Устройство третьей ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети

Полезная модель относится к технике релейной защиты объектов, а именно к дистанционной защите резервной ступени фидеров контактной сети от токов короткого замыкания, и может быть использована для защиты фидеров контактной сети магистральных железных дорог однофазного переменного тока промышленной частоты.
Наиболее близким техническим решением является микропроцессорная система защиты, представленная в [1, 2, 3, 4], содержащая первичные преобразователи тока и напряжения, выполняющие гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов, полосовые фильтры, осуществляющие выделение основной гармоники тока и напряжения из поступающего сигнала, пороговые элементы с гистерезисом, предназначенные для задания значений уставки и осуществления сравнения измеренного значения с ее величиной, элементы логики, выполняющая функции основной и резервной дистанционной зашиты фидеров контактной сети.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются использование идентичной входной и расчетной информации о параметрах защищаемой системы, алгоритм определения расчетных параметров тяговой сети, а также однотипная элементная микропроцессорная база.
Недостатком рассматриваемого прототипа является относительно высокая вероятность перекрытия зон срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервных ступеней дистанционной защиты, связанная с увеличением угла сдвига фаз между током и напряжением в нормальном режиме работы, сокращением зоны срабатывания по сопротивлению при пропуске тяжеловесных составов.
Задачей полезной модели является повышение селективности резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети за счет дополнительной идентификации режима по скорости изменения напряжения в тяговой сети и однозначной идентификации режима системы.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство дистанционной защиты резервной ступени фидеров контактной сети, включающее в себя блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде трансформаторов тока и напряжения, образующих в совокупности с фильтрами первичных параметров системы в виде тока и напряжения и органами расчета угла сдвига фаз, коэффициента гармоник, полного сопротивления сети и скорости изменения напряжения определяют уровень, характеризующий расчет контролируемых параметров системы.
Пороговые элементы напряжения, тока, полного сопротивления и коэффициента гармоник, образуют контур оценки, в котором производится идентификация режима системы тягового электроснабжения и формирование сигнала на работу защиты при трогании поездов с места и в аварийных режимах тяговой сети, соединенный с логическими элементами, образующими уровень логики защиты и взаимодействующего с элементом выдержки времени.
Использование в схеме работы защиты элементов оценки скорости изменения напряжения в совокупности с действующим подходом дает возможность однозначно произвести оценку текущего режима системы тягового электроснабжения и сформировать сигнал на отключение защиты в аварийном режиме, что позволяет отстроиться от перекрытия зон срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервной ступени.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре 1 представлена функциональная схема устройства дистанционной защиты резервной ступени фидеров контактной сети.
Устройство содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 1 и напряжения 2, блок частотного фильтра основной гармоники тока 3, блок частотного фильтра настроенного на диапазон частот от 100 до 450 Гц 4, блок частотного фильтра основной гармоники напряжения 5, орган вычисления скорости изменения напряжения 6, орган вычисления угла сдвига фаз 7, орган вычисления коэффициента гармоник 8, орган вычисления полного сопротивления защищаемого фидера 9, систему пороговых элементов с гистерезисом 10-14, осуществляющих сравнение вычисленных параметров сети со значением уставки, систему логических элементов 16-18, определяющих порядок срабатывания защиты, элемент регулируемой задержки времени 18, программный ключ 19 «Зеркальная зона», обеспечивающий увеличение зоны срабатывания за счет добавления «зеркальных» (симметричных исходным) зон срабатывания, программный ключ 20 «Комплект уставок», позволяющий реализовать несколько наборов уставок в зависимости от режима тяговой сети.
Устройство дистанционной защиты резервной ступеней фидеров контактной сети работает следующим образом.
Сигналы тока и напряжения защищаемого фидера, поступающие с блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов 1 и 2, поступают на блоки частотной фильтрации 3-5, где осуществляется выделение основной гармоники тока 3 и напряжения 5, а также гармонического сигнала в частотном диапазоне от 100 до 450 Гц 4. На основании значений сигнала напряжения, поступающих с фильтра 5 в орган 6, производится определение скорости изменения напряжения. На основании значений сигнала тока, поступающего с фильтра 3 и значения сигнала напряжения, поступающего с фильтра 5 в органе 7 производится вычисление угла сдвига фаз между током и напряжением основной гармоники, после чего в пороговом элементе 12 производится сравнение полученного значения со значением уставки и оценка нахождения значения угла в «зеркальной» зоне (если программный ключ 19 «Зеркальная зона» замкнут). На основании значений сигнала тока, поступающего с фильтра 3 и значения сигнала тока, поступающего с фильтра 4 в органе 8 производится вычисление коэффициента гармоник по току. Вычисленное значение коэффициента поступает на пороговый элемент 11, где производится сравнение со значением уставки по коэффициенту гармоник. В органе 9 вычисляется полное сопротивления защищаемого фидера на основании данных, поступающих с фильтров 3 и 5. Совокупность элементов, отвечающих за фильтрацию первичных параметров системы и расчет вторичных образуют уровень расчета контролируемых параметров защищаемого фидера.
В пороговом элементе 10 производится сравнение измеренного значения изменения скорости напряжения со значением уставки по скорости напряжения. В пороговом элементе 11 производится сравнение измеренного значения коэффициента гармоник со значением уставки по коэффициенту гармоник. В пороговом элементе 13 производится сравнение измеренного значения тока фидера, поступающего с фильтра 3 со значением уставки по току, если пороговый элемент 11 на своем выходе формирует логическую «1», то в элементе 13 осуществляется уменьшение уставки по току на 20% в целях отстройки от пусковых токов локомотивов. В пороговом элементе 14 осуществляется сравнение значения полного сопротивления, поступающего с органа 9 со значением уставки. В случае если пороговый элемент 11 на своем выходе формирует логическую «1», то в элементе 14 осуществляется уменьшение уставки по сопротивлению на 20% в целях отстройки от пусковых токов локомотивов. Совокупность элементов с 10 по 14 образуют контур защиты, реагирующий на аварийные режимы тяговой сети.
Логический элемент 15 формирует «1» на выходе и соответственно сигнал на срабатывание защиты по сопротивлению, если на его входы подаются сигналы от элементов 12 и 14, а также сигнал от программного ключа 20 «Комплект уставок». Логический элемент 16 формирует «1» на выходе и соответственно сигнал на срабатывание защиты по току, если на его входы приходят сигналы от элементов 10, 13 и 20. Логический элемент 17 формирует «1» если на выходе элементов 15 или 16 сформирована «1». Элемент 18 осуществляет регулируемую задержку времени резервной ступени после истечения которого подается сигнал на отключение выключателя защищаемого фидера. Совокупность элементов с 15 по 18 образуют логический уровень дистанционной защиты.
Таким образом, повышение селективности защиты достигается за счет однозначной идентификации режима системы тягового электроснабжения в результате измерения скорости изменения напряжения тяговой сети, что позволяет отстроиться от перекрытия зоны срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервной ступеней.
Источники, используемые при написании заявки.
1. Патент №2173924 на изобретение «Микропроцессорная система защиты», 2000 г., авторы Езерский С.В., Леонтьев А.В., Миров А.В., Потапенко В.И.
2. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ. Руководство по эксплуатации ДИВГ.648228.007 РЭ // НТЦ «Механотроника».
3. Блок микропроцессорный релейной защиты БМР3-ФКС. Часть2 ДИВГ.648228.007-20 РЭ1 // НТЦ «Механотроника».
4. Терминалы интеллектуальные присоединений 25 кВ и 2×25 кВ переменного тока ИнТер-27,5-ФК, ТУ 3185-043-53304326-2003