Способ управления выключателями питающих линий контактной сети двухпутного участка переменного тока тягового электроснабжения с постом секционирования на разъединителях Российский патент 2025 года по МПК B60M3/04 H02H7/26 G01R31/08 

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 измерение напряжения 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). В [5] устройство контроля КЗ включено на посту секционирования с управляемыми разъединителями, тем самым нет необходимости устанавливать дополнительно ТН-27,5 кВ на тяговой подстанции, так как на ПС всегда установлен ТН-27,5 кВ. Устройство контроля КЗ воздействует на отключение –включение управляемых разъединителей. Недостаток [5] следующий: при устойчивом КЗ излишне отключаются все четыре разъединителя, хотя необходимо было бы отключать только один разъединитель на той «четвертушке», где произошло повреждение. (При отключении четырех разъединителей поста секционирования ПС питание двухпутного участка разделяется на четыре «четвертушки»). И при восстановлении нормальной схемы питания снова необходимо включать все четыре разъединителя. Таким образом, если при повреждении найти способ отключать только один разъединитель поврежденного участка, то процесс отключения и обратного включения значительно упростился бы.

Раскрытие изобретения

Принимаем за прототип изобретение [5], где «Способ управления выключателями питающих линий контактной сети двухпутного участка переменного тока тягового электроснабжения, при котором разделяют межподстанционную зону на две полузоны постом секционирования [6], 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 устройству автоматического повторного включения (АПВ) аварийно отключенных выключателей повторно включаются выключатели питающих линий контактной сети тяговых подстанций, кроме одного - аварийного».

Цель изобретения – упрощение алгоритма работы ПС путем уменьшения числа операций в изобретении, а именно, если КЗ не ликвидировалось, то отключается только один управляемый разъединитель ПС (а не четыре по прототипу), в зоне которого произошло КЗ.

Для реализации цели введены трансформаторы тока на всех четырех питающих линиях контактной сети на посту секционирования, и на выходе которых включены диодные мосты для получения средних значений токов и сглаживающие конденсаторы и для сравнения токов трансформаторов введен максиселектор [7 ], определяющий наибольший ток участков тяговой сети и по устройству контроля КЗ на ПС через время Δt после возникновения КЗ определяют, что КЗ не ликвидировалось, и тогда по трансформаторам тока ПС оценивают наибольший ток одной конкретной «четвертушки» межподстанционной зоны и в бестоковую паузу отключают управляемый разъединитель этой «четвертушки» и далее по штатному АПВ включают выключатели тяговых подстанций, кроме одного – аварийного.

Для пояснения процесса автоматизации электроснабжения представим схемное решение изобретения (фиг. 1).

Краткое описание чертежей фиг. 1.

На чертеже показана структурная схема устройства контроля КЗ в аварийной ситуации, 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;

9-1, 9-2, 9-3, 9-4 - четыре разъединителя поста секционирования;

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

11 - реле минимальной защиты;

12 – интеллектуальный терминал выключателя питающей линии контактной сети [6, 10];

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 управляемых разъединителей поста секционирования;

19 – размыкающий контакт УПКЗ;

20-1, 20-2, 20-3, 20-4 - промежуточные реле отключения управляемых разъединителей соответственно разъединителей 9-1, 9-2, 9-3 ,9-4;

21 – место короткого замыкания;

22 – линия ДПР с выключателем 23;

24 – трансформатор тока контактной сети у ПС;

25 – максиселектор;

26 -сглаживающий конденсатор;

27- диодный мост;

28- диоды максиселектора;

29 –нагрузочный резистор;

30 – согласующий трансформатор.

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. Наведенное напряжение от ДПР имеет практически электрическую составляющую, так как магнитная составляющая очень мала из-за малых значений токов линии ДПР. Для определения конкретного управляемого разъединителя ПС, в зоне которого произошло КЗ вводят трансформаторы тока 24 с согласующими трансформаторами [7] у ПС на каждую «четвертушку» межподстанционной зоны контактной сети и к ним подсоединяют через диодные мосты 27 максиселектор 25 (при отключении управляемых разъединителей ПС межподстанционная зона разделяется на четыре «четвертушки»). Максиселектор покажет на какое-то одно из четырех промежуточных реле (20-1, 20-2, 20-3, 20-4), которое должно отключать соответствующий управляемый разъединитель, например, разъединитель 9-1 (если по нему протекает наибольший ток и тогда максиселектор покажет промежуточное реле 20-1) и аналогично отключаются другие управляемый разъединители ПС от промежуточных реле, соответственно (9-2) – (20-2), (9-3) - (20-3) и (9-4) - (20-4) в зависимости от КЗ на той или другой «четвертушке».

Осуществление изобретения

По опыту работы устройства контроля КЗ [8] предварительно устанавливаем уставку срабатывания минимальной защиты – 400-600 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 [ 9,10], 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 (аварийный выключатель).

Время АПВ выключателей подстанции известно, в соответствии с нормативным документом [11] - 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 уставки по времени реле 11 равно 2-4 сек. Естественно, что при такой выдержке времени управляемые разъединители на посту секционирования 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 400-600 В и тогда замкнется контакт 18 и даст команду на отключение одного управляемого разъединителя, в зоне которого произошло КЗ.

На тяговой подстанции в обоих указанных случаях (КЗ проходящее или устойчивое) в момент КЗ определится аварийный выключатель, и он по АПВ не будет включаться. Надо пояснить, что, если КЗ проходящее, то в этом случае, к сожалению, аварийный выключатель также не будет включаться. Однако учитывая, что после АПВ при проходящем КЗ напряжение в контактной сети будет восстановлено на всей межподстанционной зоне (так как управляемые разъединители на ПС не будут отключаться), и к тому же энергодиспетчер по телеуправлению всё равно включит этот «аварийный» выключатель, то с этим недостатком можно смириться.

Технико-экономический эффект изобретения определяется в упрощении процесса переключения разъединителей в аварийной ситуации, так как при устойчивом КЗ отключается только один разъединитель (а не четыре по прототипу), и при восстановлении нормальной схемы питания также включается только один разъединитель.

Литература

1. Патент №2397502

2. Патент №2316777

3. Патент №2498328

4. Патент №2531025

5. Патент №2793578

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

7. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Ч.1 Учебник. М.: УМЦ по образованию на ж.д. транспорте 2009, 415 с.

8. Герман Л.А., Субханвердиев К.С., Герман В.Л. Автоматизация электроснабжения тяговой сети переменного тока. Часть 1. М.: УМЦ по образованию на ж.д. транспорте, 2021, 205 с.

9. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Ч.2 Учебник. М.: УМЦ по образованию на ж.д. транспорте, 2009, 604 с.

10.Терминал интеллектуальный присоединений27,5кВ ИнТер-27,5-ФКС. Руководство по эксплуатации АВ093-00-00_01 РЭ.

11. 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 линиям электроснабжения для транспортных средств. Способ управления выключателями питающих линий контактной сети двухпутного участка переменного тока тягового электроснабжения заключается в том, 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 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. Максиселектор определяет наибольший ток одного из управляемых разъединителей поста секционирования одной линии контактной сети полузоны, если определяют, что КЗ не ликвидировалось, тогда по наибольшему току максиселектора одной линии контактной сети полузоны межподстанционной зоны в бестоковую паузу отключают только один управляемый разъединитель этой линии и далее по штатному АПВ включают выключатели тяговых подстанций, кроме одного – аварийного. Технический результат заключается в упрощении процесса переключения разъединителей. 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 на управляемых разъединителях, а в шине поста секционирования включен трансформатор напряжения с устройством контроля КЗ в тяговой сети, формирующим 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, и 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 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, отличающийся тем, что введены трансформаторы тока c согласующими трансформаторами питающих линий контактной сети на посту секционирования и подсоединенные к ним диодные мосты со сглаживающими конденсаторами, к диодным мостам подключен максиселектор, определяющий наибольший ток одного из управляемых разъединителей поста секционирования одной линии контактной сети полузоны, и по устройству контроля КЗ на посту секционирования через время Δt после возникновения КЗ определяют, что КЗ не ликвидировалось, тогда по наибольшему току максиселектора одной линии контактной сети полузоны межподстанционной зоны в бестоковую паузу отключают только один управляемый разъединитель этой линии, и далее по штатному АПВ включают выключатели тяговых подстанций, кроме одного – аварийного.