Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения удаленности места повреждения контактной сети (варианты)

Вариант 1.

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги переменного тока на участках с числом путей два и более для определения удаленности короткого замыкания в контактной сети при двухстороннем питании.

Известен способ определения удаленности места короткого замыкания в контактной сети, реализованный в А.С. СССР 161410, Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока / Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я., МКИ³ G01R, B60M. Заявл. 16.07.1962, №787278/24-7, опубл. 19.03.1964, Бюл. №7. В этом способе в момент короткого замыкания измеряют ток I_ф присоединения контактной сети того пути, на котором произошло повреждение, напряжение U_ш на шинах тяговой подстанции и определяют расстояние до места повреждения по формуле:

,

где z_тс - сопротивление 1 км тяговой сети.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная погрешностями из-за наличия в месте короткого замыкания переходного сопротивления, а также не соблюдения указанного равенства на двух- и многопутных участках (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. Ч. 2 3-е изд. перераб. и доп. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. 604 с. С. 570-579).

Известен способ двухстороннего измерения токов в тяговой сети (Патент RU 2160673. Определитель места повреждения контактной сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 ВМ 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110428/28, опубл. 20.12.2000, Бюл. №35), при котором измеряют токи I_A и I_B, напряжения U_A и U_B, фазовые углы между этими напряжениями и токами ϕ_A и ϕ_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, а также ток , и его фазовый угол ϕ₁ на присоединении к подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, вычисляют по приведенным формулам значения тока I_к в месте короткого замыкания, углов α_к и ψ_A и определяют расстояние до места короткого замыкания путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

,

где - расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети.

Недостатком способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков, а также сложность (большой объем) вычислений.

Известен способ, принятый в качестве прототипа, двухстороннего измерения токов в тяговой сети при коротком замыкании (Патент RU 2177417. Определитель места повреждения тяговой сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 ВМ 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110414/28, опубл. 27.12.2001, Бюл. №36), при котором измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, а также ток на присоединении подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, и определяют расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

,

в котором:

- расстояние от подстанции А до узловой точки (пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

с - поправочный коэффициент.

Недостатком этого способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков и низкая точность из-за неопределенности подбора переменного значения поправочного коэффициента «с» для каждой конкретной межподстанционной зоны и каждого значения .

Техническим результатом является расширение области применения на многопутные участки с числом электрифицированных путей два и более и повышение точности.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, питающих контактную сеть межподстанционной зоны с коротким замыканием, и значение тока присоединения на тяговой подстанции А, питающего в этой зоне неповрежденную контактную сеть любого другого пути, и определяют расстояние расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

где n - число включенных на подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В;

- расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети (т.е. до пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС).

Причем в числителе формулы (1) принимают знак «плюс» при направлении тока I_1,i от шин подстанции А в контактную сеть и знак «минус» при направлении этого тока из контактной сети к шинам подстанции А.

При этом направление тока I_1,i определяют путем сравнения абсолютных значений токов I_A и . Если значение тока I_A больше значения тока , то направление тока принимают от шин подстанции А в контактную сеть. Если значение тока I_A меньше или равно значению тока , то направление тока I_1,i принимают из контактной сети к шинам подстанции А.

Новыми признаками способа являются измерение дополнительно значения тока I_1,i и определение его направления, а также новая формула для определения удаленности места повреждения.

Осуществление способа выполняется известными техническими средствами.

Вариант 2.

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги переменного тока на многопутных участках для определения удаленности места повреждения контактной сети, сопровождающемся коротким замыканием, при двухстороннем питании.

Известен способ определения удаленности места короткого замыкания в контактной сети, реализованный в А.С. СССР 161410, Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока / Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я., МКИ³ G01R, B60M. Заявл. 16.07.1962, №787278/24-7, опубл. 19.03.1964 Бюл. №7. В этом способе в момент короткого замыкания измеряют ток I_ф присоединения контактной сети того пути, на котором произошло повреждение, напряжение U_m на шинах тяговой подстанции и определяет расстояние до места повреждения по формуле:

,

где z_тс - сопротивление 1 км тяговой сети.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная погрешностями из-за наличия в месте короткого замыкания переходного сопротивления, а также не соблюдения указанного равенства на двух- и многопутных участках (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. Ч. 2 3-е изд. перераб. и доп. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. 604 с. С. 570-579).

Известен способ двухстороннего измерения токов в тяговой сети (Патент RU 2160673. Определитель места повреждения контактной сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 ВМ 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110428/28, опубл. 20.12.2000, Бюл. №35), при котором измеряют токи I_A и I_B, напряжения U_A и U_B, фазовые углы между этими напряжениями и токами ϕ_Ф и ϕ_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, а также ток ,и его фазовый угол ϕ₁, на присоединении к подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, вычисляют по приведенным формулам значения тока I_к в месте короткого замыкания, углов α_к и ψ_A и определяют расстояние до места короткого замыкания путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

,

где - расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети.

Недостатком способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков, а также сложность (большой объем) вычислений.

Известен способ, принятый в качестве прототипа, двухстороннего измерения токов в тяговой сети при коротком замыкании (Патент RU 2177417. Определитель места повреждения тяговой сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 ВМ 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110414/28, опубл. 27.12.2001, Бюл. №36), при котором измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, а также ток на присоединении подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, и определяют расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

,

в котором:

- расстояние от подстанции А до узловой точки (пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

с - поправочный коэффициент.

Недостатком этого способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков и низкая точность из-за неопределенности подбора переменного значения поправочного коэффициента «с» для каждой конкретной межподстанционной зоны и каждого значения .

Техническим результатом является расширение области применения на многопутные участки с числом электрифицированных путей два и более и повышение точности.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, и значения тока присоединения тяговой подстанции А, питающего контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, отличающийся тем, что дополнительно определяют направление и измеряют значение тока I_1,i присоединения на тяговой подстанции А, питающего в этой межподстанционной зоне неповрежденную контактную сеть любого другого пути, и определяют расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

где n - число включенных на тяговой подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В;

- расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети (т.е. до пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

I_к - значение тока, протекающего через место короткого замыкания, равное сумме токов I_A и I_B.

Причем в числителе формулы (2) принимают знак «минус» при направлении тока I_1,i от шин тяговой подстанции А в контактную сеть и знак «плюс» при направлении этого тока из контактной сети к шинам подстанции А.

При этом направление тока I_1,i определяют путем сравнения абсолютных значений токов I_A и . Если значение тока I_A больше значения тока , то направление тока I_1,i принимают от шин тяговой подстанции А в контактную сеть. Если значение тока I_A меньше или равно значению тока , то направление тока I_1,i принимают из контактной сети к шинам тяговой подстанции А.

Новыми признаками способа являются измерение дополнительно значения тока I_1,i и определение его направления, а также новая формула для определения удаленности места повреждения.

Осуществление способа выполняется известными техническими средствами.

Новым признаком способа является новая формула для определения расстояния (удаленности) . Предложенный способ имеет более широкую область применения, т.к. пригоден не только для двухпутных участков, но и для любого числа путей более одного. Его точность выше, поскольку не требуется вводить поправочные коэффициенты.

Осуществление способа выполняется известными техническими средствами.

Вариант 3.

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги переменного тока на многопутных участках для определения удаленности места повреждения контактной сети, сопровождающемся коротким замыканием, при двухстороннем питании.

Известен способ определения удаленности места короткого замыкания в контактной сети, реализованный в А.С. СССР 161410, Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока / Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я., МКИ³ G01Rr, B60M. Заявл. 16.07.1962, №787278/24-7, опубл. 19.03.1964, Бюл. №7. В этом способе в момент короткого замыкания измеряют ток I_ф присоединения контактной сети того пути, на котором произошло повреждение, напряжение U_m на шинах тяговой подстанции и определяет расстояние до места повреждения по формуле:

,

где z_тс - сопротивление 1 км тяговой сети.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная погрешностями из-за наличия в месте короткого замыкания переходного сопротивления, а также не соблюдения указанного равенства на двух- и многопутных участках (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. 4.2 3-е изд. перераб. и доп. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. 604 с. С. 570-579).

Известен способ двухстороннего измерения токов в тяговой сети (Патент RU 2160673. Определитель места повреждения контактной сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 ВМ 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110428/28, опубл. 20.12.2000. Бюл. №35), при котором измеряют токи I_A и I_B, напряжения U_A и U_B, фазовые углы между этими напряжениями и токами ϕ_A и ϕ_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, а также ток , и его фазовый угол ϕ₁, на присоединении к подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, вычисляют по приведенным формулам значения тока I_к в месте короткого замыкания, углов α_к и ψ_A и определяют расстояние до места короткого замыкания путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

,

где - расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети.

Недостатком способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков, а также сложность (большой объем) вычислений.

Известен способ, принятый в качестве прототипа, двухстороннего измерения токов в тяговой сети при коротком замыкании (Патент RU 2177417. Определитель места повреждения тяговой сети / Фигурнов Е.П., Петров И.П., Жарков Ю.И., Быкадоров А.Л., МПК 7 ВМ 1/00. Заявл. 01.06.1998, №98110414/28, опубл. 27.12.2001, Бюл. №36), при котором измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, а также ток на присоединении подстанции А, питающем контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, и определяют расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

,

в котором:

- расстояние от подстанции А до узловой точки (пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

с - поправочный коэффициент.

Недостатком этого способа является ограниченная область применения только для двухпутных участков и низкая точность из-за неопределенности подбора переменного значения поправочного коэффициента «с» для каждой конкретной межподстанционной зоны и каждого значения .

Техническим результатом является расширение области применения на многопутные участки с числом электрифицированных путей два и более и повышение точности.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют токи I_A и I_B на смежных тяговых подстанциях соответственно А и В, питающих межподстанционную зону с коротким замыканием, и значением тока присоединения тяговой подстанции А, питающего контактную сеть того пути, на котором произошло короткое замыкание, отличающийся тем, что дополнительно определяют направление и измеряют значение тока I_1,i присоединения на тяговой подстанции А, питающего в этой межподстанционной зоне неповрежденную контактную сеть любого другого пути, и определяют расстояние до места повреждения путем реализации вычислительного алгоритма в виде математического выражения:

где - расстояние от тяговой подстанции А до ближайшей узловой точки на контактной сети (т.е. до пункта параллельного соединения или, при его отсутствии, до поста секционирования ПС);

Причем в числителе формулы (3) принимают знак «минус» при направлении тока I_1,i от шин тяговой подстанции А в контактную сеть и знак «плюс» при направлении этого тока из контактной сети к шинам подстанции А.

При этом направление тока I_1,i определяют путем сравнения абсолютных значений токов I_A и . Если значение тока I_A больше значения тока , то направление тока I_1,i принимают от шин тяговой подстанции А в контактную сеть. Если значение тока I_A меньше или равно значению тока , то направление тока I_1,i принимают из контактной сети к шинам тяговой подстанции А.

Новыми признаками способа являются измерение дополнительно значения тока I_1,i и определение его направления, а также новая формула для определения удаленности места повреждения.

Осуществление способа выполняется известными техническими средствами.

Обоснование вариантов способа.

Обоснование основано на известных схеме питания, приведенной на фиг. 1, а, и индуктивно развязанной ее схеме замещения, приведенной на фиг. 1, б (Фигурнов Е.П. Сопротивление электротяговой сети однофазного переменного тока. Электричество, 1997, №5. - С, 23-29). На схеме замещения обозначены:

, - сопротивление и ток контактной сети первого пути на участке от шин тяговой подстанции А до точки короткого замыкания К;

, - сопротивление и ток контактной сети первого пути на участке от точки короткого замыкания К до поста секционирования ПС;

Z_1,2, I_1,2 - сопротивление и ток второго пути на участке от шин подстанции А до поста секционирования ПС;

Z_1,3, I_1,3 - то же третьего пути;

I_q - суммарный ток на тяговой подстанции А присоединений контактной сети всех тех электрифицированных путей на участке , на которых короткого замыкания нет.

Короткое замыкание расположено на первом пути участка в точке К. Контактная сеть на всех путях одинакова. На фиг. 1 показана контактная сеть трехпутного участка.

Для обозначенных сопротивлений имеют место соотношения:

, , , ,

где z₁ - индуктивно развязанное сопротивление 1 км контактной сети одного пути многопутного участка, Ом/км.

Для приведенной схемы между точками «a» и «b» на основании законов Кирхгофа имеем:

где I_1,i - ток контактной сети любого из путей на участке , на котором нет короткого замыкания;

n - число включенных на тяговой подстанции А присоединений контактной сети электрифицированных путей в межподстанционной зоне между тяговыми подстанциями А и В.

Используя выражения (5) и (6) получим:

Определив из (4) и подставляя в формулу (9) выражение (7), получим с учетом (6):

Аргументы (фазовые углы) векторов , , необходимо отсчитывать от одной оси. Расчеты показывают, что аргументы токов I_A и отличаются не более, чем на 1-2 градуса. При таком малом различии их можно считать одинаковыми. В этом случае из (10) получаем:

,

где I_A, I_B, - модули комплексов , , ;

ϕ_A, ϕ_B ^_ аргументы этих комплексов;

ϕ_к - аргумент суммы комплексов I_A и I_B.

Заменяя показательную (экспоненциальную) форму комплексов на Фонометрическую их форму, получим:

Поскольку расстояние вещественно по определению, то мнимая часть выражения (11) равна нулю. Расчетами, кроме того, установлено, что аргументы ϕ_к и ϕ_A отличаются совершенно незначительно (единицы градусов) и можно принять ϕ_к=ϕ_А. В этом случае мнимая часть выражения (11) будет равна нулю при ϕ_к=ϕ_B=ϕ_A. Кроме того .

Подставив ϕ_к=ϕ_А и ϕ_к=ϕ_B в выражение (11) получим:

Подставляя в (12) выражение (8) получим формулу (1), входящую в п. 1 формулы изобретения.

Подставляя в (12) выражение (8) и добавляя в числитель слагаемое I_A-I_A, получим формулу (2), входящую в п. 2 формулы изобретения.

Подставляя в (12) выражение (8), добавляя в числитель слагаемое I_A-I_A и приняв из (8) , получаем формулу (3) входящую в п. 3 формулы изобретения.