Технические науки/4. Транспорт

Аношина А. Ю., к.т.н., доцент Ходкевич А. Г.

Омский государственный университет путей сообщения, Россия

Влияние режима рекуперации тягового подвижного состава постоянного тока на электропитание КТСМ

В условиях эксплуатации устройства железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) подвергаются воздействиям перенапряжений атмосферного и коммутационного характера или перегрузок по току. В следствии чего возникают разрушительные последствия на аппаратуру и ЖАТ, даже при кратковременной длительности таких перенапряжений [1]. Для определения средств и путей решения проблемы защиты создаются документы по защите устройств ЖАТ. Основными задачами, которые должны решаться в данных документах, являются:

• анализ состояния защиты устройств ЖАТ от перенапряжений;

• анализ подходов к разработке защиты устройств ЖАТ от перенапряжений;

• разработка принципов защиты устройств ЖАТ от перенапряжений;

• определение основных направлений работ на заданный период по реализации разработанных принципов защиты устройств ЖАТ от перенапряжений.

Одним из последних документов является методическое указание [2], в котором определены причины возникновения перенапряжений.

Перенапряжения атмосферного характера возникают при разрядах молнии в зоне расположения высоковольтных линий систем электроснабжения, контактной сети, воздушных, кабельных линий СЦБ или при разрядах молнии непосредственно на металлические элементы высоковольтных линий, воздушных СЦБ, мачты светофоров, непосредственно в рельсы и т.п.

Коммутационные импульсные перенапряжения могут быть следствием:

- коротких замыканий в тяговой сети электрифицированных железных дорог и на электроподвижном составе;

- переходных процессов в системе тягового электроснабжения и на электроподвижном составе при изменении режима работы (пуск, переключение, сброс тяги, включение рекуперативного торможения);

- различные переключений в линиях передачи электроэнергии 6 кВ, 10кВ, 27,5 кВ и 35 кВ;

- переходных процессов, возникающих при коммутации электрических цепей с трансформаторами, преобразователями и другими приборами с индуктивным или емкостным характером входного (выходного) сопротивления.

Для разработки и проектировании эффективных мер защиты устройств ЖАТ от перенапряжений и выработки требований к приборам (аппаратуре) и схемным решениям необходимо учитывать:

– параметры воздействующих импульсов перенапряжений, которые для разных участков железных дорог имеют ряд характерных особенностей;

– защитные характеристики (параметры) аппаратуры и коммуникаций ЖАТ, включая допустимые уровни перенапряжений;

– характеристики технических средств защиты от перенапряжений.

На электрифицированных участках железных дорог дополнительно следует учитывать:

- возможность возникновения сопровождающего тока в элементах защиты в тяговой сети и ЛЭП;

- величину токов и их длительность при коротком замыкании в контактной сети и ЛЭП;

- импульсов автоматических повторных включений напряжения контактной сети (через 6-7 с после срабатывания защиты от коротких замыканий);

- генераторного режима электроподвижного состава при включенном режиме рекуперации (на участках с электротягой постоянного тока) [2].

В мае 2012 года в КТСМ на перегоне Учулен – Тенеш, являющийся частью перегона Мундыбаш-Таштагол, неоднократно повреждались модули управления и связи (МУС). Характер повреждения каждый раз заключался в перегорании импульсного блока питания модуля МУС – КАМ0705, что свидетельствовало о попадании на вход питания модуля МУС импульсов повышенного напряжения. Установленный работниками ШЧ-21 на вводе питания КТСМ осциллограф позволил установить, что импульсы повышенного напряжения возникали в момент работы на тяговой подстанции (ТПС) Ахпун инвертора. С целью защиты аппаратуры СЦБ работниками ШЧ на вводном автомате КТСМ был установлен супрессор (диод Шотки) – 1.5КЕ350СА, однако каждый раз при проходе груженого поезда со стороны ст. Тенеш в сторону ст. Учулен и применении им рекуперативного торможения указанный диод пробивало (в результате чего автомат ввода отключался). Для выяснения причин значительного искажения кривой питающего напряжения и разработки мероприятий повышающих надежность работы аппаратуры КТСМ в июне - июле 2013 года работниками Дорожной электротехнической лаборатории были произведены соответствующие измерения на ТПС Ахпун и непосредственно на КТСМ. Питание модуля КТСМ осуществляется по линии продольного электроснабжения (ПЭ), подключенной к шинам 10 кВ ТПС Ахпун (рисунок 1). Низкое качество электроэнергии питания устройств СЦБ обусловлено специфическими особенностями системы тягового электроснабжения, в частности применением на тяговых подстанциях инверторов электрической энергии. На втором этапе были произведены измерения на вводе питания модуля КТСМ. Поскольку основным документом, регламентирующим требования к электроснабжению устройств СЦБ являются Правила технической эксплуатации железных дорог, вначале с помощью измерительно-вычислительного комплекса ИВК «Омск-М» были проведены измерения уровней напряжения на вводе питания модуля КТСМ.

Рисунок 1 – Упрощенная однолинейная электрическая схема ТПС Ахпун

Проведенные сотрудниками ДЭЛ эксперименты показали:

а) при прохождении рекуперирующих поездов и работе инвертора на ТПС Ахпун супрессор на вводе питания модуля КТСМ пробивается через несколько секунд после начала применения машинистом рекуперативного торможения;

б) после отключения нагрузки модуля КТСМ от внешней сети и переводе ее на источник бесперебойного питания при прохождении рекуперирующих поездов и работе инвертора на ТПС Ахпун пробоя супрессора на вводе питания модуля КТСМ не происходит.

Вывод: выход из строя модулей МУС на стойке КТСМ-02 происходит в моменты импульсов повышенного напряжения, обусловленных усилением высших гармонических составляющих в результате работы инвертора на ТПС Ахпун при применении рекуперации.

Для защиты от импульсных перенапряжений можно изменить схемы электроснабжения. Однако это сопряжено со значительными и неоправданными капитальными затратами.

На перегоне Учелен – Тенеш для защиты устройств от импульсных перенапряжений в 2013 году было выполнено переключение от ТПС Ахпун к ТПС Алгаин. В результате данного мероприятия проблема пробоя супрессора на вводе питания модуля КТСМ больше не повторялась, в следствии отличия режимов работы ТПС.

Литература

1. Ситникова Т. Г. Способы защиты устройств СЦБ от перенапряжения [Текст] / Т. Г. Ситникова, Д. И. Селиверов // Актуальные вопросы технических наук: материалы II междунар. науч. конф. (г. Пермь, февраль 2013 г.).  — Пермь: Меркурий, 2013. — С. 24-27.

2. Защита устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от грозовых и коммутационных перенапряжений. Методические указания, ОАО «Российские железные дороги», Москва 2013 г.