Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока

Изобретение относится к системе автоматизации электроснабжения электрических железных дорог, а именно к устройствам контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока. Технический результат: повышение надежности функционирования устройства. Сущность: устройство содержит трансформатор остаточного напряжения, подключенный к контактной сети с постом секционирования. Выключатели подключают контактную сеть к шинам тяговых подстанций, реле запуска с катушкой и замыкающим с задержкой контактом. Реле запуска подключается к источнику питания "+" и "-" через последовательно включенные замыкающиеся контакты реле-повторителей защит выключателя. Фильтр снижает уровень высших гармонических в кривой остаточного напряжения, поступающего на вход фильтра низкой частоты ФНЧ с областью пропускания 0-40 Гц. Выход ФНЧ соединен с входом усилителя, который своим выходом подключен к выходному реле. 1 ил.

 

Изобретение относится к системе автоматизации электроснабжения электрических железных дорог, а именно к устройствам контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока.

Известно устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока [1], которое содержит выходное реле, трансформатор остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, подключенной через выключатели к шинам тяговых подстанций, реле запуска, у которого первый вход катушки подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит к "минусу" источника питания, а второй вход - непосредственно к "плюсу" источника питания, фильтр высших гармонических остаточного напряжения, вход которого подключен ко вторичной обмотке трансформатора остаточного напряжения через замыкающий с задержкой контакт реле запуска.

Недостаток этого устройства заключается в низкой надежности, обусловленной тем, что оно ложно срабатывает при наведенном напряжении в отключенной контактной сети. Аналогичный недостаток в других подобных устройствах [2, 3, 4].

Целью настоящего изобретения является повышение надежности функционирования за счет исключения ложных срабатываний при наведенном напряжении.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее выходное реле, трансформатор остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, подключенной через выключатели к шинам тяговых подстанций, реле запуска, у которого первый вход катушки подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит к "минусу" источника питания, а второй вход - непосредственно к "плюсу" источника питания, фильтр для фильтрации высших гармонических остаточного напряжения, вход которого подключен ко вторичной обмотке трансформатора остаточного напряжения через замыкающий с задержкой контакт реле запуска, введены фильтр низкой частоты ФНЧ с областью пропускания 0...40 Гц и усилитель, причем вход ФНЧ подключен к выходу фильтра для фильтрации высших гармонических остаточного напряжения, а выход ФНЧ - к входу усилителя, при этом выход усилителя подсоединен к входу выходного реле.

Такое выполнение устройства, при котором введены фильтр низкой частоты ФНЧ с областью пропускания 0...40 Гц и усилитель, причем вход ФНЧ подключен к выходу фильтра для фильтрации высших гармонических остаточного напряжения, а выход ФНЧ - к входу усилителя, при этом выход усилителя подсоединен к входу выходного реле, позволяет надежно отличить остаточное напряжение (частотой 40...2 Гц) в контактной сети, генерируемое электроподвижным составом (ЭПС), от наведенного напряжения частотой 50 Гц.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит трансформатор 1 остаточного напряжения, подключенный к контактной сети 2 с постом секционирования 3, выключатели 4-7 подключают контактную сеть 2 к шинам 8 и 9 тяговых подстанций, реле запуска 10 с катушкой 11 и замыкающим с задержкой (0,01 с) контактом 12, реле запуска 10 подключается к источнику питания "+" и "-" через последовательно включенные замыкающиеся контакты реле-повторители 13 и 14 защит выключателя 5. Фильтр 15 снижает уровень высших гармонических в кривой остаточного напряжения, поступающего на вход фильтра 16 низкой частоты ФНЧ с зоной пропускания 0...40 Гц. Выход ФНЧ 16 соединен с входом усилителя 17, который своим выходом подключен к выходному реле 18.

Устройство работает следующим образом. После отключения выключателей 4-7 в контактную сеть генерируется, так называемое, остаточное напряжение [2-5] от фазорасщепителей (асинхронных машин) электроподвижного состава (ЭПС), которые при нормальной работе ЭПС осуществляют питание их собственных нужд (не указаны). При устойчивом коротком замыкании (к.з.) остаточное напряжение за время меньше 0,01 с становится равным нулю. А при проходящем к.з. (т.е. при к.з., устраняющимся после отключения выключателей 4-7) остаточное напряжение равно 5-15 кВ и спадает до нуля за время 0,6...1 с и более по мере торможения фазорасщепителей. При этом частота остаточного напряжения изменяется от исходного значения 50 Гц (в момент отключения всех выключателей 4-7) до 2...7 Гц и менее. Причем уже через 0,01 с после отключения выключателей 4-7 частота остаточного напряжения становится равной 40 Гц.

В случае отключения выключателей 4, 5, 6 и 7 от защиты и при устойчивом коротком замыкании (к.з.) в контактной сети остаточное напряжение равно нулю, контакт 12 реле 11 замкнется через 0,01 с и нулевое напряжение на выходе трансформатора 1 не позволит сработать выходному реле 18. Это будет свидетельствовать об устойчивом к.з. в контактной сети, и поэтому реле 18 не даст команду на повторное включение выключателя 5 (по АПВ).

В случае отключения выключателей 4-7 от защиты при проходящем к.з. срабатывает реле запуска 11, замыкается контакт 12 и напряжение от трансформатора остаточного напряжения 1 поступает на фильтр 15, где отфильтровываются высшие гармонические остаточного напряжения. При проходящем к.з. остаточное напряжение существует 0,6-1 с и, главное, частота остаточного напряжения уменьшается по мере торможения фазорасщепителей ЭПС (частота снижается до 2...7 Гц.). Поэтому на выходе фильтра 16 ФНЧ с зоной пропускания 0...40 Гц появляется остаточное напряжение с контактой сети, которое усиливается усилителем 17. В результате срабатывает выходное реле 18, что свидетельствует об отсутствии к.з. в контактной сети, и поэтому дается команда от реле 18 на повторное включение выключателя 5 (по АПВ).

Однако и при устойчивом к.з. на выходе фильтра 15 может появиться напряжение частотой 50 Гц, если на контактную сеть будет воздействовать наведенное напряжение частотой 50 Гц (например, от линии "Два провода - рельс" - ДПР-27,5 кВ, подвешенной на опорах контактной сети, или при раздельной работе путей наведенное напряжение может появиться от контактной сети другого пути).

Поэтому, чтобы избежать ложных срабатываний введен фильтр 16 ФНЧ с частотой пропускания 0...40 Гц, который "не пропускает" напряжение частотой 50 Гц, и тогда при устойчивом к.з. и наведенном напряжении выходное реле 18 не сработает, то есть при наведенном напряжении не будет ложного срабатывания.

В качестве фильтра ФНЧ целесообразно использовать фильтры ФНЧ высокого порядка МАХ293 (МАХ294, МАХ297) фирмы Maxim Integrated Products (США) с очень эффективной фильтрацией напряжения частотой 50 Гц и выше для рассматриваемого устройства с границей пропускания ФНЧ 0...40 Гц.

Наведенное напряжение может присутствовать и в случае отсутствия устойчивого к.з. Тогда на остаточное напряжение, генерируемое фазорасщепителями ЭПС, будет накладываться наведенное напряжение частотой 50 Гц. В итоге фильтр 16 ФНЧ будет "пропускать" напряжение частотой 40 Гц и ниже и устройство сработает правильно.

Фильтр 15, отфильтровывая высшие гармонические остаточного напряжения, облегчает работу фильтра 16 ФНЧ. Однако в частном случае устройство может работать и без фильтра 15, но тогда на фильтр 16 будут возложены функции фильтрации напряжения частотой выше 40 Гц (включая высшие гармонические), что приведет к увеличению его мощности.

Для межподстанционной зоны с постами секционирования на разъединителях, как показано на фиг.1, достаточно на четыре фидера этой межподстанционной зоны иметь одно устройство контроля короткого замыкания. В этом случае работа защит и автоматики в этой зоне будет следующей.

При проходящем к.з. в любой точке межподстанционной зоны отключаются выключатели 4, 5, 6, 7, срабатывает устройство и дает команду на включение выключателя 5 от быстродействующего АПВ (0,5 с). Разъединители поста секционирования не отключаются (так как имеют задержку на отключение 2 с), напряжение поступает на всю зону и выключатели 4, 6 и 7 включаются от штатного АПВ (с выдержкой 5 с) с контролем наличия напряжения у выключателя со стороны контактной сети.

При устойчивом к.з. в бестоковую паузу при соответствующей избирательной автоматике [6] отключается один разъединитель фидера поста секционирования (через 2 с), в зоне которого произошло к.з. (пусть в зоне выключателя 6). Затем автоматически по телемеханике передаются команды с поста секционирования от остальных трех включенных разъединителей на включение соответствующих выключателей 4, 5, 7 тяговых подстанций.

Если на посту секционирования установлены выключатели с защитой, то необходимо установить рассматриваемое устройство на каждый выключатель.

Технико-экономический эффект определяется следующим [5]. По нормативным документам на выключателях фидеров контактной сети переменного тока предусмотрено автоматическое повторное включение (АПВ) фидера после его отключения от к.з.

Известно [6], что при устойчивом к.з. АПВ приводит к неминуемому пережогу контактного провода, что сопряжено в дальнейшем с большими материальными затратами.

Предлагаемое изобретение позволяет надежно фиксировать после отключения выключателя: к.з. устойчивое или проходящее. При устойчивом к.з. будет дан запрет на АПВ, что исключает пережог контактного провода, а при проходящем к.з. целесообразно выполнить быстродействующее АПВ (0,5 с), что позволяет снизить время перерыва питания контактной сети по сравнению с временем существующего АПВ (5 с) и, главное, облегчить протекание переходных процессов при повторной подаче напряжения на ЭПС.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.С. СССР №758015, МКИ G01R 31/02. Устройство испытания контактной сети / Автор ГЕРМАН Л.А. Открытия. Изобретения, опубл. 23.08.80, бюл. №31.

2. Герман Л.А. Лукконен В.Д. Указатель короткого замыкания. Электрическая и тепловозная тяга. №11, 1981, с.43-44.

3. Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог. Выпуск МИИТа, №213, Транспорт 1965 г., с.86-95.

4. Сборник ЦНИИ ТЭИ - Сер. Электрификация и энергетическое хозяйство. Вып. 14, 1965, с.3-16, "Посты секционирования и пункты параллельного соединения контактной сети переменного тока на разъединителях" (авторы Кравцов В.И., Герман Л.А., Шелом И.А.).

5. Герман Л.А., Марков А.Ю. Исследование электромагнитных процессов в тяговой сети 25 кВ после отключения токов короткого замыкания. Межвуз. Сб. науч. тр. РГОТУПС. М. РГОТУПС 2004 г.

6. Фигурнов Е.П. Релейная защита. - М. Желдориздат, 2002, 720 с.

Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока, содержащее выходное реле, трансформатор остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, подключенной через выключатели к шинам тяговых подстанций, реле запуска, у которого первый вход катушки подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит к "минусу" источника питания, а второй вход - непосредственно к "плюсу " источника питания, фильтр высших гармонических остаточного напряжения, вход которого подключен ко вторичной обмотке трансформатора остаточного напряжения через замыкающий с задержкой контакт реле запуска, отличающееся тем, что в него введены фильтр низкой частоты (ФНЧ) с областью пропускания 0-40 Гц и усилитель, причем вход ФНЧ подключен к выходу фильтра для фильтрации высших гармонических остаточного напряжения, а выход ФНЧ - к входу усилителя, при этом выход усилителя подсоединен к входу выходного реле.