Разработка многопараметрической микропроцессорной защиты фидеров тяговой сети постоянного тока 3, 3 кВ с использованием методов математического моделирования и натурного эксперимента

Электрифицированные железные дороги играют важную роль в экономической и социальной сферах жизни государства, осуществляя перевозку самых разнообразных грузов по всей территории нашей страны. Их значение в настоящий момент не снизилась по сравнению с предыдущими годами, а, в некоторых случаях значительно возросла. Например, снижение производства энергоносителей и, как следствие, уменьшение их текущих запасов, требует своевременной доставки грузов потребителю, так как даже небольшая задержка может привести к нехорошим последствиям, как в социальной жизни, так и в материально-технической сферах деятельности. Поэтому при каждодневной перевозке жизненно важных грузов по всем регионам нашей страны и непрерывном пассажиропотоке выход из строя любого элемента конструкции электрифицированной железной дороги может привести к необратимым последствиям. Одним из важных элементов электрифицированной железной дороги является система электроснабжения, являющаяся сложным техническим сооружением, работающим в непрерывном режиме и в любых условиях, обладающая высокой степенью надежности. Однако, в процессе ее эксплуатации возникают различные повреждения элементов системы и аварийные ситуации, связанные с воздействиями на нее механических, метеорологических, химических, человеческого и других всевозможных факторов. Это, в свою очередь, приводит к перерывам в движении поездов и срыву графика движения.

Достаточно часто причиной аварийных ситуаций является так называемое короткое замыкание, возникающее из-за самых различных причин. Как показывает практика, короткие замыкания в тяговой сети системы электроснабжения возникают в результате: перекрытия изоляторов контактной сети, замыкания токоприемником секционного изолятора или воздушного промежутка, случайного соединения металлических поддерживающих конструкций с проводами контактной сети, ошибочных действий людей, неверно собирающих схемы питания и секционирования, неисправностей на подвижном составе и т. д. Короткие замыкания приводят к значительному возрастанию тока в тяговой сети, влекущему за собой нарушение нормальной работы системы электроснабжения.

Токи короткого замыкания, достигая большой величины, даже при очень малой длительности, могут в результате динамического воздействия, привести к разрушению устройств и аппаратов сети (коммутационных аппаратов, трансформаторов, и т. д.) или явиться причиной термических воздействий, приводящих к повреждению токоведущих частей: пережоги проводов, сгорание элементов аппаратов и т. п. При малых значениях тока короткого замыкания и большой длительности воздействия, происходит потеря работоспособности элементов конструкции, а именно: отжиг контактных проводов, теряющих при этом свою механическую прочность, при возникновении электрической дуги происходит пережог контактного провода. Поэтому аварии, возникающие в следствие не отключения токов короткого замыкания, часто приводят к длительному перерыву нормальной эксплуатации участка железной дороги.

Отсюда следует вывод о том, что вопросам защиты участков электрифицированной железной дороги должно уделяться особое внимание.

Одним из основных устройств, используемых для защиты фидеров контактной сети, являются быстродействующие выключатели. Однако их возможности, связанные с определением режимов работы тяговой сети: аварийный или нормальный, недостаточны. Поэтому необходимо иметь дополнительные средства защиты, позволяющие с более высокой точностью выявлять характер процессов, протекающих в тяговой сети, и способные различать по множеству различных параметров степень аварийного воздействия коротких замыканий. В тоже время новые средства защиты должны обладать высокой надежностью и быть удобными в эксплуатации и при ремонтных работах. Одновременно они могут выполнять дополнительные функции, связанные с работой элементов автоматики и, в некоторых случаях, осуществлять контроль за правильностью производимых действий при выполнении отдельных операций, связанных с переключениями устройств в системе электроснабжения.

Данная работа посвящена вопросам разработки устройства защиты и автоматики фидеров тяговой сети постоянного тока с напряжение 3,3 кВ.

выводы.

1.Обоснована необходимость реализации многопараметрической защиты фидеров тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ и возможность ее реализации на базе микропроцессорной техники;

2.Исследование энергетического спектра импульсов тока тягового фидера постоянного тока 3,3 кВ, приводящих к срабатыванию быстродействующего выключателя, показали, что в цифровых защитах фидеров тяговой сети шаг дискретизации между замерами токов должен составлять не более 280 мксек. При этом вероятность того, что реальная кривая тока будет соответствовать обрабатываемой, со среднеквадратическим отклонением в 1%, составит не менее 99%;

3.Разработан улучшенный способ защиты фидеров тяговой сети по приращению тока на базе микропроцессорной техники, позволяющий получить высокочувствительные селективные и гибкие системы защит, параметры которых легко могут индивидуализироваться под условия каждого конкретного фидера с его типовыми ситуациями;

4. Исследования тепловых процессов в проводах контактной сети показали, что для проводов, применяемых на железных дорогах России, значение экспоненциальной функции можно вычислять по сумме первых трех слагаемых степенного ряда, в который она раскладывается, шаг дискретизации должен составлять не более 1 секунды, возможно использование уравнения теплового баланса со стационарными параметрами с учетом сопротивления КП на каждом шаге интегрирования;

5.Разработан программный комплекс «Моделирование СТЭ», позволяющий рассчитать основные энергетические показатели работы СТЭ при вероятностном распределении тяговой нагрузки, любом типе КП и оборудования ТП и любой схеме соединения СТЭ;

6.Разработан программно аппаратный комплекс с обратной связью, включающий программный комплекс «Моделирование СТЭ», аппаратный комплекс, позволяющий имитировать токи и напряжения в реальном масштабе времени и само устройство защиты и автоматики ЦЗАФ-3,3, что дает возможность отлаживать алгоритмы всех защит и производит выбор уставок для конкретного участка.