Способ автоматизации повторного включения (АПВ) выключателей двухпутного участка переменного тока тягового электроснабжения с постом секционирования на разъединителях Российский патент 2023 года по МПК G01R31/08 B60M3/04 H04B3/46 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области автоматизации электроснабжения тяговой сети и может быть использовано на многопутном участке тяговой сети переменного тока с постом секционирования.

Уровень техники

Известны устройства контроля коротких замыканий КЗ (повреждений) в аварийно-отключенной контактной сети, основанные на измерении напряжения в ней [1-4]. Они ориентированы на напряжение в аварийно- отключенной контактной сети: на остаточное напряжение, генерируемое электроподвижным составом (ЭПС) в режиме выбега тяговых двигателей (например, от электровоза ВЛ-80 с коллекторными двигателями), и на наведенное напряжение от продольной линии ДПР (два провода – рельс). Блок контроля КЗ по остаточному напряжению называется УККЗ, а блок контроля КЗ по наведенному напряжению называется УПКЗ. В [1-4] рассматривается устройства контроля КЗ, содержащие дополнительно включенный датчик напряжения в виде трансформатора напряжения, первичная обмотка которого включена у выключателя тяговой подстанции со стороны контактной сети. Недостаток этих устройств в том, что необходимо включать дополнительный трансформатор напряжения 27,5 кВ.

Раскрытие изобретения

В то же время на всех постах секционирования на разъединителях в шину поста подключены трансформаторы напряжения [6].

В [5] впервые устройство контроля КЗ перенесено с тяговой подстанции на пост секционирования (в [5] оно называется устройством испытания контактной сети на короткое замыкание), при этом нет необходимости устанавливать дополнительный трансформатор напряжения на тяговой подстанции, а последовательность процесса способа автоматизации - изменилась. Если раньше устройство контроля КЗ воздействовало на включение выключателей подстанции по АПВ, то сейчас устройство контроля КЗ воздействует на отключение управляемых разъединителей поста секционирования.

Итак, принимаем за прототип изобретение [5], в соответствие с которым: Способ АПВ выключателей двухпутного участка переменного тока тягового электроснабжения с постом секционирования на разъединителях, разделяющего межподстанционную зону на две полузоны, и в шине поста секционирования включен трансформатор напряжения с устройством контроля КЗ в тяговой сети, формирующего цепь через замыкающий контакт реле времени на отключение управляемых разъединителей, а выключатели тяговых подстанций оборудованы ускоренной защитой с устройством сравнения абсолютных значений токов в контактных сетях четного и нечетного путей и на опорах контактной сети смонтирована линия ДПР.

В прототипе [5] при устойчивом КЗ на посту секционирования отключаются все управляемые разъединители, но на тяговой подстанции один из четырех выключателей всё равно включается по штатному АПВ на КЗ. В этом недостаток прототипа.

Цель изобретения - повысить надежность работы тяговой сети путем устранения включения выключателя питающей линии контактной сети на КЗ.

Цель достигается тем, что:

- в момент КЗ в тяговой сети по укоренной защите с устройством сравнения абсолютных значений токов в контактных сетях четного и нечетного путей определяют на одной полузоне выключатель с наибольшим током КЗ и назовем его аварийным;

- по устройству контроля КЗ через время Δt после момента возникновения КЗ определяют (подтверждают) наличие (или отсутствие) КЗ в контактной сети, и, если КЗ отсутствует (ликвидировалось), то дается команда от устройства контроля КЗ на блокировку цепи отключения управляемых разъединителей поста (и разъединители остаются включенными) и далее по штатному АПВ включаются выключатели подстанций кроме одного - аварийного;

- если же КЗ осталось (не ликвидировалось), то дается команда на отключение по цепи через замыкающий контакт реле времени всех управляемых разъединителей поста и далее по штатному АПВ включаются выключатели подстанций кроме одного - аварийного.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема устройства, где введены следующие обозначения:

1, 2 – тяговые подстанции;

3,4,5,6 – выключатели тяговых подстанций питания контактной сети;

7 – контактная сеть двухпутного участка;

8 - пост секционирования с четырьмя 9 управляемыми разъединителями;

10 – трансформатор напряжения 27,5кВ в шине поста секционирования;

11 - реле минимальной защиты;

12 – интеллектуальный терминал выключателя питающей линии контактной сети;

13 – устройство УПКЗ контроля КЗ на основе наведенного напряжения от ДПР;

14 – блок ускоренной защиты интеллектуального терминала с устройством сравнения 15 абсолютных значений токов в контактной сети четного и нечетного путей;

16 - размыкающий контакт минимальной защиты;

17 – реле времени минимальной защиты;

18 - замыкающий контакт реле времени 17 на отключение всех управляемых разъединителей поста секционирования;

19 – размыкающий контакт УПКЗ;

20 - промежуточное реле отключения управляемых разъединителей;

21 – место короткого замыкания.

22 – линия ДПР с выключателем 23.

Две смежные тяговые подстанции 1 и 2 питают выключателями 3, 4, 5, 6 двухпутный участок контактной сети 7 с постом секционирования 8 с четырьмя управляемыми разъединителями 9. К шине поста подключен трансформатор напряжения 10, осуществляющий контроль КЗ в аварийно отключенной контактной сети с помощью минимальной защиты по напряжению на реле 11.

Защита 14 с устройством 15 сравнения абсолютных значений токов в контактной сети четного и нечетного путей в интеллектуальном терминале 12 воздействует на выключатели 3, 4, 5, 6.

Если КЗ произошло в точке 21, то токи КЗ выключателей 3 и 4 практически одинаковые, а ток КЗ в выключателе 6 значительно больше тока КЗ выключателя 5 и выключатель 6 в этой ситуации, как указано выше, - будет аварийным.

В изобретении используется наведенное напряжение от линии ДПР (два провода – рельс) 22, подключенной к тяговой подстанции выключателем 23.

Осуществление изобретения

По опыту работы устройства контроля КЗ [7] предварительно устанавливаем уставку срабатывания минимальной защиты – 400 В, которая в процессе эксплуатации может корректироваться.

При КЗ 21 работает ускоренная защита (без выдержки времени) 14, 15 по разности токов в контактной сети двух путей [8, 9], которая определяет наибольший ток КЗ аварийного включателя. При этом на полузоне с выключателями 3 и 4, где нет КЗ, токи по обоим путям практически одинаковые и разность токов КЗ этих выключателей около нуля. На другой полузоне с КЗ по разности токов определяется наибольший ток у выключателя 6.

Время АПВ выключателей подстанции - известно, в соответствие с нормативным документом [10] - 5-7 сек. Поэтому измерение напряжения в аварийно-отключенной сети целесообразно проводить по времени как можно ближе к времени нормативного АПВ - 5-7 сек, и с учетом наибольшего времени работы разъединителя (принимается 3 сек) время уставка по времени реле 11 равна 2-4 сек. Естественно, что при такой выдержке времени управляемые разъединители начнут отключаться после возникновения КЗ через 2-4 сек. Если КЗ проходящее, то реле времени 12 с выдержкой 2-4 сек не сработает и разъединители останутся включенными. Если же КЗ устойчивое, то напряжение в контактной сети будет меньше 400 В и тогда замкнется контакт 18 и даст команду на отключение всех четырех управляемых разъединителей. В обоих указанных случаях в момент КЗ определится аварийный выключатель, и он по АПВ не будет включаться. Если КЗ проходящее, то в этом, к сожалению, недостаток изобретения. Однако, учитывая, что после АПВ при проходящем КЗ напряжение в контактной сети будет восстановлено на всей межподстанционной зоне и к тому же диспетчер вручную включит этот «аварийный» выключатель, то с этим недостатком можно смириться.

Второй недостаток связан с тем, что при КЗ вблизи поста секционирования токи по смежным путям будут примерно равными и нельзя будет определить так называемый «аварийный» выключатель. В [8] указано, что такой вариант характерен при КЗ у поста секционирования на расстоянии до 5% от длины межподстанционной зоны. В этом случае пост секционирования «разберется», но «аварийный выключатель предварительно не будет определён, и, к сожалению, произойдет включение выключателя на КЗ (то есть так, как происходит сейчас). Поэтому, как видно, вероятность такого КЗ маловероятна, но аварийный участок всё равно будет определён и энергодиспетчер будет готов к этой ситуации и нормализует схему питания известными способами.

Так как в изобретении ориентируются на выдержку реле времени на 2-4 сек, то в контактной сети в этот момент будет наведенное напряжение только от ДПР, и поэтому в изобретении следует применять блок АПВ в ИнТер 12 по УПКЗ-13.

Технико-экономический эффект определяется тем, что нет необходимости дополнительно монтировать на тяговой подстанции трансформатор напряжения, так как и при проходящих, и при устойчивых КЗ автоматика работает практически так же, как и при наличии трансформатора напряжения в существующих схемах электроснабжения.

Литература

1. Патент №2397502

2. Патент №2316777

3. Патент №2498328

4. Патент №2531025

5. Изобретение № 758015

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

7. Герман Л.А., Субханвердиев К.С., Герман В.Л. Автоматизация электроснабжения тяговой сети переменного тока М.: УМЦ…….. на ж.д. транспорта, 2021, 205 с

8. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Ч.2 Учебник. М.: УМЦ….на ж.д. транспорта 2009, 604 с.

9.Терминал интеллектуальный присоединений27,5кВ ИнТер-27,5=ФКС

Руководство по эксплуатации АВ093-00-00_01 РЭ.

10. Защита систем электроснабжения железных дорог от коротких замыканий и перегрузок. Ч.2 Методика выбора алгоритмов действия, уставок блокировок и выбора времени автоматики в системе тягового электроснабжения [Текст]:СТО РЖД 07.021.2-2015.

Изобретение относится к области автоматизации электроснабжения тяговой сети и может быть использовано на многопутном участке тяговой сети переменного тока с постом секционирования. Суть заявленного решения заключается в том, что в момент КЗ в тяговой сети по укоренной защите с устройством сравнения абсолютных значений токов в контактных сетях четного и нечетного путей определяют на одной полузоне выключатель с наибольшим током КЗ, который называют аварийным. Далее по устройству контроля КЗ на посту секционирования определяют вид КЗ: если проходящее, то устанавливается блокировка на отключение управляемых разъединителей, и они остаются включенными, а если устойчивое КЗ, то отключаются все управляемые разъединители. По времени штатного АПВ через 5-7 с от момента возникновения КЗ включаются все выключатели на тяговых подстанциях за исключением аварийного. Технический результат заключается в повышении надежности работы тяговой сети путем устранения включения выключателя питающей линии контактной сети на КЗ. 1 ил.

Способ управления выключателями питающих линий контактной сети двухпутного участка переменного тока тягового электроснабжения, при котором разделяют межподстанционную зону на две полузоны постом секционирования, а в шине поста секционирования включен трансформатор напряжения с устройством контроля КЗ в тяговой сети, формирующего цепь через замыкающий контакт реле времени на отключение разъединителей, а выключатели тяговых подстанций оборудованы ускоренной защитой с устройством сравнения абсолютных значений токов в контактных сетях четного и нечетного путей, и на опорах контактной сети смонтирована линия ДПР, отличающийся тем, что в момент КЗ в тяговой сети по ускоренной защите с устройством сравнения абсолютных значений токов в контактных сетях четного и нечетного путей на одной полузоне определяют выключатель с наибольшим током КЗ и принимают его аварийным, по устройству контроля КЗ через время Δt после момента возникновения КЗ определяют наличие или отсутствие КЗ в контактной сети, и если КЗ ликвидировалось, то дается команда от устройства контроля КЗ на блокировку цепи отключения управляемых разъединителей поста и далее по штатному АПВ повторно включаются выключатели питающих линий контактной сети тяговых подстанций, кроме одного - аварийного, если же КЗ не ликвидировалось, то дается команда от устройства контроля КЗ на отключение всех управляемых разъединителей поста секционирования по цепи через замыкающий контакт реле времени и далее по штатному АПВ включаются выключатели тяговых подстанций, кроме одного - аварийного.