Изложены инновационные методы и устройства управления, автоматики, диагностики и защиты электротехнического комплекса: тяговая подстанция – тяговая сеть – электроподвижной состав постоянного тока от перегрузок и коротких замыканий, позволяющие осуществить эксплуатацию системы без дежурного персонала. Особое внимание уделено защите, новые цифровые устройства систематизированы по принципу действия, сформулированы требования к ним, проведен анализ чувствительности и селективности отдельных типов защит, на основе которого даны
рекомендации по их использованию. Изложены общие понятия о переходном процессе, даны рекомендации по выбору методов расчета переходных процессов в тяговой сети. Приведены методики расчета параметров элементов цепи в переходном и установившемся режимах, токов короткого замыкания, остаточных напряжений, признаков и параметров переходного процесса и выбора уставок различных типов защит. Рассмотрено влияние электроподвижного состава. Особое внимание уделено математическому моделированию режимов работы тяговой сети, проведен анализ амплитуд и частотного спектра в напряжении тяговой сети и магнитно-связанных с ней контурах при аварийных и квазиустановившихся режимах. Показано отличие параметров отдельных признаков переходного процесса, что можно использовать в многопараметрических защитах. Изложены принцип действия, параметры и метод расчета высокочувствительных датчиков измерения тока и напряжения.
Рекомендуется для самостоятельной аудиторной работы студентов, обучающихся на дневной и дистанционной формах подготовки инженеров по специальности «Электрический транспорт», а также при выполнении курсового и дипломного проектирования. Пособие может быть полезно магистрантам и инженерам, работающим в области электроснабжения электрического транспорта.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список сокращений .......................................................................................... 9
Введение .......................................................................................................... 11
Глава 1. Цифровые устройства управления, автоматики
и защиты тяговой сети ................................................................................. 15
1.1. Терминология в области цифрового управления
и защиты тяговой сети .......................................................................... 15
1.2. Требования к защитам преобразователя, тяговой сети
и электроподвижного состава .............................................................. 16
1.3. Конструкция цифрового устройства автоматики, управления
и защиты фидеров контактной сети .................................................... 24
1.4. Основные технические характеристики защит в терминалах ......... 29
Глава 2. Токи нормального, вынужденного и аварийного
режимов .......................................................................................................... 33
2.1. Режимы работы тяговой сети .............................................................. 33
2.2. Нормальные режимы ............................................................................ 35
2.3. Вынужденные режимы ......................................................................... 36
2.4. Аварийные режимы .............................................................................. 37
2.5. Метод расчета токов КЗ с учетом параметров системы
внешнего электроснабжения ................................................................. 40
2.6. Метод расчета в сетях среднего напряжения ..................................... 47
2.7. Определение токов нормального, вынужденного и аварийного
режимов метрополитена ..................................................................... 48
2.8. Особенности расчета токов тяговых подстанций
железнодорожного транспорта ........................................................... 55
Глава 3. Виды защит преобразователей тяговых подстанций,
фидеров контактной сети и электроподвижного состава ..................... 65
3.1. Токовые защиты .................................................................................... 65
3.2. Токовая отсечка ..................................................................................... 68
3.3. Максимальная импульсная токовая защита ....................................... 69
3.4. Защита по длительности нарастания тока .......................................... 73
3.5. Защиты по изменению напряжения .................................................... 76
3.6. Специальные виды защит .................................................................... 77
3.7. Дистанционная защита ......................................................................... 79
3.8. Токовременная (тепловая) защита ...................................................... 79
3.9. Статистический анализ срабатывания защит ..................................... 80
3.10. Защиты тяговой сети, реагирующие на косвенные признаки ........ 87
3.11. Краткие сведения о цифровых терминалах ...................................... 91
Глава 4. Быстродействующие выключатели постоянного
тока в защитах тяговой сети ..................................................................... 101
4.1. Классификация и области применения быстродействующих
выключателей на тяговых подстанциях. .......................................... 101
4.2. Физические основы гашения дуги в выключателях
постоянного тока ................................................................................. 103
4.3. Устройство и работа наиболее распространенных
быстродействующих выключателей ................................................. 115
4.4. Реле-дифференциальный шунт .......................................................... 141
4.5. Реле постоянного тока РПТ-206 ........................................................ 147
4.6. Быстродействующий выключатель для вагонов метро ................... 149
Глава 5. Автоматизация расчетов токов и напряжений
в тяговой сети в штатном режиме .......................................................... 151
5.1. Назначение программного комплекса КОРТЭС .............................. 151
5.2. Функции программы KtMain ............................................................. 154
5.3. Создание файлов тяговой нагрузки ................................................... 156
5.4. Составление профиля пути ................................................................ 157
5.5. Тяговые расчеты ................................................................................. 158
5.6. Создание схемы расчетного участка ................................................. 158
Глава 6. Переходные процессы в тяговой сети постоянного тока........... 161
6.1. Общие понятия о переходном процессе ........................................... 161
6.2. Краткая характеристика методов расчета переходных процессов
в линейных электрических цепях ...................................................... 162
6.3. Выбор метода расчета переходного процесса в тяговой сети ....... 166
6.4. Влияние электроподвижного состава на переходный процесс
в тяговой сети при коротком замыкании .......................................... 167
6.5. Параметры элементов цепи в переходном режиме ......................... 168
6.6. Критические значения токов для разных режимов работы
тяговой сети ......................................................................................... 186
Глава 7. Концепция построения многопараметрической защиты
участка тяговой сети и выбор уставок ................................................... 189
7.1. Принципы построения многоступенчатой защиты ........................ 189
7.2. Технические средства. Структура устройств защиты .................... 192
7.3. Алгоритм функционирования ............................................................ 193
7.4. Пример реализации концепции многопараметрической защиты
тяговой сети ......................................................................................... 194
Глава 8. Расчет токов короткого замыкания. Выбор уставок
защит. Надежность функционирования ................................................. 203
8.1. Общие положения ............................................................................... 203
8.2. Определение обеспеченности защитой межподстанционной
зоны тяговой сети ............................................................................... 208
8.3. Расчет токов КЗ и уставок защит ...................................................... 209
Глава 9. Мониторинг тяговой сети технические средства.
Устройство функционирования ............................................................... 227
9.1. Мониторинг как средство повышения надежности
защиты тяговой сети ........................................................................... 227
9.2. Конструктивное исполнение терминала ИнТер ............................... 233
9.3. Функции защиты по току и напряжению ......................................... 235
9.4. Краткие сведения о работе устройства ............................................. 237
9.5. Условия срабатывания защит ............................................................ 242
9.6. Функции автоматики и управления выключателем (БВ) ............... 245
9.7. Режимы управления выключателем .................................................. 246
9.8. Функции сигнализации ...................................................................... 247
9.9. Функции измерения и регистрации ................................................... 248
9.10. Запись аварийных процессов ........................................................... 252
9.11. Система самодиагностики устройства ............................................ 253
9.12. Связь устройства с ПЭВМ и с АСУ ................................................ 254
Глава 10. Датчики для контроля параметров в схемах
автоматики и защиты тяговой сети ........................................................ 257
10.1. Резистивные датчики ........................................................................ 257
10.2. Магниторезистивный датчик ........................................................... 260
10.3. Импульсный датчик .......................................................................... 266
10.4. Датчик на основе реле электромагнитно управляемыми
контактами (герконы) ........................................................................ 269
10.5. Датчики на основе эффекта Холла .................................................. 270
Глава 11. Система удаленного доступа. Мониторинг тяговой сети.
Примеры анализа осциллограмм и обработки результатов .............. 275
11.1. Мониторинг и удаленный доступ в устройствах автоматики ...... 275
11.2. Методика мониторинга тяговой сети в режиме удаленного
доступа ................................................................................................ 278
11.3. Примеры анализа осциллограмм токов фидеров в штатных
и аварийных режимах ........................................................................ 278
11.4. Обработка результатов мониторинга и их использование ........... 284
Заключение .................................................................................................... 302
Библиографический список ......................................................................... 303