устройство контроля короткого замыкания в тяговой сети переменного тока

Формула изобретения

Устройство контроля короткого замыкания в тяговой сети переменного тока, содержащее выходное реле, первый трансформатор остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, подключенной через выключатели к шинам тяговых подстанций, второй трансформатор напряжения шин тяговой подстанции, реле запуска с тремя замыкающими контактами, у которого первый вход катушки подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит к «минусу» источника питания, блок сравнения фаз напряжений контактной сети и шин, подключенный первым входом через фильтр высших гармоник остаточного напряжения и первый замыкающий контакт реле запуска к первому трансформатору остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования и вторым входом через второй замыкающий контакт реле запуска - ко второму трансформатору напряжения шин тяговой подстанции, отличающееся тем, что в него введены реле напряжения, подключенное ко вторичной обмотке первого трансформатора остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, блок времени формирования интервала времени и блок контроля изменения фазы остаточного напряжения на этом интервале времени, который включает замыкающие контакты первого и второго реле блока времени формирования интервала времени, входы которых соединены и подключены к выходу блока сравнения фаз напряжений контактной сети и шин, а выход замыкающего контакта первого реле блока времени формирования интервала времени подключен к первому накопительному конденсатору и к входу первого замыкающего контакта третьего реле блока времени формирования интервала времени, а выход замыкающего контакта второго реле блока времени формирования интервала времени подключен ко второму накопительному конденсатору и к входу второго замыкающего контакта третьего реле блока времени формирования интервала времени, выходы замыкающих первого и второго контактов третьего реле блока времени формирования интервала времени подключены через резисторы соответственно к первому и второму входам компаратора, выход которого соединен с выходным реле устройства, причем второй вход компаратора также подключен через резистор к подвижному контакту потенциометра, включенного к источнику питания, при этом в блоке времени формирования интервала времени вход генератора подключен к источнику питания через третий замыкающий контакт реле запуска, а выход генератора соединен с входом счетчика импульсов, выходы которого подсоединены через резисторы к базам транзисторов первого, второго и третьего реле, подключенных к источнику питания, причем замыкающий с задержкой контакт реле напряжения подключен одним выводом ко второму входу катушки реле запуска, а вторым выводом - к "плюсу" источника питания.

Описание изобретения к патенту

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

Известно устройство контроля короткого замыкания (КЗ) в тяговой сети переменного тока [1], которое содержит выходное реле, первый трансформатор остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, подключенной через выключатели к шинам тяговых подстанций, второй трансформатор напряжения шин тяговой подстанции, реле запуска с тремя замыкающими контактами, у которого первый вход катушки подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит к «минусу» источника питания, блок сравнения фаз напряжений контактной сети и шин, подключенный первым входом через фильтр высших гармоник остаточного напряжения и первый замыкающий контакт реле запуска к первому трансформатору остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования и вторым входом через второй замыкающий контакт реле запуска ко второму трансформатору напряжения шин тяговой подстанции.

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, первый трансформатор остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, подключенной через выключатели к шинам тяговых подстанций, второй трансформатор напряжения шин тяговой подстанции, реле запуска с тремя замыкающими контактами, у которого первый вход катушки подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит к «минусу» источника питания, блок сравнения фаз напряжений контактной сети и шин, подключенный первым входом через фильтр высших гармоник остаточного напряжения и первый замыкающий контакт реле запуска к первому трансформатору остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования и вторым входом через второй замыкающий контакт реле запуска ко второму трансформатору напряжения шин тяговой подстанции, введены реле напряжения, подключенное ко вторичной обмотке первого трансформатора остаточного напряжения контактной сети с постом секционирования, блок времени формирования интервала времени и блок контроля изменения фазы остаточного напряжения на этом интервале времени, который включает замыкающие контакты первого и второго реле блока времени формирования интервала времени, входы которых соединены и подключены к выходу блока сравнения фаз напряжений контактной сети и шин, а выход замыкающего контакта первого реле блока времени формирования интервала времени подключен к первому накопительному конденсатору и к входу первого замыкающего контакта третьего реле блока времени формирования интервала времени, а выход замыкающего контакта второго реле блока времени формирования интервала времени подключен по второму накопительному конденсатору и к входу второго замыкающего контакта третьего реле блока времени формирования интервала времени, выходы замыкающих первого и второго контактов третьего реле блока времени формирования интервала времени подключены через резисторы соответственно к первому и второму входам компаратора, выход которого соединен с выходным реле устройства, причем второй вход компаратора также подключен через резистор к подвижному контакту потенциометра, включенного к источнику питания, при этом в блоке времени формирования интервала времени вход генератора подключен к источнику питания через третий замыкающий контакт реле запуска, а выход генератора соединен с входом счетчика импульсов, выходы которого подсоединены через резисторы к базам транзисторов первого, второго и третьего реле, подключенных к источнику питания, причем замыкающий с задержкой контакт реле напряжения подключен одним выводом ко второму входу катушки реле запуска, а вторым выводом - к «плюсу» источника питания.

Такое выполнение устройства, при котором введены реле напряжения, подключенное к вторичной обмотке первого трансформатора остаточного напряжения, блок времени формирования интервала времени и блок контроля изменения фазы остаточного напряжения на этом интервале времени, который включает замыкающие контакты первого и второго реле блока времени, входы которых соединены и подключены к выходу блока сравнения фаз напряжения контактной сети и шин, а выход замыкающего контакта первого реле блока времени подключен к первому накопительному конденсатору и к входу первого замыкающего контакта третьего реле блока времени, а выход замыкающего контакта второго реле блока времени подключен ко второму накопительному конденсатору и к входу второго замыкающего контакта третьего реле блока времени, выходы замыкающих первого и второго контактов третьего реле блока времени подключены через резисторы соответственно к первому и второму входам компаратора, выход которого соединен с выходным реле устройства, причем второй вход компаратора также подключен через резистор к подвижному контакту потенциометра, включенного к источнику питания, при этом в блоке времени формирования интервала времени вход генератора подключен к источнику питания через третий замыкающий контакт реле запуска, а выход генератора соединен с входом счетчика импульсов, выходы которого подсоединены через резисторы к базам транзисторов первого, второго и третьего реле, подключенных к источнику питания, причем замыкающий с задержкой контакт реле напряжения подключен одним выводом ко второму входу катушки реле запуска, а вторым выводом - к «плюсу» источника питания, позволяет определить изменение фазы остаточного напряжения на интервале времени, что характерно для остаточного напряжения, фаза которого плавно изменяется со временем, и надежно отличить остаточное напряжение в контактной сети, генерируемое электровозами, от наведенного напряжения, фаза которого практически не изменяется.

На фиг.1 представлена схема устройства с блоком контроля изменения фазы остаточного напряжения, а на фиг.2 - схема блока времени формирования интервала времени.

Устройство содержит (фиг.1) первый трансформатор 1 остаточного напряжения контактной сети 30 с постом секционирования 31, реле напряжения 40 с задержкой на срабатывание (0,01 сек), подключенное к вторичной обмотке первого трансформатора 1 остаточного напряжения контактной сети 30 с постом секционирования 31, выключатели 26-29 подключают контактную сеть 30 к шинам 25 и 34 тяговых подстанций, второй трансформатор 2 напряжения шин тяговой подстанции подключен к шинам 25 тяговой подстанции, реле запуска 3 содержит катушку 4 и замыкающие контакты 5, 6 и 36, реле запуска 3 подключается к источнику питания «+», «-» через последовательно включенные замыкающиеся контакты-повторители 32 и 33 защит выключателя 28 и замыкающий с задержкой контакт 35 реле напряжения 40, фильтр 7 высших гармоник остаточного напряжения снижает уровень высших гармонических в кривой остаточного напряжения, поступающего на вход блока сравнения 8 фаз напряжения контактной сети 30 и шин 25 подстанции, блок контроля 9 изменения фазы остаточного напряжения содержит замыкающие контакты 10, 11, 12 транзисторных реле соответственно 22, 23, 24 блока времени формирования интервала времени (фиг.2), накопительные конденсаторы 13 и 14. резисторы 15 и 16, потенциометр 17 и компаратор 18, выходное реле 19. Блок времени формирования интервала времени (фиг.2) содержит генератор импульсов 20, счетчик импульсов 21, резисторы 37, 38, 39 и транзисторные реле: первое 22, второе 23 и третье 24. Замыкающий контакт 36 реле запуска 3 запускает блок времени формирования интервала времени через генератор 20.

Устройство работает следующим образом. После отключения выключателей 26-29 в контактную сеть генерируется так называемое остаточное напряжение от фазорасщепителей (асинхронных машин) электроподвижного состава (ЭПС), которые при нормальной работе ЭПС являются источниками питания их собственных нужд (на фиг. не указаны). При устойчивом КЗ остаточное напряжение за время меньше 0,01 сек становится равным нулю. А при проходящем К3 (т.е. при КЗ, устраняющемся после отключения выключателей 26-29) остаточное напряжение равно 5-15 кВ и спадает до нуля за время 0,6...1 с и более по мере торможения фазорасщепителя. Блок сравнения 8 фаз напряжений контактной сети и шин (остаточного напряжения с контактной сети 30 и напряжения шин 25) выполнен таким образом, что напряжение на его выходе зависит от угла сдвига фаз указанных напряжений. В случае отключения выключателей 26, 27, 28 и 29 от защиты и при устойчивом коротком замыкании КЗ в контактной сети остаточное напряжение равно нулю, реле 40 (с задержкой на срабатывание 0,01 сек) не сработает и на выходе блока сравнения 8 фаз напряжений контактной сети и шин напряжение равно нулю.

В случае отключения выключателей 26-29 от защиты при проходящем КЗ срабатывает реле 40, а затем реле запуска 3 (так как замыкаются контакты 32, 33 и 35), замыкаются контакты 5 и 6 и напряжения от первого трансформатора 1 остаточного напряжения контактной сети 30 с постом секционирования 31 и от второго трансформатора 2 напряжения шин тяговой подстанции поступают на блок сравнения 8 фаз напряжений контактной сети и шин. При проходящем КЗ остаточное напряжение существует 0,6-1 сек и, главное, фаза остаточного напряжения относительно фазы напряжения шин увеличивается по мере торможения фазорасщепителя ЭПС. Поэтому на выходе блока 8 появляется напряжение, которое возрастает по мере увеличения угла сдвига фаз указанных напряжений. Однако и при устойчивом КЗ на выходе блока сравнения 8 фаз напряжений контактной сети и шин может появиться напряжение, если на контактную сеть будет воздействовать наведенное напряжение частотой 50 Гц (например, от линии «Два провода - рельс» - ДПР - 27,5 кВ, подвешенных на опорах контактной сети, или при раздельной работе путей наведенное напряжение может быть от контактной сети другого пути). При этом сдвиг фаз напряжений шин и наведенного может быть любым, но, главное, постоянным на сравнительно небольшом отрезке времени (несколько секунд). Поэтому, чтобы избежать ложных срабатываний, введен блок времени формирования интервала времени (фиг.2) и блок контроля 9 изменения фазы остаточного напряжения. Генератор 20 импульсов блока времени запускается от контакта 36 реле запуска 3, после чего начинает работать счетчик импульсов 21, кратковременно срабатывает реле 22 (и его контакт 10), затем через 0,05-0.08 сек кратковременно срабатывает реле 23 (и его контакт 11) и далее 24 (и его контакт 12).

При замыкании контакта 10 реле 22 заряжается накопительный конденсатор 13, далее при замыкании контакта 11 заряжается накопительный конденсатор 14 и, наконец, при замыкании контактов 12 напряжения от конденсаторов 13 и 14 поступают на два входа компаратора 18. При заданной разности напряжений компаратор 18 дает разрешение на включение выходного реле устройства 19. При остаточном напряжении в контактной сети напряжение на накопительном конденсаторе 14 будет больше, чем на накопительном конденсаторе 13, что и зафиксирует компаратор 18 и даст команду на включение реле 19. Если же в контактной сети при устойчивом КЗ будет наведенное напряжение, то напряжения на накопительных конденсаторах 13 и 14 будут одинаковыми и компаратор 18 не даст разрешения на включение выходного реле 19. Заданная разность напряжений на компараторе регулируется потенциометром 17.

Наведенное напряжение может присутствовать и в случае отсутствия устойчивого КЗ. Тогда на остаточное напряжение, генерируемое фазорасщепителями ЭПС, будет накладываться наведенное напряжение частотой 50 Гц с условно неизменяющейся фазой. В итоге у суммарного напряжения фаза будет увеличиваться и устройство сработает правильно.

Блок сравнения 8 фаз напряжений контактной сети и шин, в котором выходное напряжение увеличивается при увеличении разности фаз напряжений, может быть выполнен различными способами [5] и, в частности, с помощью кольцевого модулятора [2, 5] или на интегральной микросхеме К174ХА4 [8]. Технико-экономический эффект определяется следующим [6]. По нормативным документам на выключателях фидеров контактной сети переменного тока предусмотрено автоматическое повторное включение (АПВ) фидера после его отключения от КЗ.

Известно |7], что при устойчивом КЗ АПВ приводит к неминуемому пережогу контактного провода, что сопряжено в дальнейшем с большими материальными затратами.

Предлагаемое изобретение позволяет надежно фиксировать после отключения выключателя: КЗ устойчивое или проходящее. При устойчивом КЗ будет дан запрет на АПВ, что исключает пережог контактного провода, а при проходящем КЗ целесообразно выполнить быстродействующее АПВ, что позволяет снизить время перерыва питания контактной сети по сравнению с временем существующего АПВ.

Источники информации

1. А.с. СССР №758015, М. кл. G01R 31/02. Устройство испытания контактной сети на короткое замыкание / 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.A., Шелом И.А.).

5. Овчаренко Н.И. Полупроводниковые элементы автоматических устройств энергосистем. М.: Энергоиздат 1981, 408 с.

6. 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, с.28-32.

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

8. Атаев Д.Н., Болотников Д.А. Аналоговые микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник. - 2-изд. М.: Изд. МЭИ МЭИ, 1992, Радио и связь, 1982.