АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
AC ELECTRIC TRACTION NETWORK POWER SUPPLY AUTOMATION

Уровень техники
В соответствие с существующими нормативными документами [1] автоматика электроснабжения тяговой сети работает следующим образом. Короткое замыкание в контактной сети приводит к отключению выключателей поврежденной питающей линии контактной сети на тяговой подстанции и посту секционирования. Далее с нормированным временем 5-7 сек происходит включение выключателя данной питающей линии на тяговой подстанции по системе АПВ. После чего, по встречному напряжению штатным АПВ включается выключатель рассматриваемой питающей линии на посту секционирования.
Таким образом, при аварийном отключении выключателей напряжение в контактной сети будет отсутствовать более 5 сек. За это время, например, при работе в тяговой сети электровозов ВЛ-80 с (с машинным фазорасщепителем), успевает «разобраться» схема их тягового режима, что происходит через 1,5-2 сек после снятия напряжения. В итоге восстановление напряжения в контактной сети может произойти через время не менее 1-2 мин [2]. При тяжеловесном составе на подъеме более 6% остановка поезда в результате указанных обстоятельств может привести к негативным последствиям.
Для снижения времени восстановления питания при проходящих КЗ в [3] предложен пост секционирования контактной сети переменного тока с выключателями на присоединениях питающих линий контактной сети, содержащий трансформаторы тока, однофазные трансформаторы напряжения и устройства автоматизации выключателей присоединений питающих линий, в которых блок устройства контроля проходящего (устойчивого) короткого замыкания (УККЗ) в отключенной контактной сети с выходным замыкающим контактом УККЗ и блок устройства поиска короткого замыкания (УПКЗ) на контактной сети с выходным замыкающим контактом УПКЗ подключены к цепям вторичной обмотки трансформатора напряжения, а блок защиты выключателя - к цепям вторичной обмотки трансформаторов напряжения и тока. От блоков УККЗ и УПКЗ в устройстве автоматизации выключателей введено быстродействующее (ускоренное) АПВ (БАПВ) присоединений питающих линий поста секционирования, повышающее эффективность автоматизации электроснабжения межподстанционной зоны за счет быстрого восстановления электроснабжение при проходящем коротком замыкании.
В результате изменяется алгоритм автоматизации постов секционирования контактной сети переменного тока. После аварийного отключения выключателя питающей линии поста секционирования срабатывают устройства контроля проходящего (устойчивого) короткого замыкания (УККЗ и (или) УПКЗ. В случае проходящего короткого замыкания с задержкой по времени подается команда на его включение. Время отсутствия напряжения в контактной сети составляет 0,3-0,9 сек [3], что значительно меньше, чем время в [1] (5-7 сек.). В итоге при БАПВ с временем 0,3-0,9 сек. появляется возможность «удержать» схему тягового режима электровоза с машинным фазорасщепителем. При устойчивом коротком замыкании включение данного выключателя поста секционирования не происходит.
Однако схема АПВ выключателей питающих линий тяговых подстанций остается прежней и при устойчивом КЗ произойдет включение по АПВ выключателя со стороны тяговой подстанции на устойчивое КЗ с последующими негативными последствиями [2].
Введение функции определения проходящего (или устойчивого) КЗ в отключенной контактной сети на тяговых подстанциях для реализации быстродействующего АПВ их выключателей требует установку трансформатора напряжения у выключателя каждого присоединения питающей линии со стороны контактной сети, что не предусмотрено проектным вариантом сооружения тяговых подстанций и приведет к существенному удорожанию последнего.
В [4] рассмотрено устройство телеблокировки, связывающее схемы управления двух смежных выключателей контактной сети с использованием телемеханики, состоящее из приемника, передатчика и линии связи. В линию связи включены усилители сигналов телемеханики и заградительные фильтры нижних частот.
Итак, за прототип принимается [3] устройство автоматизации электроснабжения тяговой сети переменного тока межподстанционной зоны с выключателями питающих линий контактной сети тяговых подстанций и поста секционирования, оборудованными устройствами АПВ с цепочкой, подключенной к «+» и «-» шинам оперативного напряжения, из последовательно соединенных выходного замыкающего контакта реле времени и электромагнита включения выключателя, причем в устройствах автоматизации выключателей поста секционирования блоки защиты и контроля устойчивого (проходящего) короткого замыкания подключены к трансформаторам тока и напряжения присоединений питающих линий поста секционирования, а межподстанционная зона оборудована устройствами телемеханики, связывающими схемы управления каждых двух смежных выключателей питающих линий контактной сети тяговых подстанций и поста секционирования между собой по линии связи с включенными в нее усилителями сигналов телемеханики и заградительными фильтрами нижних частот.
Как указано выше, устройство телемеханики заимствовано в [4].
Недостатки прототипа в следующем. На тяговой подстанции по нормативным документам предусмотрено АПВ без контроля устойчивого КЗ (то есть «слепое» АПВ). Поэтому включение выключателя поврежденной питающей линии тяговой подстанции на устойчивое короткое замыкание может привести к пережогу контактного провода. Более того, в зоне возле подстанции вероятность пережога при АПВ возрастает [5].
Раскрытие изобретения
Задача изобретения - исключить возможность подачи напряжения на устойчивое короткое замыкание путем выполнения АПВ питающих линий тяговой подстанции зависимым от наличия напряжения в контактной сети при успешной работе БАПВ поста секционирования с использованием телемеханики.
Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что реализация зависимого АПВ питающих линий тяговой подстанции с использованием телемеханики позволит запретить действие АПВ выключателя тяговой подстанции при устойчивом КЗ и тем самым предотвратить пережог контактного провода, что повысит эффективность автоматизации электроснабжения тяговой сети переменного тока. Другими словами, если по нормативным документам зависимое АПВ было на посту секционирования, то предлагается перенести зависимое АПВ на выключатели тяговой подстанции, при условии, что на посту секционирования выполнено быстродействующее АПВ с временем 0,3-0,9 сек и с контролем устойчивого (проходящего) КЗ.
Для реализации технического результата изобретения в схему устройства автоматизации выключателей поста секционирования вводятся первое и второе реле времени, промежуточное реле, три диода и передатчики информации на тяговые подстанции об успешном включении выключателя по АПВ, а в схему устройства АПВ выключателей питающих линий тяговых подстанций вводятся приемник указанной информации и третье реле времени, причем в схеме АПВ поста секционирования точка соединения выходного контакта реле времени и электромагнита включения подключается к аноду первого диода, а его катод подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединяется с первым выводом катушки первого реле времени, а вторым вывод этой катушки соединен с «-» шиной, и кроме того, первый вывод резистора подключен через замыкающий мгновенный контакт первого реле времени к «+» шине, катушка промежуточного реле первым выводом подключается к «+» шине через последовательно соединенные резистор и основной контакт первого реле времени, и параллельно с ними соединенный первый замыкающий контакт промежуточного реле, а вторым выводом к «-» шине, цепочка из последовательно соединенных замыкающего третьего контакта промежуточного реле и катушки второго реле времени подключена к «+» и «-» шинам, замыкающий контакт второго реле времени одним выводом подключается к «-» шине, а вторым выводом к катодам второго и третьего диодов, причем анод второго диода подключен к первому выводу катушки первого реле времени, а анод третьего диода подключен к первому выводу катушки промежуточного реле, оперативное напряжение от «+» шины подается через последовательно соединенные замыкающий второй контакт промежуточного реле и замыкающий блок-контакт включенного положения выключателя на запуск передатчика, от которого в результате поступает фиксированный частотный сигнал в линию связи, воспринимаемый приемником информации тяговой подстанции об успешном включении выключателя на посту секционирования по АПВ и формирующий команду на включение третьего реле времени на тяговой подстанции, замыкающий контакт которого, последовательно соединенный с выходным контактом реле времени, подает напряжение с «+» шины на электромагнит включения выключателя тяговой подстанции по АПВ.
Краткое описание чертежей
На Фигуре представлена схема заявленного устройства автоматизации электроснабжения тяговой сети переменного тока (а); схема автоматизации выключателей питающих линий поста секционирования (б); схема автоматизации выключателей питающих линий тяговых подстанций (в).
«Осуществление изобретения»
Для пояснения работы заявленного устройства автоматизации тяговой сети рассмотрим схему на Фигуре со следующими обозначениями:
1,2 - тяговые подстанции;
3 - шина поста секционирования;
4…11 - выключатели;
12, 13 - контактная сеть;
14, 15, 20, 21 - трансформаторы напряжения на присоединениях поста секционирования;
16…19 - трансформатор тока на присоединениях поста секционирования;
22, 23 - точки короткого замыкания;
24, 33 - устройства АПВ выключателей питающих линий тяговых подстанций;
25, 32 - блоки приема информации об успешном включении выключателя поста по БАПВ;
26, 27, 30 и 31 - устройства автоматизации выключателей 6, 7, 8 и 9 соответственно питающих линий поста секционирования, включающие блоки защиты и контроля устойчивого (проходящего) КЗ (УПКЗ и УККЗ);
28, 29 - блоки передачи информации об успешном включении выключателя поста по БАПВ;
34, 37 - заградительные фильтры нижних частот;
35, 38 - усилители сигналов телемеханики;
36 - линия связи телемеханики;
39, 41 - автоматизация выключателей питающих линий тяговых подстанций в устройстве автоматизации электроснабжения тяговой сети;
40 - пост секционирования контактной сети на выключателях с трансформаторами тока и напряжения;
42 - выходной замыкающий контакт реле времени устройства автоматизации выключателей поста секционирования;
43 - электромагнит включения выключателя питающей линии поста секционирования;
44 - схема устройств автоматизации выключателей поста секционирования;
45 - катушка первого реле времени с замыкающими контактами 46, 47;
46 и 47 - замыкающий мгновенный контакт и основной контакт соответственно первого реле времени;
48 - катушка промежуточного реле с замыкающими контактами 49, 50, 51;
49, 50, 51 - первый, второй и третий замыкающие контакты промежуточного реле;
52 - катушка второго реле времени с замыкающим контактом 50;
53 - замыкающий контакт второго реле времени;
54 - замыкающий блок-контакт включенного положения выключателя питающей линии поста секционирования;
55, 56 - первый и второй резисторы;
57, 58, 59 - первый, второй и третий диоды;
60 - передатчик блока передачи информации об успешном АПВ от поста секционирования на тяговую подстанцию;
61 - приемник блока приема информации об успешном АПВ с поста секционирования на тяговую подстанцию.
62 - катушка третьего реле времени с замыкающим контактом 63;
63 - замыкающий контакты третьего реле времени
64 - выходной замыкающий контакт реле времени устройства АПВ выключателя тяговой подстанции;
65 - электромагнит включения выключателя питающей линии тяговой подстанции.
А - запуск передатчика информации успешного АПВ поста секционирования;
В - команда на включение выключателя на тяговой подстанции
Осуществление изобретения
После аварийного отключения выключателя 7 поста секционирования 40, например, в результате короткого замыкания на питающей линии контактной сети в точке 22, реализуемого от защит блока в устройстве автоматизации выключателей поста секционирования 27, происходит выполнение функций определения устойчивого (или проходящего) КЗ в отключенного контактной сети, как по остаточному напряжению, так и (или) по наведенному напряжению в блоках контроля устойчивого (проходящего) КЗ (УККЗ и УПКЗ) этого же устройства 27, и при проходящем коротком замыкании с работой выходного контакта реле времени 42, осуществляемой с задержкой, подается команда на включение выключателя 7 через его электромагнит включения 43.
Параллельно с включением выключателя 7 питающей линии контактной сети поста секционирования в результате работы выходного контакта реле времени 42 через диод 57 поступает напряжение на катушку первого реле времени 45 и срабатывают его замыкающие контакты - первый мгновенный 46 и второй основной 47 с временем 0,5-1 сек. Контакт 47 замыкает цепь катушки промежуточного реле 48, определяющим устойчивое включенное положение выключателя 7 поста секционирования.
При срабатывании промежуточного реле 48 замыкается его первый контакт 49 для удержания промежуточного реле 48 во включенном состоянии.
Второй контакт 50 промежуточного реле 48 при замкнутом блок-контакте включенного положения выключателя 54 формирует команду А запуска передатчика 60 информации для тяговой подстанции по успешному АПВ поста секционирования.
Далее в линию связи 36, предназначенную для телемеханики, передается фиксированный частотный сигнал, воспринимаемый приемником 61, настроенным на ту же частоту. В результате, выполняется запуск команды В, разрешающей включение выключателя 5 подстанции путем срабатывания третьего реле времени 62 и замыкания его контакта 63. После работы штатного реле времени (5-7 сек) устройства АПВ выключателя 5 тяговой подстанции и замыкании его контакта 64 АПВ произойдет, если замкнется контакт 63 и соответственно сработает электромагнит включения выключателя 65.
В случае устойчивого короткого замыкания команда В не запустится и включения выключателя 5 тяговой подстанции не произойдет.
После передачи информации передатчик 60 отключается следующим образом. С работай третьего контакта 51 промежуточного реле 48 поступает напряжение на катушку второго реле времени 52 и срабатывает его контакт 53 с временем 15-20 сек, шунтирующий катушки реле 45 и 48, размыкая цепь контакта 50, и тем самым отключая команду запуска А передатчика.
Таким образом, устройство телеблокировки [4], предназначенное для блокировки смежных выключателей питающей линии контактной сети, используется для включения выключателя присоединения питающей линии тяговой подстанции при успешном БАПВ на присоединении питающей линии поста секционирования, обеспечивая тем самым реализацию зависимого АПВ тяговой подстанции.
Литература
1. СТО РЖД 07.021.2-2015 Защита систем электроснабжения железных дорог от коротких замыканий и перегрузок. Часть 2. Методика выбора алгоритмов действия, уставок блокировок и выбора времени автоматики в системе тягового электроснабжения.
2. Герман Л.А., Герман В.Л. Автоматизация электроснабжения тяговой сети переменного тока. М: МИИТ, 2014, 174 с.
3. Пост секционирования контактной сети переменного тока [Текст] / Л.А. Герман, В.А., К.С. Субханвердиев // Патент на полезную модель, №172099. от 21.02.2017 г.
4. Фигурнов Е.П. Защита электротяговых сетей переменного тока от коротких замыканий. М., «Транспорт», 1979, 160 с.
5. Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Курганов В.В. Повышение технического совершенства защиты контактной сети переменного тока от коротких замыканий. Труды РИИЖТа, Ростов-на-Дону, 1976, вып. 132. С. 14-19.