Способ определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока при двухстороннем питании

 

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначено для использования при электрических расчетах тяговой сети переменного тока с двухсторонним питанием. Задача - упрощение и повышение точности определения уравнительного тока. Согласно данному способу определяют отсутствие нагрузки в тяговой сети по относительному содержанию третьей гармоники тока и вычисляют искомый ток по известным значениям энергии и напряжения. Приведены аналитические соотношения для среднего значения уравнительного тока и его фазы. Способ реализуется без ограничения размеров движения поездов. Необходимые измерения могут быть произведены оперативным персоналом. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к электрифициронному железнодорожному транспорту, в частности к способам определения уравнительного тока в тяговой сети переменного тока.

Известен способ определения уравнительных токов на участке тяговой сети переменного тока при двухстороннем питании, основанный на измерении питающих напряжений как по модулю, так и по фазе. Знание этих величин при известных электрических параметрах тяговой сети позволяет определить уравнительный ток. Однако задача усложняется значительным расстоянием между тяговыми подстанциями (35 - 60 км) и отсутствием возможности измерения разности фаз напряжений подстанций, питающих данную фидерную зону. Это вызывает необходимость использования радиосигналов, например сигналов точного времени, передаваемых по программе "Маяк". Радиосигнал через блок приема радиосигналов записывают шлейфовыми осциллографами, установленными на подстанциях, питающих межподстанционную зону. Одновременно с записью радиосигналов ведут запись напряжений. По осциллограммам определяют действующие значения напряжений и их фазовые сдвиги относительно радиосигнала. По фазовым сдвигам относительно радиосигнала, вычисляют фазовый сдвиг между напряжениями. По найденным величинам вычисляют уравнительный ток.

Способ трудоемкий и его реализация требует применения дорогостоящего оборудования и привлечения квалифицированного персонала. Способ относится к косвенным методам измерения, так как различия напряжений по модулю и фазе, найденное прямыми измерениями, позволяют вычислить только однократное наблюдение уравнительного тока (см., например, Вопросы повышения эффективности электроподвижного состава и устройств тягового электроснабжения в условиях дальнего востока и БАМ: Межвузовский сборник научных трудов. Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта. - Хабаровск, 1986 г. - с. 11-14).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу измерения уравнительных токов является способ определения уравнительного тока, требующий предварительного определения гармоничного состава тягового тока и напряжения тяговой подстанции в двух режимах: при двухстороннем питании и отключенной второй тяговой подстанции (см. А.С. СССР N 1643228 A1, 1991, B 60 M 3/02). Уравнительный ток определяют по аналитическому выражению, содержащему действующие значения высших гармонических составляющих тягового тока при двухстороннем питании и при отключенной второй подстанции, а также значениях сдвига фаз между первыми гармониками тока и напряжения в обоих режимах. Выражение получено при условии равенства коэффициентов гармоник тягового тока на шинах первой подстанции при двухстороннем и консольном питании. Способ упрощает определение уравнительного тока, по сравнению с вышеописанным, за счет измерений лишь на одной из тяговых подстанций.

Однако применяемый способ обладает рядом недостатков.

Для определения каждого наблюдения уравнительного тока требуется всякий раз нарушение заданного режима функционирования системы тягового электроснабжения, которое заключается в вынужденном выполнении коммутационных переключений с двухстороннего на одностороннее питание участка тяговой сети.

Принятое условие практического равенства коэффициента несинусоидальности при двухстороннем питании и отключенной второй тяговой подстанции многочисленными экспериментальными исследованиями подтверждается Объем статистических данных ограничен.

Цель настоящего изобретения - упрощение и повышение точности определения уравнительного тока.

Предложенный способ определения уравнительного тока заключается в определении по коэффициенту третьей гармоники тока суммарного времени протекания уравнительного тока в межподстанционной зоне. По мгновенным значениями тока и напряжения первой тяговой подстанции определяют активную W_a и реактивную W_p энергию в течение суммарного времени протекания уравнительного тока в межподстанционной зоне за периоды отсутствия тяговой нагрузки в течение установленного интервала времени определения уравнительного тока. Значения W_a и W_p могут быть как положительными, так и отрицательными. Положительные значения активной и реактивной энергии (прием) обозначают соответственно W⁽_a^отд),W⁽_p^отд) , отрицательные (отдача) - W⁽_a^отд),W⁽_p^отд) . Тогда среднее квадратичное значение уравнительного тока и его фазу в установившемся режиме работы систем внешнего и тягового электроснабжения определяют по выражениям: где W⁽_a^пр),W⁽_p^пр) - принятые в тяговую сеть активная и реактивная энергии за период отсутствия тяговой нагрузки; W⁽_a^отд),W⁽_p^отд) - отданные из тяговой сети во внешнюю систему электроснабжения активная и реактивная энергии; T - суммарное время протекания уравнительного тока в межподстанционной зоне за периоды отсутствия тяговой нагрузки; U_кс - действующее значение напряжения в контактной сети.

Установленный интервал времени уравнительного тока ограничивает снизу законченным циклом графика нагрузок (как правило, одни сутки) электроэнергетической системы. Суммарное время протекания уравнительного тока T в межподстанционной зоне зависит от размеров движения поездов на исследуемом участке. При низких размерах движения T соизмеримо с установленным интервалом времени определения уравнительного тока. При высоких размерах движения значение T состоит из интервалов времени отсутствия поездов на участке, предусмотренных на выполнение ремонтных работ.

Решение технической задачи поясняется чертежом. На чертеже представлена структурная схема измерительной установки уравнительного тока, содержащей счетчик электрической энергии - 1, блок контроля уравнительного тока - 2 и таймер - 3. На первой тяговой подстанции в режиме двухстороннего питания ток и напряжение с измерительных трансформаторов тока и напряжения подают на счетчик электрической энергии - 1, позволяющий учитывать прием и отдачу активной и реактивной энергии. Момент начала отсутствия тяговой нагрузки в межподстанционной зоне между первой и второй тяговыми подстанциями определяют блоком контроля уравнительного тока - 2, который предназначен для обнаружения отсутствия тяговой нагрузки в межподстанционной зоне путем анализа величины коэффициента третьей гармоники тягового тока. Принимая во внимание, что уравнительный ток в отличие от тягового, носит практически синусоидальный характер, коэффициент третьей гармоники тока служит информативным параметром об отсутствии в межподстанционной зоне тягового и наличии лишь уравнительного тока. При отсутствии или незначительном содержании в кривой тока третьей гармоники анализируемый ток принимают уравнительным. Экспериментально устанавливают максимально возможное значение коэффициента тока третьей гармоники в уравнительном токе. Эта величина значительно ниже минимального значения коэффициента третьей гармоники при наличии тяговой нагрузки. В блоке контроля уравнительного тока - 2 вырабатываются два сигнала: первый дает запрет на работу счетчика электрической энергии - 1 при наличии электротяговой нагрузки в межподстанционной зоне, второй запускает таймер - 3 в период отсутствия электротяговой нагрузки. По завершению установленного интервала времени определения уравнительного тока, например одни сутки, вычисляют разность конечных и начальных показаний счетчиков электрической энергии, расход активной и реактивной энергии, снимают показания таймера, соответствующему суммарному времени протекания уравнительного тока в межподстанционной зоне за периоды отсутствия тяговой нагрузки. Уравнительный ток определяют по приведенным ранее формулам.

Предложенный способ определения уравнительных токов позволяет производить измерения без ограничения размеров движения поездов, не требует привлечения персонала высокой квалификации, так как измерения могут быть выполнены оперативным персоналом. Кроме того, предложенный способ не требует применения дорогостоящих средств измерения и обработки.

Формула изобретения

1. Способ определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока при двустороннем питании, заключающийся в том, что на первой тяговой подстанции регистрируют зависимости тока и напряжения в функции времени и на их основе определяют уравнительный ток, отличающийся тем, что устанавливают момент начала отсутствия тяговой нагрузки в межподстанционной фидерной зоне между первой и второй тяговыми подстанциями путем анализа относительного значения третьей гармоники тока, начиная с которого суммируют интервалы времени отсутствия тяговой нагрузки, и по значениям тока, напряжения и суммарного времени определяют принятую в тяговую сеть и отданную из сети активную и реактивную энергии до окончания установленного интервала времени и при известном напряжении в контактной сети определяют среднее значение уравнительного тока и его фазу в установившемся режиме работы систем внешнего и тягового электроснабжения по формулам


где W⁽_a^пр),W⁽_p^пр) - принятые в тяговую сеть активная и реактивная энергии за период отсутствия тяговой нагрузки;
W⁽_a^пр),W⁽_p^отд) - отданные из тяговой сети во внешнюю систему электроснабжения активная и реактивная энергии;
T - суммарное время протекания уравнительного тока в межподстанционной зоне за периоды отсутствия тяговой нагрузки;
U_кс - действующее значение напряжения в контактной сети.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что установленный интервал времени определения уравнительного тока ограничивают снизу законченным циклом графика нагрузки в энергосистеме, например, одними сутками, а сверху - началом изменения параметров энергосистемы, например, отключением одной из питающих линий на ревизию, суммарное время T протекания уравнительного тока в межподстанционной зоне определяют снизу, при интенсивных размерах движения поездов, суммарным временем отсутствия поездов на участке тяговой сети при плановых профилактических работах, например, ремонте железнодорожного пути, а сверху - низкими размерами движения поездов, соизмеримыми с условленным интервалом времени определения уравнительного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1