Сравнительный анализ существующих методов определения повреждения тяговой сети

В настоящее время известно несколько методов определения расстояния до места повреждения. Одни из них основаны на определении распределения полных или реактивных сопротивлений, другие на определении токораспре­деления в тяговой сети. Все из представленных методов являются дистанцион­ными, т.е. измерение расстояния до места повреждения происходит при по­мощи аппаратуры установленной на тяговой подстанции или на диспет­черском пункте. Рассмотрим наиболее распространенные их существующих методов, [1, 2].

На рисунке 1 представлена классификация существующих методов ОМП.

Рисунок 1 – Классификация существующих методов ОМП

Критерием оценки методов ОМП является точность измерения расстояния до места повреждения, при изменении параметров тяговой сети, и воздействии случайных факторов.

Как показали расчеты, первый метод ОМП (рисунок 2), основанный на определении полного сопротивления петли КЗ, имеет очень большие погрешности. На точность измерения расстояния до места повреждения оказывают влияние следующие факторы:

- изменение поперечной проводимости рельсы-земля;

- переходное сопротивление в месте повреждения;

- изменение проводимости земли;

- расстояние до места КЗ;

- шунтирующее влияние ЭПС;

- взаимная индуктивность контактных подвесок соседних путей.

Погрешность, вносимая вышеперечисленными факторами, на однопутном участке составляет до 32%. А на двухпутном участке, из-за отсутствия учета тока в подвеске соседнего пути, погрешность достигает 92%, [3]. Достаточно точные показания будут только при консольном питании точки КЗ и отсутствии переходного сопротивления в месте повреждения. Такие огромные погрешности не позволяют эффективно использовать аппаратуру ОМП, основанную на первом методе, как на однопутных, так и на двухпутных участках железных дорог переменного тока.

Второй метод ОМП основан на определении реактивной составляющей сопротивления петли КЗ, (рисунок 2). По сравнению с первым методом, использование только реактивной составляющей сопротивления КЗ позволяет значительно увеличить точность измерения расстояния до места повреждения, как на однопутном, так и на двухпутном участке.

Рисунок 2 – Схема измерения расстояния до места повреждения на двух­путном участке первым и вторым методами

Значительно снижается влияние переходного сопротивления в месте повреждения на точность измерений. Однако во втором методе не учитывается изменение погонного реактивного сопротивления тяговой сети в связи с изменением поперечной проводимости рельсы-земля и расстояния до места повреждения. Так же значительную погрешность вносит остаточная нагрузка на фидерной зоне. Из-за этого на однопутном участке погрешность второго метода достигает 13%.

На двухпутном участке, как и в первом методе, дополнительную погрешность вносит сопротивление взаимоиндукции соседних путей. Значение этого сопротивления неодинаково по длине фидерной зоны. По этой причине погрешность второго метода на двухпутном участке достигает 90%, [3].

Исходя из вышесказанного, применение аппаратуры ОМП, основанной на втором методе, на двухпутных участках железных дорог нецелесообразно. Возможно применение такой аппаратуры на однопутных участках, на которых отсутствует интенсивное тяжеловесное движение. Предполагается, что на таких участках погрешность, вносимая остаточной нагрузкой, не будет превышать 5%.

Третий метод ОМП, как и второй, основан на определении реактивной составляющей сопротивления петли КЗ, (рисунок 3). В устройство ОМП, вместо тока ввода 27,5 кВ, подаются значения токов поврежденного и смежного путей. А благодаря коэффициенту взаимного комплексного сопротивления (К) учитывается влияние взаимоиндукции контактных подвесок соседних путей.

Рисунок 3 – Схема измерения расстояния до места повреждения третьим методом

Сложность адаптации устройства ОМП, основанного на третьем методе, к условиям определенного участка заключается в необходимости проведения двух опытов КЗ, в свою очередь необходимых для определения коэффициента К. Этот факт осложняет установку такого устройства ОМП на грузонапряженные участки.

Погрешность третьего метода вызвана, как и во втором методе, отсутствием учета изменения проводимости земли, поперечной проводимости переходного слоя рельсы-земля. Так же на точность измерений большое влияние оказывает значение переходного сопротивления в месте КЗ и величины остаточной нагрузки на межподстанционной зоне. В связи с этим аппаратура ОМП, основанная на третьем методе, не получила широкого распространения на участках железных дорог переменного тока.

Четвертый метод ОМП имеет некоторые сходства с третьим методом, (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема измерения расстояния до места повреждения четвертым методом

Это сходство заключается в использовании только реактивной составляющей петли КЗ и в учете сопротивления взаимоиндукции контактных подвесок соседних путей. При определении расстояния до места повреждения можно учесть изменение проводимости земли, поперечной проводимости переходного слоя рельсы-земля и удаленности места КЗ путем изменения уставки ν_А. Это позволяет значительно повысить точность измерений. Однако, как и во всех методах, основанных на определении распределения сопротивлений при КЗ, отсутствует учет влияния на точность измерений переходного сопротивления в месте КЗ и остаточной нагрузки на зоне. В связи с этим погрешность может достичь величины равной 30%, [3].

Как показали расчеты, пятый метод ОМП, основанный на определении токораспределения в тяговой сети, имеет наибольшую точность для узловой схемы питания контактной сети, среди всех методов ОМП, представленных в данной статье, (рисунок 5).

Рисунок 5 – Схема измерения расстояния до места повреждения пятым методом

Это связано с тем, что на точность определения расстояния до места повреждения пятым методом не оказывает влияние нестабильная величина удельного сопротивления тяговой сети и переходного сопротивления в месте КЗ. Этот факт положительно сказывается на возможности широкого применения пятого метода ОМП для разработки новой аппаратуры ОМП для двухпутных участков железных дорог переменного тока с автоматическим секционированием контактной сети, [4].

Сложность применения данного метода заключается в необходимости передачи параметров аварийного режима со смежной ТПС. Как показали расчеты, при изменении схемы питания двухпутного участка, применение аппаратуры ОМП, основанной на пятом методе, не представляется возможным.

Литература:

1. Карякин, Р.Н. Методика расчета сопротивлений тяговых сетей пере­менного тока / Р.Н. Карякин – М.: Трансжелдориздат, 1962. – 37 с.

2. Фигурнов, Е.П. Релейная защита сетей тя­гового электроснабжения пе­ременного тока: учеб. пособие для студентов вузов ж.-д. транспорта / Е.П Фи­гурнов, Ю.И. Жарков, Т.Е. Петрова; под ред. Е.П. Фигурнова. – М.: Маршрут, 2006. – 272 с.

3. Быкадоров, А.Л. Методика исследования погрешностей в ме­тодах оп­ределения мест повреждения в тяговой сети 27,5 кВ / А.Л. Быкадоров, И.П. Петров // Повышение эффективности и надежности систем электоснабжения: межвуз. сб. науч. тр. / ДВГУПС. – Хабаровск, 1999. – С.23–30.

4. Самсонов, Ю.Я. Расчет токораспределения и определение сопротивле­ний в контактных сетях переменного тока при коротких замыканиях / Ю.Я. Самсонов // Вопросы ре­лейной защиты устройств электрических желез­ных до­рог. тр. РИИЖТ, вып.60. – М.: Транспорт, 1966. – С.84–88.