УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБРЫВА И ФИКСАЦИИ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ СВЫШЕ 1000 В ПРИ ИХ РАСПОЛОЖЕНИИ НА ОПОРАХ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к системе электроснабжения нетяговых потребителей электрифицированных железных дорог, и может быть использована при определении обрыва и фиксации поврежденной фазы воздушных линий напряжением свыше 1000 В с изолированной нейтралью, нашедших применение для питания нетяговых потребителей, в том числе высоковольтных линий автоблокировки.
Известны технические решения по определению обрыва воздушного провода в сетях напряжением свыше 1000 В с изолированной нейтралью, принцип работы которых построен на возникновении напряжения (Л-1) или напряжения и тока (Л-2) нулевых последовательностей.
В Л-1 предложено устройство защиты ВЛ от однофазных замыканий на землю высоковольтных линий напряжением свыше 1000 В для питания нетяговых потребителей. Устройство предназначено для линий, расположенных на опорах контактной сети переменного тока в зонах сближения с высоковольтными ЛЭП. Оно принято за прототип.
Прототип состоит из питающего трансформатора, коммутационного аппарата ВЛ, воздушных проводов высоковольтной линии, измерительных трансформаторов типа ТМ либо ТС, коммутационного аппарата измерительного трансформатора в конце линии, резистивно-емкостных фильтров, искусственных заземлителей, порогового элемента напряжения с заданной уставкой по напряжению нулевой последовательности в конце линии, порогового элемента времени с заданной уставкой по времени наличия напряжения нулевой последовательности определенной величины в конце линии, порогового элемента времени с заданной уставкой по времени отключения фильтра напряжения нулевой последовательности в конце линии, порогового элемента напряжения на фильтре в начале линии с заданной уставкой по напряжению нулевой последовательности, логического блока. Устройство-прототип работает следующим образом.
При обрыве изолированного воздушного провода ВЛ, расположенного в зоне электромагнитного влияния, за счет рабочего напряжения питающего трансформатора и установки в начале и конце линии двух резистивно-емкостных фильтров, включенных в цепь заземления нулевых точек первичных обмоток трансформаторов, вторичные обмотки которых соединяются в треугольник, через искусственные заземлители и фильтры протекает ток нулевой последовательности. Срабатывает пороговый элемент, фиксирующий уровень напряжения нулевой последовательности, и подает сигнал на пороговый элемент времени. Спустя заданное значение времени, превышающее время отключения режима короткого замыкания в тяговой сети, пороговый элемент времени замыкает выходной контакт и подает сигнал на отключение коммутационного аппарата измерительного трансформатора. Одновременно с подачей команды на отключение, пороговый элемент запускает второй пороговый элемент времени, который по истечении определенного времени выдает сигнал на включение фильтра напряжения нулевой последовательности. Пороговый элемент напряжения, измеряющий напряжение на фильтре в начале защищаемой линии, срабатывает и подает сигнал на логический блок в течение времени, равного отрезку возрастания величины напряжения, вызванного отключением фильтра в конце линии. При совпадении уставки и отрезка времени, в течение которого пороговый элемент подает сигнал на логический блок, подается сигнал на отключение ВЛ коммутационным аппаратом.
В том случае, если напряжение нулевой последовательности превышает уставку порогового элемента за счет магнитного влияния токов в тяговой сети или ЛЭП при коротких замыканиях, срабатывает лишь пороговый элемент напряжения. Пороговый же элемент времени запускается от сигнала порогового элемента напряжения, но не успевает выдать сигнал на своем выходе из-за кратковременности данных режимов (их длительность меньше заданной уставки времени). Сигнал на отключение ВЛ не поступит.
Однако известное устройство неспособно определить какая из фаз защищаемой линии повреждена и передать эту информацию на питающую подстанцию. Передача такой информации является важной и необходимой при эксплуатации особенностью, она существенно облегчит и ускорит работы по восстановлению нормального полнофазного режима работы линии и питания ее потребителей.
Устранить вышеназванные недостатки позволяет измерение фазных напряжений ВЛ в конце защищаемой линии и отключение фильтра напряжения нулевой последовательности на различные известные заданные промежутки времени. Длительность каждого промежутка при этом соответствует повреждению определенной фазы ВЛ. Затем производится сравнение времени, в период которого произошел рост измеряемой на фильтре в начале линии величины напряжения. При совпадении времени с одной из уставок опасный режим отключается и выдается информация о повреждении определенной фазы ВЛ.
Техническим результатом полезной модели является повышение информативности и результативности работы устройства определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока, устройство позволяет снизить уровень электротравматизма обслуживающего персонала, связанный с устранением аварии, снизить время ее устранения.
В известное устройство для определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока в зонах сближения с высоковольтными ЛЭП, состоящее из питающего трехфазного трансформатора, присоединенных к нему через коммутационный аппарат проводов воздушной линии, установленных в начале и конце двух измерительных трансформаторов, вторичные обмотки которых включены в треугольник, а первичные в звезду, нулевые точки которых через резистивно-емкостные фильтры соединены с искусственными заземлителями, вносятся следующие изменения. Вместо порогового элемента напряжения, включенного в конце линии параллельно резистивно-емкостному фильтру, к выходным зажимам которого подключены входные зажимы порогового элемента времени, выходные зажимы которого объединены с входными зажимами второго порогового элемента времени, при этом выходные зажимы обоих пороговых элементов времени включены в цепь управления коммутационного аппарата измерительного трансформатора, устанавливается микропроцессорное устройство. Аналоговые входы микропроцессорного устройства подключаются параллельно фазам низковольтной обмотки измерительного трансформатора. Выход устройства включен в цепь управления положением выключателя измерительного трансформатора.
В начале линии вместо имеющегося в устройстве-прототипе порогового элемента напряжения, включенного параллельно фильтру напряжения нулевой последовательности, выходные зажимы которого соединены с входными зажимами логического блока, выходные зажимы которого включены в цепь управления коммутационного аппарата, отключающего питающий трансформатор, также подключается микропроцессорное устройство. Его измерительный аналоговый вход при этом подключен параллельно фильтру напряжения нулевой последовательности, а выход - в цепь управления коммутационным аппаратом ВЛ.
Заявленная полезная модель иллюстрируется фиг.1.
На фиг.1 обозначены:
1 - питающий трехфазный трансформатор;
2 - коммутационный аппарат ВЛ (высоковольтный выключатель, вакуумный выключатель и т.д.);
3 - воздушные провода высоковольтной линии;
4 - первичная высоковольтная обмотка трансформатора типа ТМ либо ТС, установленного в начале защищаемой линии;
5 - вторичная низковольтная обмотка трансформатора, установленного в начале защищаемой линии;
6 - резистивно-емкостной фильтр, установленный в начале защищаемой линии;
7 - резистивно-емкостной фильтр, установленный в конце защищаемой линии;
8 - первичная высоковольтная обмотка трансформатора типа ТМ либо ТС, установленного в конце защищаемой линии;
9 - вторичная низковольтная обмотка трансформатора, установленного в конце защищаемой линии;
10 - искусственный заземлитель в начале линии;
11 - искусственный заземлитель в конце линии;
12 - микропроцессорное устройство в конце линии;
13 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в конце линии, осуществляющий измерение фазных напряжений ВЛ;
14 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в конце линии, осуществляющий непрерывный анализ измеряемых блоком 13 напряжений;
15 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в конце линии, осуществляющий управление коммутационным аппаратом измерительного трансформатора;
16 - коммутационный аппарат измерительного трансформатора в конце линии;
17 - микропроцессорное устройство в начале линии;
18 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в начале линии, осуществляющий измерение напряжения на фильтре напряжения нулевой последовательности;
19 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в начале линии, осуществляющий непрерывный анализ измеряемого блоком 18 напряжения;
20 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в начале линии, осуществляющий сравнение времени присутствия повышенного напряжения на резистивно-емкостном фильтре с уставками;
21 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в начале линии, осуществляющий вывод информации о поврежденной фазе;
22 - программно-аппаратный модуль микропроцессорного устройства в начале линии, осуществляющий управление коммутационным аппаратом ВЛ.
Предлагаемое устройство определения обрыва и фиксации поврежденной фазы изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока работает следующим образом.
При обрыве изолированного воздушного провода (3) ВЛ происходит существенное снижение одного из фазных напряжений ВЛ в конце линии. Программно-аппаратный модуль (13) микропроцессорного устройства (12), осуществляющий непрерывное измерение трех фазных напряжений ВЛ, передает информацию об измерениях в модуль анализа (14), который, в свою очередь, сравнивает получаемые значения фазных напряжений с номинальными и, в случае резкого снижения одного или нескольких из них, формирует соответствующий пакет данных на своем выходе. Эта информация передается в модуль управления коммутационным аппаратом измерительного трансформатора в конце защищаемой линии (15). Он подает команду на отключение выключателя (16) и, спустя определенный промежуток времени, соответствующий значению, установленному для поврежденной фазы, производит включение выключателя.
Отключение фильтра в конце линии вызывает увеличение напряжения на фильтре в начале ВЛ, которое измеряется модулем (18) микропроцессорного устройства, установленного в начале линии (17). Модуль (19) получает информацию от модуля (18) и, в случае возрастания измеряемого напряжения, передает сигнал о времени его присутствия на резистивно-емкостном фильтре в модуль (20). В нем осуществляется сравнение данного времени с тремя заранее установленными значениями, каждое из которых соответствует обрыву одной из фаз ВЛ. В случае совпадения времени с одной из уставок модуль выдает сигнал на модули (21) и (22). Модуль (21) предназначен для вывода информации о поврежденной фазе. Вывод может быть осуществлен как на специальный дисплей или панель индикации, так и в среду АСУ ТП. Возможно как исполнение в виде трех дискретных выходов («сухая пара»), по одному для каждой из фаз ВЛ, так и с помощью протокола RS-485.
При получении сигнала модуль (22) осуществляет выдачу команды на отключение коммутационного аппарата ВЛ (2).
В тех случаях, когда снижение фазных напряжений в конце линии происходит до уровня, превышающего уставку, или возросший уровень напряжения на фильтре в начале линии присутствует в течение отличного от трех уставок промежутка времени, отключения линии не происходит.
Предлагаемое устройство определения обрыва изолированных проводов и фиксации поврежденной фазы воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока позволяет отстроиться от электромагнитного влияния системы тягового электроснабжения, обеспечить надежное отключение и определение поврежденной фазы воздушных линий, провода которых изолированы.
Устройство надежно работает и при обрыве неизолированных проводов ВЛ при их падении на землю, в том числе и когда переходное сопротивление провод-земля существенно выше резистивно-емкостного сопротивления фаз относительно земли, что имеет место в районах со скалистыми и вечномерзлыми грунтами.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания.
1. Устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока в зонах сближения с высоковольтными ЛЭП. Авторы: Косарев А.Б., Кузнецов Д.Г., Москвин С.Л. Патент на полезную модель №87967, 22 мая 2009 г.- 2 с. (прототип)
2. Серов В.И., Шуцкий В.И., Ягудаев Б.М. Методы и средства борьбы с замыканиями на землю в высоковольтных системах горных предприятий. - М.: Наука, 1985.-136 с.