УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗАЦИИ ПОСТА СЕКЦИОНИРОВАНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА РАЗЪЕДИНИТЕЛЯХ Российский патент 2020 года по МПК G01R31/08 H02H3/16 

«Область техники, к которой относится изобретение»

Изобретение относится к устройствам автоматизации электроснабжения железнодорожного транспорта, а именно к автоматизации электроснабжения поста секционирования контактной сети переменного тока.

«Уровень техники»

На Горьковской и на некоторых других дорогах переменного тока России применяют схему поста секционирования (ПС) на разъединителях [1].

Автоматика электроснабжения ПС при рассматриваемой схеме работает следующим образом. При аварийной ситуации в бестоковую паузу, образованную отключением от неселективных защит выключателей питающих линий двух смежных тяговых подстанций, отключаются от групповой защиты минимального напряжения все разъединители с моторными приводами ПС. При этом длительное время ПС остается отключенным, так как включение разъединителей неповрежденных участков осуществляется после работы штатной автоматики тяговых подстанций и только по команде энергодиспетчера.

Как видно, существенными недостатками такой схемы являются обесточивание при коротком замыкании (КЗ) всей межподстанционной зоны в результате отключения выключателей смежных тяговых подстанций и отключение разъединителей ПС на неповрежденных питающих линиях, длительное пребывание которых в отключенном состоянии является причиной сохранения пониженного напряжение на участке после восстановления напряжения.

Напротив, включение выключателя в шину ПС, выполненного на разъединителях, создает условия для использования в рассматриваемой схеме распространенной селективной защиты [2] выключателей тяговых подстанций и, как следствие, при КЗ отключать только поврежденную половину межподстанционной зоны (участок подстанция - пост). Поэтому для предотвращения указанных недостатков предлагается на двухпутном участке контактной сети переменного тока использовать известную схему поста секционирования с выключателем в шине [3] и выполнить организацию нового алгоритма автоматизации электроснабжения, позволяющего в автоматическом режиме добиться отключения в бестоковую паузу разъединителя поврежденной питающей линии ПС и, тем самым, отключать в аварийных ситуациях только «четвертушку» участка.

Итак, в соответствии с прототипом [1] рассматривается устройство автоматизации поста секционирования двухпутного участка контактной сети переменного тока на управляемых разъединителях на два направления с трансформатором напряжения в шине поста секционирования.

«Раскрытие изобретения»

Цель изобретения - добиться в автоматическом режиме отключения в бестоковую паузу только разъединителя поврежденной питающей линии поста секционирования, что позволит отключать в аварийных ситуациях только «четвертушку» участка.

Для реализации цели изобретения в устройство введены на каждом присоединении питающих линий контактной сети по трансформатору тока и в шину поста секционирования второй трансформатор напряжения и вакуумный выключатель с трансформатором тока, оборудованный блоком защиты и автоматики, подключенным ко вторичным обмоткам трансформаторов напряжения и тока и включающим две логические схемы, при этом каждая логическая схема выполнена в виде двух измерительных органов защиты, измерительного органа автоматики, двух измерительных органов направления мощности, элемента RS-триггера, измерительного органа поиска короткого замыкания, измерительного органа контроля короткого замыкания, двух схем сравнения, элемента повторителя положения, трех элементов задержки, двух двухвходовых элементов ЗАПРЕТ, двухвходового и двух трехвходовых элементов И, трех двухвходовых и трехвходового элементов ИЛИ и трех исполнительных элементов, при этом первый выход первого измерительного органа защиты подключен к первому двухвходовому элементу ИЛИ, выход которого подключен к входам измерительных органов направления мощности и схем сравнения, а второй выход первого измерительного органа защиты подключен к инверсному входу первого двухвходового элемента ЗАПРЕТ, прямой вход которого подключен к выходу второго измерительного органа защиты и входу первого двухвходового элемента И, а выход первого двухвходового элемента ЗАПРЕТ через первый элемент задержки подключен ко второму входу первого двухвходового элемента ИЛИ, второй вход двухвходового элемента И подключен к элементу повторителя положения, а его выход соединен с входами измерительного органа поиска и контроля короткого замыкания, измерительного органа автоматики и через второй элемент задержки с прямым входом двухвходового элемента ЗАПРЕТ, выходы первого и второго измерительных органов направления мощности подключены к входам первого и второго трехвходовых элементов И соответственно, выходы которых подключены к первому и второму исполнительным элементам соответственно и к первому и второму входу двухвходового элемента ИЛИ соответственно, выход которого через третий элемент задержки подключен к входу трехвходового элемента ИЛИ, выходы первой и второй схем сравнения подключены к счетному входу и входу сброса элемента RS-триггера соответственно, прямой и инверсный выходы которого подключены к входам первого и второго трехвходовых элементов И соответственно, третьи входы трехвходовых элементов И подключены к инверсному входу второго двухвходового элемента ЗАПРЕТ и выходу второго двухвходового элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам измерительных органов поиска и контроля короткого замыкания соответственно, второй и третий входы трехвходового элемента ИЛИ подключены к выходу второго двухвходового элемента ЗАПРЕТ и к выходу измерительного органа автоматики соответственно, а выход трехвходового элемента ИЛИ подключен к третьему исполнительному элементу.

«Краткое описание чертежей»

На чертеже представлена схема заявленного устройства автоматизации поста секционирования контактной сети переменного тока на разъединителях (а); логическая схема работы автоматики на каждом направлении, реализуемая в блоке защиты и автоматики (б).

«Осуществление изобретения»

Для пояснения работы заявленного устройства автоматизации поста секционирования контактной сети переменного тока на разъединителях рассмотрим схемы на чертеже со следующими обозначениями:

1 - пост секционирования;

2 - выключатель в шине поста секционирования;

3 - трансформатор тока в шине поста секционирования;

4 - трансформаторы напряжения;

5 - трансформаторы тока;

6, 7 и 8, 9 - управляемые разъединители параллельных питающих линий контактной сети поста секционирования в первом и втором направлении соответственно;

10 - контактная сеть;

11- точка КЗ;

12 - блок защиты и автоматики ПС;

13 - первый измерительный орган защиты;

14 - второй измерительный орган защиты;

15 - элемент повторитель положения;

16 и 17 - первый и второй двухвходовые элементы ЗАПРЕТ соответственно;

18 - двухвходовой элемент И;

19, 20 и 21 - первый, второй и третий элементы задержки соответственно;

22 и 23 - первый и второй измерительные органы направления мощности соответственно;

24 -первая схема сравнения;

25 - вторая схема сравнения;

26 - измерительный орган поиска короткого замыкания;

27 - измерительный орган контроля короткого замыкания;

28 - измерительный орган автоматики;

29, 30 и 31 - первый, второй и третий двухвходовые элементы ИЛИ соответственно;

32 - элемент RS-триггер;

33 - трехвходовой элемент И;

34 - трехвходовой элемент ЗАПРЕТ;

35 - трехвходовой элемент ИЛИ;

36, 37 и 38 - первый, второй и третий исполнительные элементы соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При КЗ 11 в зоне действия первой ступени дистанционной защиты выключателя 2 ПС, например, в одном из направлений вблизи ПС одновременно сработают первая и вторая ступени дистанционной защиты, реализованные с помощью первого 13 и второго 14 измерительных органов защиты соответственно. В результате на выходе каждого измерительного органа защиты появляется сигнал логической единицы, что приведет к появлению сигнала логической единицы на выходе элемента ИЛИ 29 и не разрешит прохождению логической единицы на выход элемента ЗАПРЕТ 16. Последнее объясняется появлением сигнала логической единицы на инверсном и прямом входах элемента ЗАПРЕТ 16 при одновременном срабатывании первого 13 и второго 14 измерительных органов защиты.

Сигнал логической единицы с выхода элемента ИЛИ 29 поступает на входы первого 22 и второго 23 измерительных органов направления мощности и на входы первой 24 и второй 25 схем сравнения. При тех же условиях КЗ ток в присоединении с управляемым разъединителем 6 направлен от шины ПС в линию. Поэтому на выходе его измерительного органа направления мощности 22 устанавливается сигнал логической единицы, который подается на вход элемента И 33. В смежном присоединении направление тока противоположно, что обеспечивает на выходе его измерительного органа направления мощности 23 отсутствие сигнала (присутствует логический сигнал нуль), а это в свою очередь - сигнал логического нуля на входе элемента И 34. Наряду с этим, на выходе первой схемы сравнения 24, устанавливается сигнал соответствующий логической единице, а на выходе второй схемы сравнения 25 - сигнал соответствующий логическому нулю, а это, в свою очередь, появление сигнала логической единицы на счетном входе элемента RS-триггера 32 и сигнала логического нуля на его входе сброса. Указанное обеспечивается, когда величина тока в присоединении с управляемым разъединителем 6 больше значения соответствующего тока в смежном присоединении с управляемым разъединителем 7. В результате на прямом выходе RS-триггера устанавливается сигнал логической единицы, а на инверсном - сигнал логического нуля, что обеспечивает появлению сигнала логической единицы на входе элемента И 33 и отсутствие сигнала (присутствие логического сигнала нуль) на входе элемента И 34.

При всем том, в момент времени после отключения выключателя 2 ПС, когда токи в смежных присоединениях будут равны, на входы RS-триггера 32 будут поданы нули. В этом случае RS-триггер 32 будет находиться в состоянии памяти, удерживаемом бесконечно долго предыдущее состояние, определяемое до момента отключения выключателя поста секционирования. Именно после отключения выключателя на прямом выходе RS-триггера сохранится сигнал логической единицы, а на инверсном - сигнал логического нуля.

В тоже время, логическая единица со второго измерительного органа защиты 14 также подается на вход элемента И 18 и при сработавшем элементе повторителя положения 15, определяющего отключенное положение выключателя 2 ПС, проходит через элемент И 18 на вход измерительных органов поиска 26 и контроля 27 короткого замыкания. При устойчивом повреждении на выходе измерительных органов поиска 26 и (или) контроля 27 короткого замыкания, реализуемых функцию определения характера КЗ по наведенному и остаточному напряжению соответственно, устанавливается сигнал логической единицы, который через элемент ИЛИ 30 подается на входы элементов И 33 и И 34.

В итоге элемент И 33 открывается, что объясняется поступлением на его вход всех трех сигналов, соответствующих логической единице, и на его выходе появляется сигнал логической единицы, который приходит на исполнительный элемент 36 и производит отключение разъединителя 6. При этом не формируется отключающего воздействия на разъединитель 7, так как присутствие логического сигнала нуль на двух входах элемента И 34 в случае, когда величина тока в данном присоединении меньше, чем в смежном и ток направлен от линии в шину ПС не разрешает прохождение сигнала логической единицы на его выход.

Таким образом, отключение разъединителя выполняется при соблюдении следующих условий:

- ток поврежденного присоединения с момента срабатывания защиты выключателя ПС направлен от шины ПС в линию;

- величина тока с момента срабатывания защиты выключателя ПС строго больше значения соответствующего тока в смежном присоединении;

- КЗ в отключенной контактной сети носит устойчивый характер.

Наряду с этим, сигнал логической единицы с выхода элемента И 33 также поступает через элемент ИЛИ 31 и элемент задержки 21 на вход элемента ИЛИ 35 и далее приходит на исполнительный элемент 38, производя включение выключателя 2 ПС. Из этого следует, что после отключения разъединителя поврежденного присоединения спустя время предусмотренное элементом задержки 21 формируется воздействие на включение выключателя в шине ПС, то есть производится, своего рода, деблокировка АПВ на ПС.

В случае неустойчивого характера повреждения (КЗ проходящее), на выходе измерительных органов поиска 26 и (или) контроля 27 короткого замыкания отсутствует Сигнал (присутствует логический сигнал нуль). В свою очередь, появление сигнала логического нуля на инверсном входе элемента ЗАПРЕТ 17 при сигнале Логическая единица, поступившем через элемент задержки 20 на прямой его вход и обеспеченном работой второй ступени дистанционной защиты и отключенным положением выключателя 2 ПС, приводит к появлению на его выходе сигнала логической единицы, который приходит через элемент ИЛИ 35 на исполнительный элемент 38 и производит включение выключателя 2 ПС. Таким образом, выполняется АПВ (БАПВ) выключателя 2 на ПС.С помощью элемента задержки 20 выдержка времени АПВ (БАПВ) выключателя 2 в шине ПС может быть настроена на время, отвечающее особенностям работы системы тягового электроснабжения конкретного участка сети.

Кроме всего прочего, сигнал логическая единица с выхода элемента И 18 также поступает на вход измерительного органа автоматики 28 и при несрабатывании АПВ (БАПВ) выключателя 2 на ПС проходит через элемент ИЛИ 35 на исполнительный элемент 38, тем самым осуществляя штатное АПВ ПС, необходимое для резервирования работы автоматики.

При включенном режиме работы ПС возможно совпадение направлений токов и их значений в смежных питающих линиях ПС, то есть не соблюдение условия, устанавливающего какое из смежных присоединений ПС поврежденное. Данное обстоятельство может иметь место при КЗ в зоне вблизи шин ТП до момента отключения ее выключателей. Поэтому сравнение тока и контроль его направления в рассматриваемом случае осуществляется по истечении выдержки времени равной времени отключения выключателей ТП от первой ступени защиты и реализуемой с помощью элемента задержки 20. Таким образом, при КЗ 11 в зоне вблизи шин тяговой подстанции сработает вторая ступень дистанционной защиты, реализованная с помощью второго измерительного органа защиты 14. В результате на выходе второго измерительного органа защиты 14 устанавливается сигнал логической единицы, который подается на прямой вход элемента ЗАПРЕТ 16. В свою очередь на выходе первого измерительного органа защиты 13 будет присутствовать логический сигнал нуль, поступающий на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 16 и разрешающий прохождение логической единицы на его прямом входе через элемент задержки 19 и элемент ИЛИ 29 на входы первого 22 и второго 23 измерительных органов направления мощности и на входы первой 24 и второй 25 схем сравнения для осуществления сравнение тока и контроля его направления в смежных питающих линиях контактной сети.

Технико-экономический эффект изобретения состоит в том, что при аварии значительно снижается время отключенного состояния тяговой сети и не требуется поиск КЗ на контактной сети, что повышает эффективность работы системы тягового электроснабжения.

«Литература»

1. Герман Л.А., Корнеев В.А. Новые задачи автоматизации тяговых сетей переменного тока // Локомотив - 2014. - №6. - С.41-42.

2. СТО РЖД 07.021.4-2015 Защита систем электроснабжения железных дорог от коротких замыканий и перегрузок. Часть 4. Методика выбора усавок защит в системе тягового электроснабжения переменного тока.

3. Посты секционирования и пункты параллельного соединения. Схемы и технические параметры [Текст] / НИИЭФА-ЭНЕРГО. - СПб.: Рекламное бюро «ДИО», 2011. - 8 с.

Изобретение относится к средствам автоматизации электроснабжения поста секционирования контактной сети переменного тока. В устройство автоматизации поста секционирования двухпутного участка контактной сети переменного тока на управляемых разъединителях на два направления с первым трансформатором напряжения в шине поста секционирования введены на каждом присоединении питающих линий контактной сети по трансформатору тока и в шину поста секционирования второй трансформатор напряжения и вакуумный выключатель с трансформатором тока, оборудованный блоком защиты и автоматики, подключенным ко вторичным обмоткам трансформаторов напряжения и тока и включающим две логические схемы, при этом каждая логическая схема выполнена в виде двух измерительных органов защиты, измерительного органа автоматики, двух измерительных органов направления мощности, элемента RS-триггера, измерительного органа поиска короткого замыкания, измерительного органа контроля короткого замыкания, двух схем сравнения, элемента повторителя положения, трех элементов задержки, двух двухвходовых элементов ЗАПРЕТ, двухвходового и двух трехвходовых элементов И, трех двухвходовых и трехвходового элементов ИЛИ и трех исполнительных элементов. Достигается сокращение времени отключенного состояния тяговой сети после КЗ. 1 ил.

Устройство автоматизации поста секционирования двухпутного участка контактной сети переменного тока на управляемых разъединителях на два направления с первым трансформатором напряжения в шине поста секционирования, отличающееся тем, что в него введены на каждом присоединении питающих линий контактной сети по трансформатору тока и в шину поста секционирования второй трансформатор напряжения и вакуумный выключатель с трансформатором тока, оборудованный блоком защиты и автоматики, подключенным ко вторичным обмоткам трансформаторов напряжения и тока и включающим две логические схемы, при этом каждая логическая схема выполнена в виде двух измерительных органов защиты, измерительного органа автоматики, двух измерительных органов направления мощности, элемента RS-триггера, измерительного органа поиска короткого замыкания, измерительного органа контроля короткого замыкания, двух схем сравнения, элемента повторителя положения, трех элементов задержки, двух двухвходовых элементов ЗАПРЕТ, двухвходового и двух трехвходовых элементов И, трех двухвходовых и трехвходового элементов ИЛИ и трех исполнительных элементов, при этом первый выход первого измерительного органа защиты подключен к первому двухвходовому элементу ИЛИ, выход которого подключен к входам измерительных органов направления мощности и схем сравнения, а второй выход первого измерительного органа защиты подключен к инверсному входу первого двухвходового элемента ЗАПРЕТ, прямой вход которого подключен к выходу второго измерительного органа защиты и входу первого двухвходового элемента И, а выход первого двухвходового элемента ЗАПРЕТ через первый элемент задержки подключен ко второму входу первого двухвходового элемента ИЛИ, второй вход двухвходового элемента И подключен к элементу повторителя положения, а его выход соединен с входами измерительного органа поиска и контроля короткого замыкания, измерительного органа автоматики и через второй элемент задержки с прямым входом двухвходового элемента ЗАПРЕТ, выходы первого и второго измерительных органов направления мощности подключены к входам первого и второго трехвходовых элементов И соответственно, выходы которых подключены к первому и второму исполнительным элементам соответственно и к первому и второму входам двухвходового элемента ИЛИ соответственно, выход которого через третий элемент задержки подключен к входу трехвходового элемента ИЛИ, выходы первой и второй схем сравнения подключены к счетному входу и входу сброса элемента RS-триггера соответственно, прямой и инверсный выходы которого подключены к входам первого и второго трехвходовых элементов И соответственно, третьи входы трехвходовых элементов И подключены к инверсному входу второго двухвходового элемента ЗАПРЕТ и выходу второго двухвходового элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам измерительных органов поиска и контроля короткого замыкания соответственно, второй и третий входы трехвходового элемента ИЛИ подключены к выходу второго двухвходового элемента ЗАПРЕТ и к выходу измерительного органа автоматики соответственно, а выход трехвходового элемента ИЛИ подключен к третьему исполнительному элементу.