УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ЗАЩИТ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ
TRACTION SUBSTATIONS PROTECTIONS BACKING UP DEVICE

Изобретение относится к защитам элементов системы электроснабжения от коротких замыканий, в частности к резервным релейным защитам тяговых подстанций переменного тока.
Общеизвестно, что одним из требований, предъявляемых к релейным защитам, является устойчивость их функционирования, которая характеризует срабатывание устройств релейной защиты при коротких замыканиях (КЗ) в пределах защищаемой зоны и не срабатывание при КЗ за ее пределами. При КЗ в пределах от шин понизительной подстанции до тягового трансформатора тяговой подстанции питающая линии должна отключаться устройствами для защиты линии и не отключаться устройствами для резервирования защит тяговых подстанций.
Для обеспечения устойчивости функционирования устройств релейной защиты нормативные значения выдержек времени устройств для защиты линии и тяговой подстанции согласуются между собой. В ряде случаев нормативная выдержка времени устройств для резервирования тяговых подстанций оказывается меньше выдержки времени устройств для защиты питающей линии, что приводит к преждевременному ее срабатыванию и отключению питающей линии при возникновении КЗ в этой линии до тяговой подстанции. Отключение питающей линии устройством для резервирования защит тяговых подстанций прежде устройства для защиты питающей линии указывает на ложное место КЗ: вместо истинного КЗ в питающей линии оно указывает на КЗ на тяговой подстанции, что вызывает увеличение времени поиска истинного места КЗ.
Проблема работы существующих устройств для релейных защит тяговых подстанций заключается в их низкой устойчивости функционирования при КЗ в питающей линии до трансформатора тяговых подстанций из-за преждевременного их срабатывания, что приводит к ложному указанию места КЗ, увеличению времени поиска истинного места КЗ и времени устранения повреждения.
Известно устройство для резервирования защит тяговых подстанций, представляющее собой максимальную токовую защиту, принцип работы которого основан на срабатывании устройства при значительном приращении амплитуды тока в питающей линии при коротких замыканиях [Фигурнов Е.П. Релейная защита. Учебник для ВУЗов ж.-д. трансп. - М.: Желдориздат, 2002 г., с. 211-213].
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций предназначено для своевременного отключения питающей линии в случаях отказа или вывода из действия основной защиты тяговой подстанции.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций установлено на понизительной подстанции в месте подключения питающей высоковольтной трехфазной линии переменного тока.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций содержит три параллельных ветви для контроля величины фазных токов питающей линии, логический элемент ИЛИ, реле времени и выходной элемент.
Каждая ветвь для контроля величины фазных токов питающей линии содержит последовательно соединенные между собой датчик тока и пороговый элемент.
В каждой ветви для контроля величины фазных токов питающей линии датчик тока предназначен для измерения величины тока и представляет собой измерительный трансформатор тока. Пороговый элемент предназначен для сравнения величины тока с фиксированной величиной тока порога срабатывания упомянутого порогового элемента и представляет собой в данном устройстве реле тока.
Логический элемент ИЛИ предназначен для логического сложения сигналов напряжения уровня логических нуля или единицы.
Реле времени предназначено для отсчета фиксированной выдержки времени.
Выходной элемент предназначен для подачи сигнала напряжения уровня логической единицы или нуля на привод выключателя.
В каждой ветви для контроля величины фазных токов питающей линии выход датчика тока через пороговый элемент соединен с одним из входов логического элемента ИЛИ, выход которого соединен через реле времени с входом выходного элемента.
Вход датчика тока каждой ветви для контроля величины фазных токов питающей линии является соответствующим входом устройства для резервирования защит тяговых подстанций, а выход выходного элемента - его выходом.
Три входа устройства для резервирования защит тяговых подстанций присоединены к фазным проводам питающей линии, например, первый вход упомянутого устройства присоединен например, к проводу фазы А питающей линии, второй вход - к проводу фазы В, а третий вход - к проводу фазы С этой линии.
Выход устройства для резервирования защит тяговых подстанций соединен с приводом выключателя питающей высоковольтной трехфазной линии переменного тока.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций работает следующим образом.
При однофазном КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции отключение питающей линии осуществляется устройством для резервирования защит тяговых подстанций при меньшей нормативной выдержке времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций по сравнению с нормативной выдержкой времени устройства для основной защиты питающей линии.
При упомянутом виде короткого замыкания, например, между фазой А и нулевой точкой вывода трансформатора понизительной подстанции, ток короткого замыкания в начале питающей линии распределяется по ее фазам неравномерно.
В поврежденной фазе А упомянутой линии протекает ток КЗ, величина которого отлично от нуля. В двух других неповрежденных фазах В и С ток КЗ отсутствует.
Ток КЗ в питающей линии одновременно поступает на устройство для защиты питающей линии и устройство для резервирования защит тяговых подстанций и вызывает их запуск.
В устройстве для резервирования защит тяговых подстанций в каждой ветви для контроля величины фазных токов питающей линии датчик тока фиксирует величину поступившего в него тока КЗ и передает его на пороговый элемент.
В пороговом элементе каждой ветви для контроля величины фазных токов питающей линии происходит скалярное сравнение тока КЗ и его фиксированного тока порога срабатывания. Величина тока КЗ хотя бы в одной ветви для контроля всегда превышает фиксированную величину тока порога срабатывания, и пороговый элемент этой ветви выдает сигнал напряжения уровня логической единицы.
Пороговые элементы в двух других ветвях для контроля выдают сигнал напряжения уровня логического нуля при отсутствии в них тока КЗ.
В логическом элементе ИЛИ происходит логическое сложение одного сигнала напряжения уровня логической единицы и двух сигналов напряжения уровня логического нуля от каждой упомянутой ветви с формированием результирующего сигнала напряжения уровня логической единицы, который передается далее в реле времени.
Реле времени по истечении нормативной выдержки времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций меньшем нормативной выдержки времени устройства для основной защиты питающей линии передает сигнал напряжения уровня логической единицы на выходной элемент, который посредством выключателя питающей линии отключает питающую линию и ликвидирует КЗ прежде устройства для защиты питающей линии.
Отключение питающей линии устройством для резервирования защит тяговых подстанций прежде устройства для защиты питающей линии обеспечивает сохранность этой линии, но указывает на ложное место КЗ. Вместо истинного КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции оно указывает на КЗ на тяговой подстанции. Ложное указание места КЗ вызывает увеличение времени поиска истинного места КЗ.
Недостаток известного устройства для резервирования защит тяговых подстанций заключается в низкой устойчивости его функционирования при однофазном КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции.
Это обусловлено излишним срабатыванием известного устройства при однофазных КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции и при меньшей нормативной выдержкой времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций по сравнению с нормативной выдержкой времени устройства для защиты питающей линии.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для резервирования защит тяговых подстанций, принцип действия которого основан на срабатывании устройства при коротких замыканиях после трансформатора тяговой подстанции за счет выявления неравномерного распределения токов в питающей линии путем контроля косвенных электрических величин [Дынькин Б.Е., Пинчуков П.С. Патент на изобретение 2183041 РФ, МПК 7 Н02Н 3/26, 3/28, 3/093 Устройство для резервирования защит тяговых подстанций / (РФ); ДВГУПС (РФ). - №2000111257/09; Заявлено 06.05.2000; Опубл. 27.05.2002, Бюл. №15-16 с.: 3 ил.].
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций предназначено для своевременного отключения питающей в случаях отказа или вывода из действия основной защиты тяговой подстанции.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций установлено на понизительной подстанции в месте подключения питающей высоковольтной трехфазной линии переменного тока.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций содержит три параллельных ветви для контроля разности фазных токов питающей линии, логический элемент ИЛИ, реле времени, выходной элемент.
Каждая ветвь для контроля разности фазных токов питающей линии содержит последовательно соединенные между собой сумматор, датчик приращения тока, пороговый элемент, инвертор и логический элемент И.
В каждой ветви для контроля разности фазных токов питающей линии сумматор предназначен для сложения векторов двух фазных токов и выполнен в виде двух встречно включенных измерительных трансформаторов тока. Датчик приращения тока предназначен для передачи тока при его величине отличной от нуля. Пороговый элемент предназначен для сравнения величины тока с фиксированной величиной порога срабатывания и представляет собой в данном устройстве реле тока. Инвертор предназначен для изменения сигнала напряжения с уровня логического нуля на сигнал напряжения уровня логической единицы и наоборот. Логический элемент И предназначен для логического умножения сигналов напряжения уровня логических нуля или единицы.
Логический элемент ИЛИ предназначен для логического сложения сигналов напряжения уровня логических нуля или единицы.
Реле времени предназначено для отсчета фиксированной выдержки времени.
Выходной элемент предназначен для подачи сигнала напряжения уровня логической единицы или нуля на привод выключателя.
В каждой ветви выход сумматора соединен через датчик приращения тока с входом порогового элемента. Выход порогового элемента соединен через инвертор с соответствующим входом логического элемента И своей ветви и непосредственно с соответствующими входами логических элементов И других ветвей. Выход логического элемента И соединен с соответствующим входом логического элемента ИЛИ.
Выход логического элемента ИЛИ соединен через реле времени с входом выходного элемента.
Первый и второй входы каждого сумматора являются соответствующими входами устройства для резервирования защит тяговых подстанций, а выход выходного элемента - его выходом.
Шесть входов устройства для резервирования защит тяговых подстанций присоединены к фазным проводам питающей линии. Первый и второй входы устройства присоединены, например, к проводам фаз А и В питающей линии, третий и четвертый входы - к проводам фаз В и С этой линии, а пятый и шестой - к проводам фаз С и А этой линии.
Выход устройства для резервирования защит тяговых подстанций соединен с приводом выключателя питающей линии.
Устройство работает следующим образом.
При однофазном КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции отключение питающей линии осуществляется устройством для резервирования защит тяговых подстанций при меньшей нормативной выдержке времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций по сравнению с нормативной выдержкой времени устройства для основной защиты питающей линии.
При упомянутом виде короткого замыкания, например, между фазой А и нулевой точкой вывода трансформатора понизительной подстанции, ток короткого замыкания в начале питающей линии распределяется по ее фазам неравномерно и представляет собой ток нулевой последовательности.
В поврежденной фазе А упомянутой линии протекает ток КЗ, величина которого отлично от нуля. В двух других неповрежденных фазах В и С ток КЗ отсутствует.
Упомянутый ток КЗ в питающей линии одновременно поступает на устройство для защиты питающей линии и устройство для резервирования защит тяговых подстанций и вызывает их запуск.
В устройстве для резервирования защит тяговых подстанций в сумматор первой и третьей ветвей для контроля разности фазных токов питающей линии устройства для резервирования защит тяговых подстанций поступают ток КЗ от поврежденной фазы и ток нулевой величины от неповрежденной фазы.
В сумматор второй ветви для контроля разности фазных токов питающей линии устройства для резервирования защит тяговых подстанций поступают два тока нулевой величины от неповрежденных фаз.
В сумматоре каждой упомянутой ветви направление одного из двух поступивших токов изменяется на противоположное с фиксацией разности векторов упомянутых токов.
При этом в сумматоре первой и третьей ветви для контроля разности фазных токов питающей линии с двумя токами разных величин разность векторов токов отлична от нуля, а в сумматоре второй упомянутой ветви с двумя токами равных величин разность векторов токов равна нулю.
В каждой ветви для контроля величины фазных токов питающей линии датчиком приращения тока фиксируется величина тока, пропорционального разности векторов токов, поступившего в него с сумматора соответствующей ветви и передается на пороговый элемент. В пороговом элементе происходит скалярное сравнение тока, пропорционального разности токов, и его фиксированного тока порога срабатывания. При величине тока, пропорциональной разности токов, в двух первой и третьей ветвях для контроля отличной от нуля и превышающей фиксированную величину тока порога срабатывания, пороговый элемент каждой из этих ветвей выдает сигнал напряжения уровня логической единицы.
Пороговый элемент во второй ветви для контроля выдает сигнал напряжения уровня логического нуля при токе, пропорциональном разности векторов токов, равном нулю.
Один сигнал напряжения уровня логического нуля и два сигнала напряжения уровня логической единицы с порогового элемента каждой ветви для контроля разности фазных токов питающей линии поступают на инвертор этой же ветви, где их величины изменяются с уровня логического нуля или единицы на противоположные по величине.
В логическом элементе И каждой ветви для контроля происходит логическое сложение сигналов напряжения, преобразованных в инверторе своей ветви, и неизмененных сигналов напряжения с пороговых элементов двух других ветвей для контроля.
В логическом элементе И первой и второй ветви для контроля разности фазных токов питающей линии два сигнала напряжения уровня логического нуля и один сигнал напряжения уровня логической единицы образуют результирующий сигнал уровня логического нуля, а в логическом элементе И третьей ветви три сигнала напряжения уровня логической единицы образуют результирующий сигнал уровня логической единицы.
В логическом элементе ИЛИ происходит логическое сложение одного сигнала напряжения уровня логической единицы и двух сигналов напряжения уровня логического нуля от каждой упомянутой ветви с формированием результирующего сигнала напряжения уровня логической единицы, который передается далее на логический элемент И
В логическом элементе И каждой ветви для контроля происходит логическое сложение сигналов напряжения, преобразованных в инверторе своей ветви, и неизмененных сигналов напряжения с пороговых элементов двух других ветвей для контроля.
В логическом элементе И первой и второй ветви для контроля разности фазных токов питающей линии два сигнала напряжения уровня логического нуля и один сигнал напряжения уровня логической единицы образуют результирующий сигнал уровня логического нуля, а в логическом элементе И третьей ветви три сигнала напряжения уровня логической единицы образуют результирующий сигнал уровня логической единицы.
В логическом элементе ИЛИ происходит логическое сложение одного сигнала напряжения уровня логической единицы и двух сигналов напряжения уровня логического нуля от каждой упомянутой ветви с формированием сигнала напряжения уровня логической единицы, который передается далее в реле времени.
Реле времени задерживает сигнал напряжения уровня логической единицы на время нормативной выдержки устройства для резервирования защит тяговых подстанций, которое меньше нормативного времени выдержки устройства для основной защиты питающей линии.
По истечении нормативного времени выдержки устройства для резервирования защит тяговых подстанций сигнал напряжения уровня логической единицы передается на выходной элемент, который посредством выключателя питающей линии отключает эту питающую линию и ликвидирует КЗ прежде устройств для защиты питающей линии.
Отключение питающей линии устройством для резервирования защит тяговых подстанций прежде устройства для защиты питающей линии обеспечивает сохранность этой линии, но указывает на ложное место КЗ. Вместо истинного КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции оно указывает на КЗ на тяговой подстанции. Ложное указание места КЗ вызывает увеличение времени поиска истинного места КЗ.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании устройства для резервирования защит тяговых подстанций, повышающего функциональную устойчивость к однофазным КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции при меньшей нормативной выдержке времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций по сравнению с нормативной выдержкой времени устройства для основной защиты питающей линии за счет своевременного его срабатывания.
Для решения поставленной задачи в устройство для резервирования защит тяговой подстанции, содержащее три параллельные ветви для контроля разности фазных токов питающей линии, каждая из которых состоит из последовательно соединенных между собой сумматора в виде двух встречно включенных измерительных трансформаторов тока, датчика приращения тока, порогового элемента в виде реле тока, инвертора и логического элемента И, а также логический элемент ИЛИ, реле времени и выходной элемент, при этом первый и второй входы сумматора каждой ветви, образующие шесть входов устройства для резервирования защит тяговых подстанций, присоединены к фазным проводам питающей линии, выход выходного элемента, являющийся выходом упомянутого устройства, соединен с приводом выключателя питающей линии, выход порогового элемента каждой линий соединен с соответствующими входами логического элемента И других линий, выход логического элемента И каждой ветви соединен с соответствующим входом логического элемента ИЛИ, выход реле времени соединен с входом выходного элемента, дополнительно введен блок контроля однофазных КЗ в питающей линии, представляющий собой последовательно соединенные между собой датчик тока нулевой последовательности в виде измерительного трансформатор тока нулевой последовательности, пороговый элемент в виде реле тока нулевой последовательности, инвертор и логический элемент И, при этом вход датчика тока нулевой последовательности упомянутого блока контроля образует седьмой вход устройства для резервирования защит тяговых подстанций, присоединенный к выводу нулевой точки трансформатора понизительной подстанции, второй вход логического элемента И упомянутого блока контроля подключен к выходу логического элемента ИЛИ, а выход логического элемента И упомянутого блока контроля - к входу реле времени.
Совокупность существенных признаков заявляемого устройства для резервирования защит тяговой подстанции отличается от совокупности существенных признаков прототипа введением новых конструктивных элементов: блока контроля однофазных КЗ в питающей линии, состоящего из датчика тока нулевой последовательности, порогового элемента, инвертора, логического элемента И, а также новыми взаимосвязями между элементами устройства.
Наличие в совокупности существенных признаков заявляемого решения существенных отличительных признаков свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности изобретения «новизна».
Введение в устройство для резервирования защит тяговых подстанций блока контроля однофазных КЗ в питающей линии, состоящего из датчика тока нулевой последовательности, порогового элемента, инвертора, логического элемента И, а также образование новых взаимосвязей между элементами устройства приводит к повышению функциональной устойчивости устройства для резервирования защит тяговых подстанций к однофазным КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции при меньшей нормативной выдержке времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций по сравнению с нормативной выдержкой времени устройства для основной защиты питающей линии за счет своевременного его срабатывания.
Это обусловлено запретом срабатывания устройства при однофазных КЗ в питающей линии за счет компенсации сигнала напряжения уровня логической единицы сигналом напряжения уровня логического нуля в блоке для контроля однофазных КЗ в питающей линии.
Причинно следственная связь «Введение в устройство для резервирования защит тяговых подстанций блока контроля однофазных КЗ в питающей линии, состоящего из датчика тока нулевой последовательности, порогового элемента, инвертора, логического элемента И, а также образование новых взаимосвязей между элементами устройства приводит к повышению функциональной устойчивости устройства для резервирования защит тяговых подстанций к однофазным КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции при меньшей нормативной выдержке времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций по сравнению с нормативной выдержкой времени устройства для основной защиты питающей линии за счет своевременного его срабатывания» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него. Следовательно, упомянутая причинно следственная связь является новой, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
На фигуре представлена схема устройства для резервирования защит тяговых подстанций, иллюстрирующая работоспособность и «промышленную применимость» заявляемого устройства.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций предназначено для своевременного отключения питающей линии в случаях отказа или вывода из действия основной защиты тяговой подстанции.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций установлено на понизительной подстанции в месте подключения питающей высоковольтной трехфазной линии переменного тока.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций содержит три параллельные ветви 1, 2, 3 для контроля разности фазных токов питающей линии, логический элемент ИЛИ 4, блок контроля однофазных КЗ в питающей линии 5, реле времени 6, выходной элемент 7.
Каждая ветвь для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2, 3 содержит сумматор 8, датчик приращения тока 9, пороговый элемент 10, инвертор 11 и логический элемент И 12.
В каждой ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2, 3 сумматор 8 предназначен для сложения векторов двух фазных токов и выполнен в виде двух встречно включенных измерительных трансформаторов тока. Датчик приращения тока 9 предназначен для передачи тока при его величине отличной от нуля. Пороговый элемент 10 предназначен для сравнения величины тока с фиксированной величиной порога срабатывания и представляет собой в данном устройстве реле тока. Инвертор 11 предназначен для изменения сигнала напряжения с уровня логического нуля на сигнал напряжения уровня логической единицы и наоборот. Логический элемент И 12 предназначен для логического умножения сигналов напряжения уровня логических нуля или единицы.
Логический элемент ИЛИ 4 предназначен для логического сложения сигналов напряжения уровня логических нуля или единицы.
Блок контроля однофазных КЗ в питающей линии 5 предназначен для фиксации наличия однофазных КЗ в питающей линии и выполнен в виде последовательно соединенных между собой датчика тока нулевой последовательности 13, порогового элемента 14, инвертора 15 и логического элемента И 16.
В блоке контроля однофазных КЗ в питающей линии 5 датчик тока нулевой последовательности 13 предназначен для контроля тока нулевой последовательности в питающей линии и представляет собой измерительный трансформатор тока нулевой последовательности. Пороговый элемент 14 предназначен для сравнения величины тока с фиксированной величиной порога срабатывания и представляет собой в данном устройстве реле тока нулевой последовательности. Инвертор 15 предназначен для изменения сигнала напряжения с уровня логического нуля на сигнал напряжения уровня логической единицы и наоборот. Логический элемент И 16 предназначен для логического сложения сигналов напряжения уровня логических нуля или единицы.
Вход датчика тока нулевой последовательности 13 является входом блока контроля однофазных КЗ в питающей линии 5, а выход логический элемент И 16 - его выходом.
Реле времени 6 предназначено для отсчета фиксированной выдержки времени.
Выходной элемент 7 предназначен для подачи сигнала напряжения уровня логической единицы или нуля на привод выключателя.
В каждой ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2, 3 выход сумматора 8 соединен через датчик приращения тока 9 с входом порогового элемента 10. Выход порогового элемента 10 соединен через инвертор 11 с соответствующим входом логического элемента И 12 своей ветви и непосредственно с соответствующими входами логических элементов И 12 других ветвей.
Выход каждого логического элемента И 12 соединен с соответствующим входом логического элемента ИЛИ 4.
Выход логического элемента ИЛИ 4 соединен с первым входом логического элемента И 16 блока контроля однофазных КЗ в питающей линии 5.
В блоке контроля однофазных КЗ в питающей линии 5 выход датчика тока нулевой последовательности 13 соединен с входом порогового элемента 14. Выход порогового элемента 14 через инвертор15 соединен со вторым входом логического элемента И 16. Выход логического элемента И 16 через реле времени 6 соединен с входом выходного элемента 7.
Шестью входами устройства для резервирования защит тяговых подстанций являются входы сумматоров 8 каждой ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2, 3, седьмым его входом - вход датчика тога нулевой последовательности 13 блока контроля однофазных КЗ в питающей линии 5, а выходом устройства - выход выходного элемента 7.
Выход устройства для резервирования защит тяговых подстанций соединен с приводом выключателя питающей линии.
Шесть входов устройства для резервирования защит тяговых подстанций присоединены к фазным проводам питающей линии. Первый и второй входы устройства присоединены, например, к фазным проводам фаз А и В питающей линии, третий и четвертый входы - к фазным проводам фаз В и С этой линии, а пятый и шестой - к фазным проводам фаз С и А этой линии, седьмой вход упомянутого устройства присоединен к выводу нулевой токи трансформатора понизительной подстанции.
Выход устройства для резервирования защит тяговых подстанций соединен с приводом выключателя питающей линии.
Устройство для резервирования защит тяговых подстанций работает следующим образом.
При однофазном КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции отключение питающей линии осуществляется устройством для резервирования защит тяговых подстанций при меньшей нормативной выдержке времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций по сравнению с нормативной выдержкой времени устройства для основной защиты питающей линии.
При упомянутом виде короткого замыкания, например, между фазой А и нулевой точкой вывода трансформатора понизительной подстанции, ток короткого замыкания в начале питающей линии распределяется по ее фазам неравномерно.
В поврежденной фазе А упомянутой линии протекает ток КЗ, величина которого отлично от нуля. В двух других неповрежденных фазах В и С ток КЗ отсутствует.
Ток КЗ в питающей линии одновременно поступает на устройства для защиты питающей линии и устройство для резервирования защит тяговых подстанций и вызывает их запуск.
В устройстве для резервирования защит тяговых подстанций ток КЗ поступает в ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2, 3 и в блок контроля однофазных КЗ в питающей линии 5.
В первой и третьей ветвях для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 3 на сумматор 8 подается ток КЗ от поврежденной фазы и ток нулевой величины от неповрежденной фазы, а во второй ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 2 на сумматор 8 подаются два тока нулевой величины от неповрежденных фаз.
В сумматоре каждой упомянутой ветви для контроля 1, 2, 3 направление одного из двух поступивших токов изменяется на противоположное с фиксацией разности векторов упомянутых токов.
При этом сумматоре 8 первой и третьей ветвей для контроля 1, 3 с двумя токами разных величин разность векторов токов отлична от нуля, а в сумматоре 8 второй ветви 2 с двумя токами равных величин разность векторов токов равна нулю.
В каждой ветви для контроля величины фазных токов питающей линии 1, 2, 3 датчиком приращения тока 9 фиксируется величина тока, пропорционального разности векторов токов, поступившего в него с сумматора 8, и передается на пороговый элемент 10. В пороговом элементе 10 каждой ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2, 3 происходит скалярное сравнение тока, пропорционального разности токов, и его фиксированного тока порога срабатывания. При величине тока, пропорциональной разности токов, в двух первой и третьей ветвях для контроля 1, 3 отличной от нуля и превышающей фиксированную величину тока порога срабатывания, пороговый элемент 10 каждой из этих ветвей 1, 3 выдает сигнал напряжения уровня логической единицы.
Пороговый элемент 10 во второй ветви для контроля 2 выдает сигнал напряжения уровня логического нуля при токе, пропорциональном разности векторов токов, равном нулю.
Один сигнал напряжения уровня логического нуля и два сигнала напряжения уровня логической единицы с порогового элемента 10 каждой ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2, 3 поступают на инвертор 11 этой же ветви, где их величины изменяются с уровня логического нуля или единицы на противоположные по величине.
В логическом элементе И 12 каждой ветви для контроля 1, 2, 3 происходит логическое сложение сигналов напряжения, преобразованных в инверторе 11 своей ветви, и неизмененных сигналов напряжения с пороговых элементов двух других ветвей для контроля 1, 2, 3.
В логическом элементе И 12 первой и второй ветви для контроля разности фазных токов питающей линии 1, 2 два сигнала напряжения уровня логического нуля и один сигнал напряжения уровня логической единицы образуют результирующий сигнал уровня логического нуля, а в логическом элементе И 12 третьей ветви 3 три сигнала напряжения уровня логической единицы образуют результирующий сигнал уровня логической единицы.
В логическом элементе ИЛИ 4 происходит логическое сложение одного сигнала напряжения уровня логической единицы и двух сигналов напряжения уровня логического нуля от каждой упомянутой ветви 1, 2, 3 с формированием результирующего сигнала напряжения уровня логической единицы, который передается далее на логический элемент И 16 блока контроля однофазного КЗ 5
Ток КЗ, поступивший на блок контроля однофазного КЗ 5, фиксируется датчиком тока нулевой последовательности 13 упомянутого блока контроля 5 и передается его пороговый элемент 14 упомянутого блока контроля 5.
В пороговом элементе 14 упомянутого блока контроля 5 с током КЗ, который всегда больше нуля и фиксированной величины тока порога срабатывания, формируется сигнал напряжения уровня логической единицы. Сигнал напряжения уровня логической единицы поступает на инвертор 15 блока контроля однофазного КЗ 5. В инверторе 15 упомянутого блока контроля 5 сигнал напряжения уровня логической единицы преобразуется в сигнал напряжения уровня логического нуля, который поступает на логический элемент И 16 упомянутого блока контроля 5.
В логическом элементе И 16 упомянутого блока контроля 5 сигнал напряжения уровня логической единицы с логического элемента ИЛИ 4 и сигнал напряжения уровня логического нуля с инвертора 15 блока контроля однофазного КЗ 5 логически складываются с формированием сигнала напряжения уровня логического нуля, который поступает на реле времени 6.
Величина сигнала напряжения уровня логического нуля является недостаточной для срабатывания реле времени 6, поэтому реле времени 6, последующий выходной элемент 7 и устройство для резервирования защит тяговой подстанции в целом остаются в состоянии покоя.
Состояние покоя устройства для резервирования защит тяговых подстанций означает запрет на его срабатывание в течение его нормативной выдержки времени.
При этом в питающей линии КЗ продолжается, устройство для защиты питающей линии продолжает отсчитывать свое время выдержки до достижения нормативного, которое больше нормативного времени выдержки устройства для резервирования защит тяговых подстанций. При достижении нормативной выдержки времени устройство для защиты питающей линии отключает эту линию.
В питающей линии КЗ продолжается до момента ее своевременного отключения устройством для защиты этой линии, что приводит к указанию истинного места КЗ, и, как следствие, к существенному сокращению времени поиска места КЗ.
Своевременное отключение питающей линии устройством для защиты питающей линии вследствие запрета на отключение этой линии устройством для резервирования защит тяговых подстанций обеспечивает сохранность этой линии и указывает на истинное место КЗ. Указание истинного места КЗ вызывает сокращение времени поиска истинного места КЗ.
Использование заявляемого устройства для резервирования защит тяговых подстанций приводит при однофазном КЗ в питающей линии до трансформатора тяговой подстанции к селективному отключению КЗ устройством основной защиты линии даже при нормативной величине выдержки времени устройства для резервирования защит тяговых подстанций меньшем нормативной величины выдержки времени устройства для защиты питающей линии и указанию истинного места КЗ, и как следствие, к существенному сокращению времени поиска места КЗ в питающей линии, что повышает его функциональную устойчивость.