Устройство для автоматического включения фидерного выключателя контактной сети постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК B60M3/00 H02H3/06 

Изобретение относится к области автоматизации устройств энергоснабжения железнодорожного транспорта, в частности к устройствам контроля состояния и защиты фидерных выключателей.

Известно устройство для автоматического повторного включения (АПВ)с контролем состояния контактной сети, содержащее блок выдержек времени включения, выполненный на каскадах транзисторноемкостных задержек, блок определения наличия короткого замыкания на линии, элементы сигнализации и выходной элемент 1.

Недостатками этого устройства являются низкие надежность и помехоустойчивость.

Известно также устройство для автоматического включения фидерного выключателя контактной сети постоянного тока, содержащее генератор тактовых импульсов и счетчик-распределитель, входы которых через один и другой формирователи импульсов и размыкающий контакт реле - повторителя отключенного положения фидерного выключателя соединены с источником питания, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу счетчика-распределителя, к выходам которого подключен дещифратор, выполненный на элементах И, число которых равно числу выходов счетчика-распределителя и выход одного из которых через инвертор подключен к одному из входов триггера блокировки, и блок проверки состояния контактной сети, связанный с одним из входов элемента И, выход которого через элемент ИЛИ соединен с элементом включения фидерного выключателя 2.

Недостатками данного устройства являются невысокие надежность и достоверность контроля, поскольку перед вторым включением выключателя по АПВ и опе, ративно состояние сети не контролируется и возможны ложные запреты включения.

Целью изобретения является повыщение надёжности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматического включения фидерного выключателя контактной сети постоянного тока, содержащее генератор тактовых импульсов и счетчик-распределитель, входы которых через один и другой формирователи импульсов и размыкающий контакт реле - повторителя отключенного положения фидерного выключателя соединены с источником питания, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу счетчика-распределителя, к входам которого подключен дешифратор, выполненный на элементах И, число которых равно числу выходов счетчикараспределителя и выход одного из которых

через инвертор подключен к одному из входов триггера блокировки, и блок проверки состояния контактной сети, связанный с одним из входов элемента И и выход которого через элемент ИЛИ соединен с элементом включения фидерного выключателя, снабжено дополнительными формирователями импульсов, а дещифратор - дополнительным элементом И, один вход которого соединен с одним из выходов счетчика-распределителя, а другой - с другим выходом блока проверки состояния контактной сети, а его выход через один из дополнительных формирователей импульсов соединен с другим входом триггера блокировки, третий вход которого подключен к источнику питания через другой дополнительный формирователь импульсов и размыкающий контакт реле - повторителя отключенного положения фидерного выключателя.

Кроме того, блок проверки состояния контактной .сети содержит источник тока, выход которого через разделительный трансформатор, первичную обмотку трансформатора тока связан с высоковольтным выпрямительным блоком, подключаемым к контактной сети, трансформатор напряжения, первичная обмотка которого включена между входом высоковольтного выпрямительного блока и заземлителем, а вторичная обмотка через один выпрямитель и один фильтр соединена с одним из входов элемента сравнения, другой вход которого через другие фильтр и выпрямитель соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока, а выход - с входом порогового элемента, подключенного к инвертору, выход которого является вторым выходом блока, первым входом которого является выход порогового элемента.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока проверки состояния контактной сети.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, например мультивибратор, соединенный через элемент И 2 со счетным входом двоичного счетчика-распределителя 3, к выходам которого (нулевому, первому, второму, четвертому и седьмому) подключены элементы И 4-10 дешифратора И, выход элемента И 4 через инвертор 12 и разделительный диод 13 соединен с выходом триггера 14 блокировки, выход элемента И 5 подключен к формирователю 15 импульсов, элементы 6 и 10 через элемент ИЛИ 16 подключены к элементу 17 аварийной сигнализации. Блок 18 проверки состояния контактной сети подключен выходом к элементу И 19, выход которого вместе с выходами элементов И 7 и 9 подключен к второму элементу ИЛИ 20, на выходе которого включен исполнительный элемент 21 включения выключателя. К элементу И 19 подключены контакты оперативного включения выключателя - кнопка 22 включения, контакт 23 реле включения выключателя по телеуправлению и ключ 24 телеуправления.

Замыкающий контакт 25 повторителя отключенного положения выключателя соединен с элементом И 10, размыкающий контакт 26 через формирователь 27 импульсов и разделительные диоды 28-30 - с входами установки счетчика-распределителя 3 в первое положение и через формирователь 31 импульсов - с входами синхронизации генератора 1.

К выходу формирователя 27 подключены контакты оперативного отключения выключателя - кнопка 32 отключения и контакт 33 реле отключения по телеуправлению последовательно с ключом 34 телеуправления.

К входу триггера 14 блокировки через резистор 35 подключен замыкающий контакт 36 повторителя земляной защиты. К этому же входу триггера подключена цепь, состоящая из резистора 37 и конденсатора 38, для установки его в положение «Запрет АПВ. Элемент И 8 подключен к триггеру блокировки через формирователь 39 импульсов. Через формирователь 40 импульсов и разделительный диод 41 вход триггера 14 соединен с размыкающим контактом 26 отключенного положения выключателя.

Резисторы 42-45 формирователей являются зарядными для конденсаторов. Резисторы 46 формирователя 27 ограничивают ток блокировки при оперативном отключении выключателя. .

Блок 18 проверки состояния контактной сети (фиг. 2) состоит из источника 47 контрольного напряжения, подключенного через разделительный трансформатор 48, ограничительный резистор 49, трансформатор 50 тока и цепь из последовательных диодов высоковольтного выпрямительного блока 51 к контактной сети 52. К вторичной обмотке трансформатора тока прдключен выпрямитель 53 со сглаживающим фильтром 54. Между трансформатором 50 тока и блоком 51 включен через ограничительный резистор 55 измерительный трансформатор 56 напряжения, первичная обмотка которого защунтирована диодом 57, а к вторичной подключены выпрямитель 58 и сглаживающий фильтр 59. Трансформаторы 50 и 56 связаны с элементом 60 сравнения, выход которого соединен с пороговым элементом 61 и инвертором 62 блокировки включения. Вторичная обмотка разделительного трансформатора защунтирована диодом 63 и ограничителем 64 напряжения

Контактная сеть 52 подключена к шине + 3,3 кВ подстанции 65 через выключатель 66. Между рельсом 67 и контактным проводом 52 включена нагрузка 68 электровозов. Между землей и рельсом имеется переходное сопротивление 69, а рельс 67 подключен к щине подстанции через реактор 70.

Устройство работает следующим образом.

В исходном начальном положении счетчик-распределитель 3 стоит в нулевом по0ложении (). При этом с выхода элемента И 4 отрицательный сигнал открывает инвертор 12, подающий блокирующий потенциал на элемент И 2, и импульсы от работающего генератора 1 не поступают на вход счетчика-распределителя 3.

5

При отключении выключателя от пер грузки или от короткого замыкания контакт 26 замыкается, и положительный потенциал установки триггеров в первое положение подается через формирователи 27 и 40 и

0 диоды 28-30 и 41 на счетчик-распределитель 3, устанавливая его в первое положение {N 1). Одновременно через резистор 42 положительный потенциал подается на вход синхронизации генератора 1, останавливая его на некоторое время (0,5-1,0 с)

5 равное времени разряда конденсатора резистора 42.

Для проверки состояния контактной сети 52 на предмет наличия короткого замыка0ния или перегрузки непосредственно после отключения выключателя используют известный принцип наличия остаточного напряжения в контактной сети при отключении от перегрузки в течение 2-4 с (в зависимости от скорости находящегося в данный момент на фидерной зоне подвижного состава), а также быстрое спадание напряжения при коротком замыкании.

При наличии на контактной сети рабочего напряжения +3,3 кВ с блока 18 на элемент И 5 поступает положительный потенциал, закрывающий счетчик-распределитель 3, при этом конденсатор формирователя 15 оказывается разряженным.

При коротком замыкании напряжение в контактной сети быстро спадает до нуля, отпирается блок 51, и контрольное напряжение повыщенной частоты от источника 47 через трансформатор 48, резистор 49, трансформатор 50 и диоды блока 51 подается в контактную сеть 52. Через тран0сформатор 50 протекает измерительный ток. На элемент 60 при этом подаются два напряжения, одно из которых выпрямленное и сглаженное пропорционально току, а другое - с вторичной обмотки трансформатора 56, выпрямленное и сглаженное про5порционально напряжению на закороченном участке контактной сети. Элемент 61 реагирует при этом на соотношение наприжения и тока в контактной сети, т. -е. на величину остаточного сопротивления на контактной сети на частоте испытательного напряжения. На частоте 300-500 Гц сопротивление контактной сети и тяговых двигателей подвижного состава существенно отличаются. При коротком замыкании сопротивление контактной сети мало. Сопротивление тяговых двигателей 300-500 Ом. На выходе порогового элемента 61 при этом появляется положительный потенциал, а на выходе инвертора 62 - отрицательный. При отключении тока короткого замыкания (к.з.) в контактной сети из-за действия ЭДС самоиндукции реактора 70 и контактной сети возникает выброс (отрицательный) напряжения, амплитуда которого почти равна рабочему напряжению. Это напряжение оказывается приложенным к блоку 51 в прямом направлении. Высокое напряжение, таким образом, прикладывается и к обмоткам разделительного трансформатора 48, что может привести к пробою его межвитковой изоляции. Для защиты от этих перенапряжений в устройство введены диод 63 и ограничитель 64 напряжения, например разрядник с амплитудой ограничения рабочего непытательного напряжения. Трансформатор 56 защищается от отрицательного выброса напряжения диодом 57. На инверсном выходе блока 18 при к.з. через короткое время после отключения выключателя появляется отрицательный потенциал. При этом конденсатор формирователя 15 заряжается через зарядный резистор 44. .Сразу после установки счетчика-распределителя 3 в первое положение при отключении выключателя на выходе элемента И 4, подключенного к нулевому выходу, появляется положительный потенциал, а на выходе инвертора - отрицательный. Открывается элемент И 2 и после разряда конденсатора формирователя 31, подключенного к входу генератора 1, последний начинает переключаться, последовательно проходя все возможные положения. В данном конкретном примере выполнения счетчик занимает восемь положений. При переходе счетчика-распределитеЛя 3 во второе положение на выходе элемента 5 появляется положительный потенциал и конденсатор формирователя 15 успевает зарядиться при коротком замыкании, пока счетчик стоит в первом положении, а на элемент 5 поступает с блока 18 разрешающий отрицательный потенциал, конденсатор разряжается на вход триггера 14. Триггер 14 переключается в положение «Запрет АПВ. С одного его выхода положительный потенциал подается на второй вход элемента 5 и на третий вход элемента 9, и при приходе счетчика в четвертое положение, соответствующее первому АПВ, с выхода элемента И 5 на исполнительный элемент 21 не поступает отрицательный потенциал, и он не срабатывает, второе АПВ также запрещается. При переходе счетчика во второе положение на выходе элемента И 6 появляется отрицательный потенциал запуска аварийной сигнализации, в случае, если выключатель отключается от короткого замыкания, триггер 14 переключается в положение «Запрет АПВ, выключатель 66 остается отключенным (разомкнутым контакт 25 повторителя его включенного положения). В случае, если выключатель 66 отключается не от короткого замыкания, а от перегрузки, напряжение в сети спадает медленно (2-4 с). На второй вход элемента И 5 в этом случае поступает положительный потенциал, и при приходе счетчика распределителя 3 в первое положение на выходе элемента И 5 не появляется отрицательный сигнал. Конденсатор формирователя 15 не заряжается, и при переходе счетчика-распределителя 3 во второе положение с выхода формирователя 15 положительный потенциал не поступает на другой вход триггера 14 и он остается в положении разрешения АПВ. При приходе счетчика-распределителя 3 в.четвертое положение появляется отрицательный потенциал на выходе элемента И 7 включения выключателя 66 по АПВ. Если перегрузка исчезла, выключатель 66 включается и остается включенным. В случае, если перегрузка сохранилась, выключатель 66, включившись на короткое время, снова отключается, при этом снова подтягивается размыкающий контакт 26 повторителя отключенного положения выключателя, однако с формирователей 27 и 31 не появляется положительный сигнал на установку счетчика в первое положение и на остановку генератора 1, так как время заряда конденсаторов этих элементов большое и они не успевают зарядиться за короткое время включенного положения выключателя. Счетчик-распределитель 3 продолжает переключаться. С блока 18 на элемент И 8 приходит положительный потенциал, так как отключение происходит от перегрузки, и напряжение в контактной сети 52 спадает медленно. Конденсатор формирователя 39 разряжен и триггер 14 не переключается в положение «Запрет при переходе счетчика-распределителя 3 в пятое положение. При переходе его в седьмое положение на выходе элемента И 9, связанного с седьмым выходом счетчика (N 7) появляется отрицательный сигнал, который через элемент ИЛИ 20 поступает на исполнительный

элемент 21. Если выключатель 66 в седьмом положении счетчика снова отключается от перегрузки, на выходе элемента И 10 появляется отрицательный сигнал, так как контакт 25 повторителя отключенного положения выключателя оказывается включенным разомкнутым и не блокирует выходной сигнал элемента И 10. Через элемент ИЛИ 16 срабатывает элемент 17 аварийной сигнализации.

В случае, если отключение выключателя происходит от короткого замыкания, но оно быстро устраняется, напряжение в контактной сети 52 спадает быстро, с блока 18 на элементы И 5 и 9 поступает положительный сигнал, так как сопротивление нагрузки большое (к.з. устраняется). Конденсатор формирователя 15 не заряжается в первом положении счетчика-распределителя и триггер 14 остается в положении «Разрешение АПВ. В четвертом положении счетчика

открывается элемент И 7 и срабатывает элемент 21. Происходит первое АПВ.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить двукратное АПВ выключателя фидеров контактной сети только на заведомо исправную линию, в которой нет К.З. Причем проверка состояния контактной сети в отличие от известного устройства производится перед каждым АПВ и с большой достоверностью, так как генератор контрольного сигнала работает на повышенной частоте 300-500 Гц, где сопротивление контактной сети и иагрузки резко отличаются.

Преимущества предлагаемого устройства позволяют повысить надежность и бесперебойность электроснабжени;я тяговых потребителей и снизить вероятность повреждения оборудования подстанций и пережога контактного провода.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ФИДЕРНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее генератор тактовых импульсов и счетчик-распределитель, входы которых через один и другой формирователи импульсов и размыкающий контакт реле - повторителя отключенного положения фидерного выклю5 ателя соединены с источником питания, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу счетчика-распределителя, к выходам которого подключен дешифратор, выполненный на элементах И, число которых равно числу выходов счетчика-распределителя и выход одного из которых через инвертор подключен к одному из входов триггера блокировки, и блок проверки состояния контактной сети, связанный с одним из входов Элемента И, выход которого через элемент ИЛИ соединен с элементом включения фидерного выключателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено дополнительными формирователями импульсов, а дешифратор - дополнительным элементом И, один вход которого соединен с одним из выходов счетчика-распределителя, а другой - с другим выходом блока проверки состояния контактной сети, а его выход через один из дополнительных формирователей импульсов соединен с другим входом триггера блокировки, третий вход которого подключен к источнику питания через другой дополнительный формирователь импульсов и размыкающий контакт реле - повторителя отключенного положения фидерного выключателя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся I тем, что блок проверки состояния контактW ной сети содержит источник тока, выход которого через разделительный трансформатор, первичную обмотку трансформатора тока связан с высоковольтным выпрямительным блоком, подключаемым к контактной сети, трансформатор напряжения, первичная обмотка которого включена между входом высоковольтного выпрямительного блока и заземлителем, а вторичная обмотка через один выпрямитель и один ;о фильтр соединена с одним из входов эле00 мента сравнения, другой вход которого через другие фильтр и выпрямитель соединен с вторичной обмоткой трансформатора О5 тока, а выход - с входом порогового элемента, подключенного к инвертору, выход которого является вторым выходом блока, а первым выходом которого является выход порогового элемента.