Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроснабжение транспорта. Курс лекций
.pdf
формирование. Можно выделить две основные причины отсутствия в эксплуа-
тации устойчивого графика движения поездов:
1. Основной поток грузовых поездов создается крупными сортировоч-
ными станциями. Его распределение во времени в течение суток зависит от состояния погрузки вагонов предприятиями, наличия свободных вагонов, локомотивов, локомотивных бригад, поступления грузовых поездов с соседних дорог и ряда других факторов. В результате
сортировочная станция из суток в сутки формирует практически одно
и то же число составов, но готовность их к отправлению по времени в
течение суток для различных суток получается разной.
2. Наличие диспетчерского регулирования. На первый взгляд, диспетчер-
ское регулирование должно способствовать повышению устойчивости
графика движения с точки зрения их повторяемости для разных суток.
Как известно, задачей диспетчерского регулирования является обеспечение заданного графика движения пассажирских поездов и электропоездов, а в промежутках между ними безопасного пропуска грузовых
поездов. Но появление грузовых поездов на участке во времени определяется, как показано выше, целом рядом случайных факторов, и
каждые сутки это происходит по-разному. Поэтому каждые сутки дей-
ствия поездного диспетчера во времени по пропуску грузовых поездов
в той или иной степени разнятся.
О неустойчивости графика нагрузки тяговых подстанций говорит и такой
факт: чем большее число суточных графиков нагрузки подстанции будем
накладывать друг на друга с последующим усреднением ординат нагрузки, тем
более явно усредненная кривая нагрузки будет стремиться к прямой.
Таким образом, речь идет о явлении (в нашем случае график движения
поездов и соответственно график нагрузки тяговой подстанции), которое, по-
вторяясь многократно в одинаковых условиях, каждый раз протекает по-иному.
Как известно, такие явления называются случайными, но тем не менее они подчиняются определенным устойчивым закономерностям, которые могут быть
установлены с использованием аппарата математической статистики и теории
вероятностей. Математическая статистика широко использует положение о
том, что если одинаковые явления многократно появляются в сходных услови-
ях, проявляясь каждый раз по-разному, то обнаруживается устойчивая закономерность [42]: в нашем случае под сходными условиями понимаются практиче-
ски неизменные суточные размеры движения, те же типы поездов, один и тот
же профиль пути, одна и та же расстановка сигналов автоблокировки, те же самые локомотивы и бригады, их обслуживающие, те же массы грузовых поез-
дов.
Рассмотрим один путь двухпутного участка в пределах межподстанцион-
ной зоны, для которого на основе анализа исполненного суточного графика
движения поездов было зафиксировано суммарное время Σt, выраженное в
процентах, одновременного нахождения на зоне питания различного числа по-
ездов m, которое изменяется от 0 до 5, табл. 5.1.
122
Таблица 5.1
Число поездов, одновременно находящихся
на межподстанционной зоне, m
0 1 2 3 4 5 Σt, %
8
15
25
35
10 7 р*(m)
0,08
0,15
0,25
0,35
0,10
0,07
на зоне питания, потому что в
0
1,
n
i
i
p
∗
=
=
∑
Результаты обработки исполненного графика движения поездов
Показатели
Используя понятия частоты события или статистической вероятности как
отношение благоприятного числа опытов, в которых произошло интересующее
событие к общему числу проведенных опытов [43], определим эту статистиче-
скую характеристику для данных, приведенных в табл. 5.1. Полученные значения статистической вероятности для разного числа поездов, одновременно
находящихся на зоне питания, р∙(m) указаны в табл. 5.1. При этом, естественно,
что
(5.12)
где n – максимальное число поездов, которое может одновременно находиться
на одном пути межподстанционной зоны.
Представим полученные результаты, приведенные в табл. 5.1, в графическом виде, рис. 5.4.
Зависимость между р*(m) и m, представленная в виде ломаной линии,
носит название многоугольника распределения числа поездов, одновременно
находящихся на зоне питания. Если такое же построение по аналогии осуществить для вторых суток исполненного графика движения, то положение многоугольника распределения числа поездов будет несколько отлично от того, что
было для первых суток. Значения ординат для всех m получаются несколько
иные (см. рис. 5.4). В самом общем случае р*(m) для каждого m может рассмат-
риваться как случайная величина, которая при анализе каждого исполненного
суточного графика движения для рассматриваемого участка принимает свое
значение, отличное от ее значений для других исполненных суточных графиков
движения. Для получения ее устойчивого (искомого) значения находят среднее
по совокупности всех найденных значений. Это будет практически вероятность
появления рассматриваемого числа поездов m
соответствии с теоремой Бернулли [42] вероятность – это предел, к которому
стремится статистическая вероятность при числе опытов (в нашем случае числе
рассмотренных исполненных суточных графиков движения), стремящихся к
бесконечности (практически это означает рассмотрение достаточно большого
числа исполненных суточных графиков движения).
123
p·(m)
m
0 1 2
3 4
5
0,1
0,2
0,3
0,4
а
б
А
ср
I
′
А
ср
I
′
А
ср
I
′
Рис. 5.4. Многоугольники распределения числа поездов, одновременно
находящихся на межподстанционной зоне:
а – для первых суток, б – для вторых суток
Если удастся определить вероятность нахождения m числа поездов, одно-
временно находящихся на межподстанционной зоне, р(m), то построенный по
этим данным многоугольник распределения числа поездов при принятых ранее
двух допущениях будет представлять собой уже закон распределения нагрузки
фидера тяговой подстанции и на оси абсцисс можно будет вместо значений m
указать соответствующие значения тока фидера (см. рис. 5.2): 0 ,
, 2
, 3
и т. д. Знание закона распределения нагрузки фидера позволяет определить
ее вероятностно-статистические характеристики, в первую очередь, математи-
ческое ожидание и дисперсию. Кроме того, знание законов распределения
нагрузки фидеров тяговой подстанции позволяет, используя композицию зако-
нов распределения [42], приближенно найти закон распределения нагрузки тяговой подстанции с оценкой ее верятностно-статистических характеристик.
6. Защита от токов короткого замыкания в тяговой сети
Причины и последствия коротких замыканий в тяговой сети. Кон-
тактная сеть работает под воздействием целого ряда факторов (механических,
метеорологических, химических и др.) и является нерезервируемым элементом
системы электроснабжения. Поэтому к защите контактной сети от токов короткого замыкания (к. з.) предъявляются особо жесткие требования, чтобы гарантировать высокую надежность ее работы. Рассмотрим базовые положения, свя-
124
занные с работой основных видов защиты от токов короткого замыкания в тя-
говой сети, применяемых в настоящее время.
Все причины, вызывающие короткое замыкание в тяговой сети, условно
можно разделить на две группы: причины случайного характера и причины
эксплуатационного характера. К причинам случайного характера можно отне-
сти перекрытие изоляторов контактной сети из-за чрезмерных атмосферных и
коммутационных перенапряжений, соприкосновение частей контактной сети,
находящихся под напряжением, с ее заземленными частями в результате стихийных бедствий, нарушение целостности ограничителей перенапряжения контактной сети. Причины эксплуатационного характера более многочисленны:
перекрытие изоляторов контактной сети вследствие нарушения их электриче-
ской прочности из-за загрязнения и механических повреждений, неправильное
взаимодействие контактной подвески и токоприемника электровоза из-за не-
правильной их регулировки, разрушение конструкций и проводов контактной
сети, возникающие при неправильной их регулировке, недопустимом нагружении и понижении их прочности в эксплуатации, ошибочные действия обслужи-
вающего персонала, касание контактной сети кранами и механизмами.
Опасны как большие, так и малые токи короткого замыкания. При больших токах короткого замыкания возникают большие электродинамические
усилия, приходящиеся на оборудование тяговых подстанций, в частности на
трансформаторы, приводящие к смещению их обмоток как в осевом, так и в радиальном направлениях. При малых токах короткого замыкания при длительном их протекании возможны отжиг проводов контактной сети и пережог их в
месте короткого замыкания, которое, как правило, сопровождается дугой.
Классификация защит от токов короткого замыкания в тяговой сети
и требования, предъявляемые к ним. В зависимости от физического призна-
ка, используемого для выделения короткого замыкания, различают следующие
основные виды защит [12, 22]:
1. Токовая (реагирует на величину тока).
2. Защита по минимальному напряжению (реагирует на величину напря-
жения).
3. Защита, реагирующая на скорость нарастания тока dI/ dt.
4. Защита, реагирующая на приращение (бросок) тока ΔI.
5. Дистанционная (реагирует на величину сопротивления Z).
6. Защита, реагирующая на угол сдвига между фазами напряжения и тока
φ.
7. Защита, реагирующая на форму тока (процентное содержание высших
гармоник).
Защиты, указанные в пунктах 1, 2, 4 и 5 применяются как на участках по-
стоянного, так и переменного тока. Только на участках постоянного тока защи-
та, указанная в пункте 5, носит название по сопротивлению [44]. Защита, реа-
гирующая на скорость нарастания тока, применяется только на участках посто-
125
янного тока, а защиты, указанные в пунктах 6 и 7 – только на участках пере-
к
ч
у
.
min
A
kA=
у
ч
к.max
A
kA=
менного тока.
К основным требованиям, предъявляемым к защитам от токов короткого
замыкания для обеспечения ее правильного функционирования, относятся [45]:
1. Надежное отключение короткого замыкания (срабатывание при корот-
ком замыкании в защищаемой зоне).
2. Отсутствие ложных срабатываний (несрабатывание при отсутствии короткого замыкания в защищаемой зоне).
3. Селективность (несрабатывание при коротком замыкании за пределами
зоны защиты).
4. Быстродействие (время отключения короткого замыкания должно ис-
ключать его отрицательные последствия).
При удовлетворении этих требований предпочтение следует отдавать тем
защитам, которые требуют минимального ухода в эксплуатации, в меньшей
степени подвержены разрегулировке и связаны с меньшими затратами средств.
Общие положения по выбору уставок защиты. С точки зрения выбора
уставок защит от токов короткого замыкания все защиты можно условно разде-
лить на две группы: I группа – защиты, реагирующие на величины, возрастающие при коротком замыкании (например, ток I, приращение (бросок) тока Δ I,
скорость нарастания тока dI/ dt, угол сдвига между фазами тока и напряжения
φ, мощность S), и II группа – защиты, реагирующие на величины, уменьшающиеся при коротком замыкании (например, напряжение U, сопротивление Z,
процентное содержание высших гармоник). Правда, надо иметь ввиду, что при
современном электроподвижном составе максимальные значения скорости
нарастания тока и приращения тока в отдельных случаях соизмеримы с мини-
мальными значениями данных показателей при коротком замыкании [45].
Любая защита от токов короткого замыкания должна надежно отключать
короткое замыкание и не срабатывать при рабочем режиме.
Поэтому для гарантии надежного короткого замыкания отключения при
определении уставки любой защиты вводится коэффициент чувствительности
k
. Для защит I группы он представляет собой отношение минимального значе-
ч
ния физической величины при коротком замыкании, на которую реагирует защита, А
к уставке защиты Ау [22].
кmin
Для защиты II группы коэффициент чувствительности представляет со-
бой отношение уставки защиты А
к максимальному значению физической ве-
у
личины, на которую реагирует защита, при коротком замыкании А
126
(6.1)
кmax
(6.2)
Для гарантии отсутствия ложных срабатываний защиты при рабочем ре-
у
н
p
.
max
A
kA=
p
н
у
.
min
A
kA=
р ук к ур
и
max min max min
А АА А АА<< <<
у
н
к
p
ч
.
min
max
A
k AA
k
≤≤
уч
р
k
н
.
min
max
A
k AA
k
≤≤
жиме вводится коэффициент надежности k
(иногда он называется коэффици-
н
ентом запаса [45]. Для защит I группы он представляет отношение уставки за-
щиты А
рует защита, при рабочем режиме А
к максимальному значению физической величины, на которую реаги-
у
[22]
рmax
(6.3)
Для защит II группы коэффициент надежности есть отношение мини-
мального значения физической величины, на которую реагирует защита, при
рабочем режиме А
к уставке защиты А
рmin
у
(6.4)
В самом общем случае выбор уставки для защит I и II групп определяется
соответственно следующими соотношениями:
(6.5)
С учетом (6.1) и (6.3) окончательно для защит I группы получаем следу-
ющее общее выражение для определения уставки:
(6.6)
Для защит II группы, используя (6.2), (6.4) и (6.5), будем иметь
(6.7)
Зная, к какой группе относится та или иная защита и используя выраже-
ние (6.6) или (6.7), легко написать условие выбора уставки для любой защиты,
заменяя символ А на обозначение физической величины, на которую реагирует
защита.
127
6.1. Защита при помощи быстродействующих выключателей на фидерах
А Б
А
1
Б
1
к
2
к
1
к
к к.y
(1 ),
t
T
II e
−
= −
к
к
к
,
L
TR=
тяговых подстанций
Защита от токов к. з. на межподстанционной зоне при помощи БВ на фи-
дерах тяговых подстанций является наиболее простым вариантом защиты , рис.
6.1.
Рис. 6.1. Защита от токов к. з. с помощью БВ на фидерах
тяговых подстанций
Кривая изменения тока короткого замыкания I во времени, протекающего
по фидеру при отсутствии тяговой нагрузки на зоне питания, приведена на
рис. 6.2. Она описывается выражением
где I
– установившееся значение тока короткого замыкания;
к.у
Т
– постоянная времени цепи короткого замыкания.
к
Постоянная времени короткого замыкания, характеризующая скорость
изменения тока короткого замыкания, определяется отношением
где L
и Rк – соответственно индуктивность и активное сопротивление контура к. з.
к
Величина Т
составляет 0,02–0,1 с [12, 45, 46].
к
(6.8)
(6.9)
128
I
к
t
(4 – 5)T
к
t
п
T
к
I
уст
I
к.у
1
2
Рис. 6.2. Кривая изменения тока короткого замыкания (1) и кривая,
характеризующая процесс отключения БВ при коротком замыкании (2)
Кривая изменения тока, протекающего через БВ фидера подстанции при
коротком замыкании на зоне и его срабатывании после достижения током ко-
роткого замыкания уставки быстродействующего выключателя I
рис. 6.2. Полное время отключения БВ равно t
(см. рис. 6.2). На фидерах тяго-
п
приведена на
у,
вых подстанций ранее устанавливались выключатели ВАБ-43 и ВАБ-49. Сейчас
к установке рекомендуется выключатель ВАБ-206. Полное время отключения
короткого замыкания t
колеблется от 0,025 с у современных БВ, до 0,08 с у БВ
п
более ранних выпусков при собственном времени их срабатывания(отрезок по
оси времени между вертикальными пунктирными линиями, см. рис. 6.2) 0,005–
0,008 с [18, 45]. На фидерах тяговых подстанций устанавливают по два БВ, со-
единенных последовательно, для увеличения величины максимально отключа-
емого тока (отключающей способности). При применении выключателя ВАБ206 допускается установка одного БВ.
В зависимости от удаленности точки кз. от рассматриваемой подстанции
эффект, достигаемый за счет применения БВ, несколько различен. Рассмотрим
применительно к быстродействующему выключателю А
корасположенную точку короткого замыкания К
замыкания К
нения тока короткого замыкания во времени, протекающего по фидеру подстанции А при отсутствии выключателя А
(см. рис. 6.1). Для каждой из этих точек приведем кривую изме-
2
и его наличии, рис. 6.3.
1
и удаленную точку короткого
1
подстанции А близ-
1
129
I
к
а
t
t
откл
I
уст
I
к.у1
I
max
I
к
t
t
откл
I
уст
I
к.у2
I
max
б
Рис. 6.3. Кривые изменения тока для различных точек к. з. на межподстанцион-
ной зоне для фидера подстанции А (см. рис. 6.1):
а – для близкорасположенной точки короткого замыкания К1;
б – для удаленной точки короткого замыкания К2
На рис. 6.3 показано, что в процессе отключения тока к.з. БВ наибольший
ток, протекающий через него, I
Сравнение кривых на рис. 6.3, а и 6.3, б показывает, что при коротком замыка-
max
несколько превышает ток уставки Iу [12].
нии в близкорасположенной точке БВ ограничивает и время протекания тока
короткого замыкания и его величину. Ток I
шегося значения тока короткого замыкания I
существенно меньше установив-
max
. При коротком замыкании в
к.у.1
удаленной точке БВ ограничивает только время протекания тока короткого за-
мыкания и практически не ограничивает его величину. Токи I
шееся значение тока короткого замыкания в удаленной точке I
и установив-
max
соизмеримы
к.у.2
(см. рис. 6.3, б).
130
Уставка БВ определяется исходя из того, что токовая защита с точки зре-
min
max
к
нp y
ч
.
I
kI I
k
≤≤
min max
к н чp
.I kkI≥
кp
300A.
min max
II≥+
pyк
1,1 250A.
max min
I II≤≤ −
уp p
1
( ).
3
max min max
к
II I I=+−
ния выбора уставки относится к защитам I группы. Поэтому, используя выражение (6.6) для нее, можно записать
(6.10)
Отсюда
(6.11)
Если выполняется выражение (6.11), то это означает, что защита рассмат-
риваемой зоны питания от короткого замыкания обеспечена. После этого рас-
считывается величина тока уставки.
Для быстродействующих выключателей разницу между I
kmin
и I
рmax
, га-
рантирующую защиту зоны питания , предложено задавать в абсолютном вы-
ражении [12]. Поэтому формулу (6.11) записывают в следующем виде:
(6.12)
Проведенные исследования показали, что разница в 300 А между I
является заниженной. Правильно ее принять не менее 500 А [45]. Саму же
I
рmax
kmin
и
уставку БВ выбирают на основе следующих соотношений [46]:
(6.13)
Расчетной точкой к. з. для определения I
является точка около сосед-
kmin
ней подстанции. На рис. 6.4 приведена уровневая диаграмма, построенная на
основе (6.13). На ней также показано, что уставку БВ целесообразнее выбирать
в нижней области зоны ее выбора.
Если разница между I
kmin
и I
незначительно превышает нормативную
рmax
величину в 300 (или 500 А) и выбрать уставку по (6.13) не удается, то ее следу-
ет определять по выражению [47]
(6.14)
131
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]