Modeling the Railway Contact Line System for Fault Location Purposes
Keywords:
determining the fault location, contact line system, AC traction network, mathematical model, short circuit loop parameters, steady state calculation
Abstract
Quick identification of the damaged area is required to shorten the time of delays in train movement and reduce the damage from the electric rolling stock downtime in case of persistent short circuits in a contact line system. The operation of existing fault location indicators, including some microprocessor relay protection and automatic control devices of a contact line system, is based on the implementation of remote methods for determining fault location (DFL) using emergency mode parameters. The implementation of these methods involves the use of homogeneous models representing the traction network in a simplified form, which causes a large error of the fault location calculation and low efficiency of existing DFL methods. The influence of various factors on the error in determining the distance to the fault location can be eliminated by using detailed heterogeneous models of the traction network. The article explores known approaches to modeling an AC traction network and proposes a detailed model of a single-track section, as well as an algorithm for automated construction of an equivalent circuit and calculating the emergency mode parameters. The simulation results are updated dependences of the short circuit loop parameters on the distance to the fault location. Supposedly, the results obtained will be used to improve the accuracy of promising DFL methods.
References
1. ГОСТ 32895-2014. Электрификация и электроснабжение железных дорог. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2014, 36 с.
2. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982, 528 с.
3. Тер-Оганов Э.В., Пышкин А.А. Электроснабжение железных дорог. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014, 432 с.
4. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Ч. 2: Релейная защита устройств тягового электроснабжения железных дорог. М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2009, 603 с.
5. А.с. SU161410A1. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока / Ю.Я. Самсонов, Е.П. Фигурнов, 1964.
6. А.с. SU158328A1. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети / Е.П. Фигурнов, 1963.
7. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ-ФКС-01: руководство по эксплуатации. Ч. 2. ДИВГ.648228.082-14.01 РЭ1, 2022, 81 с.
8. Пат. RU2629734C2. Способ определения расстояния до места короткого замыкания контактной сети переменного тока (варианты) / Е.П. Фигурнов, Ю.И. Жарков, В.И. Харчевников, 2017.
9. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Анализ взаимного влияния параметров тяговой сети переменного тока на полное сопротивление петли короткого замыкания. – Вестник транспорта Поволжья, 2013, № 5 (41), с. 5–11.
10. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Влияние неоднородности системы внешнего электроснабжения на точность определения места короткого замыкания в тяговой сети. – Транспорт: наука, образование, производство (Транспорт-2019), 2019, т. 4, с. 20–24.
11. Фигурнов Е.П. и др. Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока железных дорог. – Электричество, 2021, № 11, с. 35–44.
12. Пат. RU2189606C1. Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети переменного тока и устройство для его выполнения / Е.П. Фигурнов, Ю.И. Жарков, Д.Е. Стороженко, 2002.
13. Пат. RU2566458C2. Способ определения места короткого замыкания контактной сети электрифицированного транспорта / А.С. Муратова-Милехина, А.Л. Быкадоров, Т.А. Заруцкая, 2015.
14. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Применение теории распознавания образов при определении места короткого замыкания в тяговых сетях переменного тока. – Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения, 2021, № 2 (82), с. 119–128.
15. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Повышение эффективности определения места короткого замыкания в тяговых сетях переменного тока на основе информационных технологий. – Вестник транспорта Поволжья, 2015, № 6 (54), с. 15–19.
16. Пат. RU2789434C1. Способ определения места короткого замыкания неоднородной контактной сети однопутного участка электрифицированного транспорта с двухсторонним питанием / Л.А. Герман и др., 2023.
17. Пат. RU2790576C1. Способ определения места короткого замыкания контактной сети переменного тока системы 25 кВ: / Л.А. Герман и др., 2023.
18. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А. К вопросу о моделирование работы системы тягового электроснабжения с заземленными и разземленными опорами контактной сети. – Энергетика транспорта. Актуальные проблемы и задачи: сборник научных трудов, 2019, с. 37–39.
19. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. СПб.: Лань, 2011, 672 с.
20. Герман Л.А. Совершенствование тягового электроснабжения переменного тока для повышения пропускной способности железных дорог. Иркутск: ООО «МЕДИАМИР», 2023, 185 с.
21. Правила устройства электроустановок. М.: Эксмо, 2023, 512 с.
#
1. GОSТ 32895-2014. Elektrifikatsiya i elektrosnabzhenie zhelez-nyh dorog. Terminy i opredeleniya (Electrification and Electric Supply of the Railways. Terms and Definitions). M.: Standartinform, 2014, 36 p.
2. Markvardt K.G. Elektrosnabzhenie elektrifitsirovannyh zheleznyh dorog (Power Supply of Electrified Railways). M.: Transport, 1982, 528 p.
3. Ter-Oganov E.V., Pyshkin A.A. Elektrosnabzhenie zheleznyh dorog (Power Supply of Railways). Ekaterinburg: Izd-vo UrGUPS, 2014, 432 p.
4. Figurnov E.P. Releynaya zashchita. Ch. 2: Releynaya zashchita ustroystv tyagovogo elektrosnabzheniya zheleznyh dorog (Relay Protection. Part 2: Relay Protection of Traction Power Supply Devices for Railways). M.: Uchebno-metodicheskiy tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte, 2009, 603 p.
5. А.s. SU161410A1. Ustroystvo dlya opredeleniya mesta korot-kogo zamykaniya v kontaktnoy seti zheleznyh dorog peremennogo toka (A Device for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact Network of AC Railways) / Yu.Ya. Samsonov, E.P. Figurnov, 1964.
6. А.s. SU158328A1. Ustroystvo dlya opredeleniya mesta korot-kogo zamykaniya v kontaktnoy seti (A Device for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact Network) / E.P. Figurnov, 1963.
7. Blok mikroprotsessornyy releynoy zashchity BMRZ-FKS-01: rukovodstvo po ekspluatatsii (Microprocessor Relay Protection Unit BMRZ-FKS-01: Operation Manual). Part. 2. DIVG.648228.082-14.01 RE1, 2022, 81 p.
8. Pаt. RU2629734C2. Sposob opredeleniya rasstoyaniya do mesta korotkogo zamykaniya kontaktnoy seti peremennogo toka (varianty) (A Method for Determining the Distance to the Place of a Short Circuit of an AC Contact Network (Options)) / E.P. Figurnov, Yu.I. Zharkov, V.I. Harchevnikov, 2017.
9. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Vestnik transporta Povolzh'ya – in Russ. (Bulletin of Transport of the Volga Region), 2013, No. 5 (41), pp. 5–11.
10. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Transport: nauka, obrazovanie, proizvodstvo (Transport-2019) – in Russ. (Transport: Science, Education, Production (Transport-2019)), 2019, vol. 4, pp. 20–24.
11. Figurnov E.P. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 11, pp. 35–44.
12. Pаt. RU2189606C1. Sposob opredeleniya udalennosti korot-kogo zamykaniya kontaktnoy seti peremennogo toka i ustroystvo dlya ego vypolneniya (A Method for Determining the Distance of a Short Circuit of an AC Contact Network and a Device for Its Execution) / E.P. Figurnov, Yu.I. Zharkov, D.E. Storozhenko, 2002.
13. Pаt. RU2566458C2. Sposob opredeleniya mesta korotkogo zamykaniya kontaktnoy seti elektrifitsirovannogo transporta (A Method for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact Network of Electrified Transport) / A.S. Muratova-Milekhina, A.L. Bykadorov, T.A. Zarutskaya, 2015.
14. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soob-shcheniya – in Russ. (Bulletin of the Rostov State University of Railway Engineering), 2021, No. 2 (82), pp. 119–128.
15. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Vestnik transporta Povolzh'ya – in Russ. (Bulletin of Transport of the Volga Region), 2015, No. 6 (54), pp. 15–19.
16. Pаt. RU2789434C1. Sposob opredeleniya mesta korotkogo zamykaniya neodnorodnoy kontaktnoy seti odnoputnogo uchastka elektrifitsirovannogo transporta s dvuhstoronnim pitaniem (A method for Determining the Location of a Short Circuit of an Inhomogeneous Contact Network of a Single-Track Section of Electrified Transport with Two-Way Power Supply) / L.А. German et al., 2023.
17. Pаt. RU2790576C1. Sposob opredeleniya mesta korotkogo zamykaniya kontaktnoy seti peremennogo toka sistemy 25 kV (A Method for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact AC Network of a 25 kV System): / L.А. German et al., 2023.
18. Bykadorov A.L., Zarutskaya Т.А. Energetika transporta. Aktual'nye problemy i zadachi: sbornik nauchnyh trudov – in Russ. (Transport energy. Current Problems and Challenges: Collection of Scientific Papers), 2019, pp. 37–39.
19. Demidovich B.P., Maron I.A. Osnovy vychislitel'noy matematiki (Fundamentals of Computational Mathematics). SPb.: Lan', 2011, 672 p.
20. German L.A. Sovershenstvovanie tyagovogo elektrosnabzhe-niya peremennogo toka dlya povysheniya propusknoy sposobnosti zheleznyh dorog (Improvement of Traction AC Power Supply to Increase the Capacity of Railways). Irkutsk: OOO «MEDIAMIR», 2023, 185 p.
21. Pravila ustroystva elektroustanovok (Rules for the Installation of Electrical Installations). M.: Eksmo, 2023, 512 p.
2. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982, 528 с.
3. Тер-Оганов Э.В., Пышкин А.А. Электроснабжение железных дорог. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014, 432 с.
4. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Ч. 2: Релейная защита устройств тягового электроснабжения железных дорог. М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2009, 603 с.
5. А.с. SU161410A1. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока / Ю.Я. Самсонов, Е.П. Фигурнов, 1964.
6. А.с. SU158328A1. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети / Е.П. Фигурнов, 1963.
7. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ-ФКС-01: руководство по эксплуатации. Ч. 2. ДИВГ.648228.082-14.01 РЭ1, 2022, 81 с.
8. Пат. RU2629734C2. Способ определения расстояния до места короткого замыкания контактной сети переменного тока (варианты) / Е.П. Фигурнов, Ю.И. Жарков, В.И. Харчевников, 2017.
9. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Анализ взаимного влияния параметров тяговой сети переменного тока на полное сопротивление петли короткого замыкания. – Вестник транспорта Поволжья, 2013, № 5 (41), с. 5–11.
10. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Влияние неоднородности системы внешнего электроснабжения на точность определения места короткого замыкания в тяговой сети. – Транспорт: наука, образование, производство (Транспорт-2019), 2019, т. 4, с. 20–24.
11. Фигурнов Е.П. и др. Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока железных дорог. – Электричество, 2021, № 11, с. 35–44.
12. Пат. RU2189606C1. Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети переменного тока и устройство для его выполнения / Е.П. Фигурнов, Ю.И. Жарков, Д.Е. Стороженко, 2002.
13. Пат. RU2566458C2. Способ определения места короткого замыкания контактной сети электрифицированного транспорта / А.С. Муратова-Милехина, А.Л. Быкадоров, Т.А. Заруцкая, 2015.
14. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Применение теории распознавания образов при определении места короткого замыкания в тяговых сетях переменного тока. – Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения, 2021, № 2 (82), с. 119–128.
15. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Муратова-Милехина А.С. Повышение эффективности определения места короткого замыкания в тяговых сетях переменного тока на основе информационных технологий. – Вестник транспорта Поволжья, 2015, № 6 (54), с. 15–19.
16. Пат. RU2789434C1. Способ определения места короткого замыкания неоднородной контактной сети однопутного участка электрифицированного транспорта с двухсторонним питанием / Л.А. Герман и др., 2023.
17. Пат. RU2790576C1. Способ определения места короткого замыкания контактной сети переменного тока системы 25 кВ: / Л.А. Герман и др., 2023.
18. Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А. К вопросу о моделирование работы системы тягового электроснабжения с заземленными и разземленными опорами контактной сети. – Энергетика транспорта. Актуальные проблемы и задачи: сборник научных трудов, 2019, с. 37–39.
19. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. СПб.: Лань, 2011, 672 с.
20. Герман Л.А. Совершенствование тягового электроснабжения переменного тока для повышения пропускной способности железных дорог. Иркутск: ООО «МЕДИАМИР», 2023, 185 с.
21. Правила устройства электроустановок. М.: Эксмо, 2023, 512 с.
#
1. GОSТ 32895-2014. Elektrifikatsiya i elektrosnabzhenie zhelez-nyh dorog. Terminy i opredeleniya (Electrification and Electric Supply of the Railways. Terms and Definitions). M.: Standartinform, 2014, 36 p.
2. Markvardt K.G. Elektrosnabzhenie elektrifitsirovannyh zheleznyh dorog (Power Supply of Electrified Railways). M.: Transport, 1982, 528 p.
3. Ter-Oganov E.V., Pyshkin A.A. Elektrosnabzhenie zheleznyh dorog (Power Supply of Railways). Ekaterinburg: Izd-vo UrGUPS, 2014, 432 p.
4. Figurnov E.P. Releynaya zashchita. Ch. 2: Releynaya zashchita ustroystv tyagovogo elektrosnabzheniya zheleznyh dorog (Relay Protection. Part 2: Relay Protection of Traction Power Supply Devices for Railways). M.: Uchebno-metodicheskiy tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte, 2009, 603 p.
5. А.s. SU161410A1. Ustroystvo dlya opredeleniya mesta korot-kogo zamykaniya v kontaktnoy seti zheleznyh dorog peremennogo toka (A Device for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact Network of AC Railways) / Yu.Ya. Samsonov, E.P. Figurnov, 1964.
6. А.s. SU158328A1. Ustroystvo dlya opredeleniya mesta korot-kogo zamykaniya v kontaktnoy seti (A Device for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact Network) / E.P. Figurnov, 1963.
7. Blok mikroprotsessornyy releynoy zashchity BMRZ-FKS-01: rukovodstvo po ekspluatatsii (Microprocessor Relay Protection Unit BMRZ-FKS-01: Operation Manual). Part. 2. DIVG.648228.082-14.01 RE1, 2022, 81 p.
8. Pаt. RU2629734C2. Sposob opredeleniya rasstoyaniya do mesta korotkogo zamykaniya kontaktnoy seti peremennogo toka (varianty) (A Method for Determining the Distance to the Place of a Short Circuit of an AC Contact Network (Options)) / E.P. Figurnov, Yu.I. Zharkov, V.I. Harchevnikov, 2017.
9. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Vestnik transporta Povolzh'ya – in Russ. (Bulletin of Transport of the Volga Region), 2013, No. 5 (41), pp. 5–11.
10. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Transport: nauka, obrazovanie, proizvodstvo (Transport-2019) – in Russ. (Transport: Science, Education, Production (Transport-2019)), 2019, vol. 4, pp. 20–24.
11. Figurnov E.P. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 11, pp. 35–44.
12. Pаt. RU2189606C1. Sposob opredeleniya udalennosti korot-kogo zamykaniya kontaktnoy seti peremennogo toka i ustroystvo dlya ego vypolneniya (A Method for Determining the Distance of a Short Circuit of an AC Contact Network and a Device for Its Execution) / E.P. Figurnov, Yu.I. Zharkov, D.E. Storozhenko, 2002.
13. Pаt. RU2566458C2. Sposob opredeleniya mesta korotkogo zamykaniya kontaktnoy seti elektrifitsirovannogo transporta (A Method for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact Network of Electrified Transport) / A.S. Muratova-Milekhina, A.L. Bykadorov, T.A. Zarutskaya, 2015.
14. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soob-shcheniya – in Russ. (Bulletin of the Rostov State University of Railway Engineering), 2021, No. 2 (82), pp. 119–128.
15. Bykadorov A.L., Zarutskaya T.A., Muratova-Milekhina A.S. Vestnik transporta Povolzh'ya – in Russ. (Bulletin of Transport of the Volga Region), 2015, No. 6 (54), pp. 15–19.
16. Pаt. RU2789434C1. Sposob opredeleniya mesta korotkogo zamykaniya neodnorodnoy kontaktnoy seti odnoputnogo uchastka elektrifitsirovannogo transporta s dvuhstoronnim pitaniem (A method for Determining the Location of a Short Circuit of an Inhomogeneous Contact Network of a Single-Track Section of Electrified Transport with Two-Way Power Supply) / L.А. German et al., 2023.
17. Pаt. RU2790576C1. Sposob opredeleniya mesta korotkogo zamykaniya kontaktnoy seti peremennogo toka sistemy 25 kV (A Method for Determining the Location of a Short Circuit in the Contact AC Network of a 25 kV System): / L.А. German et al., 2023.
18. Bykadorov A.L., Zarutskaya Т.А. Energetika transporta. Aktual'nye problemy i zadachi: sbornik nauchnyh trudov – in Russ. (Transport energy. Current Problems and Challenges: Collection of Scientific Papers), 2019, pp. 37–39.
19. Demidovich B.P., Maron I.A. Osnovy vychislitel'noy matematiki (Fundamentals of Computational Mathematics). SPb.: Lan', 2011, 672 p.
20. German L.A. Sovershenstvovanie tyagovogo elektrosnabzhe-niya peremennogo toka dlya povysheniya propusknoy sposobnosti zheleznyh dorog (Improvement of Traction AC Power Supply to Increase the Capacity of Railways). Irkutsk: OOO «MEDIAMIR», 2023, 185 p.
21. Pravila ustroystva elektroustanovok (Rules for the Installation of Electrical Installations). M.: Eksmo, 2023, 512 p.
Published
2024-01-25
Issue
Section
Article
