Устройство неселективной защиты выключателя тяговой подстанции переменного тока

Полезная модель относится к автоматизации системы тягового электроснабжения переменного тока, а именно к системе защит межподстанционной зоны с постом секционирования на разъединителях.
Правила выполнения релейной защиты системы тягового электроснабжения переменного тока изложены в [1], где рассмотрены селективные и неселективные защиты. Защиты выполняются неселективными для снижения вероятности пережога контактной сети. Принимаем [1] за прототип, в котором указано для неселективной защиты следующее: «…в том случае, если посты секционирования не имеют выключателей, а снабжены лишь разъединителями, защиты выключателей на тяговых подстанциях выполняются также (то есть как и при селективных защитах), но во всех ступенях без выдержки времени» [1, с. 138]. Таким образом, здесь подчеркнуто, что все ступени защит выполняются без выдержки времени.
Недостатки прототипа. Если короткое замыкание произойдет на присоединении питающей линии станции или линии «Два провода - рельс (ДПР)», то может отключится вся межподстанционная зона, так как по прототипу все ступени дистанционной защиты выполнены без выдержки.
Цель полезной модели: повышение надежности электроснабжения межподстанционной зоны с неселективной защитой.
В представленной полезной модели будем рассматривать устройство неселективной защиты выключателя тяговой подстанции переменного тока, питающей тяговую сеть с постом секционирования на разъединителях, содержащее блок защиты выключателя присоединения питающей линии контактной сети с токовой отсечкой и тремя ступенями дистанционной защиты, причем токовая отсечка и первая и вторая ступени дистанционной защиты выполнены без выдержки времени, и выходные контакты токовой отсечки и первой и второй ступени дистанционной защиты включены параллельно и одним выводом подключены к «+» шине оперативного напряжения, а вторым выводом подключены к первому полюсу электромагнита отключения выключателя, второй полюс которого соединен с «-» шиной оперативного напряжения.
Для ликвидации недостатка устройства по прототипу [1] и реализации цели рассматриваемой полезной модели предлагаем третью ступень дистанционной защиты выполнять с выдержкой времени. Другими словами, введем реле времени с катушкой и замыкающим контактом, причем катушка первым полюсом подключается на «-» шину оперативного напряжения, а вторым полюсом соединяется с первыми выводами выходного замыкающего контакта третьей ступени дистанционной защиты и замыкающего контакта реле времени, второй вывод выходного замыкающего контакта третьей ступени дистанционной защиты подключается к «+» шине оперативного напряжения, а второй вывод замыкающего контакта реле времени соединяется с первым полюсом электромагнита отключения выключателя. На фиг. 1 представлена межподстанционная зона, в которой введены следующие обозначения.
1 и 2 - тяговые подстанции;
3 - пост секционирования контактной сети;
4 - выключатель присоединения питающей линии контактной сети магистрального участка;
5 - блок защиты выключателя питающей линии контактной сети;
6 - выключатель присоединения питающей линии станции или ДПР;
7, 8, 9, 10 - выходные замыкающие контакты защит: токовой отсечки, дистанционной защиты первой, второй и третьей ступеней;
11 - электромагнит отключения выключателя питающей линии контактной сети;
12 - катушка реле времени дистанционной защиты третьей ступени;
13 - замыкающий контакт реле времени;
14 - трансформатор тока;
15 - трансформатор напряжения;
16 - контактная сеть;
17, 18 - точки возникновения короткого замыкания.
Рассмотрим работу устройства. При коротком замыкании в контактной сети 16 в точке 18 сработает блок защиты 5, подключенный к трансформаторам тока 14 и напряжения 15, замкнутся контакты 7, или 8, или 9 (или одновременно все), и от электромагнита отключения 11 произойдет отключение выключателя 4. Зоны действия защит показаны на фиг. 1, 6: цифрой 1 обозначена зона действия токовой отсечки, цифрой 2 и 3 - зоны действия первой и второй ступени дистанционной защиты. Расчет уставок защит дан в [1]. Аналогично отключатся остальные выключатели 4 на подстанциях 1 и 2 от «своих» блоков защит без выдержки времени.
Однако при коротком замыкании в точке 17 по прототипу [1] сработает контакт 10, и без выдержки времени отключатся неселективно все выключатели 4 межподстанционной зоны. Чтобы этого не произошло, в полезной модели предложено третью ступень дистанционной защиты выполнить с выдержкой времени (катушка реле времени 12 и его замыкающий контакт 13). Тогда при коротком замыкании в зоне действия третьей ступени дистанционной защиты (цифра 4 на рис 1, б) неселективного отключения выключателя 4 не произойдет, так как в этом случае защита выключателя 6 присоединения питающей линии станции или ДПР сработает без выдержки времени быстрее и отключит последний.
ов
п1
п2
зап
ов
п1
п2
зап
Уточним выдержку времени третьей ступени дистанционной защиты. Ступень селективности включает время отключения t выключателя присоединения питающей линии станции или ДПР 6, погрешности во время действия t защиты указанного выключателя 6 и t третьей ступени дистанционной защиты выключателя 4 подстанции 1, учитывается также некоторое время запаса t.С учетом всего этого выдержка времени третьей ступени Δt=t+t+t+t.
п1
п2
зап
Время отключения вакуумного выключателя 0,04-0,06 с, принимаем t+t=0,02×2=0,04 с (погрешность оценили как 30% от времени отключения выключателя). Принимаем t=0,1 с, тогда ступень селективности равна Δt=0,2 с.
Таким образом, время действия третьей ступени дистанционной защиты выключателя подстанции равно 0,2 с.
Это значит, что известный норматив пережога контактного провода 280-350 А⋅с [2] не будет превзойден. Сделаем расчет. При коротком замыкании в конце двухпутного консольного участка длиной 50 км системы 25 кВ ток короткого замыкания равен 27500/(14+5)=1450 А. Здесь 14 Ом - сопротивление тяговой сети, 5 Ом - сопротивление трансформатора и системы внешнего электроснабжения (сопротивления приведены к напряжению 27,5 кВ). Тогда получим для условий пережога - 1450×0,2=290 А⋅с, который указывает, что норматив 350 А⋅с не будет превышен. Таким образом, показано, что введение в третьей ступени дистанционной защиты выдержки времени 0,2 с:
1) обеспечивает селективную работу с защитами выключателей присоединений питающих линий станции и линии ДПР,
2) при этом пережога контактного провода не будет.
Технико-экономическое преимущество предлагаемой полезной модели состоит в том, что при  на станции 17 (что бывает достаточно часто) не будет ложных отключений межподстанционной зоны, а это повышает надежность электроснабжения.
Литература.
1. Руководящие указания по релейной защите систем тягового электроснабжения. М.: «ТРАНСИЗДАТ», 2005, 216 с.
2. Фигурнов Е.П. Релейная защита. 4.2. М.: ГОУ УМЦ, 2009, 604 с.