СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПО ПРИРАЩЕНИЮ ТОКА Российский патент 2000 года по МПК H02H3/08 B60M3/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам релейной защиты тяговых сетей постоянного тока от токов короткого замыкания, и может быть использовано для защиты тяговой сети магистральных железных дорог, промышленных предприятий и метрополитена.

Наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в [1]. Он взят за прототип.

Данный способ защиты тяговых сетей постоянного тока основан на выделении приращения тока с помощью постоянно включенных интегрирующих цепей (интеграторов), сравнении величины выделенного приращения тока с уставкой и, если первая больше второй, - подачей сигнала на отключение выключателя защищаемой сети [1].

Существенный недостаток известного способа защиты состоит в том, что в силу большой постоянной времени интегрирующей цепи выделенное приращение тока существует продолжительное время и если первичный ток изменяется быстро следующими друг за другом скачками, то выделенное приращение тока образуется из нескольких наложенных друг на друга скачков тока, в силу чего устройства защиты, выполненные по этому способу, приходится отстраивать не от приращения тока, соответствующего каждому отдельному скачку первичного тока, а от приращения тока, реализуемого на выходе интегрирующей цепи и соответствующего сумме наложенных друг на друга скачков, с учетом затухания каждого из них, происходящего с постоянной времени интегрирующей цепи. Такое суммарное приращение тока хотя и меньше соответствующего суммарного приращения первичного тока, приведенного к одному масштабу, но, однако, больше приращения при отдельном скачке первичного тока, и поэтому устройства защиты, выполненные по этому способу, имеют загрубленную уставку и не позволяют реализовать высокую чувствительность, какую дало бы выделение приращений от каждого отдельного скачка.

Принципиально важно, что существенно уменьшить постоянную времени интегрирующей цепи для избавления от указанного недостатка нельзя, ибо в этом случае выходная величина теряет зависимость от приращения тока и становится зависимой от скорости его нарастания [2].

Существующий способ защиты по приращению тока реализован в нескольких модификациях защитных устройств, из которых наиболее известны выключатели с индуктивным шунтом и вторичные устройства защиты к выключателям (реле РДШ) [2]. Применение этих устройств позволило несколько повысить чувствительность защиты тяговой сети к малым токам короткого замыкания, но это, однако, привело к некоторым неудобствам и издержкам в эксплуатации.

Первые из них связаны с повышением числа ложных отключений выключателей, оборудованных такими устройствами, и вызывается уже объясненными выше свойствами интегрирующих цепей.

Вторые связаны с неселективными отключениями устройств, выполненных по известному способу. Это демонстрируется на схеме двухпутного участка (см. фиг.1). При коротком замыкании в точке К1 на втором пути приходят в действие не только реле РДШ Р2 второго фидера п/ст.А, но и реле РДШ Р1 первого фидера этой подстанции и реле РДШ Р3 третьего фидера п/ст. или поста секционирования Б, в результате чего отключаются обслуживаемые ими выключатели.

Третьи, наиболее неприятные неудобства и издержки проявляются при проезде подвижным составом под током воздушного промежутка. Эта ситуация также показана на фиг. 1. Электровоз, потребляющий ток I_Э, двигаясь слева направо со скоростью V, своим токоприемником перекрывает воздушный промежуток контактной сети ВП. Из-за броска (приращения) тока срабатывает РДШ Р2 фидера 2 п/ст.А и отключает свой выключатель, а затем РДШ Р4 фидера 4 п/ст. или поста секционирования Б и также отключает свой выключатель, в результате чего обесточивается участок пути, на который заезжает электровоз. Между ветвью воздушного промежутка, с которого съезжает электровоз, и токоприемником появляется электрическая дуга, которая пережигает провода воздушного промежутка.

Сущность изобретения состоит в найденной возможности непосредственного измерения приращения тока без применения интегрирующих цепей.

Техническим результатом является повышение селективности и чувствительности устройств защиты по приращению тока, реализуемых по предлагаемому способу.

В предлагаемом способе первые недостатки существующего способа (см. выше) устраняются тем, что в нем выделение приращения тока производится непрерывно и непосредственно, а определяется как разница двух значений тока - текущего и того, который был на фидере Т секунд назад, причем это последнее значение хранится в памяти и изымается из нее по мере необходимости.

Поскольку увеличение нагрузки фидера приводит к уменьшению пусковых скачков тока, уставка по приращению тока автоматически снижается в зависимости от величины тока, предшествующего процессу изменения приращения. Время Т, за которое производится определение приращения тока, а также степень снижения уставки могут быть установлены произвольно в соответствии с условиями работы каждого конкретного фидера. Применительно к цифровой технологии предлагаемый способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока выглядит следующим образом.

Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока, состоящий в том, что постоянно формируют величину, пропорциональную приращению текущего значения тока фидера ΔI и формируют и подают команду на отключение выключателя фидера, отличающийся тем, что вначале формируют величину, пропорциональную усредненному значению текущего тока где k - коэффициент пропорциональности, затем формируют величину пропорциональную приращению текущего значения тока фидера ΔI, определяя ее как разность двух величин, первой, пропорциональной усредненному текущему значению тока и второй - пропорциональной усредненному значению тока, который был на фидере Т секунд тому назад - т. е.

и, кроме того, вычисляют величину, пропорциональную текущему значению уставки по приращению тока соответствующей сложившейся ситуации и зависящей от усредненного значения тока по соотношениям


где ток уставки по приращению тока при (см.фиг. 2);
K_а - коэффициент адаптации, определяющий степень зависимости уставки
значение тока , при котором (см. фиг.2),
причем усреднение всех величин производится за время Δt < T, значения непрерывно сравниваются и в случае, когда начинает выполняться условие

формируют и подают сигнал на отключение выключателя.

Вторые недостатки и издержки существующего способа исключаются в предлагаемом способе введением выдержки времени T_в на отключение после установления факта реализации приращения тока фидера, большего, чем значение уставки по приращению тока. В конце выдержки времени производится проверка ситуации на фидере на сохранение аварийной ситуации. Если таковая сохраняется, то подается сигнал на отключение выключателя фидера. Применительно к цифровой технологии предлагаемый способ защиты будет выглядеть следующим образом.

Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока по п.1, отличающийся тем, что при выполнении условия спустя время T_в определяют величину пропорциональную усредненному значению тока фидера в момент T_в и базовою величину пропорциональную сумме усредненного значения тока и некоторого назначаемого значения тока запаса т.е.

найденные величины сравнивают и, если первая оказывается больше второй, формируют и подают сигнал на отключение выключателя фидера.

Третьи недостатки и издержки существующего способа исключаются в предлагаемом способе введением блокировки по соседнему фидеру. Смысл ее сводится к тому, что приращение тока определяется одновременно и по току защищаемого фидера, и по сумме токов защищаемого и смежного фидеров. В том случае, если приращение тока на защищаемом фидере происходит в результате переходных процессов и коммутаций только в цепи защищаемого фидера, приращение тока одновременно будет обнаруживаться и в сумме токов защищаемого и смежного фидеров, и, следовательно в этом случае можно формировать сигнал на отключение выключателя защищаемого фидера. Если же приращение тока на защищаемом фидере происходит в результате перераспределения тока между смежными фидерами при проходе по разделяющему их воздушному промежутку электровоза под током, то приращение тока будет наблюдаться только на защищаемом фидере, а в сумме токов фидеров приращения тока не будет, и, следовательно, сигнала на отключение выключателя в этом случае подавать не следует. Применительно к цифровой технологии предлагаемый способ защиты тяговой сети будет выглядеть следующим образом.

Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока по п.1, отличающийся тем, что дополнительно параллельно формируют величину, пропорциональную усредненной текущей сумме значений токов защищаемого и смежного с защищаемым (питающего соседний участок тяговой сети и отделенного от участка сети, питаемого защищаемым фидером, изолирующим промежутком) фидеров

где k - коэффициент пропорциональности, тот же, что и в соотношениях (1-3), величину запоминают, а затем, используя ее, формируют величину пропорциональную приращению текущего значения суммы токов защищаемого и смежных фидеров как разность двух величин, первой, пропорциональной усредненному текущему значению суммы токов защищаемого и смежных фидеров (см. выражение (6)), и второй - пропорциональной сумме усредненных значений токов защищаемого и смежных фидеров, какая была зафиксирована T секунд тому назад - , т.е.

причем усреднение также производится за то же время Δt < T, значения непрерывно сравниваются с величиной, пропорциональной текущему значению уставки по приращению тока вычисленной для защищаемого фидера, и сигнал на отключение выключателя фидера формируют только в том случае, когда одновременно выполняются два условия


Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока по п.3, отличающийся тем, что при выполнении условий (8) и (9) спустя время T_в определяют величину пропорциональную усредненному значению тока защищаемого фидера в момент T_в, и базовую величину пропорциональную сумме усредненного значения тока защищаемого фидера и некоторого назначаемого значения тока запаса т.е.

найденные величины сравнивают и если первая оказывается больше второй, формируют и подают сигнал на отключение выключателя фидера.

Использование предлагаемого способа защиты по приращению тока в алгоритмах цифровых защит тяговых сетей постоянного тока позволит получить высокочувствительные селективные и гибкие системы защит, параметры которых легко могут индивидуализироваться под условия каждого конкретного фидера с его типовыми ситуациями. Применительно к цифровой технологии последнее достигается применением следующего способа защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока, отличающегося тем, что величины ΔI_y0, K_а, Т, T_в, являются произвольно регулируемыми в пределах, указанных в таблице.

Предлагаемый способ реализован в устройстве цифровой защиты и автоматики фидера тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ - ЦЗАФ- 3,3, функциональная схема которого приведена на фиг. 3.

Данное устройство защиты состоит из высоковольтного устройства (ВВУ), располагающегося непосредственно в ячейке фидера, блока развязки (БР), исключающего попадания высокого напряжения на элементы управления защитой и низковольтного устройства (НВУ), служащего для ввода всех значений параметров защиты с клавиатуры, вывода их на дисплей и передачи на ВВУ по RS-232.

Информация о токе защищаемого фидера и токе фидера, смежного с защищаемым, попадает на быстродействующий АЦП, преобразуется в цифровой вид и попадает в БМК. Текущие значения токов запоминаются в ОЗУ и некоторое время хранятся. В БМК происходит обработка значений токов, и если по алгоритму работы защиты формируется сигнал на отключение БВ, то он передается по RS-232 интерфейсу через БР на НВУ, где подается команда на органы управления БВ (БЭК, БО).

Источники информации
1. Кучма К. Г., Марквардт Г. Г., Пупынин В. Н. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети. - М.:Трансжелдориздат, I960, с. 153-174.

2. Пупынин В.Н. Полная теория работы и характеристика параллельных индуктированных шунтов быстродействующих выключателей типов ВАБ-2, АБ-2/4, АБ-2/3 и реле-дифференциальных шунтов выключателей ВАБ-28. Труды МИИТ, N 213. - М.: Транспорт, 1965, с. 61-86.

Изобретение может использоваться в цифровых защитах тяговых сетей магистральных железных дорог, промышленных предприятий и метрополитенов от токов короткого замыкания. Технический результат заключается в повышении селективности и чувствительности устройств защиты по приращению тока. Способ заключается в том, что формируют величины, пропорциональные усредненному значению текущего тока защищаемого фидера, приращения текущего значения тока фидера и текущему значению уставки по приращению. Последние две величины непрерывно сравнивают и по результату сравнения формируют сигнал на отключение выключателя. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока, состоящий в том, что формируют величину, пропорциональную приращению текущего значения тока фидера ΔI, формируют и подают команду на отключение выключателя фидера, отличающийся тем, что формируют величину, пропорциональную усредненному значению текущего тока защищаемого фидера где k - коэффициент пропорциональности, затем формируют величину пропорциональную приращению текущего значения тока фидера определяя ее как разность величины, пропорциональной усредненному текущему значению тока защищаемого фидера величины, пропорциональной усредненному значению тока, который был на фидере Т секунд тому назад - и вычисляют величину, пропорциональную текущему значению уставки по приращению тока , по соотношениям


где ток уставки по приращению тока при
К_а - коэффициент адаптации, определяющий степень зависимости уставки
значение тока при котором
причем усреднение всех величин производится за время Δt < T, значения непрерывно сравниваются и при условии формируют и подают сигнал на отключение выключателя. 2. Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении условия спустя время Т_в, определяют величину пропорциональную усредненному значению тока фидера в момент Т_в и базовую величину пропорциональную сумме усредненного значения тока и некоторого назначаемого значения тока запаса найденные величины сравнивают и если первая оказывается больше второй формируют и подают сигнал на отключение выключателя фидера. 3. Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно параллельно формируют величину, пропорциональную усредненной текущей сумме значений токов защищаемого и смежного с защищаемым фидеров

где k - коэффициент пропорциональности,
а затем используя ее формируют величину пропорциональную приращению текущего значения суммы токов защищаемого и смежных фидеров, как разность величины, пропорциональной усредненному текущему значению суммы токов защищаемого и смежных фидеров и величины, пропорциональной сумме усредненных значений токов защищаемого и смежных фидеров, какая была зафиксирована Т секунд тому назад по формуле причем значения непрерывно сравниваются с величиной, пропорциональной текущему значению уставки по приращению тока и сигнал на отключение выключателя фидера формируют только в том случае, когда одновременно выполняются два условия


4. Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока по п. 3, отличающийся тем, что при выполнении условий спустя время Т_в, определяют величину k • I_(Тв), пропорциональную усредненному значению тока защищаемого фидера в момент Т_в и базовую величину пропорциональную сумме усредненного значения тока защищаемого фидера и некоторого назначаемого значения тока запаса найденные величины сравнивают и если первая оказывается больше второй, формируют и подают сигнал на отключение выключателя фидера. 5. Способ защиты тяговой сети постоянного тока по приращению тока по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что величины ΔI_yO, К_а, Т, Т_в, являются произвольно регулируемыми.