводах тяговых подстанций от энергосистемы, но, как указано выше, существующие методы расчета выполняются с погрешностью.
Цель изобретения - повышение точности расчета токов КЗ в тяговой сети с использованием полученных данные от энергосистемы по мощности КЗ (или по сопротивлениям КЗ) смежных тяговых подстанций.
01
02
12
01
02
12
12
Для реализации цели изобретения в стенд введены три сопротивления системы внешнего электроснабжения Z, Z, Z, соединенные в «треугольник», и которые соединяют вводы подстанций А и В (Z и Z) со вторым выводом источника питания, а сопротивление Z соединяет вводы подстанций, при этом сопротивление Z рассчитывается по реальному сечению и длине линии.
1
2
1
2
1
2
Энергосистема выдает для тяговых подстанций мощности КЗ (Sc, Sс, МВА) или сопротивления КЗ (Zc, Zс, Ом) на вводах 110(220)кВ. Указанные сопротивления Zc и Zс определяются следующим образом:
1
2
01
02
01
02
В этих уравнениях известные значения Zс и Zс, а неизвестные - Z и Z. Путем преобразования системы уравнений (1) и (2) получим квадратные уравнения с неизвестными Z и Z, которые определяются по выражениям:
01
02
12
А
В
- затем по рассчитанным сопротивлениям Z, Z, и Z в соответствующих контурах и по заданному напряжению источника питания определяются токи КЗ I и I.
Для пояснения предлагаемого способа определения токов короткого замыкания межподстанционной зоны рассмотрим структурную схему (рис.1), где введены следующие обозначения (все сопротивления регулируемые и приведены к напряжению 27,5 кВ):
тсА
тсВ
тсА
тсВ
тсА
тсВ
Z и Z и - эквивалентные сопротивления тяговой сети на первом (Z) и втором (Z) участках межподстанционной зоны, в точке соединения Z и Z на схеме покажем точку КЗ;
тА
тВ
тА
тВ
X и X - сопротивления тяговых трансформаторов на подстанции А (X) и подстанции В (X);
АВ
АВ
Z - сопротивление в месте КЗ (Z);
0
0
U - напряжение (U) источника питания, приведенное к тяговой обмотке, принимается по соответствующим требованиям нормативных документов [1];
А
В
В и В - вводы 110(220)кВ тяговых подстанций А и В соответственно, для которых энергосистема выдает сопротивления КЗ (Zc1 и Zс2);
01
02
01
02
Z и Z - сопротивления от источника питания (РП) до шин 110(220)кВ тяговых подстанций А (Z) и В (Z) соответственно;
12
Z- сопротивление линии ВЛ-110(220)кВ между подстанциями А и В;
А
В
А и А - амперметры.
Предлагаемый стенд с рассматриваемыми параметрами сопротивлений по существу отличается от стенда по прототипу [3] введенными тремя регулируемыми сопротивлениями схемы внешнего электроснабжения по схеме «треугольник», позволяющими без дополнительных экспериментов, как это было в [3], по заданным мощностям КЗ энергосистемой рассчитывать токи КЗ в тяговой сети.
1
2
12
01
02
0
А
В
А
В
тсА
тсВ
Последовательность определения токов КЗ на стенде следующая: прежде всего устанавливаются параметры заданной системы тягового электроснабжения, далее по значениям Zс, Zс, Z определяются сопротивления Z, Z по формулам (3), (4). В связи с тем, что при расчетах токов КЗ в тяговой сети следует вести расчет двухфазных КЗ системы внешнего электроснабжения и тяговых трансформаторов, то их фазные сопротивления умножают на коэффициент 2 и в стенде устанавливают соответствующие удвоенные сопротивления. По заданному напряжению источника питания U и соответствующим сопротивлениям на стенде, по показаниям амперметров А и А определяются токи КЗ I и I в соответствующих контурах. Расчеты повторяются для всех точек КЗ, которые устанавливают путем изменения сопротивлений Z и Z (рис.1).
Технико-экономический эффект проявляется в том, что уточняются расчеты токов КЗ и соответственно уточняются расчеты релейной защиты. При этом упрощается процедура расчетов по сравнению с прототипом, так как нет необходимости выполнять дополнительные опыты КЗ [3].
Литература
1. СТО 07.021.4-2015. Защита систем электроснабжения железной дороги от коротких замыканий и перегрузки. Часть 4. Методика выбора уставок защит в системе тягового электроснабжения переменного тока. ОАО РЖД.
2. Герман Л.А., Субханвердиев К.С. Оценка погрешности расчета токов короткого замыкания в тяговой сети переменного тока. Электроника и электрооборудование транспорта, 2017, №1, с.5-10.
3. Патент 2705517 от 26.12.2018. Стенд для расчета токов короткого замыкания в тяговой сети переменного тока (Герман Л.А., Субханвердиев К.С., Серебряков А.С.), Опубл. 07.11.2019. Бюл. №31.
4. Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Попова Н.А. Схемы замещения системы внешнего электроснабжения. Электричество №8 2020 с.30-35.