Измеритель уравнительных токов в тяговых сетях переменного тока

Уважаемые члены комиссии!

1. Вашему вниманию представляется дипломный проект на тему:

«Измеритель уравнительных токов в тяговых сетях переменного тока».

Данная разработка предназначена для совершенствования и развития системы  контроля электроэнергии в линиях электроснабжения электрифицированных участков ОАО "РЖД". Потому, что при  появлении в линии уравнительного тока неизбежно появление  причин, которые приводят к ухудшению технико-экономических показателей работы сети. Точное определение уравнительных токов в тяговых сетях переменного тока является значимой технико-экономической задачей, решение которой позволит существенно снизить потери электроэнергии в линиях электроснабжения электрифицированных участков РЖД.

2. Одна из причин возникновения потерь электроэнергии в тяговых сетях переменного тока - протекание уравнительных токов. Они вызваны неравенством потенциалов источников питания по модулю и фазе. Напряжение на шинах смежных подстанций изменяется во времени, и никогда не бывает одинаковым, и, следовательно, по тяговой сети должны циркулировать уравнительные  токи.

На рисунке представлена схема электроснабжения участка от двух тяговых подстанций. Напряжение на этих смежных подстанциях может различаться по модулю и по фазе. В контуре тяговой сети напряжения этих двух подстанций представляется векторами Ů₁ и Ů₂.

На плакате также представлены в виде диаграмм  случаи возникновения уравнительных токов.

·  В первом случае напряжение U1=U2  и фазы одинаковы, при этом уравнительный ток не протекает.

·  Во втором случае при равенстве фаз, напряжения не равны друг другу.

·  В третьем случае напряжения равны, видим неравенство фаз.

·  В четвертом случае неравны и напряжения и фазы.

В трех последних случаях наблюдаем протекание уравнительного тока.

Для измерения и контроля уравнительных токов возможно применение  метода непрерывного контроля уравнительных токов.

При заранее вычисленных значениях комплексных сопротивлений элементов системы электроснабжения межподстанционной зоны от ввода одной тяговой подстанции до ввода другой можно вычислить величину уравнительного тока. Основное достоинство метода заключается в возможности измерения уравнительного тока, когда межподстанционная зона находится под нагрузкой. Именно поэтому используется термин “непрерывный”, чтобы подчеркнуть отличие от других систем, которые измеряют, уравнительный ток только когда межподстанционная зона работает в режиме холостого хода.

3. На втором плакате представлена структурная схема прибора. Это микропроцессорный прибор. Он состоит из универсальной материнской платы, на которой размещены следующие элементы:

·  16-разрядный сигнальный процессор ADSP-2181 с тактовой частотой 40 МГц и с 80 Кбайт оперативной памяти на борту;

·  8-канальный 500кГц аналого-цифровой преобразователь AD7891;

·  flash-ПЗУ AT29C512;

·  буферные микросхемы;

На дополнительных платах размещены следующие элементы:

·  входные развязывающие усилители AD204-JY (AD-202);

·  входные шунты и делители, интерфейс RS-232 для обеспечения считывания показаний на ЭВМ;

·  двухстрочный жидкокристаллический индикатор ЖКИ;

·  блок питания БП;

На вход прибора поступают сигналы со вторичных обмоток трансформатора напряжения и тока (одно напряжение и пять токов). Далее, эти аналоговые сигналы поступают на АЦП, преобразуются в цифровой вид.

Далее, процессор осуществляет вычисление значений входных напряжений, токов и сдвигов фаз.  Эти вычисленные значения хранится в ОЗУ процессора, а при заполнении ОЗУ данными измерений, массив данных копируется во flash - ПЗУ и измерения продолжаются дальше. В ПЗУ данные хранятся при отключении питания. На двустрочном ЖКИ отображаются  напряжение, каждый ток и угол сдвига фаз между этим напряжением и каждым током. Обмен информацией между элементами прибора осуществляется по шине адреса и по шине данных. Затем с прибора через интерфейс, совместимый с компьютером (RS232) информация переносится на ЭВМ и обрабатывается программой, считающей уравнительный ток на основании накопленных данных.

4.  Далее представлена схема подключения прибора на тяговой подстанции. На каждую подстанцию, питающую межподстанционную зону, включается по одному прибору. Прибор имеет шесть входов, на один из которых поступает напряжение с трансформатора напряжения и пять токов с трансформаторов тока. ПОУТ производит накопление исходных данных, на основе которых осуществляется непрерывный расчет уравнительный ток за интервал времени длительностью до 19 суток.

5.   На четвертом плакате представлен расчет погрешностей прибора и определен его класс точности. Общая погрешность прибора определена погрешностями всех составных элементов. Этими элементами являются:

·  аналоговый канал

·  канал АЦП

·  погрешность микропроцессорного вычисления.

Погрешность аналогового канала определяется каналами тока и напряжения.

Канал тока определяется погрешностями шунта и погрешностью усилителя.

Канал напряжения определяется погрешностями делителя напряжения и усилителя.

Для уменьшения стоимости прибора можно заменить высокоточные усилители на менее точные. Но для уменьшения погрешности усилителя усложняем схему и строим её в виде цепи с резисторами обратной связи.

Погрешность аналогового канала увеличилась, но не намного.

Далее посчитаем погрешность АЦП, затем считаем полную погрешность устройства для менее точного усилителя и менее точного усилителя. Наш прибор соответствует классу точности 0.5.

6. В части дипломного проекта, касающегося безопасности жизнедеятельности были рассмотрены и проанализированы опасные и вредные факторы производственной среды при работе в помещении с применением компьютера, а также  произведен расчет вентиляции для этого помещения. Данный анализ и расчет были сделаны в связи с тем, что значительная доля времени работы с прибором проходит за компьютером при анализе и обработке собранной информации.

При расчете вентиляции были определены необходимый объем воздуха и скорость воздуха при вентиляции. Также был выбран подходящий вентилятор по рассчитанным параметрам.

7. Для экономического обоснования разработки прибора необходимо определить экономическую эффективность, которую можно получить при использовании прибора в тяговых сетях. Для этого необходимо рассчитать:

·  потери от протекания уравнительных токов

·  стоимость разработки пробора.

На плакате представлены потери от протекания уравнительных токов на межподстанционной зоне, а также стоимость разработки прибора. На основании этих данных рассчитана экономическая эффективность разработки. Как видно из диаграммы экономическая эффективность разработки намного превышает  капитальные вложения и себестоимость прибора. Следовательно, данная разработка является экономически оправданной.