Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методов адаптации дистанционных защит 10
1.1 Классификация дистанционных защит 11
Анализ алгоритмов работы дистанционных защит фидеров контактной сети
1.3 Современные тенденции в развитии дистанционных защит 32
1.4 Постановка задач исследования 47
1.5 Выводы 48
2 Исследование факторов, влияющих на работу резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети 50
2.1 Анализ работы дистанционной защиты фидеров контактной сети 51
2.2 Классификация факторов, влияющих на работу резервной ступени НДЗ 57
2.3 Исследование влияния параметров нормального режима СТЭ на работу резервной ступени дистанционной защиты фидера контактной сети 59
2.4 Анализ параметров аварийного режима системы тягового электроснабжения 85
2.5 Выводы 92
3 Разработка адаптивного алгоритма резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети 94
3.1 Анализ работы третьей ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети при перекрытии зон нормального и аварийного режимов 94
3.2 Классификация систем адаптации 100
3.3 Формализация требований к адаптивному алгоритму с идентификацией и критериев его оценки 102
3.4 Синтез основного контура 104
3.5 Синтез адаптивного контура 108
3.6 Имитационное моделирование работы синтезированного алгоритма применительно к задаче оценки системы 115
3.7 Оценка устойчивости синтезированной системы 117
3.8 Оценка качества синтезированной системы 123
3.9 Выводы 132
4 Исследование обеспечения селективности резервной ступенью дистанционной защиты фидеров контактной сети на основе адаптивной идентификации 134
4.1 Способы обеспечения селективности дистанционных защит фидеров контактной сети 134
4.2 Определение методики выбора уставок резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети с адаптивной идентификацией 142
4.3 Имитационное моделирование системы тягового электроснабжения применительно к задаче оценки селективности 146
4.4 Оценка обеспечения селективности 151
4.5 Расчет экономической эффективности от внедрения резервной 164 ступени дистанционной защиты с адаптивной идентификацией
4.6 Выводы 170
Заключение 171
Библиографический список
- Анализ алгоритмов работы дистанционных защит фидеров контактной сети
- Исследование влияния параметров нормального режима СТЭ на работу резервной ступени дистанционной защиты фидера контактной сети
- Формализация требований к адаптивному алгоритму с идентификацией и критериев его оценки
- Определение методики выбора уставок резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети с адаптивной идентификацией
Введение к работе
Актуальность темы исследования. ОАО «Российские железные дороги» является важной частью транспортной инфраструктуры Российской Федерации и занимает лидирующие позиции в сфере грузовых и пассажирских перевозок. Одним из приоритетных направлений «Энергетической стратегии холдинга «Российские железные дороги» на период до 2015 года и на перспективу до 2030 года» является полное и надежное энергетическое обеспечение перевозочного процесса, снижение рисков при кризисных ситуациях в энергообеспечении железнодорожного транспорта.
Обеспечение непрерывности перевозочного процесса зависит от качества работы системы тягового электроснабжения (СТЭ). Надежность, эффективность и безопасность работы СТЭ в значительной степени определяется способностью релейной защиты и противоаварийной автоматики бесперебойно выполнять свои функции.
Повышение объема перевозок и массы составов привело в ряде случаев к увеличению максимальных токов нагрузки и фазового угла комплексного сопротивления до величин, сопоставимых с величинами токов короткого замыкания в конце фидерной зоны. Данное обстоятельство подтверждается многократными результатами экспериментальных замеров, проведенных на Забайкальской железной дороге.
Сложившаяся ситуация оказала негативное влияние на работу резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети и привела к повышению количества неселективных, излишних и ложных срабатываний по причине ухудшения идентификации резервной ступенью нормального и аварийного режимов.
Современное состояние элементной базы релейной защиты позволяет реализовать совершенно новые подходы к организации алгоритмов работы резервной ступени дистанционной защиты. Однако в настоящее время эти возможности не раскрыты в полном объеме, а в основе ограниченного числа микропроцессорных терминалов дистанционной защиты, выпускаемых промышленностью, лежат алгоритмы работы, не претерпевшие качественного изменения со времени их разработки в начале 20-х гг. прошлого века.
Существенный вклад в развитие алгоритмов работы дистанционных защит внесли Б. Е. Дынькин, Е. П. Фигурнов, В.Н. Пупынин, Ю.И. Жарков, П. С. Пинчуков, В. А. Ефремов, Ю. Я. Лямец, М. В. Шевцов, Д. В. Зиновьев, N. S. Avinash, K. K. Pradeep, Р. Mazniewski, J. Izykowski и др.
Работы перечисленных авторов формализовали методы построения адаптивных систем дистанционных защит и создали методологическую основу
для разработки алгоритма работы резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети на основе адаптивной идентификации.
Цель диссертационной работы заключается в повышении надежности СТЭ путем обеспечения селективности резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети путем применения адаптивной идентификации режима работы системы тягового электроснабжения.
Для реализации сформулированной цели потребовалось решение следующих задач.
-
Выполнить анализ существующих алгоритмов работы резервной ступени дистанционной защиты.
-
Определить влияние режимов системы тягового электроснабжения на работу резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети.
-
Усовершенствовать алгоритм работы резервной ступени дистанционной защиты.
-
Произвести оценку устойчивости и качества усовершенствованного алгоритма.
-
Выполнить оценку обеспечения селективности резервными ступенями дистанционной защиты фидеров контактной сети на основе адаптивной идентификации.
-
Определить экономический эффект от внедрения защиты, реализованной по предлагаемому алгоритму на сети железных дорог.
Объект исследований. Алгоритмы работы резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети электрифицированных железных дорог однофазного переменного тока.
Предмет исследований. Обеспечение селективности, надежности и
быстродействия резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети на основе адаптивной идентификации.
Методы исследования рассмотренных в диссертации задач базируются на математическом моделировании режимов резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети с использованием аппарата теории автоматического управления, методов синтеза и оценки адаптивных систем с идентификатором, линейной алгебры, теории функций многих переменных.
Для проведения вычислительных экспериментов использовались лицензионные программные пакеты SimPower System, System Identification Toolbox, системы Matlab и программный комплекс MathCAD.
Научную новизну работы составляют следующие результаты, выносимые на защиту:
-
Алгоритм резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети, отличающийся от известных тем, что в его основу положена адаптивная идентификация режимов системы тягового электроснабжения.
-
Принцип построения и реализации базового варианта микропроцессорного терминала резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети, отличающийся от известных двухуровневой структурой, применяемой для идентификации режима системы и формирования сигнала на адаптацию защиты.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной
работе научных результатов подтверждена их сравнением в сопоставимых
условиях с результатами расчетов, выполненных с помощью промышлен
ных программ, прошедших полномасштабную практическую апробацию;
данными инструментальных замеров в реальных системах защиты фидеров
контактной сети Забайкальской железной дороги, и многочисленными
экспериментами на имитационных моделях системы.
Практическая значимость полученных результатов исследований состоит в решении актуальных научно-технических задач, связанных с управлением процессами защиты фидеров контактной сети в системах электроснабжения железных дорог, а также с повышением надежности, чувствительности, быстродействия и селективности резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети.
Результаты исследований, полученные в диссертационной работе, позволяют решать следующие задачи, актуальные при проектировании и эксплуатации дистанционной защиты:
моделирование работы защиты с учетом неоднозначности изменения параметров режимов работы СТЭ;
повышение селективности резервной ступени дистанционной защиты путем использования интеллектуальных средств автоматического управления идентификацией режимов работы системы тягового электроснабжения;
надежная отстройка от нормального режима работы СТЭ и повышение чувствительности к коротким замыканиям.
Разработан алгоритм «Устройства адаптивной дистанционной защиты резервных ступеней фидеров контактной сети», направленный на повышение чувствительности, быстродействия и селективности резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети, на которую получен патент РФ на полезную модель №139536.
Реализация результатов темы работы. Применение перечисленных выше результатов диссертационной работы для повышения селективности резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети на основе
адаптивной идентификации подтверждается актом внедрения службы
Электрификации и электроснабжения Забайкальской дирекции
инфраструктуры – структурного подразделения Центральной дирекции инфраструктуры – филиала ОАО «РЖД».
Апробация работы. Результаты, полученные на основе исследований, докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию Забайкальского института железнодорожного транспорта (Чита, 2012), международной научно-практической конференции «Интеллектуальные системы на транспорте» (Санкт-Петербург 2012), международной научно-практической конференции, посвященной 110-летию Омского университета путей сообщения «Инновации для транспорта» (Омск, 2011), научном семинаре кафедры «Электроснабжение транспорта» (Хабаровск, 2012), научном семинаре кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» (Иркутск, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе восемь статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 131 наименования и содержит 187 страниц основного текста, 74 рисунка и восемь таблиц.
Анализ алгоритмов работы дистанционных защит фидеров контактной сети
Схема выполнения реле, основанная на основе идентификации нахождения комплексного сопротивления в требуемой области, применяется в статических микропроцессорных терминалах защит. В основе схемы лежит принцип независимого определения величины комплексного сопротивления и его угла и сопоставления измеренных параметров со значениями области срабатывания.
Рассмотренные алгоритмы позволяют получить угловые характеристики срабатывания различной конфигурации путем объединения данных алгоритмов или многократного их повторения в одном устройстве.
Реализация рассмотренных алгоритмов для построения дистанционной защиты фидеров контактной сети нашла применение в защитах типа: УЭЗФ, УЗТБ, УЭЗФМ, АЗФИ, А3, БМРЗ-ФКС и ЦЗА-27,5.
Дистанционные защиты имеют характеристики срабатывания в виде геометрических фигур различной степени сложности. Форма характеристики зависит от предъявляемых к защите требований, элементной базы и параметров и режимов работы энергосистемы. В качестве иллюстрации на рисунке 1.7 представлена угловая характеристика микропроцессорного терминала защиты фидеров контактной сети ЦЗА-27,5. Наиболее перспективным видом характеристики срабатывания является адаптивная характеристика, позволяющая наилучшим образом отстроиться от нормальных режимов работы энергосистемы и обеспечить лучшую чувствительность при возникновении аварийных ситуаций. В зависимости от способа организации дистанционные защиты могут выполняться как с выдержкой времени, так и без нее. Также выдержка времени устанавливается на многоступенчатых терминалах защит для согласования работы различных ступеней. Зона несрабатывания НДЗ
На сегодняшнем историческом этапе защиты наиболее перспективным для развития элементной базы релейной дальнейшего совершенствования дистанционного принципа являются микропроцессорные терминалы защит. Это обосновано, прежде всего тем, что алгоритмы работы дистанционных защит фидеров контактной сети не претерпели качественного изменения. Программируемые микропроцессоры открывают большую свободу для реализации новых подходов и алгоритмов функционирования дистанционных защит с целью повышения надежности, селективности и быстродействия их работы. Приведенная классификация не отображает все разнообразие имеющихся вариантов исполнения дистанционных защит и лишь укрупненно характеризует их основные признаки.
На основе изложенного в данном разделе можно сделать следующие выводы: - наиболее перспективными с точки зрения дальнейшего совершенствования алгоритмов работы и повышения селективности являются защиты, реализованные на микропроцессорной элементной базе; - в основе работы всех дистанционных защит положены единые принципы работы, которые за время своего существование не претерпели значительных изменений вне зависимости от элементной базы и не позволяют надежно обеспечить селективную работу резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети при удаленных КЗ через переходное сопротивление или при наличии уравнительных токов на межподстанционной зоне, а так же обеспечить надежную отстройку от нормального режима при частичном перекрытии зон нормального и аварийного режимов. 1.2 Анализ алгоритмов работы дистанционных защит фидеров контактной сети Исследованию, созданию и совершенствованию релейной защиты системы тягового электроснабжения посвящены работы отечественных ученых Б.Е. Дынькина [15,16], Е.И. Жаркова [21], Е.П. Фигурнова [67, 68, 69, 70, 71, 72], В.Н. Пупынина [45] и П.С. Пинчукова [46]. В общем случае алгоритм работы дистанционной защиты зависит от режимов работы нейтрали энергосистемы и количества рабочих фаз. В общепромышленных трехфазных сетях, как это отмечалось в п. 1.1, могут использоваться как пофазные, так и трехфазные ДО. На сегодняшнем этапе развития дистанционных защит наиболее перспективными для дальнейшего совершенствования и внедрения новых алгоритмов работы являются микропроцессорные трехфазные защиты, реагирующие на все виды повреждений. Данная концепция реализована и применяется на практике в устройствах как отечественных, так и зарубежных фирм, таких как НПО «ЭКРА», НТЦ «Механотроника», НИИФА «ЭНЕРГО», Siemens, General Electric, Philips. На рисунке 1.8 представлена структурная схема алгоритма выбора поврежденной фазы в трехфазных микропроцессорных ДЗ. Представленный алгоритм сложнее реализовать на практике по сравнению с алгоритмами работы традиционных реле, но при этом он позволяет повысить фазную селективность за счет следующих факторов: - получение характеристики срабатывания практически любой формы; - производится цифровое сравнение контуров КЗ; - сравнение векторов симметричных составляющих; - использование аварийных составляющих токов; - использование сопротивлений с типовыми моделями повреждений [82].
В системе тягового электроснабжения однофазного переменного тока промышленной частоты практикуется иной подход к построению алгоритмов работы дистанционных защит, вызванный рядом особенностей системы: - соединение тяговой обмотки силовых трансформаторов по схеме «треугольник»; - отсутствие токов нулевой последовательности; - использование «земли» в качестве провода фазы «С». На сегодняшний день микропроцессорная дистанционная защита фидеров контактной сети однофазного переменного тока напряжением 27,5 кВ представлена следующими терминалами защит (таблица 1.2).
Исследование влияния параметров нормального режима СТЭ на работу резервной ступени дистанционной защиты фидера контактной сети
С целью оценки влияния контролируемых параметров СТЭ на работу резервной ступени дистанционной защиты, автором совместно с научным руководителем выполнена серия экспериментальных замеров на тяговых подстанциях «Лесная» и «Чита-1» Забайкальской железной дороги.
Анализ диаграммы рассеяния (рисунок 2.10) показывает, что при возрастании массы поездов (M) в интервале M = (1000;7000]т, происходит постепенное увеличение тока нагрузки в интервале I (t) = (100:5001 А, при практически постоянной плотности распределения наблюдаемых значений. При нахождении массы поездов в диапазоне M = [6000;7000]т, и значении тока нагрузки Iн(0 500А, наблюдается значительный разброс наблюдаемых значений, который постепенно концентрируется на интервале IН(0 = [680;950]А. Непрерывное увеличение массы поездов приводит к возрастанию рабочих токов до максимально допустимых значений т.е. I (t) I (t), что сказывается на работе резервной ступени дистанционной защиты т.к. однозначно идентифицировать удаленное КЗ при таких значениях рабочего тока и существующем алгоритме построения защиты не представляется возможным. Подобное увеличение тока приводит к тому, что наблюдается снижение коэффициента мощности в СТЭ (рисунок 2.11). Анализ диаграммы показывает, что в интервале тока нагрузки I (?) = (100;600ІА, основная плотность распределения значений коэффициента активной мощности находится в диапазоне cos() = f0,5;0,9l. В интервале токов нагрузки I (Л = (Ю0;300ІА, наблюдается высокая концентрация наблюдаемых значений на интервале cos( ) = [0,5;0,8], а на интервале cos( p) = [0,8;l], плотность распределения значений снижается, что объяснятся пропуском пассажирских составов небольшой массы. На интервале токов I (0 = Г300;600ІА, наблюдается концентрация наблюдаемых значений и увеличение плотности наблюдений cos( ) = [0,55;0,8], связанное с увеличением количества грузовых поездов и их массы. При увеличении тока поездов Iн(t) 600А, наблюдается сосредоточение наблюдаемых значений в диапазонесо8(» = [0,7;0,8], при этом имеется выброс значений коэффициента активной мощности в диапазоне cos(» = [0,3;0,4], при нахождении тока в интервале Iн(t) = [750;850]А. В ряде случаев наблюдается значение cos( ) 0,5, при токах IH(t) 100А, что можно объяснить троганием составов с места. Подобное распределение наблюдаемых значений коэффициента мощности наблюдается из-за различных значений позиций скорости на локомотивах грузовых поездов т.к. низкое значение позиции приводит к уменьшение энергоэффективности локомотива и уменьшению cosO).
В связи с непрерывным изменением режима работы локомотивов, перемещением подвижного состава по межподстанционной зоне и варьированием количества поездов на межподстанционной зоне, коэффициент мощности тяговой нагрузки непрерывно меняет свое значение, а вместе с ним происходит перемена и общего коэффициента всей системы. Коэффициент мощности системы влияет на значение угла сдвига фаз между током и напряжением и следовательно на значение угла комплексного сопротивления анализируемого резервной ступенью.
На рисунке 2.12 представлена диаграмма рассеяния величины угла комплексного сопротивления в зависимости от изменения тока нагрузки, построенная на основании данных полученных в ходе экспериментальных замеров и обработанных в программном комплексе Statistica. Анализ диаграммы показывает, что основная плотность распределения наблюдаемых значений изменения угла комплексного сопротивления сконцентрирована на интервале фZй = 30; 60 , при изменении тока нагрузки в интервале Iн () = (100; 450] А. Высокая плотность значений изменения угла сопротивления регистрируемая в диапазоне фZй = 50; 60 , при интервале изменения тока IК() = (100;450]А, и выбросы значений в интервале q ZH =[60;70. Они вызваны пусковыми токами пассажирских локомотивов при трогании с места. В виду малого значения токов резервная ступень дистанционной защиты надежно отстроена от срабатываний на указанном диапазоне.
Зарегистрированные высокие значения рабочего тока, сопоставимые со значениями тока при удаленном КЗ и значения угла комплексного сопротивления, характерного для аварийного режима при существующем алгоритме работы защиты однозначно идентифицируются резервной ступенью как аварийной режим, что приведет к последующему неселективному отключению защищаемого фидера.
Взаимосвязь угла комплексного сопротивления нагрузки с массой поезда представлена на рисунке 2.13. Анализ зависимости распределения плотности значений угла комплексного сопротивления от массы поездов показывает во многом сопоставимый характер распределения наблюдаемых значений с диаграммой 2.12. Так, при интервале масс поездов M = (1000; 4500] т, основная плотность регистрируемых значений приходится на интервал изменения угла ФZй = 40;60 . Попадание угла комплексного сопротивления в интервал ФZн = 60; 70 вызвано в данном случае бросками пусковых токов электровозов. На интервале масс поездов M = [4500; 7000] т, плотность распределения значений угла сопротивления изменяется в интервале фZн = 30;50 , однако наблюдаются выбросы значений на интервале масс поездов M = [6000; 7000] т, при интервале изменения угла сопротивления фZн = 65; 80 , что в совокупности изменения регистрируемых значений тока в рассматриваемом интервале (рисунок 2.12) приводит к неселективной работе третьей ступени.
Формализация требований к адаптивному алгоритму с идентификацией и критериев его оценки
После прохождения начальных стадий обработки измеренной первичной информации и расчета вторичных контролируемых параметров защита осуществляет сравнение полученных значений с параметрами уставок. Значения параметров уставок задаются однозначно, а их величина определяется расчетным путем и в процессе эксплуатации корректируется на основании эмпирических данных.
Если значение Кг превышает значение уставки, то происходит «загрубление» уставок по току и сопротивлению на 20 % в (большую сторону по току и меньшую сторону по сопротивлению) с целью отстройки от пусковых токов электровозов. Если в СТЭ возникает ситуация, когда защита не может сделать однозначный вывод о состоянии, в котором находится защищаемый фидер т.е. вектор комплексного сопротивления, анализируемого защитой Z(nT) =ZN, Z(nT)(=ZF, ZNyjZF, то защита принимает решение в соответствии с правилами аварийного режима (RF, RF), что приводит к неселективным (излишним) срабатываниям. В рамках существующего подхода, когда алгоритм работы третьей ступени построен на предположении, что ЦпТ)eZ v Ъ(пТ)GZF,ZN ZF=0, преодоление обозначенной выше ситуации невозможно. Изменить сложившееся положение возможно применением методов и средств теории адаптивных систем управления к задаче совершенствования алгоритма работы резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети, которые позволят реализовать качественно новый подход в идентификации режимов работы СТЭ и повысить селективность третьей ступени.
В самоорганизующихся системах формирование алгоритма адаптации происходит в процессе функционирования системы, при этом изменяется сама структура алгоритма адаптации. Ввиду сложности практической реализации системы с переменной структурой алгоритма данный класс систем в настоящее время не нашел широкого практического применения.
В самонастраивающихся системах (СНС) структура алгоритма остается неизменной, а происходит изменение его параметров.
Поисковые системы организованы таким образом, что для изучения объекта в систему подаются специальные поисковые сигналы. Яркими представителями данного класса систем являются экстремальные системы. Статические характеристики объектов данного типа обладают четко выраженными экстремумами. Основной целью управления в экстремальных системах является поддержание экстремума на выходе системы.
В беспоисковых СНС какие-либо сигналы, специально подаваемые в систему, отсутствуют. Беспоисковые системы с эталонной моделью в своей структуре содержат динамическую модель системы, которая обладает требуемыми качествами. Адаптация осуществляется за счет сравнения фактического сигнала системы с эталонной моделью и подстройки параметров регулятора в соответствии с эталонной моделью.
Самонастраивающиеся системы с идентификатором содержат в своем контуре адаптации идентификатор, предназначенный для идентификации независимых параметров объекта на основе изучения входного и выходного сигналов объекта управления. Полученная информация впоследствии используется для определения необходимых параметров регулятора и их подстройки. Различают два вида адаптивного управления с идентификатором. Непрямое адаптивное управление образуется, когда на первоначальном этапе производится оценка параметров объекта, а затем на основании полученных оценок определяют требуемые значения параметров регулятора и производится их подстройка. Прямое управление исключает этап идентификации параметров объекта [26, 27, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 92].
На основании изложенного материала в данном разделе можно сделать вывод о том, что для реализации адаптивного алгоритма резервной ступени ДЗ фидеров контактной сети наиболее перспективным является использование самонастраивающейся адаптивной системы с идентификатором, так как остальные способы адаптации с учетом стохастически изменяющихся параметров системы тягового электроснабжения не позволяют добиться поставленной цели управления.
Использование системы с идентификатором позволит однозначно разграничить нормальный и аварийный режимы работы СТЭ за счет использования двухуровневой структуры при непосредственной идентификации режима работы и адаптации характеристики срабатывания третьей ступени в нормальном режиме, т.е. изменение величины «охвата» уставки по сопротивлению в нормальном режиме работы и расширении ее зоны при возникновении КЗ.
Определение методики выбора уставок резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети с адаптивной идентификацией
Согласованная работа защит межподстанционной зоны должна обеспечивать необходимый уровень чувствительности, селективности и быстродействия в пределах всей зоны. Выполнение всех обозначенных требований возможно только при комплексном учете следующих условий: - для каждого места установки защиты, предусмотренного [47], необходимо выбрать типы защит, позволяющих решить общую задачу защиты межподстанционной зоны; учет графиков селективности и быстродействия токовых и дистанционных защит; - учет всех возможных вариаций параметров нормального режима; - выбор основных требований к определению уставок для каждого типа защит. При выборе уставок дистанционной защиты необходимо одновременно решить две разнонаправленные задачи: - обеспечить необходимый уровень чувствительности и селективности при коротком замыкании, особенно в конце защищаемой зоны через переходное сопротивление; обеспечить отстройку от нормального режима, особенно вовремя пропуска тяжеловесных поездов когда происходит перекрытие зон нормального и аварийного режимов, при одновременной минимизации ложных и излишних срабатываний.
На сегодня решение обозначенной задачи сводится к тому, что в ближней зоне устанавливается две или более ступеней защит, при этом: 1-я выбирается в соответствии с требованием селективности и выполняется без выдержки времени (при этом она не обеспечивает чувствительность во всей зоне); 2-я (и последующие) - в соответствии с требованием чувствительности во всей ближней зоне и выполняется с выдержкой времени, достаточной для селективного отключения следующего выключателя по своей защите [58]. Выбор уставки третьей ступени направленной дистанционной защиты фидеров контактной сети осуществляется из условия обеспечения чувствительности в конце защищаемой зоны, причем продленной до нейтральной вставки смежной подстанции, при этом коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5.
При согласовании во времени резервной ступени дистанционных защит на тяговых подстанциях, постах секционирования и пунктах параллельного соединения в пределах межподстанционной зоны производится распределение времени их срабатывания по ступеням выдержки. Третья ступень дистанционной защиты имеет выдержку времени в три ступени, для микропроцессорных защит величина ступени выдержки времени ограничена снизу быстродействием применяемых выключателей и с учетом возможности их каскадного отключения принимается равной 0,3 с.
При выполнении расчетов значений уставок руководствуются следующим порядком проведения вычислений [67, 68, 69, 70, 71, 72]: - для рассматриваемого участка определяют возможные и расчетные схемы питания; - для расчетного высоковольтного выключателя фидера выбирают основную, резервную и дополнительные защиты; - производится вычисление расчетных параметров, на которые реагирует рассматриваемая защита в режиме максимальной рабочей нагрузки в соответствии с требованиями [47]; на основе требований к селективности и устойчивости функционирования определяют расчетную схему для нахождения параметров короткого замыкания и определения особых расчетных условий; для каждой защиты или ее ступени рассчитывают параметры, на которые она реагирует при КЗ; производят выбор уставок срабатывания защит и их ступеней с соблюдением условий устойчивости функционирования, задаваемых нормативными значениями коэффициентов отстройки и чувствительности, а также возврата, запаса и адаптации; выполняется проверка выбранной уставки срабатывания на нечувствительность к нерасчетным условиям и рабочей нагрузке фидера [58].
Выбор уставки третьей ступени производится на основании следующего выражения: гуДЗз кч-гк, (4.1) где ZK- максимальное сопротивление, измеряемое защитой, при коротком замыкании на выводах выключателя смежной подстанции в режиме минимума энергосистемы и с учетом сопротивления дуги, Ом; кч- коэффициент чувствительности.
В выражении (4.1) значение коэффициента чувствительности принимается равным 1,2, однако если действие третьей ступени продляется до соседней подстанции, значение коэффициента должно быть не менее 1,5. Значение коэффициента чувствительности можно рассчитать на основании выражения:
Проверка на нечувствительность к нерасчетным условиям и рабочей нагрузке фидера производится на основании выражения: где Zнmin- сопротивление нормального режима в минимальном режиме энергосистемы, Ом; - коэффициент запаса, з =1,1-1,3; кв - коэффициент возврата, кв = 0,8 + 0,9. В процессе работы дистанционная защита с адаптивной идентификацией выполняет проверку (идентификацию) контролируемых параметров системы тягового электроснабжения на нахождение в заданных нормативных интервалах на каждом шаге измерения и в соответствие с результатами проведения идентификации определяет, следует ли формировать сигнал на корректировку значения уставки по сопротивлению третьей ступени или нет. Если корректировка не производится, то защита переключается в работу по алгоритму основного контура.
Значение величины адаптации защиты определяется с учетом параметров контактной подвески, используемой на конкретном участке исходя из условия: / U нmin доп # 20%, (4 4) рmax доп. где f - коэффициент адаптации; Uнmin доп. - минимально допустимое напряжение нормального режима; Iрmax доп. - максимально допустимый рабочий ток нормального режима.
Подобная организация алгоритма работы третьей ступени позволяет качественно повысить селективность за счет однозначного разграничения нормального и аварийного режимов, что было невозможно при традиционном алгоритме работы третьей ступени. Использование иного алгоритма работы не влечет за собой изменение методики выбора уставки третьей ступени и позволяет использовать классический метод расчета, изложенный в [58, 67, 68, 69, 70, 71, 72] при выборе уставок резервной ступени дистанционной защиты на основе адаптивной идентификации.
В данном разделе определена методика выбора уставок резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети с адаптивной идентификацией.
Имитационное моделирование системы тягового электроснабжения применительно к задаче оценки селективности резервной ступени дистанционной защиты с адаптивной идентификацией имеет ряд характерных особенностей, вызванных в первую очередь сложностью взаимосвязей элементов системы, большого количества переменных величин и местоположением системы в общей структуре энергоснабжения.