СПОСОБ ЧАСТИЧНО НЕСЕЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
METHOD OF PARTLY NON-SELECTIVE PROTECTION OF A THRESHOLD AC NETWORK

Область техники, к которой относится изобретение
Прежде всего изобретение относится к способу частично неселективной защиты тяговой сети переменного тока. В целом изобретение относится к системе электроснабжения тяговых сетей переменного тока, а именно к автоматизации постов секционирования контактной сети переменного тока.
Уровень техники
В [1] предложен вариант частично неселективной защиты питающих линий контактной сети постов секционирования переменного тока, когда основные защиты выполнены с нулевой выдержкой времени с целью существенного снижения числа пережогов контактной сети. Предполагается, что посты секционирования контактной сети на выключателях изготовлены НИИЭФА-ЭНЕРГО [2], то есть каждый фидер контактной сети оборудован трансформаторами напряжения и тока, подключенными к выключателям, а защиты и автоматика (автоматическое повторное включение) выполняются на интеллектуальных терминалах ИнТер. В [3, 4] предложено ввести устройство определения наличия (отсутствия) короткого замыкания (КЗ) в аварийно отключенной контактной сети по контролю наведенного напряжения в тяговой сети с целью реализации автоматического повторного включения (АПВ) выключателя питающей линии контактной сети.
Таким образом, в соответствии с прототипом [1] рассматривается способ частично неселективной защиты тяговой сети переменного тока с постом секционирования (ПС) с выключателями, трансформаторами напряжения и тока на каждую питающую линию контактной сети и интеллектуальными терминалами ИнТер с устройством защиты и противоаварийной автоматики, причем основные защиты выполняются с нулевой выдержкой времени.
Недостатки прототипа определяются существующими нормативными документами [5 и 6]. По нормативу [6] АПВ выключателей поста секционирования выполняют зависимым по приходящему напряжению с тяговой подстанции, а так как АПВ питающих линий контактной сети тяговых подстанций выполняют с выдержкой времени не менее 5 сек., то АПВ питающих линий поста секционирования будет более 5 сек. Это значит, что при аварийных отключениях выключателей в тяговой сети и последующего их АПВ напряжение в контактной сети будет отсутствовать более 5 сек. По этой причине, например, при работе в тяговой сети электровозов ВЛ-80 с (с машинным фазорасщепителем), чьи схемы «разбираются» через 1,5-2 сек., восстановление тягового режима может произойти через время не менее 1-2 мин [4]. Такая ситуация в настоящее время наблюдается на большинстве участков сети отечественных железных дорог, где используется электроподвижной состав с машинными фазорасщепителями [4]. При тяжеловесном составе на подъеме более 6% при указанных обстоятельствах поезд может остановиться с негативными последствиями. Такая же картина имеет место и при селективных способах защиты тяговых сетей переменного тока.
Таким образом, для надежного электроснабжения необходимо после аварийного отключения выключателя определить, исчезло ли КЗ, и для случая проходящих коротких замыканий КЗ (то есть исчезающих после отключения напряжения на контактной сети) следует вводить АПВ с уменьшенным временем АПВ по крайней мере до 1-1,2 сек.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения - до минимума снизить отсутствие напряжения в контактной сети при аварийных отключениях и проходящих КЗ.
Технический результат настоящего изобретения заключается в существенном снижении времени восстановления напряжения в контактной сети в аварийных ситуациях и, в частности, в исключении случаев остановки тяжеловесных поездов при проходящих КЗ. Кроме того, в отличие от установки устройства поиска короткого замыкания (УПКЗ) на тяговой подстанции установка УПКЗ на посту секционирования не требует монтажа трансформаторов напряжения, так как они установлены по проекту на всех питающих линиях поста секционирования, а это снижает капитальные затраты на реализацию изобретения.
Для осуществления вышеуказанного технического результата предложен способ частично неселективной защиты тяговой сети переменного тока, содержащей пост секционирования с выключателями, трансформаторами напряжения и тока на каждую питающую линию контактной сети и интеллектуальные терминалы с устройством защиты и автоматическим повторным включением аварийно отключенной питающей линии контактной сети поста секционирования, причем основные защиты выполняются с нулевой выдержкой времени, при этом проверяется отсутствие короткого замыкания в аварийно отключенной контактной сети посредством устройства контроля короткого замыкания по наведенному напряжению и при отсутствии короткого замыкания подается команда на включение аварийно отключенной питающей линии с минимальной выдержкой времени автоматическим повторным включением.
В [3] было предложено для отстройки от работы устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ) задержку времени АПВ установить 3 сек. Однако такое решение было разработано для общего случая электроснабжения тяговой сети. В частности, если установлены посты секционирования на разъединителях, то задержка времени АПВ в 3 сек необходима для уверенного определения отсутствия (наличия) КЗ после отключения всех выключателей, питающих КЗ, даже при условии работы устройства резервирования отключения выключателя (УРОВ). Если же посты на выключателях с индивидуальными защитами, то время АПВ может быть существенно уменьшено, так как в этом случае необходимо контролировать отключенное состояние лишь одного выключателя тяговой подстанции, питающего участок контактной сети с КЗ. Для указанного варианта определим уставку АПВ питающей линии контактной сети поста секционирования. Считаем, что КЗ отключается второй ступенью дистанционной защиты питающей линии контактной сети тяговой подстанции, выдержка времени которой составляет 0,5 сек (максимально возможная по нормативу [5]). Даже с учетом реализации функции резервирования отключения выключателя (УРОВ) он отключится через время не более 0,5 сек [6]. Таким образом, с учетом времени запаса (0,3 сек) уставка АПВ питающей линии контактной сети поста секционирования будет составлять 0,5+0,3=0,8 сек. Если принять выдержку времени второй ступени дистанционной защиты тяговой подстанции 0,3-0,4 сек, как это практически выполняется, то время АПВ питающей линии контактной сети поста секционирования можно уменьшить до 0.6-0.7 сек.
Итак, показано, что АПВ питающей линии контактной сети поста секционирования на выключателях с индивидуальными защитами при контроле наличия (отсутствия) КЗ можно установить в пределах (0.3-0,4)+0,3=0,6-0,7 сек., что и обеспечит минимальное отсутствие напряжения в контактной сети и устойчивую работу электроподвижного состава. Указанное положение является принципиальным и будет использовано далее в изобретении для участков контактной сети, когда КЗ отключается выключателями и тяговой подстанции и поста секционирования. Действительно, при снижении времени АПВ до 0.6-0,7 сек при проходящих КЗ не будут «разбираться» схемы электровоза и, следовательно, не будет нарушаться его тяговый режим, что и отличает предложение по изобретению от существующего положения с «разбором схемы ЭПС» при задержке АПВ на 3 сек. Таким образом, снижение времени АПВ до минимально возможного 0,6-0,7 сек решает проблему сохранения схемы ЭПС при проходящих КЗ.
Краткое описание чертежей
Для пояснения предлагаемого способа частично неселективной защиты тяговой сети переменного тока на чертеже представлена схема поста секционирования.
«Осуществление изобретения»
На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - Шина поста секционирования; 2, 3, 4, 5 - выключатели; 6, 7 - контактная сеть; 8 - трансформатор тока; 9 - трансформатор напряжения; 10 - интеллектуальный терминал ИнТер присоединений; 11 - блок защиты и автоматики БЗА в ИнТер; 12 - блок устройства контроля короткого замыкания УККЗ; 13 - блок устройства поиска короткого замыкания УПКЗ; 14 - блок автоматизации фидера контактной сети к выключателю 5; 15, 16, 17 - то же к выключателям 2, 3, 4; 18 - точка короткого замыкания (КЗ).
Пост секционирования оборудован по схеме НИИЭФА-ЭНЕРГО [2] четырьмя выключателями 2, 3, 4, 5. К трансформаторам тока 8 и напряжения 9 выключателя 5 подключен блок БЗА 11 интеллектуального терминала присоединений ИнТер 10, который при коротком замыкании в контактной сети 6 дает команду на отключение выключателя 5 с нулевой выдержкой времени. После отключения последнего блок УПКЗ 13, подключенный к трансформатору напряжения, с помощью наведенного напряжения определяет, исчезло ли в отключенной контактной сети короткое замыкание. Если короткое замыкание исчезло, то блоком БЗА 11 выполняется команда на включение выключателя 5 с минимально возможной выдержкой времени. Как было указано выше - это 0,6-0,7 сек. Аналогично происходит работа защиты и автоматики при коротких замыканиях на других участках контактной сети, при этом работают по аналогии с блоком автоматизации 14 выключателя 5 блоки автоматизации 15, 16, 17 выключателей 2, 3, 4.
Таким образом, при КЗ в точке 18 отключается выключатель 5 от защиты без выдержки времени, проверяется отсутствие КЗ в контактной сети блоком УПКЗ 13, и если КЗ проходящее, то дается команда от блока БЗА 11 на включение выключателя 5 по АПВ с минимальной выдержкой времени 0,6-0,7 сек. В этом случае все электровозы будут продолжать движение в прежнем режиме.
Что касается блока УККЗ 12, то его следует также включить в работу совместно с блоком УПКЗ 13. Если будут работать электровозы с фазорасщепителями, то при проходящих КЗ АПВ сработает от блока УККЗ 12 (обычно время АПВ от блока УККЗ меньше, чем от блока УПКЗ [4]).
Отметим отличительные особенности изобретения переменного тока:
1. Изобретение относится к посту секционирования с выключателями, индивидуальными защитами и трансформаторами напряжения на питающих линиях контактной сети.
2. На основных защитах установлены нулевые выдержки времени.
3. При выявлении устройствами контроля короткого замыкания по наведенному напряжению (УПКЗ) проходящего короткого замыкания (то есть короткое замыкание исчезло) интеллектуальными терминалами ИнТер выдается команда на включение соответствующего выключателя по АПВ через минимально возможное время 0,6-0,7 сек.
Литература
1. Герман Л.А., Зимаков В.А. Совершенствование руководящих указаний по релейной защите тягового электроснабжения переменного тока. Вестник ВНИИЖТ, 2009 №5. С. 25-28.
2. Посты секционирования и пункты параллельного соединения. Схемы и технические параметры. НИИЭФА-ЭНЕРГО. Рекламное бюро «ДИО», март 2011. 8 с.
3. Патент №160050 от 28.10.2015. Пост секционирования контактной сети переменного тока (Герман Л.А. Корнеев В.А., Попов Д.С., Якунин Д.В.). Опубл. 27.02.2016.
4. Герман Л.А., Герман В.Л. Автоматизация электроснабжения тяговой сети переменного тока М.: МИИТ, 2014, 174 с.
5. СТО РЖД 07.021.1-2015. Защита систем тягового электроснабжения железной дороги от коротких замыканий и перегрузки. Часть 1. Общие принципы и правила построения защит, блокировок и автоматики в системах тягового электроснабжения.
6. СТО РЖД 07.021.2-2015. Защита систем тягового электроснабжения железной дороги от коротких замыканий и перегрузки. Часть 2. Методика выбора алгоритмов действия, уставок блокировок и выдержки времени автоматики в системе тягового электроснабжения.