Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

УДК 621.331

Пояснительная записка к дипломному проекту содержит 92 страницы, 24 рисунка, 10 таблиц, 24 использованных источников, 10 приложений.

Электропитающая установка, качество электрической энергии, мониторинг, погрешность измерения, экономическая эффективность, электробезопасность.

В дипломном проекте рассмотрено оборудование участка И. - М. Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги устройствами контроля напряжения.

Цель работы - разработка схем подключения устройств контроля напряжения на посту ЭЦ на посту КТСМ и на сигнальной точке.

Произведен расчет заработной платы персонала, занимающегося обслуживанием устройств железнодорожной автоматики и телемеханики с использованием блока контроля напряжения.

Пояснительная записка к дипломному проекту выполнена с использованием текстового редактора Microsoft Word 2003, графический материал выполнен с использованием Microsoft Office Visio Professional 2003, демонстрационный материал выполнен с использованием Microsoft Office Power Point 2003 и представлены на лазерном диске в конверте на обороте обложки.

Содержание

• Введение
• 1. Обоснование необходимости контроля параметров качества питающих напряжений устройств СЦБ на Омском отделении Западно-Сибирской железной дороги
• 1.1 Требования предъявляемые к качеству электроснабжения (ГОСТ 13109-97, ПТЭ)
• 1.2 Влияние отклонения показателей качества электрической энергии на работу устройств СЦБ
• 1.3 Статистика отказов и сбоев в работе устройств СЦБ по причине нарушения качества энергоснабжения за 2008-2009 годы
• 1.4 Организация электроснабжения устройств СЦБ участка И - М
• Западно-Сибирской железной дороги
• 1.5 Описание и характеристика устройств электроснабжения на участке И. - М. Западно-Сибирской железной дороги
• 2. Обзор существующих средств контроля качества электроснабжения
• 2.1 Требования к средствам контроля
• 2.2 Средства контроля качества электроснабжения
• 3. Разработка схем подключения аппаратуры контроля питающих напряжений постов ЭЦ и перегонных устройств СЦБ
• 3.1 Разработка схемы подключения аппаратуры контроля на посту ЭЦ
• 3.2 Разработка схемы подключения УКН на посту КТСМ
• 3.3 Разработка схемы подключения УКН на сигнальной установке
• 3.4 Организация передачи информации о качестве электроснабжения перегонных устройств
• 4. Обработка результатов мониторинга питающих напряжений
• 4.1 Обработка информации полученой на посту ЭЦ Омск-Пассажирская
• 4.2 Обработка информации полученой на посту ЭЦ Московка
• 4.3 Обработка информации полученой на посту ЭЦ Любинская
• 4.4 Обработка информации полученой на посту ЭЦ Кормиловка
• 4.5 Представление результатов мониторинга
• 5. Расчет заработной платы работников, занимающихся техническим обслуживанием устройств ЖАТ с использованием данных мониторинга питающих напряжений устройств СЦБ
• 6. Технические способы и средства защиты от электрического тока
• 6.1 Условия, с учетом которых устанавливаются технические способы и средства защиты
• 6.2 Обоснование и конструкция принятых технических средств
• 6.3 Расчет применяемых технических средств защиты от поражения электрическим током
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Невозможно представить себе современную жизнь и деятельность человечества без энергии электричества. Развитие этой области энергетики дало несравненно больший толчок прогрессу, нежели все остальные открытия человечества. Достаточно легкое трансформирование электричества в любые другие формы энергии предопределило этому виду энергии повсеместное использование. На первых порах развития этой области к качеству электроэнергии не предъявлялось жестких требований. Но со все большим развитием способов трансформации и применения электроэнергии возникла потребность определить стандарты её качества. Поддержание параметров электроэнергии в заданных пределах и нормах позволяет повысить экономичность и безотказность работы устройств потребителей.

Бесперебойное и качественное электроснабжение устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи от источников электрической энергии является основой для надежного и безопасного функционирования транспортных систем.

Термин бесперебойное электроснабжение следует понимать как непрерывное электроснабжение электроустановок железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (ЖАТС) в процессе эксплуатации, независимо от режима работы отдельных производителей энергии электростанций и распределительных устройств. Основным принципом обеспечения бесперебойности электроснабжения является резервирование источников электропитания (в дальнейшем источников питания). В аварийном режиме, т.е. при отключении основного источника питания, устройства ЖАТС должны получать электроэнергию от резервного источника (источников), причем время перехода с основной системы электроснабжения на резервную или наоборот не должно превышать 1,3 с.

Качественное электроснабжение это обеспечение потребителей электрической энергией с номинальными параметрами напряжения, частоты и синусоидальной формой кривой.

Первым шагом к повышению качества электроснабжения является непрерывный контроль показателей качества электроэнергии. Эту задачу невозможно решить без применения современных систем мониторинга.

Одной из таких систем является блок контроля напряжения (БКН) разработанный на кафедре «Автоматика и телемеханика» Омского Государственного Университета путей сообщения. В арсенале возможностей БКН имеется способность измерять значение напряжения, отклонение частоты фаз от номинальной, раскладывать на гармонические составляющие и определять коэффициенты гармоник. На экране монитора в удобном для восприятия виде представлены графики и диаграммы измеряемого напряжения по каждой фазе и сравнения между ними. С помощью БКН диспетчерский аппарат дистанций получает возможность круглосуточного контроля всех источников питания подконтрольных ему станций. Так же, как и все современные системы диагностики, БКН построен на основе микропроцессорных систем обработки и выдачи информации.

В данной работе произведен выбор точек контроля электроснабжения (ТКЭ) на постах ЭЦ, постах КТСМ и сигнальных точках, рассмотрен вопрос передачи информации от постов КТСМ и сигнальных точек, находящихся на перегонах, на станции.

1. Обоснование необходимости контроля параметров качества питающих напряжений устройств СЦБ на Омском отделении Западно-Сибирской железной дороги

Так как бесперебойное и качественное электроснабжение устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) от источников электрической энергии является основой для надежного и безопасного функционирования транспортных систем, то мониторинг питающих напряжений устройств СЦБ необходим для своевременного выявления ухудшения качества электроэнергии (КЭ) и устранения дистанцией электроснабжения причин его вызвавших.

Качественное электроснабжение - это обеспечение потребителей электрической энергией с номинальными параметрами напряжения, частоты и синусоидальной формой кривой.

1.1 Требования предъявляемые к качеству электроснабжения (ГОСТ 13109-97, ПТЭ)

Установлены два вида норм качества электрической энергии (КЭ): нормально допустимые и предельно допустимые. Оценка соответствия показателей КЭ указанным нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 часам.

Отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы:

нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального напряжения электрической сети [3].

Показатель установившегося отклонения напряжения определяется следующим соотношением [3]:

% (1.1)

где - установившееся (действующее) значение напряжения за интервал усреднения, равный 60 с.;

- номинальное значение напряжения.

В то же время на сети железных дорог приняты более строгие нормы. Отклонение в сторону уменьшения допускается не более 10 %, а в сторону уменьшения - не более 5 % [12].

Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения и дозой фликера.

Размах изменения напряжения определяется по следующему соотношению:

% (1.2)

где ,- значения следующих один за другим экстремумов (или экстремума и горизонтального участка) огибающей среднеквадратичных значений напряжения, (см.рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Колебания напряжения

Предельно допустимое значение размаха изменения напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям в зависимости от частоты определяется по специальным графикам [3]. На рисунке 1.2 представлены графики провала и подъема напряжения.

Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения и размаха изменения напряжения в точках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ равно ±10 % от номинального значения.

Временное перенапряжение ? это повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1Uном, продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутации или коротких замыканиях.

Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения и длительностью временного перенапряжения.

Коэффициэнт временного перенапряжения это величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети (формула 1.3)

(1.3)

Длительностью временного перенапряжения называется интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения (формула 1.4)

(1.4)



Рисунок 1.2 - Графики провалов и подъемов напряжения (где U_ном номинальное междуфазное (фазное) напряжение)

Предельно-допустимые значения коэффициента временного перенапряжения, в зависимости от его длительности представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Значения коэффициента временного перенапряжения

Длительность временного перенапряжения, с	До 1	До 20	До 60
Коэффициент временного перенапряжения	1,47	1,31	1,15

График временного перенапряжения изображен на рисунке 1.3.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера равно 1,38, а для длительной дозы фликера - 1,0. Кратковременную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 минут, длительную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 2 часа.

Рисунок 1.3 - Временное перенапряжение (где KперU коэффициент временного перенапряжения)

Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.

Несинусоидальность напряжения представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Несинусоидальность напряжения

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения:

% (1.5)

где - действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения, В;

n - порядок гармонической составляющей напряжения,

N - порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения стандартом устанавливается N =40;

- действующее значение напряжения основной частоты, В.

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения

% (1.6)

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрических сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2-Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения (в процентах)

Нормально допустимое значение при Uном, кВ	Предельно допустимое значение при Uном, кВ
0,38	6-20	35	110-330	0,38	6-20	35	110-330
8,0	5,0	4,0	2,0	12,0	8,0	6,0	3,0

Предельно допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле:

КU(n)пред=1,5КU(n)норм, (1.7)

где КU(n)норм - нормально допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, определяемое по таблице 1.2.

Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии напряжения по обратной последовательности и коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормально допустимое значение вышеприведенных коэффициентов составляет 2 %, предельно допустимое - 4 %.

Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы:

? нормально допустимое и предельно допустимое значение отклонения частоты равны ±0,2 Гц и ±0,4 Гц, соответственно.

Отклонение частоты - разность между действительным и номинальным значениями частоты, Гц

, (1.8)

или

% (1.9)

Провал напряжения - внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9U_НОМ, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд.

Провал напряжения характеризуется длительностью провала напряжения, для которого установлена следующая норма:

- предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях до 20кВ включительно равно 30 секундам.

Предельно допускаемое значение провала напряжения. Предельно допускаемое значение длительности провала напряжения в пункте контроля, в сетях до и выше 1000 В, устанавливают в соответствии с выдержками времени релейной защиты, автоматики и отключающих аппаратов, установленных в рассматриваемой распределительной сети.

Показателем провала напряжения является его длительность

 (1.10)

где и - начальный и конечный моменты времени провала напряжения.

Провал напряжения характеризуется также глубиной провала напряжения - разностью между номинальным значением напряжения и минимальным действующим значением напряжения, выраженной в единицах напряжения или в процентах от его номинального значения:

(1.11)

или

% (1.12)

Провалы напряжения, а точнее их характер характеризуют КЭ. На рисунке 1.5 представлен график провала напряжения.

Рисунок 1.5 - Провал напряжения (где дU_П глубина провала напряжения в процентах; t_п длительность провала напряжения; U_ном номинальное междуфазное напряжение)

Качество электрической энергии по длительности провалов напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение продолжительного периода наблюдения (как правило, в течение года) длительностей провалов напряжения не превышает предельно допустимого значения.

Точка общего присоединения - электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю электроэнергии точка электрической сети энергоснабжающей организации, к которой присоединены или могут быть присоединены другие потребители электроэнергии6.

1.2 Влияние отклонения показателей качества электрической энергии на работу устройств СЦБ

Согласно ГОСТ 13109-97 показателями качества электроснабжения (КЭ) являются:

- установившееся отклонение, размах напряжения;

- коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;

- отклонение частоты.

и другие 3.

Ниже рассмотрены причины несоответствия КЭ, установленным нормам, и влияние отклонений ПКЭ на работу потребителей.

Причинами несоответствий по установившемуся отклонению напряжения дU_у могут быть:

а) неверно выбранный коэффициент трансформации трансформатора 6-10/0,4 кВ или не проведенное своевременно сезонное переключение отпаек этих трансформаторов;

б) разнородность нагрузок линий 0,38 кВ и несовместимость требований потребителей к дU_у на шинах 0,4 кВ трансформаторов 6-10/0,4 кВ;

в) значительная несимметрия фазных нагрузок в сетях 0,4 кВ;

г) значительные потери напряжения в распределительной сети, превышающие предельные значения;

д) отсутствие трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) в центре питания распределительной сети;

е) отсутствие автоматического регулятора напряжения (АРН) в центр питания (ЦП) или его неиспользование;

ж) некорректная работа АРН или неправильно выбранный закон регулирования напряжения в ЦП. Центр питания - распределительное устройство генераторного напряжения электростанции или распределительное устройство вторичного напряжения понизительной подстанции энергосистемы, к которым присоединены распределительные сети данного района;

з) разнородность нагрузок распределительных линий 6-10 кВ и несовместимость требований потребителей всей распределительной сети к дU_у на шинах ЦП;

и) ошибки в планировании диспетчерских графиков спроса и предложения в реактивной мощности;

к) отсутствие договорных отношений или некорректно определенные договорные условия по допустимому диапазону дU_у в ТОП;

л) неверно заданные параметры регулирующих устройств на генераторах, повышающих трансформаторах и автотрансформаторах связи, отсутствие или недостаточное использование специальных устройств в межсистемных линиях и питающих сетях энергосистем, регулирующих реактивную мощность (синхронных компенсаторов, батарей статических компенсаторов и шунтирующих реакторов), пониженная пропускная способность питающих сетей и др.;

м) превышение потребителем разрешенной ему мощности или нарушение договорных условий по использованию специальных средств, регулирующих реактивную мощность (батарей статических конденсаторов, синхронных двигателей).

Светофорные лампы наиболее чувствительны к колебанию напряжения, которое влияет на срок их службы и дальность видимости сигнала. Увеличение напряжения от номинального на 10 % сокращает срок службы лампы почти в 4 раза. При снижении напряжения на 10 % уменьшается световой поток ламп накаливания на 40%, что существенно влияет на безопасность движения поездов.

Отклонения напряжения оказывают отрицательное влияние на работу асинхронных двигателей (АД) электроприводов, являющихся одним из наиболее распространенных приемников электроэнергии в устройствах ЖАТ. В случае снижения напряжения на зажимах АД реактивная мощность намагничивания уменьшается (на 2-3 % при снижении напряжения на 1 %), при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя, что вызывает перегрев изоляции. Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потребляемой им реактивной мощности. В среднем на каждый процент повышения напряжения потребляемая реактивная мощность возрастает на 3 % и более (в основном за счет повышения тока холостого хода двигателя), что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь активной мощности в электрической сети [4].

Колебания напряжения происходят под воздействием быстро изменяющейся нагрузки сети. В нормальных эксплуатационных условиях нагрузка питающих фидеров высоковольтной линии автоблокировки практически стабильная. Но может меняться при изменении схемы питания и секционирования при ремонтных и аварийных работах.

В связи с тем, что максимальная нагрузка фидера не превышает 30-50 кВА, изменения ее вызывают незначительные отклонения напряжения на линии. Наибольшие отклонения напряжения составляют 1--3%. Более значительными колебания напряжения в линии могут быть вследствие изменения напряжения на шинах 6(10) или 27,5 кВ тяговых подстанций. Наиболее неблагоприятный режим напряжения создается при схеме питания устройств автоблокировки и централизации от линии 27,5 кВ (от специального провода автоблокировки ВЛ СЦБ 27,5 или от системы «два провода - рельс» (ДПР)), идущей от шин тяговой подстанции переменного тока. Напряжение в линии 27,5 кВ постоянно изменяется и в основном зависит от колебания нагрузки на шинах тяговой подстанции.

Напряжение может изменяться до 10-15 % и более в зависимости от величины и характера нагрузки (переход от индуктивной нагрузки к емкостной или наоборот) [5].

Колебания напряжения более 10 % могут привести к выходу из строя конденсаторов, а также вентильных выпрямительных агрегатов. При колебаниях напряжения более 15 % могут отключаться магнитные пускатели и реле. Заметное влияние оказывают колебания напряжения на АД небольшой мощности. При работе ЭВМ в режиме управления иногда оказывается достаточным одного-двух колебаний с размахом 1ч1,5 %, чтобы возник сбой в какой-либо ячейке машины и, как следствие, возникли ошибки в командах управления.

Временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1 продолжительностью более 10 мс, возникающие в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях. Оно характеризуется коэффициентом временного перенапряжения К_перU.

Измерение коэффициента временного перенапряжения К_перU в относительных единицах осуществляют следующим образом:

1) измеряют амплитудные значения напряжения U_a в вольтах, киловольтах на каждом полупериоде основной частоты при резком (длительность фронта до 5 мс) превышении уровня напряжения, равного 1,1;

2) определяют максимальное из измеренных амплитудных значений напряжения .

Электромагнитные переходные помехи, сопровождающиеся провалами напряжения, возникают, в основном, при однофазных коротких замыканиях на воздушных линиях, а также вследствие перекрытия изоляции. Кроме того, причиной возникновения провалов напряжения являются междуфазные замыкания, возникающие в результате атмосферных явлений, а также отключения питающих линий и конденсаторов. Количество провалов напряжения с глубиной до 20 % достигает в распределительных сетях 55-60 % [5].

Перенапряжения сказываются в первую очередь на изоляции любых приемников электроэнергии (ПЭ). Импульсные перенапряжения возникают при грозовых явлениях и при коммутациях оборудования (трансформаторы, двигатели, конденсаторы, кабели), в том числе при отключении токов короткого замыкания (КЗ). Величина импульса перенапряжения зависит от многих условий, но всегда значительна и может достигать многих сотен тысяч вольт.

Импульсные помехи при электротяге переменного тока повышают вероятность ошибки при передаче дискретной информации в каналах телеуправления, телесигнализации и связи [7]. Импульсы напряжения представлены на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Импульсы напряжения

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения является одним из показателей качества электрической энергии, он зависит от ряда факторов, более важное значение имеет фактический вклад. Фактический вклад - измеренные в точке общего присоединения или в точке коммерческого контроля значения показателей КЭ, характеризующие фактическое влияние искажающих электроприемников (ЭП) рассматриваемого потребителя на КЭ в этой точке. Искажающий электроприемник - приемник электрической энергии с нелинейной электрической характеристикой или с несимметричным или колебательным режимом работы, подключение которого к сети приводит или может привести к несинусоидальности, колебаниям напряжения или несимметрии трехфазной системы напряжений в электрической сети 8.

ГОСТ 13109-97 требует оценивать весь ряд гармонических составляющих от 2-й до 40-й включительно [3].

Электроснабжение электрифицированных железных дорог постоянного тока осуществляется от воздушных линий (ВЛ) продольного электроснабжения напряжениями 110 кВ, 35 кВ и в ряде случаев (при радиальном питании) напряжением 10 кВ.

При установке на тяговой подстанции понижающего трансформатора и последующем выпрямлении напряжения спектральный состав напряжения на шинах тяговой подстанции (в режиме холостого хода) относительно земли (напряжения на шинах) состоит из напряжения нулевой частоты и напряжений нечетных высших гармоник.

Появление высших гармонических составляющих приводит к тому, что в цепях питания устройств ЖАТ протекают токи высших гармоник, которые во всех случаях вызывают искажение формы питающих напряжений и потребляемых токов. Это вызывает сбои в работе некоторых устройств, чувствительных к качеству напряжения. Наблюдались случаи срабатывания защитных устройств, вследствие роста гармоник тока в питающих фидерах устройств ЖАТ. Кроме этого, несинусоидальность напряжения обуславливает также интенсивное старение изоляции электрооборудования.

В электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери. Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения K_U = 10 % суммарные потери в сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10ч15 %. Возрастает недоучет электроэнергии вследствие тормозящего воздействия на индукционные счетчики гармоник обратной последовательности.

Основными причинами потенциальных и существующих несоответствий по несинусоидальности напряжения (по K_U и K_U(n)) могут быть:

а) развитие инфраструктуры электрических сетей (схем, оборудования и параметров питающих и распределительных сетей) без учета существующей несинусоидальности напряжения и возможных новых источников несинусоидальности;

б) присоединение источников несинусоидальности и источников реактивной мощности, в том числе резонансных фильтров, к существующим электрическим сетям ЭСО (энергоснабжающая организация) без учета их возможного влияния на искажение синусоидальности напряжения в сети;

в) отсутствие договорных условий между ЭСО и потребителями с искажающими электроприемниками, оказывающими влияние на уровень несинусоидальности напряжения в ТОП;

г) отсутствие расчетов напряжений высших гармоник в электрических сетях, к которым присоединены потребители с искажающими электроприемниками, при возможных переключениях, вызванных плановыми ремонтами или аварийными режимами.

Источником несинусоидальности напряжения в электрических сетях является электрооборудование и электроприемники с нелинейной вольт-амперной характеристикой, к которым относят:

а) преобразовательные установки различных видов (выпрямители, инверторы, частотные преобразователи, регуляторы напряжения, электроподвижной состав переменного и постоянного тока и т.д.);

б) аппараты с электрической дугой или аппараты, использующие электрический разряд (дуговые печи, сварочные установки, люминесцентное освещение и т.д.);

в) установки с магнитными цепями, работающими в режиме насыщения (трансформаторы, дроссели с сердечником и т.д.);

г) вращающиеся машины (генераторы, двигатели).

К источникам несимметрии напряжений и токов относят следующие:

а) нетранспонированные линии электропередачи и неравномерно присоединенные однофазные бытовые нагрузки, создающие систематическую несимметрию напряжений;

б) дуговые сталеплавильные печи, однофазные печи электрошлакового переплава, электроподвижной состав переменного тока, однофазные сварочные агрегаты, разновременно включающиеся по фазам бытовые нагрузки и др., создающие случайную несимметрию напряжений.

Несимметрия напряжений в ТОП может создаваться как искажающими ЭП потребителей, непосредственно присоединенных к ТОП, так и оборудованием ЭСО, работающим в режимах, способствующих появлению несимметрии напряжений в ТОП. Кроме того, через электрическую сеть ЭСО на несимметрию напряжений в рассматриваемой ТОП могут оказывать влияние искажающие ЭП потребителей, присоединенных к другим точкам этой электрической сети ЭСО.

Нормально допустимое и предельно допустимое значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Несимметрия напряжения возникает в электрических сетях с нелинейными нагрузками, такими как тяговые нагрузки железных дорог при электротяге переменного тока. Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях - при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.

Характерной особенностью электроснабжения однофазных потребителей от трехфазной сети 0,4 кВ с нулевым проводом является сильная и постоянно изменяющаяся неравномерность нагрузки по фазам. Это создает амплитудную и фазную несимметрию напряжения. Величина тока в фазах неодинакова как по абсолютной величине, так и по фазному углу между током и напряжением. Обычно разница величин тока в разных фазах достигает 200- 400 %.

Кроме ухудшения режима напряжения у ПЭ при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ПЭ, так и всех элементов сети, снижается надежность работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом. Срок службы полностью загруженного АД, работающего при несимметрии напряжения 4 %, сокращается в 2 раза. При несимметрии напряжения 5 % располагаемая мощность АД уменьшается на 5-10 % [4].

Основными причинами появления несоответствий по K_0U могут являться:

несимметрия нагрузок по фазам в электрических сетях 0,22/0,38 кВ;

значительные сопротивления элементов схемы замещения, в том числе сопротивление нулевой последовательности линий и распределительных трансформаторов 6-10/0,4 кВ.

Причиной потенциальных несоответствий по K_0U может быть проектирование распределительных сетей 0,22/0,38 кВ без учета несимметрии фазных нагрузок.

Отклонение частоты вызывает неправильную работу электронных приборов, преобразователей и генераторов частоты. Такие приборы входят в состав аппаратуры контроля свободности путевых и стрелочных участков, и как следствие отклонения частоты могут проявляться в ложной свободности или занятости участков.

Основными причинами несоответствий по отклонению частоты Дf могут быть:

отсутствие достаточного резерва мощности и пропускной способности элементов сети;

ошибки в планировании диспетчерских графиков спроса и предложения в активной мощности, в подборе электростанций для размещения первичного резерва, в том числе - необходимого при аварийных нарушениях баланса мощности, в планировании дополнительных резервов пропускной способности линий для выдачи первичного резерва при внезапных нарушениях баланса;

несвоевременность предоставления резерва мощности для его использования в режимах первичного, вторичного или третичного регулирования в соответствии с заданными системным оператором требованиями.

Нормально и предельно допускаемые значения отклонений частоты в любом из пунктов контроля в электрической сети устанавливают в соответствии с3: ±0,2 Гц и ±0,4 Гц соответственно. Отклонение частоты в энергосистеме определяется скоростью изменения активной мощности нагрузки [9].

Отклонение частоты в энергосистеме ведет к появлению гармоник, частота которых не кратна 50 Гц, что приводит к ложному срабатыванию.

1.3 Статистика отказов и сбоев в работе устройств СЦБ по причине нарушения качества энергоснабжения за 2008-2009 годы

Из сказанного выше следует, что нарушение КЭ влечет за собой экономические потери за счет перерасхода электроэнергии, сокращения сроков службы аппаратуры, старения изоляции. И что немаловажно для железнодорожного транспорта, отклонение ПКЭ от установленных норм может привести к нарушению работы устройств ЖАТ и, как следствие, к простою поездов.

Статистика отказов устройств СЦБ за 2008-2009 г.г. на дистанции ШЧ-1 Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги наглядно демонстрирует тот вклад, который вносит снижение КЭ в число нарушений нормальной работы устройств автоматики и телемеханики.

Диаграммы распределения отказов станционных устройств СЦБ по службам за 2008 и 2009 годы приведены на рисунках 1.7 и 1.8.

Доля отказов станционных устройств СЦБ, произошедших по вине дистанции электроснабжения в 2008 и 2009 году составляет около 7 %. На устранение каждого из них ушло в среднем около 36 минут.

Рисунок 1.7 - Диаграмма распределения отказов по службам за 2008г

Рисунок 1.8 - Диаграмма распределения отказов по службам за 2009г

Так же можно отметить рост доли отказов в 2009 году относительно 2008 г., произошедших по вине ЭСО. Это обусловлено, тем, что число отказов, произошедших по причине нарушения КЭ в 2009 г. осталось неизменным (всего 6) на фоне снижения общего числа отказов (93 и 85, в 2008г. и в 2009г. соответственно).

Ниже приведены диаграммы распределения отказов перегонных устройств СЦБ (рисунки 1.9, 1.10)

Глядя на приведенные диаграммы можно отметить, что в доля отказов, произошедших по вине службы Э, в 2009 году заметно уменьшилась, по сравнению с 2008 годом. Это объясняется тем, что число отказов устройств СЦБ, вызванных снижением КЭ уменьшилось вдвое (с 10 в 2008 году до 5 в 2009), а общее число отказов сократилось незначительно (с 74 до 71).

Рисунок 1.9 - Диаграмма распределения отказов по службам за 2008г

Рисунок 1.10 - Диаграмма распределения отказов по службам за 2009г

Ниже приведены диаграммы, отражающие статистику числа отказов устройств СЦБ на станциях и перегонах (рисунок 1.11 и 1.12 соответственно) дистанции ШЧ-1 Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги, в сравнении за 2008 и 2009 годы.

Стоит отметить, что судя по статистике отказы на станциях дистанции ШЧ-1 по вине службы Э возникают достаточно редко и за период с 2008г. по 2009г. было зафиксировано 12 отказов. На некоторых станциях за два года не было зафиксировано ни одного отказа по вине службы Э.

Рисунок 1.11 - Диаграмма распределения числа отказов по станциям

Рисунок 1.12 - Диаграмма распределения числа отказов по перегонам

Так же ситуация складывается и с перегонными устройствами СЦБ. За два года зафиксировано 15 отказов. На 11 из 18 перегонах не зафиксировано ни одного отказа, вызванного нарушением КЭ.

В таблице 1.3 приведены продолжительность отказов и среднее время восстановления данных отказов.

Таблица 1.3 Статистика отказов по вине службы Э за 2008-09 годы

Показатели эксплуатационной работы	2008 г.	2009 г.
	станции	перегоны	станции	Перегоны
Количество отказов	6	10	6	5
Продолжительность отказов (чч:мм)	3:58	6:30	3:14	1:07
Среднее время восстановления отказов (чч:мм)	3:58	6:30	3:14	1:07

Анализ параметров качества электрического тока дает, в первую очередь, возможность анализировать и предсказывать поведение различных электрических приборов, что в конечном счете приведет к увеличению безопасности движения поездов и к экономии затрат при своевременном поиске отказа. При качестве электропитания, не отвечающим нормам, снижается надежность работы и срок службы электрических устройств, что приводит к более ранней замене аппаратуры или выхода её из строя.

1.4 Организация электроснабжения устройств СЦБ участка И - М Западно-Сибирской железной дороги

В соответствии с Правилами Технической Эксплуатации железных дорог устройства СЦБ и связи по признаку надежности электроснабжения относятся к потребителям I категории. Электроприемники этой категории должны получать питание от надежных постоянно включенных источников электроэнергии, располагающих достаточной мощностью и имеющих стабильное напряжение и частоту на своих шинах, иметь резервные линии электроснабжения от других независимых и надежных источников питания. Источники питания считаются независимыми друг от друга в том случае, когда отключение одного из них не сопровождается отключением другого. Независимыми источниками можно считать смежные тяговые или районные подстанции, когда напряжение от них к устройствам СЦБ поступает по разным, непосредственно не связанным между собой линиям электропередачи. В свою очередь эти подстанции не должны иметь один общий источник электроэнергии или зависеть от надежной работы только одной линии электропитания. Переключение с одной питающей линии при исчезновении на ней напряжения на другую для потребителей первой категории должно производиться автоматически в каждом релейном шкафу перегонных устройств и на каждом посту ЭЦ. Время перерыва питания не должно превышать 1,3 с.

Структурная схема электроснабжения устройств СЦБ на участке И. - М. приведена в Приложении Б.

Основное питание устройств СЦБ осуществляется от специальных воздушных линий автоблокировки 10 кВ (ВЛ СЦБ), сооруженных вдоль железнодорожных путей, резервное питание _ от трехфазных линий продольного электроснабжения (ВЛ ПЭ) 10 кВ. В отдельных случаях производится резервирование от пунктов питания СЦБ с дизель-генераторным агрегатом (ДГА). Допускается также применять резервное питание от линий 6,10,35 кВ промышленного назначения. ВЛ СЦБ предназначены только для питания сигнальных точек на перегонах и постов ЭЦ на малых станциях. ВЛ ПЭ кроме резервирования СЦБ обеспечивают питанием железнодорожные служебные и жилые здания, освещение территории железнодорожных станций, электроинструмент для путевых работ и другие нагрузки. Все эти линии обеспечиваются двусторонним складированным питанием от смежных подстанций. ВЛ СЦБ оборудуются устройствами автоматического включения резерва (АВР) с противоположного конца. Для повышения надежности электропитания, упрощения поиска поврежденного участка и обеспечения возможности проведения ремонтных работ без отключения электроснабжения сигнальных точек все питающие линии секционируются разъединителями с приводами дистанционного или телеуправления, установленными в горловинах станций.

Так как на участке И. - М. применяется тяга постоянного тока, то для питания устройств СЦБ на межподстанционной зоне применяют, консольную схему питания. При схеме консольного питания напряжение в линию автоблокировки подается от одной тяговой подстанции. В случае исчезновения напряжения на шинах этой подстанции или на ВЛ СЦБ, питание автоматически восстанавливается подачей напряжения с противоположного конца линии. С целью повышения надежности при повреждениях на подстанции или на линиях консольную схему питания необходимо выполнять так, чтобы линии основного и резервного питания устройств СЦБ на каждой фидерной зоне нормально получали питание от разных подстанций. Поэтому на каждой подстанции включают только один фидер ВЛ СЦБ для питания фидерных зон в одном направлении и один фидер ВЛ ПЭ - 6(10) кВ для питания фидерных зон в другом направлении.

Равномерность загрузки фаз трехфазной линии однофазными нагрузками на перегонах достигается периодической транспозицией проводов, так как трансформаторы ОМ подключаются только к двум нижним проводам ВЛ. Транспозиция должна быть выполнена через каждые три километра и позволяет выровнять емкостную проводимость фаз относительно земли. Следует равномерно распределять по фазам и нагрузку постов ЭЦ. Неравномерность загрузки фаз ВЛ не должна превышать 10%, но в условиях эксплуатации по различным причинам это требование не всегда выполняется.

Линии электроснабжения устройств СЦБ подвержены повреждениям и коротким замыканиям. Опыт эксплуатации показал, что короткие замыкания на ВЛ СЦБ возникают из-за грозовых разрядов, вызывающих перекрытия изоляторов, замыкания проводов разных фаз птицами, схлестывания проводов, попадания на провода веток с деревьев при сильном ветре и т.п. Большая часть подобных замыканий носит кратковременный характер, так как вызвавшие их причины самоустраняются, а возникшая в месте замыкания дуга гаснет при отключении выключателя от действия релейной защиты. Наибольшее число повреждений на ВЛ СЦБ приходится на однофазные замыкания на землю (около 50 %) и двухфазные ( около 30%) К.3., последние могут возникать при непосредственном замыкании двух фаз или через переходное сопротивление при двух замыканиях разных фаз на землю в разных точках ВЛ СЦБ. Фидеры, питающие ВЛ СЦБ снабжены защитами по максимальному току линии и минимальному напряжению на шинах питания, действующими на отключение выключателя. Защиты при однофазных замыканиях на землю действуют либо на сигнал, либо, если объединены высоковольтные и низковольтные заземления на силовых трансформаторах - на отключение выключателя. Для ограничения токов всех видов коротких замыканий на фидерах АБ применяется гальваническая развязка в виде двойной трансформации (10-0,4-0,4-10 кВ). Поскольку ВЛ СЦБ является линией с изолированной нейтралью гальванически развязанной с шинами подстанции повышающим трансформатором 0.23/10 кВ, однофазное замыкание любого провода на землю не изменяет междуфазных напряжений и не влияет на питание каблированных устройств СЦБ. ВЛ ПЭ, как правило, не имеют изолирующих трансформаторов и напрямую подключаются к шинам подстанции. Следовательно, суммарная емкость проводов всех линий, подключенных к шинам источника сравнительно велика и ток замыкания на землю большой. Поэтому защита при замыкании на землю должна действовать на отключение выключателя поврежденной линии ПЭ. Напряжение на разомкнутом треугольнике трансформатора напряжения фидера свидетельствует о появлении нулевой последовательности. Она возникает при несимметрии на фидере по различным причинам:- от однофазного замыкания;- от наведённого напряжения;- от неравномерной нагрузки фаз на ЛЭП, например - при потере контакта на разъединителе. Нулевая последовательность трансформируется через трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Y и замыкается в треугольнике у трансформаторов нечётных групп соединения.

Линии СЦБ оснащаются устройствами автоматики повторного включения (АПВ) и автоматики включения резервного (АВР) источника. В соответствии с требованиями полное время цикла отключения выключателя при действии защиты, последующего АПВ на основном пункте питания или АВР на резервном должно укладываться в 1.3 с. При времени действия максимальной токовой защиты не более 0.5 сек. и времени однократного автоматического повторного включения не более 0.3-0.4 секунды с учетом собственного времени отключения и включения контактора или выключателя ВЛ время запуска АВР с резервирующего пункта питания ВЛ не должно превышать 1.0-1.1 с.

Для питания каждой сигнальной точки на опорах линий основного и резервного питания 10 кВ устанавливаются понижающие линейные трансформаторы типа ОМ-0.63 (1.25) или ОМ-4(10) для питания устройств СЦБ на малых станциях. Подключение трансформаторов к линии производится через комбинированные предохранители- разъединители типа ПКН с номинальным током плавкой вставки 0.5-1.0 А. Для защиты от перегрузки ОМ-0,63(1.25) такие плавкие вставки чрезмерно велики. От грозовых и коммутационных перенапряжений на высокой стороне трансформаторы защищены разрядниками соответствующего типа РВП-10.

Силовая цепь напряжением 220 В выполняемая двумя проводами (ПХ и ОХ) в металлической трубе, спускается в смонтированный на уровне 1.3-1.5 м кабельный ящик (КЯ). Предохранители ПКН при замыкании спускаемых проводов не срабатывают, поэтому изоляция проводов должна быть очень надежная, в крайнем случае на провода рекомендуется надевать хлорвиниловую трубку. В кабельном ящике в проводе ОХ устанавливается автоматический выключатель многократного действия типа АВМ-1 для защиты кабеля и устройств релейного шкафа при перегрузках и коротких замыканиях. Однако практика показала, что после многократных срабатываний при большом токе контакты АВМ завариваются и выгорает обмотка ОМ. Для защиты от попадания высокого напряжения на сторону низкого на другом проводе ПХ на корпусе ОМа устанавливается пробивной предохранитель ПП-2. КЯ может использоваться также для перехода сигнальных проводов с линии в кабели связи.

В КЯ вместо разрядников РВНШ устанавливаются новые типы низковольтных разрядников типа РКН-600, с напряжением пробоя 500-800 В. Один из разрядников включается между проводом ПХ и низковольтным заземлением, а другой между высоковольтным и низковольтным заземлением для их кратковременного динамического объединения в момент срабатывания при грозе и отвода части тока разряда от цепей в РШ.

Линейные трансформаторы основного и резервного питания должны устанавливаться, как правило, на раздельных опорах, а кабели, подающие напряжение 220 В в релейный шкаф сигнальной точки, должны укладываться в раздельные траншеи.

Каждая силовая опора с трансформатором ОМ имеет два заземляющих устройства: в сети высокого 10 кВ и низкого 0,22 кВ напряжения. В цепях высокого напряжения заземляют корпус силового трансформатора, разрядники и приводы разъединителей; в цепях низкого напряжения _ кабельный ящик, пробивные предохранители, АВМ и низковольтные разрядники РКН-600. Соединительные провода (спуски) от средств защиты и корпусов электрооборудования до заземляющего устройства в сети высокого напряжения выполняется из трех скрученных в жгут стальных оцинкованных проводов диаметром 5 мм, а в сети низкого напряжения _ из двух. Сопротивление высоковольтного заземления сигнальной точки _ до 10 Ом, низковольтного _ до30 Ом. Электрическое объединение заземлений в ЛЭП, где земляная защита действует на сигнал, не допускается.

Электрическая централизация (ЭЦ), обеспечивающая управление стрелками и светофорами на станциях относится к наиболее сложным и ответственным объектам электропитания среди устройств СЦБ. На крупных и средних станциях служебно-технические помещения постов ЭЦ и ДСП запитываются через однофазные или трехфазные комплектные трансформаторные подстанции (КТПО, КТП) различной мощности от вводов основного и резервного питания. ЭЦ участковых, узловых пассажирских и сортировочных станций относятся к особой группе 1 категории потребителей электроэнергии. На станциях с числом стрелок более 30 кроме резервной линии электроснабжения обязательно наличие на посту ЭЦ автоматизированного дизель-генераторного агрегата (ДГА). На промежуточных станциях с числом стрелок до 30 при отсутствии ДГА устанавливают контрольную батарею _ аккумуляторный источник с напряжением 24 В для резервного питания реле, красного и пригласительного огней входных светофоров, устройств связи и аварийного освещения поста ЭЦ. Кроме того у входных сигналов устанавливают трансформаторы подключенные к ВЛ СЦБ или ДПР, питающие красные лампы входных сигналов при повреждении кабелей центрального питания.

Токовая защита (предохранители или автоматы) устанавливается на вводной панели поста ЭЦ. Такое размещение защит имеет существенные недостатки. Надо отметить, что вся силовая часть электроснабжения постов ЭЦ выполнена без ориентирования на опыт общетехнических электроустановок. Вследствие этого, ЩВП и ЩВПУ больше похожи на один из стативов с изобилием дополнительных контактов и промежуточных проводников, чем на силовое вводно-распределительное устройство. Защита на вводной панели защищает лишь несколько метров проводников до отходящих присоединений. Вследствие этого силовые кабели от ЩВП до вводной панели по помещениям поста оказываются в самом конце зоны действия защиты КТП, находящуюся в полевых условиях и совсем на другом уровне технического обслуживания, отстраиваемой на более грубую и длительную по времени уставку. Расчет уставок токовых защит на вводной панели производится по методике нуждающейся в совершенствовании.

1.5 Описание и характеристика устройств электроснабжения на участке И. - М. Западно-Сибирской железной дороги

Унифицированная электропитающая установка

Унифицированная электропитающая установка применяется для питания устройств батарейной и безбатарейной систем электрической централизации, диспетчерской и горочной централизации. В данной установке применены выпрямители в блочном оформлении, что при наличии резерва от аккумуляторных батарей позволяет не устанавливать резервных выпрямителей на панелях; введены в устройства мощные и совершенные выпрямители; использованы штепсельные реле; в различных панелях установлены одинаковые конструктивные узлы; применены блочные конструкции, что позволило исключить из панелей резервную аппаратуру, создать комбинированные панели выпрямителей 24 и 220В и сократить этим количество панелей в щитовых установках.

Унифицированная электропитающая установка ст. В. состоит из следующих панелей:

- вводная типа ПВ-60 (черт. 22213.00.00);

- релейной электрической централизации безбатарейной системы типа ПРББ (черт. 22214.00.00);

- выпрямителей батарейной системы типа ПВ-24 (черт. 22219.00.00);

- выпрямителей безбатарейной системы типа ПВ-24/220ББ (черт. 22219.00.00).

Панели монтируют проводом марки АПБВ (1Ч16; 1Ч35; 3Ч35; 3Ч120).

Все панели при вводе в эксплуатацию должны быть заземлены, для чего в каждой панели имеются два болта заземления. Для соединения панелей между собой на боковых уголках поставлены клеммные колодки с наименованием клемм для подключения. На панелях устанавливают электрические измерительные приборы класса точности не ниже 1,5.

Изоляция всех независимых электрических цепей по отношению к корпусу панелей должна выдерживать без пробоя и явлений разрядного характера в течение 1 мин напряжение переменного тока 2000 В частотой 50 Гц от источника мощностью 0,5 кВ?А.

Сопротивление изоляции между всеми токоведущими частями и корпусом панелей должно быть не менее 10 МОм при температуре 20±5єС и относительной влажности окружающего воздуха до 80 % при испытательном напряжении постоянного тока 1000 В.

Все панели рассчитаны па работу в помещении при температуре окружающей среды от 10 до 45єС и относительной влажности окружающего воздуха до 80 % 14.

В таблице 1.4 приведены габаритные размеры и масса панелей.

Таблица 1.4 Габаритные размеры и масса панелей

Название панели	Масса, кг	Габаритные размеры, мм
1	2	3
ПВ60	180	750Ч550Ч2240
ПРББ	350
ПВ24, ПВ24/220 ББ	500

Однолинейная схема унифицированной питающей установки поста ЭЦ И. приведена в Приложении В.

Панель вводная типа ПВ-60

Панель вводная ПВ-60 предназначена для питания переменным током 50 Гц 220/380 В устройств электрической, диспетчерской и горочной централизации. Она обеспечивает следующее:

1) подключение двух фидеров переменного тока от внешних источников и одного фидера от резервной электростанции; контроль напряжения в фидерах;

2) автоматическое переключение нагрузки с одного фидера на другой при исчезновении напряжения в одной или трех фазах работающего фидера; ручное переключение нагрузки с одного фидера на другой;

3) оптическую и акустическую сигнализацию отсутствия напряжения в фидерах;

4) распределение переменного тока по нагрузкам (панели выпрямителей, релейная панель, мастерские, освещение и устройства связи);

5) автоматической переключение нагрузки на фидер резервной электростанции при нарушении питания от обоих фидеров внешних источников;

6) возможность снятия при помощи пакетных выключателей напряжения с контактов контакторов для их регулировки и ремонта;

7) измерение напряжений и токов фидеров;

8) оптическую и акустическую сигнализацию перегорания предохранителей, установленных на вводной напели, и акустическую сигнализацию перегорания предохранителей, установленных па всех панелях питающей установки;

9) счет числа отключений напряжения на фидере.

Коммутационная мощность панели определяется величиной допустимого тока контактора типа КТ-6023 с номинальным током главных контактов в продолжительном режиме 100 А. Таким образом, нагрузка на вводную панель не должна превышать 60 кВ?А. Ток на фазу не должен превышать 100 А. Такой мощности соответствует нагрузка поста электрической централизации до 200 стрелок на участке с электрической тягой постоянного тока. Установки электрической централизации в 200 стрелок при других видах тяги имеют меньшее потребление мощности переменного тока.

...