Способ управления автоматическим повторным включением выключателя подстанции контактной сети переменного тока двухпутного участка

Изобретение относится к системной автоматике электрифицированных железных дорог, а именно к способу управления автоматическим повторным включением (АПВ) выключателя фидера с контролем устойчивого короткого замыкания (КЗ) в отключенной контактной сети (КС) переменного тока двухпутного участка. Задача изобретения - повышение надежности АПВ. Технический результат заключается в повышении надежности определения коротких замыканий в КС при протекании по смежному пути токов нагрузки. Сущность: контроль наведенного напряжения U в отключенной КС и тока второй питающей смежной линии контактной сети I₂. При этом согласно способу если U больше U*, где U* - расчетное наведенное напряжение в случае устойчивого короткого замыкания на первой питающей линии при указанном токе смежной линии I₂, то разрешается повторное включение выключателя, в противном случае повторное включение запрещается. 2 ил.

 

«Область техники, к которой относится изобретение»

Изобретение относится к системной автоматике электрифицированных железных дорог, а именно к способу управления АПВ выключателя питающей линии КС с контролем устойчивого короткого замыкания (КЗ) в отключенной контактной сети (КС) переменного тока двухпутного участка.

«Уровень техники»

Автоматизация тяговой сети переменного тока с АПВ выключателей питающих линий КС рассмотрены в [1], где предложены различные варианты устройств, определяющие, исчезло ли КЗ после отключения выключателя. В [2] предложено АПВ выключателя для двухпутного участка с контролем гармоник наведенного напряжения. Однако при новом подвижном составе с асинхронными двигателями, а также при включении статических генераторов реактивной мощности (СГРМ) уровень третьей гармоники в отключенной КС не будет отражать реальное наведенное напряжение магнитного влияния, и поэтому становится невозможным гарантировано установить наличие устойчивого КЗ. В [3] предложено АПВ выключателя для двухпутного участка с контролем уровня наведенного напряжения при включенной и отключенной контактной сети смежного (второго) пути.

Принимаем [3] за прототип. Таким образом, рассматриваем Способ управления автоматическим повторным включением выключателя подстанции контактной сети переменного тока с двумя питающими линиями двухпутного участка с постом секционирования и с трансформатором напряжения и с реле напряжения для контроля наведенного напряжения в контактной сети, причем выключатель и трансформатор напряжения установлены на питающей линии контактной сети первого пути, и к трансформатору напряжения подключена катушка реле напряжения через размыкающий блок-контакт выключателя питающей линии первого пути, а по опорам контактной сети проходит линия ДПР (линия два провода рельс), заключающийся в том, что после аварийного отключения выключателя измеряют наведенное напряжение U в контактной сети первого пути.

Недостаток этого способа [3]. Уровни наведенного напряжения электрического влияния при отсутствии КЗ (проходящее КЗ) и уровни наведенного напряжения магнитного влияния при устойчивом КЗ в ряде случаев соизмеримы, и поэтому нельзя надежно распознать: исчезло или осталось замыкание в контактной сети перед АПВ.

«Раскрытие изобретения»

Задача изобретения - повысить надежность определения устойчивого или проходящего КЗ в отключенной КС для управления АПВ.

Для достижения указанной задачи предложен способ управления автоматическим повторным включением выключателя подстанции контактной сети переменного тока с двумя питающими линиями двухпутного участка с постом секционирования и с трансформатором напряжения и с реле напряжения для контроля наведенного напряжения в контактной сети, причем выключатель со схемой управления и трансформатор напряжения установлены на питающей линии контактной сети первого пути, и к трансформатору напряжения подключена катушка реле напряжения через размыкающий блок-контакт выключателя питающей линии первого пути, а по опорам контактной сети проходит линия два провода рельс ДПР, заключающийся в том, что после аварийного отключения выключателя измеряют наведенное напряжение U в контактной сети первого пути. Согласно способу вводят трансформатор тока на питающую линию контактной сети второго пути, а в схему управления - контролируемый ток этого трансформатора тока h и рассчитывают от тока 1 г наведенное напряжение магнитного влияния U* и, если U больше U*, где U* - расчетное наведенное напряжение в случае устойчивого короткого замыкания на питающей линии первого пути при указанном токе смежной линии, то разрешается повторное включение выключателя, в противном случае повторное включение запрещается.

«Краткое описание чертежей»

Для пояснения предлагаемого способа управления АПВ на Фиг. 1 представлена структурную схему по способу управления АПВ выключателем питающей линии контактной сети. Фиг. 2 относится к расчету наведенного напряжения магнитного влияния.

«Осуществление изобретения»

На Фиг. 1 приведены следующие обозначения:

1 - шины 27,5 кВ тяговой подстанции.

2, 3 - выключатели питающих линий КС 1 и 2 путей.

4 - выключатель питающей линии ДПР.

5, 6 - контактная сеть нечетного (первого) и четного (второго) путей.

7 - линия ДПР.

8 - трансформатор напряжения ТН контроля наведенного напряжения.

9 - трансформатор тока выключателя смежной питающей линии.

10 - пост секционирования контактной сети.

11 - размыкающий блок-контакт выключателя 2.

12 - блок измерения напряжения.

13 - блок измерения тока выключателя смежной питающей линии.

14 - расчетный блок

15 - блок сравнения U>U*.

16 - команда на запрет включения выключателя.

17 - команда на включение выключателя по АПВ.

В соответствие с [4] при исследовании электромагнитных процессов будем рассматривать отдельно электрическое влияние, связанное с наличием в проводах КС и (или) ДПР напряжения, и магнитное влияние, обусловленное прохождением по тяговой сети переменного тока.

Влияние смежного пути учитывают путем определения магнитной составляющей наведенного напряжения по фактически измеренному току питающей смежной линии КС второго пути - I₂ и коэффициенту магнитного влияния К_М, учитывающему магнитную связь между отключенной КС первого пути и КС смежного второго пути. Задача состоит в том, чтобы определить и сравнить наведенное напряжение в КС первого пути при наличии и отсутствии КЗ на этом же пути, но при наличии нагрузки на втором пути.

Рассмотрим определение наведенного напряжения, обусловленного магнитной составляющей от тока смежного пути по [5]. Предлагаем принимать расчетное место КЗ на первом пути - середина участка между подстанциями, то есть - у ПС-АВ, Фиг. 2 (выключатели QA1, QB1, QB2, QПA1. - отключены, остальные выключатели - включены).

Наведенное напряжение в начале линии (в месте установки TV) при заземлении ее на противоположном конце (устойчивое КЗ у ПС, Фиг. 2) равно [5]:

где - удельное сопротивление взаимной индукции между влияющей и подверженной влиянию линиями (Ом/км), которое зависит от ширины сближения - а (расстояние между смежными путями) и проводимости земли σ; I_B=I₂ - влияющий ток равен измеренному току смежной питающей линии; - длина сближения (длина отключенного участка КС, находящегося в зоне влияния смежного пути); S=S_T⋅S_P - результирующий коэффициент экранирующего действия, определяется по [5] в зависимости от наличия отсасывающих трансформаторов (при их отсутствии S_T=1) и ширины сближения (коэффициент экранирующего действия рельсов, S_P).

Для конкретного участка (между тяговой подстанцией и ПС) параметры Z_M, S, будут постоянными величинами, поэтому можно заменить их произведение коэффициентом магнитного влияния:

тогда формула (1) примет вид:

При контроле тока смежной питающей линии I₂ не известно, на каком расстоянии от тяговой подстанции находится ЭПС (неизвестно ), очевидно, что наибольшее влияние ЭПС окажет при сосредоточении у ПС или между ПС и смежной подстанцией (Фиг. 2), тогда влияние будет вдоль всей отключенной КС, ( см. Фиг. 2).

При расчете наведенного напряжения от I₂ учтем падение напряжения ΔU, которое, наряду с U_M, будет присутствовать при устойчивом КЗ в отключенной КС в месте установки TV:

где ΔU_Э - максимальное падение напряжение при металлическом устойчивом КЗ (определяется опытным путем, завешиванием штанги на отключенную КС и рельс при I₂=0 [1]); К_З=2÷3 - коэффициент запаса, учитывающий увеличение ΔUэ из-за переходного сопротивления между поврежденным элементом тяговой сети и заземленными конструкциями, при устойчивом но не металлическом КЗ. По опыту измерений на Горьковской ж.д. на разных участках в различных ситуациях при устойчивом металлическом КЗ максимальное падение напряжения ΔU_Э не превосходило 80-100 В [1].

Результирующее наведенное напряжение U* в отключенной КС при токе питающей смежной линии второго пути I₂ равно векторной сумме [6]:

где U* - расчетное наведенное напряжение в случае устойчивого КЗ на первой питающей линии при указанном токе смежной лини.

При условии U>U* (измеренное наведенное напряжение превышает максимальное расчетное при устойчивом КЗ) делается вывод об отсутствии устойчивого КЗ в отключенной КС.

По опыту измерений на Горьковской ж.д. на разных участках в различных ситуациях при отсутствии устойчивого КЗ минимальное напряжение на TV при отключенной КС и работающих КС смежного пути и ДПР составляло 1000-3000 В и более [1].

Таким образом, данный способ управления АПВ, во-первых, не зависит от типа ЭПС или наличия или отсутствия на зоне СГРМ, т.е. является универсальным способом, во-вторых, основываясь на измеренном токе смежной питающей линии, обеспечивает необходимую чувствительность для контроля устойчивого КЗ.

Разберем работу схемы, реализующей предлагаемый способ управления АПВ. Пусть ПС - с индивидуальной защитой каждого выключателя. Тогда при работе защиты на питающей линии 2 пути отключается ее выключатель и одновременно выключатель питающей линии на ПС 10, кроме того, замыкается выходной блок-контакт 11 выключателя 2. Контактная сеть 5 остается без напряжения питания. Наведенное напряжение от трансформатора напряжения 8 поступает на блок 12 измерения напряжения, ток смежной питающей линии от трансформатора тока 9 поступает на блок 13 измерения тока. Далее определяют в расчетном блоке 14 напряжение U*. Если по блоку сравнения 15 условие U>U* не выполняется, то дается команда на запрет включения выключателя (16). Если же по блоку сравнения 15 U>U*, то дается команда на включения 17 выключателя питающей линии 2.

Если ПС на выключателях с групповой защитой с выдержкой времени или на разъединителях [1], то при КЗ отключаются выключатели всех питающих линий межподстанционной зоны, КС обоих путей обесточена, контролируемый ток (I₂) смежной питающей линии равен нулю. Расчетное наведенное напряжение при этом:

Контроль устойчивого КЗ будет осуществлен путем оценки величины электрического влияния от линии ДПР. Согласно опытным данным [1] при влиянии только линии ДПР в случае проходящего КЗ величина измеренного наведенного напряжения составит 1000-2500 В, а в случае устойчивого КЗ оно, как указано, не превысит 80-100 В, при такой разности значений будет обеспечен гарантированный контроль устойчивого или проходящего КЗ.

Технико-экономический эффект изобретения определяется снижением числа пережогов и объемов повреждения тяговой сети в аварийных ситуациях, а также снижением износа коммутационной аппаратуры и силовых трансформаторов.

Литература

1. Герман Л.А., Герман В.Л. Автоматизация электроснабжения тяговой сети переменного тока. / Монография М.: МИИТ, 2014. - 173 с

2. Патент на изобретение №2498328 от 19.04.2012 Способ управления автоматическим повторным включением выключателя фидера с контролем короткого замыкания в контактной сети (Герман Л.А., Герман В.Л.)

3. Патент на изобретение №2531025 от 07.09.12 Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока двухпутного участка железной дороги (Герман Л.А., Герман В.Л., Жевлаков Д.А., Попов А.Ю.)

4. Ратнер М.П. Индуктивное влияние электрифицированных железных дорог на электрические сети и трубопроводы. М.: Транспорт, 1966 - 164 с.

5. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т. 1 / Под редакцией К.Г. Марквардта // М.: «Транспорт», 1980. - 256 с.

6. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость / Учебник для вузов ж.д. транспорта // М: УМК МПС, 2002. - 638 с.

Способ управления автоматическим повторным включением выключателя подстанции контактной сети переменного тока с двумя питающими линиями двухпутного участка с постом секционирования и с трансформатором напряжения и с реле напряжения для контроля наведенного напряжения в контактной сети, причем выключатель со схемой управления и трансформатор напряжения установлены на питающей линии контактной сети первого пути, и к трансформатору напряжения подключена катушка реле напряжения через размыкающий блок-контакт выключателя питающей линии первого пути, а по опорам контактной сети проходит линия два провода рельс ДПР, заключающийся в том, что после аварийного отключения выключателя измеряют наведенное напряжение U в контактной сети первого пути, отличающийся тем, что вводят трансформатор тока на питающую линию контактной сети второго пути, а в схему управления - контролируемый ток этого трансформатора тока I₂, и рассчитывают от тока I₂ наведенное напряжение магнитного влияния U* и, если U больше U*, где U* - расчетное наведенное напряжение в случае устойчивого короткого замыкания на питающей линии первого пути при указанном токе смежной линии, разрешается повторное включение выключателя, в противном случае повторное включение запрещается.