УКАЗАТЕЛЬ УДАЛЕННОСТИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2000 года по МПК B60M1/00 

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги для определения удаленности короткого замыкания в тяговой сети переменного тока.

Известно устройство для определения места повреждения тяговой сети электрифицированной железной дороги, содержащее датчик напряжения, датчик тока поврежденного фидера контактной сети, многофункциональный преобразователь и регистратор (автр. свид. 158328 SU, кл. 21 С, 68/50; МПК H 02 D. Устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети/Е.П. Фигурнов (SU). N 798020/24-7; заявл.08.10.1962; опубл, 19.10.1963, бюл. N 21). Это устройство вычисляет величину индуктивной составляющей полного сопротивления петли короткого замыкания X_пкз по формуле:

где U_A - напряжение контактной сети; I'₁ - ток фидера контактной сети с коротким замыканием (ток поврежденного фидера контактной сети); ϕ₁- фазовый угол между этими напряжением и током.

По значению X_пкз судят об удаленности короткого замыкания.

Недостатком известного устройства является низкая точность вследствие того, что между вычисленной величиной X_пкз и удаленностью короткого замыкания нет прямой и однозначной зависимости из-за таких факторов, как шунтирующее влияние земли на сопротивление рельсового пути, влияние взаимной индуктивной связи между контактными сетями разных путей на их сопротивление, наличие в месте короткого замыкания дуги или переходного сопротивления при двухстороннем питании контактной сети межподстанционной зоны.

Целью изобретения (техническим результатом) является повышение точности определения удаленности от тяговой подстанции места короткого замыкания в тяговой сети.

Сущность изобретения: устройство содержит датчик напряжения U_A, датчик тока контролируемого фидера контактной сети I'₁, датчик тока плеча питания подстанции I_A, первый, второй, третий и четвертый многофункциональные преобразователи, умножитель, задатчик расстояния от тяговой подстанции до поста секционирования или до смежной подстанции, если пост отсутствует, функциональный блок, предназначенный для формирования коэффициента ν_A, учитывающего шунтирующее влияние земли, и блок регистрации.

Первый многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции где ϕ₁- фазовый угол между напряжением U_A и током I'₁, δ- дополнительный фазовый угол, задаваемый четвертым многофункциональным преобразователем. Второй многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции I_A(x_вс+ν_Ax_р,m), где x_вс- известное индуктивное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей на длине 1 км, x_p,m- известное индуктивное сопротивление рельсовой линии на длине 1 км. Третий многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции

где l_к - удаленность короткого замыкания, т.е. расстояние от подстанции до точки короткого замыкания тяговой сети.

Четвертый многофункциональный преобразователь выполнен в виде нелинейного преобразователя, реализующего зависимость угла δ от отношения удаленности короткого замыкания к расстоянию до поста секционирования или до смежной подстанции, если пост отсутствует.

Умножитель выполнен с возможностью реализации функции I′1

В задатчике расстояния устанавливается значение расстояния l₁ от подстанции до поста секционирования или до смежной подстанции, если пост отсутствует.

Функциональный блок выполнен в виде нелинейного преобразователя, реализующего зависимость коэффициента ν_A от удаленности короткого замыкания l_к.

Выход датчика напряжения U_A подключен к первым входам первого и третьего многофункциональных преобразователей. Выход датчика тока I'₁ присоединен ко второму входу первого многофункционального преобразователя, выход которого присоединен ко второму входу третьего многофункционального преобразователя, и через умножитель - к третьему входу третьего многофункционального преобразователя. Выход датчика тока I_A присоединен к первому входу второго многофункционального преобразователя, выход которого подключен к четвертому входу третьего многофункционального преобразователя, выход которого подключен к блоку регистрации, ко входу функционального блока, выход которого присоединен ко второму входу второго многофункционального преобразователя и к первому входу четвертого многофункционального преобразователя. Ко второму входу последнего подключен упомянутый задатчик расстояния, а выход четвертого многофункционального преобразователя присоединен к третьему входу первого многофункционального преобразователя.

Новым является введение датчика тока плеча питания подстанции, первого, второго, третьего и четвертого многофункциональных преобразователей с возможностью реализации упомянутых функций, умножителя, задатчика расстояния и функционального блока, а также связи между элементами. При этом обеспечивается учет шунтирующего влияния земли, взаимного индуктивного влияния контактных сетей смежных путей, наличие дуги в месте короткого замыкания, что повышает точность определения удаленности короткого замыкания. Получение технического результата обеспечивается совокупностью всех перечисленных существенных признаков.

На чертеже приведена структурная схема предложенного устройства, она содержит: датчик 1 напряжения U_A на шинах подстанции, датчик 2 тока I'₁ контролируемого фидера контактной сети, датчик 3 тока I_A плеча питания подстанции, первый многофункциональный преобразователь 4, умножитель 5, второй многофункциональный преобразователь 6, третий многофункциональный преобразователь 7, блок регистрации 8, задатчик расстояния 9, четвертый многофункциональный преобразователь 10, функциональный блок 11.

Элементы 1,2,8 являются известными из прототипа, остальные блоки - новые.

Датчик тока I_A плеча питания тяговой подстанции может быть выполнен в виде трансформатора тока, включенного в ту фазу трансформатора, которая питает данное плечо. Более точные результаты могут быть получены, если в качестве датчика тока I_A использовать однотипные трансформаторы тока фидеров контактной сети всех путей данного плеча питания, вторичные обмотки которых соединены параллельно (на геометрическую сумму токов фидеров).

Элементы 4, 5, 6, 7 выполняют операции сложения, вычитания, умножения, деления и тригонометрической функции и могут быть выполнены с помощью аналоговой или цифровой техники. Элементы 10 и 11 являются нелинейными функциональными преобразователями одной переменной l_к и также могут быть выполнены на основе аналоговой или цифровой техники. Задатчик 9 при использовании аналоговой техники может быть выполнен в виде потенциометра или операционного усилителя с регулируемой обратной связью, а при использовании цифровой техники - в виде шифратора кода.

Устройство работает следующим образом. При возникновении в контактной сети короткого замыкания подается команда на включение устройства в работу. При этом элемент 1 измеряет и фиксирует напряжение U_A на шинах подстанции, элемент 2 измеряет и фиксирует ток I'₁ контролируемого фидера контактной сети с коротким замыканием, элемент 3 измеряет и фиксирует ток I_A того плеча питания (той фазы) подстанции, от которой получает питание поврежденная контактная сеть. Выходные сигналы этих элементов, пропорциональные соответствующим измеренным величинам, поступают в элементы 4, 5, 6, на выходе которых реализуются величины, пропорциональные соответственно зависимостям I_A(x_вс+ν_Ax_р,m). Значения этих величин поступают на входы элемента 7, на выходе которого реализуется зависимость (1) в виде величины, пропорциональной удаленности короткого замыкания l_к. Значение этой величины поступает на входы элементов 10 и 11, на выходе которых формируются соответственно значения угла δ и коэффициента ν_A, зависящие от величины l_к.

Выход элемента 10 включен в цепь обратной связи первого многофункционального преобразователя, а выход элемента 11 включен в цепь обратной связи второго многофункционального преобразователя. Благодаря этому на выходе третьего многофункционального преобразователя в величине l_к учитываются зависящие от нее нелинейные влияния токов утечки из рельсов в землю и дуги в месте короткого замыкания. Полученное значение удаленности l_к фиксируется в блоке 8.

Предлагаемое устройство позволяет более точно, чем прототип и аналоги, определить удаленность от подстанции места короткого замыкания в тяговой сети, поскольку оно дополнительно учитывает нелинейные зависимости шунтирующего влияния земли на рельсовую цепь, взаимной индуктивной связи контактных сетей разных путей и влияния дуги при двухстороннем питании.

Изобретение предназначено для использования в системах электроснабжения тяги. Указатель содержит датчик напряжения подстанции, датчик тока фидера контактной сети, блок регистрации, датчик тока плеча питания подстанции, многофункциональные преобразователи. Устройство выполнено с возможностью определения удаленности короткого замыкания в зависимости от угла сдвига фазы между током и напряжением, коэффициента, учитывающего шунтирующее влияние земли, индуктивных сопротивлений на длине 1 км соответственно взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей, контактной сети одного пути и рельсовой цепи. Устройство обеспечивает повышение точности измерений за счет учета шунтирующего влияния земли, взаимного влияния токов смежных путей и сопротивления дуги. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Указатель удаленности короткого замыкания в тяговой сети переменного тока, содержащий датчик напряжения U_A на шинах подстанции, датчик тока I'₁ контролируемого фидера контактной сети, блок регистрации, отличающийся тем, что в него дополнительно включены датчик тока I_A плеча питания тяговой подстанции, первый, второй, третий и четвертый многофункциональные преобразователи, умножитель, задатчик расстояния от тяговой подстанции до поста секционирования или до смежной подстанции, если пост отсутствует, функциональный блок, предназначенный для формирования коэффициента ν_A, учитывающего шунтирующее влияние земли, причем выход датчика напряжения U_A подключен к первым входам первого и третьего многофункциональных преобразователей, выход датчика тока I'₁ присоединен ко второму входу первого многофункционального преобразователя, выход которого присоединен ко второму входу третьего многофункционального преобразователя, и через умножитель к третьему входу третьего многофункционального преобразователя, выход датчика тока I_A присоединен к первому входу второго многофункционального преобразователя, выход которого подключен к четвертому входу третьего многофункционального преобразователя, выход которого подключен к блоку регистрации, ко входу функционального блока, выход которого присоединен ко второму входу второго многофункционального преобразователя, и к первому входу четвертого многофункционального преобразователя, ко второму входу которого подключен упомянутый задатчик расстояния, а выход присоединен к третьему входу первого многофункционального преобразователя, при этом умножитель выполнен с возможностью реализации функции где x_c,1 - известное индуктивное сопротивление 1 км контактной сети, а x_вс - известное индуктивное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей разных путей на длине 1 км, первый многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции
где ϕ_1′ - фазовый угол между током и напряжением U_A, а δ - дополнительный фазовый угол, задаваемый четвертым многофункциональным преобразователем, второй многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции I_A(x_вс+ν_Ax_p,m), где x_p,m - известное индуктивное сопротивление рельсовой линии на длине 1 км, а третий многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью реализации функции

где l_k - удаленность короткого замыкания. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что четвертый многофункциональный преобразователь выполнен в виде нелинейного преобразователя, реализующего зависимость угла δ от отношения удаленности короткого замыкания l_k к расстоянию до поста секционирования или до смежной подстанции, если пост отсутствует. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что функциональный блок выполнен в виде нелинейного преобразователя, реализующего зависимость коэффициента ν_A от удаленности от места короткого замыкания l_k.