Научная статья на тему 'Анализ применимости эквивалентов внешнего электроснабжения для расчетов токов короткого замыкания в тяговой сети 27,5 кВ'

Анализ применимости эквивалентов внешнего электроснабжения для расчетов токов короткого замыкания в тяговой сети 27,5 кВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
193
42
Поделиться
Ключевые слова
СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ / КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ / ЭКВИВАЛЕНТЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ / TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM / EMERGENCY MODE / EXTERNAL POWER SUPPLY EQUIVALENT

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Закарюкин Василий Пантелеймонович, Крюков Андрей Васильевич, Алексеенко Евгения Алексеевна

Предметом исследований, результаты которых представлены в статье, являются аварийные режимы в системах тягового электроснабжения (СТЭ) 27,5 кВ, вызванные короткими замыканиями (КЗ). Цель исследований состояла в анализе погрешностей расчета токов КЗ, возникающих при упрощенном эквивалентировании внешней сети на основе реактансов, определяемых мощностью короткого замыкания. Для достижения сформулированной цели выполнены сопоставительные расчеты токов КЗ для ряда типовых схем СТЭ при использовании полных моделей в фазных координатах и упрощенных, сформированных на основе реактансов электроэнергетической системы (ЭЭС). Моделирование показало, что расчеты токов КЗ в контактной сети тупиковой тяговой подстанции (ТП) по реактансам ЭЭС дают приемлемую точность для тока фидера контактной сети ТП, вблизи которой происходит короткое замыкание. Однако погрешность расчета тока удаленной от места КЗ подстанции может достигать 100 % при мощности КЗ на вводах ТП около 300 МВ·А и снижается до значений порядка 10 % при увеличении этого параметра до 2500…3000 МВ·А. При питании группы тяговых подстанций от двух линий 110 кВ погрешности расчетов по эквивалентным реактансам значительно меньше, однако при мощности КЗ 300 МВ·А они достигают 35 % и снижаются до 10 % при мощности КЗ на вводах более 550 МВ·А. Вариант питания тяговых подстанций от двух ЛЭП-220 отличается небольшими погрешностями расчетов токов КЗ по эквивалентным реактансам внешнего электроснабжения: отличия от расчетов по полной схеме не превышают 9 % при мощности КЗ 1200 МВ·А и более. Полученные результаты могут использоваться при совершенствовании существующих и создании новых методик определения токов КЗ в тяговых сетях 27,5 кВ.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Закарюкин Василий Пантелеймонович, Крюков Андрей Васильевич, Алексеенко Евгения Алексеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ANALYSIS OF APPLICABILITY OF EXTERNAL POWER SUPPLY EQUIVALENTS FOR SHORT CIRCUIT CURRENTS’ CALCULATIONS IN 1x25 kV TRACTION NETWORK

Researching subject which are presented in article is the emergency modes in 25 kV traction power supply systems caused by the short circuits (SC). The research purpose consisted in the analysis of calculation SC currents errors evolving from the reactances determined by SC power at the simplified modeling of external network. For achievement of formulated purpose comparative calculations of SC currents for a number of standard schemes of 25 kV system when using full models in phase coordinates and with use of simplified electric power system (EPS) reactances are executed. Modeling has shown that calculations of SC currents of contact network of deadlock substation by EPS reactances give the acceptable accuracy for feeder current of substation near which there is a short circuit. The calculation error of remote substation feeder current can reach +100% at SC power on inputs of substation about 300 MV·A, but decrease to values about 10% at the SC power of 2500 … 3000 MV·A. At food of group of traction substations from two 110 kV lines calculation error for equivalent reactances it is much less, however at SC power about 300 MV·A errors reach 35% and decrease to 10% at SC power on substation inputs more than 550 MV·A. Variant of traction substations power supply from two 220 kV power lines differs in small calculation errors of SC currents for equivalent external power supply reactances: differences from full scheme don't exceed 9% at SC powers of 1200 MV·A or more. The received results can be used at improvement existing and creation of new definition techniques for SC currents in 25 kV traction networks.

Текст научной работы на тему «Анализ применимости эквивалентов внешнего электроснабжения для расчетов токов короткого замыкания в тяговой сети 27,5 кВ»

5. Takarlykova, A. S. Izoliruiushchii promezhutok tiagovoi seti postoiannogo toka dlia uslovii skorostnogo i tiazhelovesnogo dvizheniia (The isolating interval of traction network of a direct current for conditions of high-speed and heavy movement). Abstract of the thesis for a degree of Candidate of Technical Sciences, Moskow, 2009, 153 p.

6. Figurnov, E. P. Releinaia zashchita ustroistv elektrosnabzheniia zheleznykh dorog (Relay protection of devices of power supply of the railroads). Moskow: Transport, 1981, 215 p.

7. Grechishnikov, V. A. Izmeritel'no-analiticheskaia programmno-apparatnaia sistema zash-chity i diagnostiki osnovnogo oborudovaniia tiagovykh podstantsii postoiannogo toka (Measuring and analytical hardware-software system of protection and diagnostics of the capital equipment of traction substations of a direct current). Thesis for a degree of the Doctor of Engineering, Moskow, 2013, 182 p.

8. Instruktsiia o poriadke rascheta i vybora ustavok zashchity tiagovoi seti postoiannogo toka (The instruction about a procedure of payments and the choice of settings of protection of traction network of a direct current), Moskow, Upravlenie elektrifikatsii i elektrosnabzheniia Tsentral'noi direktsii infrastruktury - filiala OAO «RZhD», 2012.

9. Pupynin, V. N. A complete theory of work and the characteristic of parallel inductive shunts of high-speed switches of the VAB-2, AB-2\3, AB-2\4 types and the relay of differential shunts of VAB-28 switches [Polnaia teoriia raboty i kharakteristika parallel'nykh induktivnykh shuntov by-strodeistvuiushchikh vykliuchatelei tipov VAB-2, AB-2\3, AB-2\4 i rele differentsial'nykh shuntov vykliuchatelei VAB-28]. Works MIET, Questions of power supply of the electric railroads, Release 213, 1965, pp 65 - 81.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Горькин Артем Владимирович

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Аспирант кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог», ОмГУПС.

Тел.: +7 (960) 991-23-56.

E-mail: wert_81_06_28@mail.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

Горькин, А. В. Снижение числа неселективных отключений быстродействующих выключателей фидеров контактной сети [Текст] / А. В. Горькин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. - 2016. - № 4 (28). - С. 69 - 76.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Gor'kin Artem Vladimirovich

Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russiаn Federation. Post-graduate student of the department «Rolling stock electric railway», OSTU. Phone: +7 (960) 991-23-56. E-mail: wert_81_06_28@mail.ru

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Gor'kin A. V. Decrease in number of not selective shutdowns of high-speed switches feeders of overhead contact system. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 28, no. 4, pp. 69 - 76. (In Russian).

УДК 621.331: 621.311

В. П. Закарюкин1, А. В. Крюков1, Е. А. Алексеенко2

1Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация. 2Восточно-Сибирская дирекция по энергообеспечению - структурное подразделение ОАО «РЖД»,

г. Иркутск, Российская Федерация

АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ ЭКВИВАЛЕНТОВ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

В ТЯГОВОЙ СЕТИ 27,5 кВ

Аннотация. Предметом исследований, результаты которых представлены в статье, являются аварийные режимы в системах тягового электроснабжения (СТЭ) 27,5 кВ, вызванные короткими замыканиями (КЗ).

76 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

—— faV 1 V

Цель исследований состояла в анализе погрешностей расчета токов КЗ, возникающих при упрощенном эквива-лентировании внешней сети на основе реактансов, определяемых мощностью короткого замыкания. Для достижения сформулированной цели выполнены сопоставительные расчеты токов КЗ для ряда типовых схем СТЭ при использовании полных моделей в фазных координатах и упрощенных, сформированных на основе реактансов электроэнергетической системы (ЭЭС).

Моделирование показало, что расчеты токов КЗ в контактной сети тупиковой тяговой подстанции (ТП) по реактансам ЭЭС дают приемлемую точность для тока фидера контактной сети ТП, вблизи которой происходит короткое замыкание. Однако погрешность расчета тока удаленной от места КЗ подстанции может достигать 100 % при мощности КЗ на вводах ТП около 300 МВ-А и снижается до значений порядка 10 % при увеличении этого параметра до 2500... 3000 МВ-А. При питании группы тяговых подстанций от двух линий 110 кВ погрешности расчетов по эквивалентным реактансам значительно меньше, однако при мощности КЗ 300 МВА они достигают 35 % и снижаются до 10 % при мощности КЗ на вводах более 550 МВ-А. Вариант питания тяговых подстанций от двух ЛЭП-220 отличается небольшими погрешностями расчетов токов КЗ по эквивалентным реактансам внешнего электроснабжения: отличия от расчетов по полной схеме не превышают 9 % при мощности КЗ 1200 МВ-А и более.

Полученные результаты могут использоваться при совершенствовании существующих и создании новых методик определения токов КЗ в тяговых сетях 27,5 кВ.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ключевые слова: система тягового электроснабжения, короткие замыкания, эквиваленты внешнего электроснабжения.

11 2 Vasiliy P. Zakaryukin , Andrey V. Kryukov , Evgeniya A. Alekseenko

Irkutsk State Transport University (ISTU), Irkutsk, Russia.

2East Siberian directorate on power supply - structural division Transpower JSC Russian Railway, Irkutsk, Russia,

ANALYSIS OF APPLICABILITY OF EXTERNAL POWER SUPPLY EQUIVALENTS FOR SHORT CIRCUIT CURRENTS' CALCULATIONS IN 1x25 kV TRACTION

NETWORK

Abstract. Researching subject which are presented in article is the emergency modes in 25 kV traction power supply systems caused by the short circuits (SC). The research purpose consisted in the analysis of calculation SC currents errors evolving from the reactances determined by SC power at the simplified modeling of external network. For achievement offormulated purpose comparative calculations of SC currents for a number of standard schemes of 25 kV system when using full models in phase coordinates and with use of simplified electric power system (EPS) reactances are executed.

Modeling has shown that calculations of SC currents of contact network of deadlock substation by EPS reactances give the acceptable accuracy for feeder current of substation near which there is a short circuit. The calculation error of remote substation feeder current can reach +100% at SC power on inputs of substation about 300 MV-A, but decrease to values about 10% at the SC power of2500 ... 3000 MV-A. At food of group of traction substations from two 110 kV lines calculation error for equivalent reactances it is much less, however at SC power about 300 MV-A errors reach 35% and decrease to 10% at SC power on substation inputs more than 550 MV-A. Variant of traction substations power supply from two 220 kV power lines differs in small calculation errors of SC currents for equivalent external power supply reactances: differences from full scheme don't exceed 9% at SC powers of1200 MV-A or more.

The received results can be used at improvement existing and creation of new definition techniques for SC currents in 25 kV traction networks.

Keywords: traction power supply system, emergency mode, external power supply equivalent

Для решения задач проектирования и эксплуатации систем тягового электроснабжения необходимы методы и алгоритмы [1, 2], обеспечивающие моделирование аварийных режимов (АР). Эти методы, по мнению авторов, должны удовлетворять следующим требованиям: адекватность и точность моделирования, надежность получения необходимого результата и универсальность.

Адекватность моделирования может быть обеспечена на основе корректного использования законов электротехники и учета всех факторов, влияющих на процессы в СТЭ при возникновении АР. Критерии точности и надежности являются взаимосвязанными и обеспечиваются при использовании математических моделей, сводящихся к невырожденным системам линейных уравнений или нелинейным уравнениям с хорошо обусловленными матрицами Якоби. Критерий универсальности имеет три аспекта: структурный, конструктивный и режимный.

Структурный аспект подразумевает реализацию единого методического подхода к определению аварийных режимов во внешней сети, СТЭ и районах электроснабжения нетяговых потребителей. Конструктивная универсальность связана с возможностью моделирования систем различного исполнения, например, СТЭ повышенного напряжения [3] или СТЭ, выполненных с использованием коаксиальных кабелей [4]. Под режимной универсальностью можно понимать возможность моделирования различных АР без модификации алгоритмов и программного обеспечения: коротких замыканий, обрывов фаз, синхронных качаний генераторов и т. д.

Для решения задач определения аварийных режимов в системах электроснабжения железных дорог предложено большое число эффективных методов и алгоритмов [5 - 7], большинство из которых основано на применении метода симметричных составляющих или его модификаций, использующих другие диагонализирующие преобразования матриц сопротивлений и проводимостей. В некоторых широко применяемых на практике методах используется эквивалентирование внешней сети на основе реактансов, определяемых мощностью короткого замыкания. В ряде случаев такое эквивалентирование может приводить к появлению заметных погрешностей определения АР. Ниже приведены результаты исследований, направленных на анализ этих погрешностей.

Руководящие указания по релейной защите систем тягового электроснабжения [7] предписывают при расчете токов короткого замыкания в тяговой сети электрифицированной железной дороги переменного тока 27,5 кВ пользоваться эквивалентным реактансом внешнего электроснабжения, заданным в форме мощности короткого замыкания на вводах в подстанцию. В развернутом виде формула для определения тока КЗ [7] без учета допусков по напряжению КЗ трансформатора записывается следующим образом:

I = , ^ „ , (1)

( ( 1 и Л ^ 2 1 + ик

2^поТ

V V Бк 100Бт ,

+ХА

+(ад )2

где Бк - мощность трехфазного КЗ на вводах подстанции, В-А; ик - напряжение КЗ трансформатора в процентах; £пот - номинальная мощность трансформатора, В-А; (Я0 + уХ0) 1к -сопротивление тяговой сети от подстанции до точки короткого замыкания, Ом; 1к - расстояние от тяговой подстанции до места КЗ, км; для сопоставительных расчетов напряжение холостого хода на шинах подстанции ипот принято равным номинальному 27500 В.

Этот подход в некоторых случаях может приводить к погрешностям определения токов КЗ на фидерах тяговых подстанций, поскольку формула (1) получена методом симметричных составляющих в предположении наличия однократной несимметрии в трехфазной цепи. Короткое замыкание в тяговой сети при двустороннем питании межподстанционной зоны создает двойную несимметрию, поскольку сказывается сразу на двух смежных ТП, и при наличии сильной связи между подстанциями по внешней сети возникает взаимовлияние несимметрий друг на друга.

Точность расчета токов по указанной формуле в значительной степени зависит от мощности КЗ на вводах в подстанцию. При больших величинах мощности Бк эквивалентный реактанс ЭЭС мал и ток КЗ определяется в основном сопротивлениями трансформатора и тяговой сети, поэтому становится актуальной задача определения мощности КЗ, при которой формула (1) обеспечивает приемлемую погрешность расчета, к примеру, порядка 10 %.

Кроме значения мощности Бк погрешности расчетов тока по формуле (1) зависят от

жесткости связи смежных тяговых подстанций по внешнему электроснабжению и, следовательно, от схемы их питания. Свод правил СП 224.1326000.2014 [8] предполагает, в частности, следующие разновидности схем внешнего электроснабжения ТП переменного тока:

1) двустороннее питание от двухцепной воздушной линии или двух одноцепных линий;

78 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

—— 1 V

2) двустороннее питание по одноцепной воздушной линии;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3) на слабозагруженных участках железных дорог допускается одностороннее питание ТП от одной линии электропередачи.

Наибольшая погрешность расчетов тока КЗ должна быть в третьем варианте схемы. Кроме того, жесткая связь по внешнему электроснабжению может быть во втором варианте на участках, примыкающих к отпаечным и транзитным подстанциям. Смежные опорная и транзитная ТП по варианту 1 также могут быть претендентами на возможные погрешности расчетов, однако обычно такие подстанции характеризуются сравнительно большой мощностью КЗ.

Напряжение питания тяговых подстанций играет немаловажную роль. Сети напряжением 220 кВ, как правило, характеризуются более высокой мощностью коротких замыканий по сравнению с сетями 110 кВ, и погрешности расчетов токов КЗ для сети 220 кВ должны быть меньше.

Оценить погрешности формулы (1) для тока короткого замыкания в тяговой сети можно путем расчетов режимов КЗ в соответствующих схемах с помощью программного комплекса Ба20П0гё [9, 10]. Комплекс позволяет проводить расчеты режимов с учетом емкостных и взаимоиндуктивных связей проводов в многопроводных системах, а также корректно учитывать схемы соединений обмоток и конфигурацию магнитной системы силовых трансформаторов. С помощью указанного комплекса можно рассчитать токи трехфазных коротких замыканий на вводах подстанций и эквивалентировать внешнее электроснабжение реактансами КЗ.

Первым шагом в составлении расчетных схем с различными системами внешнего электроснабжения должна быть проверка принятых в моделях трансформаторов и линий положений и параметров. Для этого проведены сопоставительные расчеты токов коротких замыканий в простых схемах, которые содержат только одну несимметрию и для которых вполне справедлива формула (1). На рисунке 1 показаны несколько расчетных схем комплекса Ба20П0гё, использованных для сопоставительных расчетов.

Схема 1 Схема 2 Схема 3

Рисунок 1 - Схемы расчетных моделей для сопоставлений

Трансформатор типа ТДТНЖ-40000/115/27,5 моделируется в двухобмоточном варианте с напряжением короткого замыкания 11 %. Модели контактных сетей (КС) отвечают двухпутному варианту 2х(ПБСМ-95+МФ-100+2Р-65), длина межподстанционных зон схем 2 и 3 составляет 50 км. Протяженность воздушных линий (ВЛ) с проводами АС-300 схемы 2 равна 50 км; с помощью установки шунтов большой проводимости в узлах 18, 19, 20 определены токи КЗ и величины эквивалентных реактансов внешней сети, которые равны у'22,1 Ом. Для КЬ-элементов схемы 3 указаны именно эти значения реактивных сопротивлений. Узлы 1, 2, 3, 15, 16, 17, 40, 41, 42 - балансирующие с симметричными напряжениями 66,4 кВ. В узлах 6, 28 и 39 подключены шунты большой проводимости для моделирования короткого замыкания.

Схема КС использована для расчета сопротивления тяговой сети, источник тока 1000 А подключен к участку КС длиной 1 км с параллельным соединением контактных подвесок путей. Узлы 12 и 14 заземлены шунтами на землю большой проводимости. Значения определенных с помощью этой схемы сопротивлений составили 0,110 + у0,269 Ом/км.

В таблице 1 представлены расчетные величины токов КЗ фазы А на стороне 27,5 кВ трансформатора, рассчитанные с помощью комплекса Ба20П0гё и по формуле (1).

Таблица 1 - Сопоставительные расчеты токов короткого замыкания

Ток КЗ, А

Схема формула «Руководящих указаний ...» [7] расчет Ра70шМ Различие, %

1 6605 6609 -0,06

2 1317 1307 0,77

3 1317 1312 0,38

Данные таблицы 1 показывают небольшое различие расчетов по формуле (1) и с помощью комплекса Ба20П0гё, что позволяет говорить о корректности моделирования программным комплексом.

Анализ погрешностей определения токов КЗ проведен по следующей методике.

1. Рассмотрены следующие типы межподстанционных зон (МПЗ): между подстанциями одинаковых типов по фазировке и между подстанциями разных типов. Схема соединений для первого варианта показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема питания смежных подстанций по тупиковой ВЛ

2. Рассчитаны токи коротких замыканий по разным сторонам МПЗ.

3. Расстояние 12 по рисунку 2 принято постоянным и равным 50 км в соответствии со средней длиной межподстанционных зон переменного тока.

4. Для снижения влияния активного сопротивления на расчеты для ВЛ приняты провода АС-300.

5. Мощность КЗ тяговых подстанций изменялась путем вариации длины ВЛ 1Х с расчетом получающегося реактанса короткого замыкания. Полученные значения реактансов использовались в схеме, представленной на рисунке 3. Узлы 1, 2, 3 на схемах рисунков 2 и 3 -балансирующие. Схема рисунка 3 соответствует формуле (1).

6. Для внешнего электроснабжения принято напряжение 110 кВ.

Схема расчетной модели представлена на рисунке 4, а, она включает в себя модели линий электропередачи, тяговых трансформаторов и тяговой сети двухпутной железной дороги 2*(ПБСМ-95+МФ-100+2Р-65). КЪ-элементы схемы сопротивлениями 0,01 Ом используются

80 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

—— 1 V

для удобства получения результатов. КЬ-элемент с узлами 23, 24 создает короткое замыкание в схеме из-за наличия шунта проводимостью 100 См в узле 24.

Длина линии ЛЭП-1 варьировалась для изменения мощностей короткого замыкания, протяженность ЛЭП-2 взята равной 50 км; обе линии предполагались с полным циклом транспозиции. Длина двух участков тяговой сети взята равной 25 км при общей протяженности МПЗ 50 км. Тяговые трансформаторы ТДТНЖ-40000/115/27,5 с напряжением короткого замыкания 11 % моделируются как двухобмоточные.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рисунок 3 - Схема замещения системы электроснабжения с реактансами КЗ

Бал.у злы

Бал узлы

а б

Рисунок 4 - Расчетные схемы питания тупиковой подстанции

По расчетной схеме рисунка 4, а проведены расчеты токов коротких замыканий на стороне 110 кВ путем соединения узлов 4 - 6, а затем 7 - 9 с узлом нулевого потенциала через низкоомные КЬ-элементы. Связь по контактной сети для ликвидации подпитки отключалась путем удаления КЬ-элемента между узлами 22 - 10.

Полученные параметры короткого замыкания представлены в таблице 2.

На основе данных таблицы 2 составлена эквивалентная расчетная схема с реактансами КЗ, показанная на рисунке 4, б. Расчеты токораспределения при коротких замыканиях в узле 23 по рисунку 4, а и в узле 20 по рисунку 4, б позволили определить различия токов фидеров контактной сети. Результаты расчетов показаны на рисунке 5, где указано отличие тока КЗ в схеме с эквивалентными реактансами по рисунку 4,б от тока схемы рисунка 4, а. Величины токов КЗ при разных типах фазировки смежных подстанций друг от друга не отличаются.

Расчеты токов КЗ по эквивалентным реактансам системы дают завышенные значения, обеспечивая приемлемую точность для тока фидера контактной сети тяговой подстанции, вблизи которой происходит короткое замыкание. Погрешность расчета тока фидера удаленной подстанции при этом может достигать 100 % и снижается до значения в 10 % при мощности КЗ ТП-1 порядка 2500.3000 МВА.

Таблица 2 - Параметры короткого замыкания на вводах подстанций

Длина ЛЭП-1, км ТП-1 ТП-2

/кз, А Хкз, Ом 5кз, МВ А /кз, А Хкз, Ом 5кз, МВ А

100 1503 44,2 299 1004 66,1 200

75 2003 33,2 399 1204 55,1 240

50 3003 22,1 598 1503 44,2 299

25 6003 11,1 1196 2003 33,2 399

10 15000 4,4 2988 2503 26,5 499

1000

•кз

2000 М ВА 3000 —*

а б

Рисунок 5 - Погрешности расчетов токов КЗ при коротком замыкании у ТП-2 (а) и у ТП-1 (б)

Двустороннее питание по одноцепной ВЛ 110 кВ (рисунок 6). Длина межподстанцион-ных зон и протяженность линий ЛЭП-1, ЛЭП-2, ЛЭП-3, ЛЭП-4 приняты равными 50 км. Левые узлы ЛЭП-1 и правые узлы ЛЭП-4 соединены с узлами бесконечной мощности через эквивалентные реактансы . Значения реактансов, предполагаемых одинаковыми для ЛЭП-1 и ЛЭП-4, менялись в разных вариантах расчета. Тяговая сеть межподстанционных зон и тяговые трансформаторы такие же, как и в предыдущем разделе.

Рисунок 6 - Схема питания смежных подстанций по одноцепной ВЛ

82 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

: —— 1 V

Схема расчетной модели показана на рисунке 7. Расчеты токораспределения выполнены для межподстанционной зоны МПЗ-1. Моделирование короткого замыкания проводилось соединением КЬ-элемента с узлами 23 - 19 при наличии шунта большой проводимости в узле 23. Еще одна расчетная схема была выполнена путем замены ЛЭП реактансами для каждой подстанции по аналогии с рисунком 4, б. Графики зависимостей погрешностей расчета тока КЗ от мощности короткого замыкания при задании эквивалентов внешнего электроснабжения показаны на рисунке 8. Как и в предыдущем случае, наблюдается превышение расчетного тока при эквивалентировании внешней сети реактансами по сравнению со схемой с ЛЭП.

Таким образом, при питании подстанций от одноцепной ВЛ наблюдается существенное завышение тока КЗ фидера удаленной подстанции. Значение погрешности при увеличении мощности КЗ на вводах подстанции ТП-1 от 320 до 700 МБ-А снижается от 60 до 28 %.

70

А %

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

\ 30

е 40

и

| 30

и & 20

о

С 10

0

Рисунок 7 - Расчетная схема системы электроснабжения с тремя тяговыми подстанциями

70

ФКСТП- /

%

ь

| зо

£20 о

Ц 10

ТП-2 —

ФКС /

ФКС ТП-1 н—

—1—--

ЗЭС

40С

ЭОС

60С М В А 7ЧМ>

Ж

400

500

600 МВА 700

'КЗ

•кз

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

б

Рисунок 8 - Погрешности расчетов токов КЗ при коротком замыкании у ТП-2 (а) и у ТП-1 (б)

Питание трех тяговых подстанций от двух БЛ 110 кВ (рисунок 9). Длина участков ЛЭП между подстанциями составляет 50 км при общей длине линии 200 км. Питание опорных подстанций осуществляется от шин бесконечной мощности через реактансы короткого замыкания. Тяговые сети межподстанционных зон такие же, как и в предыдущем случае.

а

№ 4(28) ^^ ИЗВЕСТИЯ Транссиба 83

Ц2016 : — ш Я ^^ Ш^Я ш ^^ Я Ш Ш Ж ■ ■ ■ в ^^ Ш Ш

Графики зависимостей погрешностей расчета тока короткого замыкания от мощности КЗ в межподстанционной зоне между подстанциями ТП-1 и ТП-2 при задании эквивалентов внешнего электроснабжения приведены на рисунке 10.

& о

в

40

%

20 10

)тпацтндя

Рисунок 9 - Схема питания трех тяговых подстанций

40

ФЕС ГП-1

ФЕС I П-2

%

20

& о

В

10

ФЕС ТП-2

ф ЕС ГП-1

ж

400

500

600 МВА 700

300

400

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

500

600 М ВА 700

>кз

б

Рисунок 10 - Погрешности расчетов токов КЗ при коротком замыкании у ТП-2 (а) и у ТП-1 (б)

При коротких замыканиях в разных концах межподстанционной зоны токи КЗ почти не различаются. Погрешности расчетов по эквивалентным реактансам значительно меньше, чем в предыдущих случаях, из-за менее жесткой связи смежных подстанций. Как и ранее, преобладает погрешность расчета тока при коротком замыкании в дальнем конце МПЗ; погрешности превышают 10 % при мощностях КЗ на вводах подстанций менее 600 МВА.

Питание пяти тяговых подстанций от двух ВЛ 220 кВ (рисунок 11). Расчеты токов КЗ при питании подстанций выполнены для коротких замыканий в тяговой сети межподстанци-онной зоны между подстанциями ТП-1 и ТП-2. Длина участков ЛЭП между подстанциями равна 50 км, предполагалась полная транспозиция проводов линий. Тяговые сети меж-подстанционных зон такие же, как и в предыдущем случае.

I житная

Рисунок 11 - Схема питания пяти тяговых подстанций

Погрешности расчетов токов коротких замыканий в тяговой сети в зависимости от мощности КЗ на вводах опорных подстанций при задании эквивалентов внешнего электроснабжения показаны на рисунке 12.

Вариант питания тяговых подстанций от двух ВЛ 220 кВ отличается небольшими погрешностями расчетов токов КЗ по эквивалентным реактансам внешнего электроснабжения: различия от расчетов по полной схеме не превышают 9 % при мощностях КЗ 1200 МВА и более.

а

84 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

—— 1 V

Расчеты токов КЗ в тяговой сети межподстанционной зоны ТП2 - ТП3, удаленной от опорных подстанций, дают примерно те же значения токов. В таблице 3 приведены результаты расчетов токов коротких замыканий для схем с моделями ЛЭП и с эквивалентами реактансов КЗ для варианта подключения опорных подстанций к шинам бесконечной мощности по линии длиной 100 км, соответствующей мощности КЗ на шинах ТП-2 1026 МВА.

& о

в

10

%

б 4

2 0

ФКС ТП-1

ФКС ТП-2

10

%

Т.

6 4

о | 2 О."

| О

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

м

-2

ФКС ТП- ч LL--2

\

1200

1:00

2200 So—'>

2700 МВА

1200

1700

2200

2700 М ВА

>КЗ

б

Рисунок 12 - Погрешности расчетов токов КЗ при коротком замыкании у ТП-2 (а) и у ТП-1 (б) Таблица 3 - Токи короткого замыкания фидеров контактной сети подстанций при КЗ у правой ТП-3

а

Длина ЛЭП, км Вариант Ток в месте КЗ, А Ток ФКС ТП2, А Ток ФКС ТП3, А

100 Схема с ЛЭП 5908 1262 4667

100 Схема с ХКЗ 5991 1364 4655

Б этом случае погрешности определения тока удаленного фидера при расчете по реактансам сети 220 кБ не превышают 8 %.

На основе изложенного можно сделать выводы.

1. Расчеты токов КЗ в контактной сети тупиковой подстанции 27,5 кВ по реактансам КЗ на вводах питающего напряжения дают приемлемую точность для тока фидера контактной сети ТП, вблизи которой происходит короткое замыкание. Погрешность расчета тока фидера удаленной подстанции составляет величину порядка 10 % при мощности КЗ на вводах подстанции около 3000 МБ А, но при снижении мощности КЗ до значения 300 МБ А погрешность увеличивается до 100 %.

2. Питание смежных тяговых подстанций от одноцепной БЛ 110 кБ приводит к погрешностям расчета тока КЗ фидера удаленной от места КЗ подстанции по реактансам питающей системы до 60 % при мощности короткого замыкания на вводах ТП порядка 300 МБ А. При питании группы тяговых подстанций от двух линий 110 кБ погрешности расчетов по эквивалентным реактансам значительно меньше.

3. Бариант питания тяговых подстанций от двух ЛЭП-220 отличается небольшими погрешностями расчетов токов КЗ по эквивалентным реактансам внешнего электроснабжения: отличие от расчетов по полной схеме комплекса Ба20П0гё не превышает 9 % при мощности КЗ 1200 МБ А и более.

4. Расчеты токов короткого замыкания в тяговой сети по формуле «Руководящих указаний по релейной защите систем тягового электроснабжения» дают приемлемую точность расчета при коротких замыканиях вблизи рассматриваемой подстанции. Для расчета тока КЗ, удаленного от тяговой подстанции, необходимо использовать уточненные методики с применением программных средств.

Список литературы

1. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог [Текст] / К. Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

2. Фигурнов, Е. П. Релейная защита сетей тягового электроснабжения переменного тока [Текст] / Е. П. Фигурнов, Ю. И. Жарков, Т. Е. Петрова. - М.: Маршрут. - 2006. - 272 с.

3. Василянский, А. М. Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц [Текст] / А. М. Василянский, Р. Р. Мамошин, Г. Б. Якимов // Железные дороги мира. - 2002. - № 8. - С. 40 - 46.

4. Высокоскоростной железнодорожный транспорт: общий курс [Текст] / И. П. Киселев, Л. С. Бражко и др. / УМЦ ЖДТ. - М., 2014. - Т.1. - 308 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Герман, Л. А. Расчет токов короткого замыкания в тяговых сетях переменного тока железных дорог [Текст] / Л. А. Герман, А. В. Шаров // Электричество. - № 3. - 2003. -С. 27 - 34.

6. Расчет токораспределения при коротких замыканиях в тяговых сетях [Текст] / К. Г. Марквардт, Б. И. Косарев и др. // Электричество. - № 3. - 1979. - С. 30 - 34.

7. Руководящие указания по релейной защите систем тягового электроснабжения. - М.: Трансиздат, 2005. - 216 с.

8. СП 224.1326000.2014. Тяговое электроснабжение железной дороги. Утв. приказом Минтранса № 330 02 декабря 2014 г. - 85 с.

9. Закарюкин, В. П. Сложнонесимметричные режимы электрических систем [Текст] / В. П. Закарюкин, А. В. Крюков / Иркутский гос. ун-т.путей сообщения - Иркутск, 2005. -273 с.

10. Крюков, А. В. Методы совместного моделирования систем тягового и внешнего электроснабжения железных дорог переменного тока [Текст] / А. В. Крюков, В. П. Закарю-кин / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2011. - 170 с.

References

1. Markvardt K. G. Elektrosnabzhenie elektrificirovannyh zheleznyh dorog (Power supply of the electrified railroads). Moscow: Transport, 1982, 528 p.

2. Figurnov E. P., Zharkov Yu. I., Petrova T. E. Relejnaya zaschita setej tyagovogo elektros-nabzheniya peremennogo toka (Relay protection of tractive electrical power supply networks of alternating current). Moscow: Marshrut, 2006, 272 p.

3. Vasilyansky A. M., Mamoshin R. R., Yakimov G. B. Enhancement of tractive electrical power supply system electrified on alternating current of 27,5 kV, 50 Hz [Sovershenstvovanie sis-temy tyagovogo 'elektrosnabzheniya zheleznyh dorog, 'elektrificirovannyh na peremennom toke 27,5 kV, 50 Gc]. Zheleznye dorogi mira - Railroads of the world, 2002, no. 8, pp. 40 - 46.

4. Kiselyov I. P., Brazhko L. S., Burkov A.T., etc. Vysokoskorostnoj zheleznodorozhnyj transport: obschij kurs (High-speed railway transport: general course). Moscow: Educational and methodical center by training on railway transport, T.1, 2014, 308 p.

5. German L. A., Sharov A. V. Calculation of short-circuit currents in tractive alternating current railroads [Raschet tokov korotkogo zamykaniya v tyagovyh setyah peremennogo toka zheleznyh dorog]. Elektrichestvo - Electricity, no. 3, 2003, pp. 27 - 34.

6. Markvardt K. G., Kosarev B. I., Kosolapov G. N., Chernov Yu. A. Calculation of current distribution at short circuits in traction networks [Raschet tokoraspredeleniya pri korotkih zamykaniyah v tyagovyh setyah]. Elektrichestvo - Electricity, no. 3, 1979, pp. 30 - 34.

7. Rukovodyaschie ukazaniya po relejnoj zaschite sistem tyagovogo elektrosnabzheniya [Guidelines on relay protection of tractive electrical power supply systems]. Moscow: Transizdat, 2005, 216 p.

8. Tyagovoe electrosnabjenie zheleznoy dorogi, SP 224.1326000.2014 (Railway tractive electro supplying, SP 224.1326000.2014). Moscow, 2014, 85 p.

9. Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. Slozhnonesimmetrichnye rezhimy elektricheskih sistem (Asymmetrical modes of electric systems). Irkutsk, 2005, 273 p.

86 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

—— faV 1 V

10. Kryukov A. V., Zakaryukin V. P. Metody sovmestnogo modelirovaniya sistem tyago-vogo i vneshnego elektrosnabzheniya zheleznyh dorogperemennogo toka (Methods of joint simulation of tractive and external electrical power supply systems of alternating current railroad). Irkutsk, 2011, 170 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Закарюкин Василий Пантелеймонович

Иркутский государственный университет сообщения (ИрГУПС).

664074, Иркутск, ул. Чернышевского, 15. Доктор техн. наук, профессор, ИрГУПС. Тел.: (3952) 63-83-45. E-mail: zakar49@mail.ru

Zakaryukin Vasiliy Panteleymonovich

путей Irkutsk State Transport University (ISTU).

15, Chernishvsky st., Irkutsk, 664074, Russia. Dr. Sci. Tech., professor ISTU. Phone: (3952) 63-83-45. E-mail: zakar49@mail.ru

Крюков Андрей Васильевич

Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).

664074, Иркутск, ул. Чернышевского, 15.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ).

64074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Доктор техн. наук, академик Российской академии транспорта, профессор, ИрГУПС и ИРНИТУ.

Тел.: (3952)63-83-45.

E-mail: and_kryukov@mail.ru

Kryukov Andrey Vasilievich

Irkutsk State Transport University (ISTU). 15, Chernishvsky st., Irkutsk, 664074, Russia. Irkutsk National Research Technical University (INRTU).

83, Lermontov st., Irkutsk, 664074, Russia. Dr. Sci. Tech., academician of the Russian academy of transport, professor ISTU and INRTU. Phone: (3952) 63-83-45. E-mail: and_kryukov@mail.ru

Алексеенко Евгения Алексеевна

Восточно-Сибирская дирекция по энергообеспечению - структурное подразделение Трансэнерго ОАО «РЖД». 664013, г. Иркутск, ул. Образцова, д. 20. Магистр техники и технологии, энергодиспетчер Иркутской дистанции электроснабжения. Тел.: 8 (924) 543-31-21, E-mail: alev_ia@mail.ru

Evgeniya Alekseevna Alekseenko

East Siberian directorate on power supply - structural division Transpower JSC Russian Railway. 20 Obraztsov St., Irkutsk, 664013. Master of the equipment and technology, power dispatcher of the Irkutsk distance power supply. Phone: 8 (924) 543-31-21. E-mail: alev_ia@mail.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

Закарюкин, Б. П. Анализ применимости эквивалентов внешнего электроснабжения для расчетов токов короткого замыкания в тяговой сети 27,5 кБ [Текст] / Б. П. Закарюкин, А. Б. Крюков, Е. А. Алексеенко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 4 (28). - С. 76 - 87.

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Zakaryukin V. P., Kryukov A. V., Alekseenko E. A. Analysis of applicability of external power supply equivalents for short circuit currents' calculations in 27,5 kV traction network. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 28, no. 4, pp. 76 - 87. (In Russian).

УДК 681.5

М. Г. Комогорцев, В. Э. Осипова

Забайкальский институт железнодорожного транспорта (ЗабИЖТ (ИрГУПС)), г. Чита, Российская Федерация

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖПОЕЗДНЫХ ИНТЕРВАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТА ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

Аннотация. В статье рассматривается процесс применения оперативного расчета пропускной способности и межпоездных интервалов в рамках концепции координатного управления движением поездов. Пред-

№ 4(28) ^^ ИЗВЕСТИЯ Транссиба 87

Ц2016 Щя я