СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ПОВРЕЖДЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF LOCATING SHORT CIRCUIT AND DAMAGE TO DC AND AC OVERHEAD CONTACT SYSTEM AND DEVICE THEREFOR

Область техники
Заявляемая группа изобретений: способ и устройство, реализующее способ, используются для определения местоположения электрических повреждений в системе электроснабжения железных дорог, наземного и подземного электротранспорта, линий электропередачи. При современном развитии железнодорожного движения, особенно вблизи крупных мегаполисов, ежедневно растет необходимость оперативного определения места короткого замыкания на контактной сети и как можно скорейшего его устранения. Кроме того, элементы линии электроснабжения могут быть также повреждены, но не привести непосредственно к КЗ на линии, например отклонение от проектного положения, что также требует оперативного определения и скорейшего устранения повреждения.
Уровень техники
На сегодняшний день существует ряд систем, устанавливаемых на тяговых подстанциях или постах секционирования:
патент RU 127196 U1, G01R 31/02, 05.09.2012;
патент RU 2316779 C2, G01R 31/02, 12.12.2005;
патент RU 2339961 C1, G01R 31/02, 27.03.2007;
патент RU 2365929 C1, G01R 31/02, 24.03.2008;
патент RU 2397502 C1, G01R 31/02, 29.04.2009;
заявка RU 2012115871 A, G01R 31/02, 19.04.2012,
которые позволяют определить ориентировочное место короткого замыкания на контактной сети, однако точность оставляет желать лучшего, кроме того, нет возможности определения замыкания на боковых путях.
Известно решение, патент RU 2376609 C1, G01R 31/02, 18.08.2008, принятое за прототип, в котором описано устройство, позволяющее точно определить опору контактной сети, на которой произошло замыкание, однако это решение требует установки датчиков на каждой опоре КС и не может фиксировать КЗ, которые происходят вне опор КС. Кроме того, для рассматриваемого решения также характерны следующие недостатки, относимые к технологическим:
1. Отсутствие возможности определения факта и места короткого замыкания на подвижном составе, т.к. система установлена на конкретной опоре.
2. Отсутствие возможности определения факта и места короткого замыкания на искусственных сооружениях (мосты, путепроводы, тоннели), т.к. система установлена на конкретной опоре, а в этих местах опор контактной сети нет.
3. Отсутствие возможности определения факта и места короткого замыкания при падении деревьев или проводов другой линии электропередачи на провода контактной сети.
4. Отсутствие возможности определения факта и места короткого замыкания при нарушении габарита контактной сети, например на переездах.
5. Отсутствие возможности определения факта и места короткого замыкания в городском электротранспорте с напряжением до 1000 вольт, т.к. там нет соединения опор контактной сети с рельсом.
6. Отсутствие возможности выявления места (номера пути) короткого замыкания на крупных станциях, где на одну опору может опираться контактная сеть до 14 путей путем жестких или гибких поперечин.
7. Отсутствие возможности выявления факта и места короткого замыкания при повреждении изоляции между соседними путями.
8. Отсутствие возможности выявления факта и места короткого замыкания при срабатывании и разрушении разрядника.
9. Отсутствие возможности выявления факта и места короткого замыкания при завешивании заземляющей штанги на не отключенную контактную сеть.
10. Отсутствие возможности выявления факта и места короткого замыкания при обрыве контактного провода и (или) несущего троса при непосредственном замыкании на рельс, спуск заземления, крышу или элементы подвижного состава.
11. Отсутствие возможности выявления факта и места короткого замыкания на пунктах группировки и станциях стыкования разных систем электроснабжения.
12. Отсутствие возможности выявления факта пространственного отклонения элементов контактной сети или ЛЭП от нормального состояния.
Таким образом, область применения способа и устройства по патенту RU 2376609 C1 сводится только к определению замыканий непосредственно на опорах контактной сети, которые, с учетом применения современных изоляторов, вызваны, как правило, птицами и имеют самоликвидируемый характер, что делает их мало влияющими на перебой в электроснабжении как подвижного состава, так и прочих электроприемников за счет срабатывания системы АПВ (автоматическое повторное включение) в течение 4-10 секунд.
К техническим недостаткам решения по патенту RU 2376609 C1 относятся следующие особенности:
1. Система имеет в своем составе энергонезависимые приемопередатчики, что вызывает необходимость поддержания постоянного или на некоторое время питания приемников, что усложняет конструкцию за счет применения более мощного источника питания и накопителя энергии. В предлагаемом решении применены передатчики.
2. С учетом ограниченной зоны радиодействия приемопередатчиков и особенностью секционирования контактной сети, способ и устройство согласно патенту RU 2376609 C1 требуют установки своих элементов на каждой опоре, что делает ее дорогой и не эффективной (на единицу длинны контактной сети), особенно на таких участках как крупные узловые станции, локомотивные и моторвагонные депо, малодеятельные линии, тракционные пути.
3. В связи с тем, что способ и устройство по патенту RU 2376609 C1 имеют ограниченный радиоканал с многоразовой передачей информации через датчики соседних опор, то при удалении диспетчерского пункта от опор контактной сети существует необходимость установки дополнительных промежуточных датчиков либо организация дополнительного канала связи.
На основании вышеизложенного предлагаются способ и устройство, реализующее способ, которые позволяют (в минимальном своем виде) определить конкретный путь, секцию, номер пути (и, или группы путей), где произошло короткое замыкание, как на станции, так и на перегоне, при этом лишенное вышеперечисленных недостатков, и, помимо прочего, выявить повреждения, приведшие к отклонению элементов линий электроснабжения от их проектного положения.
Сущность изобретения
Согласно патенту RU 2376609 C1 предложенными устройством и способом определяются места короткого замыкания на конкретной опоре контактной сети, а заявляемыми - в конкретной точке токоведущего элемента ЛЭП или КС, где установлен датчик короткого замыкания, таким образом можно задать точность определения места КЗ от 0,2 метра (максимальные продольные габариты датчика) до желаемой в зависимости от необходимости и целесообразности.
Согласно патенту RU 2376609 C1 предложенными устройством и способом измеряется ток короткого замыкания и сравнивается с максимально возможным током на конкретной опоре, что в свою очередь требует эксплуатации системы как измерительное устройство, требующее поверки и периодического обслуживания и составления карты токов короткого замыкания для каждого участка, что является очень трудоемкой работой и с очень низкой точностью за счет влияния многих факторов (таких как: напряжение энергосистемы, схема энергосистемы, температура контактной сети и ЛЭП, схема питания контактной сети, напряжение на дуге и т.д.). В заявляемых решениях используется пороговый принцип определения тока КЗ, лишенный этих недостатков.
Согласно патенту RU 2376609 C1 в предложенных решениях информация передается от одной опоры другой по радиоканалу. В предлагаемом решении система передает информацию ретрансляторам (расположенным в любом удобном месте и питаемым, например, от солнечной батареи, продольной линии электропередачи (автоблокировки, продольного электроснабжения, линии ДПР), независимой линии, или от наведенного напряжения, которые обслуживают группу датчиков в зоне радиовидимости (что не требует наличия на каждом датчике приемопередатчика, а достаточно только передатчика) и далее до ближайшей станции, тяговой (районной или иной трансформаторной) подстанции, диспетчерского центра и т.д.
В предлагаемом решении нет привязки к опорам контактной сети.
Согласно патенту RU 2376609 C1 система предусматривает установку регистратора и приемопередатчика на арматуре опоры КС, в предлагаемом случае датчики располагаются на токоведущих частях, либо вблизи токоведущих частей в зоне их магнитного (электромагнитного) влияния, а при необходимости на спусках заземления опор или искусственных сооружений.
Решение по предлагаемым изобретениям отличается тем, что токовые датчики установлены на токоведущие части контактной сети, находящиеся под рабочим напряжением.
Решение по предлагаемым изобретениям отличается тем, что токовые датчики установлены на спуски заземления опор контактной сети.
Решение по предлагаемым изобретениям отличается тем, что токовые датчики установлены на расстоянии от токоведущих частей.
Решение по предлагаемым изобретениям отличается тем, что токовые датчики установлены на электроподвижном составе.
Предлагаемая группа изобретений отличается наличием возможности автоматического оперативного отключения поврежденного участка контактной сети (например, в момент бестоковой паузы при действии системы АПВ).
Решение по предлагаемым изобретениям отличается наличием возможности прямого (или через согласующее устройство) подключения к существующим каналам связи или телеуправления для передачи информации энергодиспетчерскому персоналу и устройствам релейной защиты и автоматики.
Решение по предлагаемым изобретениям отличается наличием возможности передачи информации о факте КЗ через контрольный кабель управления разъединителями и систему телемеханики.
Питание датчиков осуществляется от солнечной батареи.
Питание датчиков осуществляется от магнитного поля (переменного или пульсирующего), создаваемого токоведущими частями контактной сети (в том числе и в момент короткого замыкания).
Питание датчиков осуществляется от наведенного напряжения.
В датчике имеется промежуточный накопитель энергии.
В датчике имеется устройство контроля отклонения от нормального положения,
В датчике предусмотрена возможность пространственного контроля отклонения от нормального положения элементов контактной сети (опор, проводов, основных и дополнительных фиксаторов).
Таким образом, предлагаемое решение отличается от решения по прототипу, во-первых, принципом определения КЗ: используется пороговый принцип, а не измерение электрофизических параметров; во-вторых, местом фиксации КЗ - прямо на линии, а не на конструкциях опор, на которых происходит короткое замыкание, в-третьих, организацией системы оповещения о наличии КЗ - не от опоры к опоре, и затем на пункт приема и обработки, а от ретранслятора, рассчитанного на группу (один и более) датчиков, на пункт приема и обработки, либо непосредственно на сам пункт приема и обработки информации, и, в-четвертых, тем, что дополнительно можно выявить повреждения, не вызвавшие КЗ, но не позволяющие эксплуатировать систему электроснабжения из-за их отклонения от проектного положения.
Технический результат: возможность определения конкретного пути, секции, части секции, номера пути (и, или группы путей), где произошло короткое замыкание, как на станции, так и на перегоне, а также возможность определения участка с нарушением проектного положения элементов линии электроснабжения.
Технический результат достигается тем, что предлагается следующий способ: на контактной сети (или на ЛЭП) или их элементах устанавливается минимум один датчик, который отслеживает факт короткого замыкания на токоведущих частях или повреждения, о которых судят по отклонению элементов линий электроснабжения от проектного положения, и передает информацию об этом для дальнейшей передачи и обработки. Количество датчиков устанавливается в зависимости от требуемой точности определения места КЗ и (или) повреждения.
Технический результат реализуется устройством, состоящим из датчика определения КЗ, состоящим из корпуса, в котором установлены: токовый датчик (герконовый, магнитный, электромагнитный или иной); устройство контроля отклонения от нормального положения (например, устройство гравитационного контроля вертикали для фиксации пространственного отклонения относительно исходного состояния, технически может быть реализовано в виде груза, подвешенного на нити, или шарика, находящегося в круглом углублении, либо цилиндра, находящегося в продольном углублении и т.д.); устройство идентификации датчика (генератор кода, частоты, серии импульсов); передатчик с излучателем (устройство, генерирующее и излучающее в окружающее пространство колебания); накопитель энергии (ионистор, конденсатор, аккумулятор или иной накопитель электрической энергии); источник электрического тока (например, солнечная батарея, катушка индуктивности, находящаяся в изменяемом магнитном поле контактной сети, проводник для снятия наведенного напряжения с КС или ЛЭП переменного тока).
Осуществление изобретений
Способ и устройство, заявляемые как группа изобретений, связанных общим замыслом, осуществляются следующим образом.
Для определения факта возникновения КЗ используется пороговый принцип определения предельно допустимой перегрузки на проводнике, а именно: на токоведущих частях контактной сети, на расстоянии от них или, при необходимости, на спусках заземления опор контактной сети или искусственных сооружений, а также на электроподвижном составе, для чего применяется токовый датчик (например, герконовый, магнитный, электромагнитный или иной), устанавливаемый на контактной сети, на ЛЭП, на электроподвижном составе. Для крепления датчиков на токоведущих частях (во избежание образованию препятствий движению токосъемников) используется стандартная арматура в соответствии с ГОСТ 12393-77 «Арматура контактной сети электрифицированных железных дорог. Общие технические условия», серийно выпускаемая заводами УКС [http://www.uks.ru/], ТРЭЛ [http://www.trel-detal.ru/about/], МЭЗ [http://www.mez.ru/products.aspx?group=3&item=3].
Для определения факта повреждения, вызванного нарушением положения элементов электроснабжения, используется устройство контроля отклонения от нормального положения элементов контактной сети: опор, проводов, основных и дополнительных фиксаторов, например, устройство контроля отклонения от вертикали, например, по документу № 502201, G01B5/42, G01C 15/10, 27/06/73 или ему подобных, или выпускаемое серийно устройство контроля положения (УПК «Град-01» Научно-Производственной Компанией «Союз» http://www.npksoyuz.ru/ukp.html].
Датчик определения КЗ и (или) повреждения, включающий указанный токовый датчик и (или) устройство контроля отклонения, имеет устройство идентификации токового датчика и (или) устройства контроля отклонения (например, генератор кода, частоты, серии импульсов), посредством которого каждый конкретный датчик определения КЗ и (или) повреждения может себя обнаружить путем подачи сигнала, содержащим информацию об идентификационных данных этого датчика для дальнейшей передачи и обработки.
Для подачи сигнала используется передатчик с излучателем - устройство, генерирующее и излучающее в окружающее пространство колебания, потребляющий электрический ток от источника, например, солнечной батареи; катушки индуктивности, находящейся в изменяемом магнитном поле контактной сети; проводника для снятия наведенного напряжения с КС, накапливаемый в накопителе энергии, например, ионистор, конденсатор, аккумулятор или иной накопитель электрической энергии.
Таким образом, каждый датчик определения КЗ и (или) повреждения содержит токовый датчик, устройство контроля отклонения, устройство идентификации, передатчик с излучателем, источник энергии и ее накопитель.
Информация с нескольких датчиков определения КЗ и (или) повреждения может приниматься и передаваться в пункт приема и обработки данных о наличии КЗ одним или группой ретрансляторов, находящимися в одной с ними зоне радиовидимости и расположенных в любом удобном месте и питаемых, например, от солнечной батареи или от линии электропередач, в том числе от магнитного поля проводов, с дальнейшей передачей информации диспетчерскому персоналу на ближайшей станции, тяговой, районной или иной трансформаторной подстанции, поста секционирования, диспетчерского пункта, а также устройствам релейной защиты и автоматики, задействованных в организации электроснабжения.
При этом предусматривается возможность передачи информации о факте КЗ или повреждения через контрольный кабель управления разъединителем и систему телемеханики, телесигнализации, телеуправления, а также через каналы сотовой связи или через оптико-волоконную линию передачи данных.