УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ И В КОНТАКТНОЙ СЕТИ Российский патент 2011 года по МПК B60M3/02 H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулированию напряжения, и может найти применение в устройствах для автоматического регулирования напряжения в контактной сети на электрифицированном железнодорожном транспорте.

Известно устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети, содержащее два блока выделения предельного напряжения в контактной сети, первый из входов каждого из которых подключен к выходу соответствующего блока измерения напряжения в контактной сети, при этом выходы обоих блоков выделения напряжения в контактной сети подключены соответственно к первому и второму входам блока вычисления уровня напряжения на подстанции, соединенного выходом с входом блока формирования команд трансформатора, второй вход каждого блока выделения предельного значения напряжения подключен к выходу задатчика минимального значения напряжения в контактной сети, а третий вход блока вычисления уровня напряжения на подстанции предназначен для подключения к выходу задатчика уровня напряжения тяговой подстанции, при этом один из входов одного из блоков выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключен к выходу дополнительного блока измерения напряжения в контактной сети, соединенного входами с контактной сетью [1].

Описанное в [1] устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети характеризуется относительно невысокой эксплуатационной надежностью, обусловленной относительно низкой надежностью электроснабжения вследствие наличия уравнительных токов и невозможностью обеспечения стабильности при работе подвижного состава в режимах рекуперативного торможения, а также невозможностью пропуска скоростных пассажирских и тяжеловесных грузовых поездов.

Известно также устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети, содержащее два блока выделения предельного напряжения в контактной сети, первый из входов каждого из которых подключен к выходу соответствующего блока измерения напряжения в контактной сети, при этом выход, по крайней мере, одного из блоков выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключен к первому входу блока вычисления уровня напряжения на подстанции, соединенного выходом с входом блока формирования команд трансформатора, второй вход каждого блока выделения предельного напряжения подключен к выходу задатчика минимального значения напряжения в контактной сети, а второй вход блока вычисления уровня напряжения на подстанции предназначен для подключения к выходу задатчика уровня напряжения на подстанции; блок перегрузки по току, первый вход которого соединен с блоком перегрузки по току подстанции, второй его вход подключен к выходу задатчика максимального тока, а выход блока перегрузки по току подключен к дополнительному входу блока вычисления уровня напряжения на подстанции, выходы обоих блоков выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключены к первому входу блока вычисления уровня напряжения на подстанции посредством элемента ИЛИ [2].

Устройство для регулирования напряжения в контактной сети по [2] характеризуется по сравнению с аналогичным устройством по [1] более высокой эксплуатационной надежностью, обусловленной высокой надежностью электроснабжения вследствие исключения уравнительных токов, а следовательно, возможностью обеспечения стабильности при работе подвижного состава в режимах рекуперативного торможения, а также возможностью пропуска скоростных и тяжеловесных поездов.

Однако при этом устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети по [2] характеризуется ограниченными функциональными возможностями, обусловленными невозможностью регулирования посредством этого устройства напряжения на тяговой подстанции.

Известно также устройство для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети, содержащее, по крайней мере, два блока выделения предельного значения напряжения в контактной сети, первый из входов каждого из которых подключен к выходу соответствующего блока измерения напряжения в контактной сети, при этом выход, по крайней мере, одного из блоков выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключен, по крайней мере, к одному входу элемента ИЛИ, блок вычисления уровня напряжения на подстанции, соединенный выходом с входом блока формирования команд трансформатора, второй вход каждого блока выделения предельного значения напряжения подключен к выходу задатчика минимального значения напряжения в контактной сети, блок формирования сигнала перегрузки по току, первый вход которого соединен с блоком перегрузки по току подстанции, второй его вход подключен к выходу задатчика максимального тока, блок формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции, соединенный первым входом с выходом задатчика уровня стабилизации напряжения подстанции, а вторым входом - с первым выходом блока измерения напряжения трансформатора подстанции, а третьим входом - с выходом блока формирования сигнала повышения уровня стабилизации напряжения, один вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а другой вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала запрета повышения уровня стабилизации напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока формирования сигнала перегрузки по току, второй выход которого соединен со входом блока формирования сигнала понижения уровня стабилизации напряжения подстанции, выход которого соединен с первым входом блока вычисления уровня напряжения подстанции, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции, третий выход блока формирования сигнала перегрузки по току соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом блока контроля минимального уровня напряжения стабилизации, вход которого соединен со вторым выходом блока измерения напряжения трансформатора подстанции; выход элемента И соединен со входом блока формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику, первый выход которого соединен со вторым входом блока формирования команд трансформатора, а второй выход блока формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения трансформатора и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику соединен со входом блока временной задержки коммутирующего блока, выход которого подключен к коммутирующему блоку [3].

Описанное в [3] устройство для регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети, характеризующееся широкими функциональными возможностями, обусловленными возможностью регулирования напряжения не только в контактной сети, но и на тяговой подстанции, однако, оно не обеспечивает оперативного (в течение минимально возможного времени) повышения напряжения, обусловленного увеличением скорости движения поездов, а следовательно, характеризуется недостаточно высокой эксплуатационной надежностью.

Изобретением решается задача создания устройства для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети, характеризующегося высокой эксплуатационной надежностью, обусловленной оперативным в течение минимального времени повышением напряжения при увеличении скорости движения поездов.

Для решения поставленной задачи в устройство для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети, содержащее, по крайней мере, два блока выделения предельного значения напряжения в контактной сети, первый из входов каждого из которых подключен к выходу соответствующего блока измерения напряжения в контактной сети, при этом выход, по крайней мере, одного из блоков выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключен, по крайней мере, к одному входу элемента ИЛИ, блок вычисления уровня напряжения на подстанции, соединенный выходом с входом блока формирования команд трансформатора, второй вход каждого блока выделения предельного значения напряжения подключен к выходу задатчика минимального значения напряжения в контактной сети, блок формирования сигнала перегрузки по току, первый вход которого соединен с блоком перегрузки по току подстанции, второй его вход подключен к выходу задатчика максимального тока, блок формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции, соединенный первым входом с выходом задатчика уровня стабилизации напряжения подстанции, а вторым входом - с первым выходом блока измерения напряжения трансформатора подстанции, а третьим входом - с выходом блока формирования сигнала повышения уровня стабилизации напряжения, один вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а другой вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала запрета повышения уровня стабилизации напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока формирования сигнала перегрузки по току, второй выход которого соединен со входом блока формирования сигнала понижения уровня стабилизации напряжения подстанции, выход которого соединен с первым входом блока вычисления уровня напряжения подстанции, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции, третий выход блока формирования сигнала перегрузки по току соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом блока контроля минимального уровня напряжения стабилизации, вход которого соединен со вторым выходом блока измерения напряжения трансформатора подстанции; выход элемента И соединен со входом блока формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику, первый выход которого соединен со вторым входом блока формирования команд трансформатора, а второй выход блока формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения трансформатора и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику соединен со входом блока временной задержки коммутирующего блока, выход которого подключен к коммутирующему блоку, предложено, согласно настоящему изобретению, ввести, по крайней мере, два блока контроля скорости движущегося объекта, выход каждого из которых соединить с первым входом соответствующего блока выделения скорости движущегося объекта, второй вход каждого из блоков выделения скорости движущегося объекта соединить с выходом задатчика предельного значения скорости движущегося объекта, выход каждого блока выделения предельного значения скорости движущегося объекта соединить с входом блока формирования максимального уровня стабилизации напряжения на подстанции посредством элемента ИЛИ, выход блока формирования максимального уровня стабилизации напряжения на подстанции соединить с третьим входом блока формирования команд трансформатора.

Изобретение поясняется чертежами, на которых соответственно представлены: на фиг.1 - электрическая принципиальная схема заявляемого устройства для автоматического регулирования напряжения на подстанции и в контактной сети; на фиг.2 - зависимость напряжения от тока при различных режимах стабилизации напряжения.

Устройство для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети содержит два блока 1 и 2 выделения предельного значения напряжения в контактной сети, а также два блока 3 и 4 измерения напряжения в контактной сети. Первый вход блока 1 выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключен к выходу блока 3 измерения напряжения в контактной сети, а первый вход блока 2 выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключен к выходу блока 4 измерения значения напряжения в контактной сети. Выходы блоков 1 и 2 выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключены к первому входу блока 5 формирования сигнала повышения уровня стабилизации напряжения на подстанции посредством элемента 6 ИЛИ.

Второй вход каждого из блоков 1 и 2 выделения предельного значения напряжения подключен соответственно к выходу задатчика 7 и 8 минимального значения напряжения в контактной сети.

Второй вход блока 5 формирования сигнала повышения уровня стабилизации напряжения предназначен для подключения к выходу блока 9 формирования сигнала запрета повышения уровня стабилизации напряжения. Выход блока 5 формирования сигнала повышения уровня стабилизации напряжения подключен к первому входу блока 10 формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции.

Первый выход блока 11 формирования сигнала перегрузки по току подключен к входу блока 9 формирования сигнала запрета повышения уровня стабилизации напряжения.

Второй выход блока 11 формирования сигнала перегрузки по току подключен ко входу блока 12 формирования сигнала понижения уровня стабилизации напряжения подстанции.

Третий выход блока 11 формирования сигнала перегрузки по току подключен к первому входу элемента 13 И.

Первый вход блока 11 формирования сигнала перегрузки по току соединен со входом задатчика 14 максимального тока трансформатора подстанции.

Второй вход блока 11 формирования сигнала перегрузки по току подключен к выходу блока 15 перегрузки по току трансформатора подстанции.

Выход блока 12 формирования сигнала понижения уровня стабилизации напряжения подстанции соединен с первым входом блока 16 вычисления уровня напряжения подстанции.

Второй вход блока 16 вычисления уровня напряжения подстанции соединен с выходом блока 10 формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции.

Выход блока 16 вычисления уровня напряжения подстанции подключен к первому входу блока 17 формирования команд трансформатора.

Второй вход блока 10 формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции подключен к выходу задатчика 18 уровня стабилизации напряжения подстанции.

Третий вход блока 10 формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции соединен с первым выходом блока 19 измерения напряжения трансформатора подстанции.

Второй выход блока 19 измерения напряжения трансформатора подстанции соединен со входом блока 20 контроля минимального уровня напряжения стабилизации.

Выход блока 20 контроля минимального уровня напряжения стабилизации подключен ко второму входу элемента 13 И.

Выход элемента 13 И подключен ко входу блока 21 формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения трансформатора и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику.

Первый выход блока 21 формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения трансформатора и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику подключен ко входу блока 17 формирования команд трансформатора.

Второй выход блока 21 формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения трансформатора и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику подключен ко входу блока 22 временной задержки включения коммутирующего блока.

Выход блока 22 временной задержки включения коммутирующего блока подключен ко входу коммутирующего блока 23.

Кроме того, устройство содержит два блока 24 и 25 контроля скорости движущегося объекта, два блока 26 и 27 выделения предельного значения скорости движущегося объекта, два задатчика 28 и 29 предельного значения скорости движущегося объекта, второй элемент 30 ИЛИ, а также блок 31 формирования максимального уровня стабилизации напряжения на подстанции.

Устройство для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети работает следующим образом.

В исходном положении, т.е. при отсутствии перегрузки по току I_d при напряжении в контактной сети выше минимального значения U_{кс мин} при помощи задатчика 18 уровня напряжения стабилизации на подстанции устанавливается одно из промежуточных значений стабилизированного напряжения (фиг.2) между максимальным U_{d cт макс} (характеристика 5, фиг.2) и минимальным U_{d cт мин} (характеристика 1, фиг.2) значениями напряжения.

Блок 10 формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции формирует сигнал уровня напряжения подстанции и через блок 16 вычисления уровня напряжения подстанции формирует посредством блока 17 формирования команд трансформатора команду на регулирующее устройство трансформатора (на фиг.1 не показано) с целью поддержания напряжения на заданном уровне стабилизации при изменении тока нагрузки I_d (фиг.2) от нулевого значения до максимального I_{d макс}.

При понижении напряжения в контактной сети ниже заданного минимального уровня напряжения в контактной сети U_{кс мин} и при отсутствии перегрузки по току I_d через блок 6 ИЛИ в блоке 5 формирования сигнала повышения уровня стабилизации напряжения формируется сигнал повышения уровня стабилизации напряжения, который формируется в блоке 10 формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции с заданным уровнем стабилизации и суммируется в блоке 16 вычисления уровня напряжения подстанции и через блок 17 формирования команд трансформатора уровень стабилизации напряжения повышается вплоть до максимального уровня стабилизации U_{d cт макс} (фиг.2).

При перегрузке по току сигнал из блока 11 формирования сигнала перегрузки по току поступает в блок 9 формирования сигнала запрета повышения уровня стабилизации напряжения, который запрещает формировать сигнал повышения уровня стабилизации напряжения, а в блоке 12 формирования сигнала понижения уровня стабилизации напряжения подстанции формируется сигнал понижения уровня стабилизации напряжения подстанции и в результате понижается уровень стабилизации напряжения вплоть до минимального уровня стабилизации U_{d cт мин} (фиг.2).

Если при этом перегрузка по току сохранилась, то от блока 11 формирования сигнала перегрузки по току сигнал поступает на элемент 13 И и при минимальном уровне стабилизации напряжения U_{d cт мин} этот сигнал, контролируемый блоком 20 контроля минимального уровня напряжения стабилизации, поступает в блок 21 формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения трансформатора и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику и с его второго выхода через блок 22 временной задержки включения коммутирующего блока поступает на коммутирующий блок 23, минуя устройство регулирования напряжения (на фиг.1 не показано), что ведет к обеспечению перевода работы трансформатора на естественную характеристику 0 (фиг.2) без перерыва работы трансформатора.

В исходном положении на задатчики 28 и 29 предельного значения скорости движущегося объекта подается задающее напряжение, обозначенное на чертеже U_зад, подаваемое затем на блоки 26 и 27 выделения предельного значения скорости движущегося объекта. Каждый из блоков 24 и 25 контроля скорости движения устанавливается таким образом, что может осуществлять измерение скорости движущегося объекта (поезда).

Кроме того, на блоки 26 и 27 выделения предельного значения скорости движущегося объекта подается сигнал от соответствующего блока 24 и 25 контроля скорости движения.

При повышении скорости движения объекта (поезда) выше предельного значения U_зад, заданного задатчиками 28 и 29 предельного значения скорости движущегося объекта, блоки 24 и 25 контроля скорости движения поездов выдают сигнал через блоки 26 и 27 выделения предельного значения скорости движущегося объекта и элемент ИЛИ и блок 31 формирования максимального уровня стабилизации на подстанции в блок 17 формирования команд трансформатора для повышения напряжения на подстанции.

Реализация заявляемого технического решения обеспечит расширение функциональных возможностей устройства для автоматического регулирования напряжения на подстанции и в контактной сети благодаря увеличению диапазона изменения напряжения подстанции при максимальном токе I_{d макс} от напряжения стабилизированной характеристики 5 до напряжения естественной характеристики 0 (фиг.2).

В соответствии с заявляемым решением разработана техническая документация. Изготовлен и испытан опытный образец устройства для автоматического регулирования напряжения в контактной сети. Результаты испытаний подтвердили работоспособность устройства и широкие возможности его практического применения в будущем. В настоящее время осуществляются работы по изготовлению промышленного образца устройства для автоматического регулирования напряжения на подстанции и в контактной сети.

Литература

1. Авт. свид. СССР №1444185, МПК В60М 3/02, 1988 г.

2. Патент РФ №50933 на полезную модель, МПК В60М 3/02, Н02М 5/257, 2006 г.

3. Патент РФ №75620 на полезную модель, МПК В60М 3/02, Н02М 5/257, 2008 г.

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования напряжения в контактной сети на электрифицированном железнодорожном транспорте. Устройство содержит два блока контроля скорости движущегося объекта, блок выделения скорости движущегося объекта, задатчик предельного значения скорости движущегося объекта, блок формирования максимального уровня стабилизации напряжения, элемент ИЛИ, блок формирования команд трансформатора. Выход каждого блока контроля скорости соединен с первым входом соответствующего блока выделения скорости. Второй вход каждого из блоков выделения скорости соединен с выходом задатчика предельного значения скорости. Выход каждого блока выделения предельного значения скорости соединен с входом блока формирования максимального уровня стабилизации напряжения на подстанции посредством элемента ИЛИ. Выход блока формирования максимального уровня стабилизации напряжения на подстанции соединен с третьим входом блока формирования команд трансформатора. Технический результат заключается в повышении надежности. 2 ил.

Устройство для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети, содержащее, по крайней мере, два блока выделения предельного значения напряжения в контактной сети, первый из входов каждого из которых подключен к выходу соответствующего блока измерения напряжения в контактной сети, при этом выход, по крайней мере, одного из блоков выделения предельного значения напряжения в контактной сети подключен, по крайней мере, к одному входу элемента ИЛИ, блок вычисления уровня напряжения на подстанции, соединенный выходом с входом блока формирования команд трансформатора, второй вход каждого блока выделения предельного значения напряжения подключен к выходу задатчика минимального значения напряжения в контактной сети, блок формирования сигнала перегрузки по току, первый вход которого соединен с блоком перегрузки по току подстанции, второй его вход подключен к выходу задатчика максимального тока, блок формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции, соединенный первым входом с выходом задатчика уровня стабилизации напряжения подстанции, а вторым входом - с первым выходом блока измерения напряжения трансформатора подстанции, а третьим входом - с выходом блока формирования сигнала повышения уровня стабилизации напряжения, один вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а другой вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала запрета повышения уровня стабилизации напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока формирования сигнала перегрузки по току, второй выход которого соединен со входом блока формирования сигнала понижения уровня стабилизации напряжения подстанции, выход которого соединен с первым входом блока вычисления уровня напряжения подстанции, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала уровня стабилизации напряжения подстанции, третий выход блока формирования сигнала перегрузки по току соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом блока контроля минимального уровня напряжения стабилизации, вход которого соединен со вторым выходом блока измерения напряжения трансформатора подстанции; выход элемента И соединен со входом блока формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику, первый выход которого соединен со вторым входом блока формирования команд трансформатора, а второй выход блока формирования сигнала команды отмены стабилизации напряжения трансформатора и включения коммутирующего блока перевода трансформатора на естественную характеристику соединен со входом блока временной задержки коммутирующего блока, выход которого подключен к коммутирующему блоку, отличающееся тем, что оно содержит, по крайней мере, два блока контроля скорости движущегося объекта, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего блока выделения скорости движущегося объекта, второй вход каждого из блоков выделения скорости движущегося объекта соединен с выходом задатчика предельного значения скорости движущегося объекта, выход каждого блока выделения предельного значения скорости движущегося объекта соединен с входом блока формирования максимального уровня стабилизации напряжения на подстанции посредством элемента ИЛИ, выход блока формирования максимального уровня стабилизации напряжения на подстанции соединен с третьим входом блока формирования команд трансформатора.