УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДВУХПУТНОГО УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
SHORT-CIRCUIT CONTROL DEVICE IN ALTERNATING-CURRENT CONTACT SYSTEM OF DOUBLE-TRACK RAILWAY LINE

Изобретение относится к системе автоматизации электроснабжения электрических железных дорог переменного тока, а именно к устройствам автоматизации фидера контактной сети переменного тока железных дорог.
Известно устройство контроля короткого замыкания (КЗ) в контактной сети переменного тока [1], содержащее контактную сеть и линию продольного электроснабжения 27,5 кВ «Два провода-рельс (ДПР)», подключенными через выключатели к шинам тяговых подстанций. Проблема контроля короткого замыкания в отключенной контактной сети рассмотрена в работах [2-4].
В соответствии с прототипом [1] рассматривается устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока двухпутного участка электрической железной дороги, содержащее сигнальное устройство, шины 27,5 кВ тяговой подстанции с подключенным к ней первым выключателем с размыкающим блок-контактом, питающими контактную сеть первого пути железной дороги, и вторым выключателем, питающим линию «два провода - рельс» (ДПР), к первому выключателю со стороны контактной сети подключена первичная обмотка трансформатора напряжения, одним концом к контактной сети, а вторым концом - к рельсу, а к его вторичной обмотке через размыкающий блок-контакт первого выключателя подключена катушка первого реле напряжения, причем сигнальное устройство одним концом подключено к «-110 В» оперативного напряжения, а другим концом к первому выводу замыкающего контакта первого реле напряжении.
Это устройство контролирует электрическую составляющую наведенного напряжения от ДПР (так как нагрузка ДПР небольшая, то практически отсутствует магнитная составляющая наведенного напряжения) и предназначено для однопутных участков. При пониженном значении наведенного напряжения определяется факт наличия устойчивого КЗ. Однако для двухпутных участков появляется магнитная составляющая, и даже при наличии устойчивого короткого замыкания наведенное напряжение может возрасти до 1000-1500 В от магнитной составляющей тяговой нагрузки на соседнем пути. Поэтому устройство определения состояния контактной сети двухпутного участка после аварийного отключения выключателя питающего фидера должно быть другим.
Цель изобретения - повысить надежность определения устойчивого КЗ на двухпутном участке.
Для реализации цели изобретения в устройство введены третий выключатель с размыкающим и замыкающим блок-контактами, подключенный к шинам 27,5 кВ и питающий контактную сеть второго пути, и второе реле напряжения с повышенной уставкой срабатывания, катушка которого подключена параллельно катушке первого реле напряжения, а замыкающий контакт второго реле напряжения первым выводом соединен с первым выводом замыкающего контакта первого реле напряжения, а вторым выводом соединен к +110 В оперативного напряжения через замыкающий блок-контакт третьего выключателя, причем размыкающий блок-контакт третьего выключателя одним концом соединен со вторым выводом замыкающего контакта первого реле напряжения, а вторым концом соединен с +110 В оперативного напряжения.
Поясним причину введения второго реле напряжения с повышенной уставкой срабатывания.
При аварийном отключении от КЗ фидеров контактной сети обоих путей наведенное напряжение от ДПР составляет 1…3,5 кВ при отсутствии КЗ, а при наличии КЗ в соответствии с измерениями - до 100…300 В.
При аварийном отключении от КЗ фидера контактной сети одного пути наведенное напряжение от ДПР и смежного (соседнего) пути 3…9 кВ при отсутствии КЗ (если линия ДПР отключена, то наведенное 2.5…8 кВ), а при наличии КЗ - до 1,0-1,5 кВ в связи с возможным магнитным влиянием от реальных в эксплуатации токов нагрузки смежного пути (при токе фидера 400…600 А).
Сравнение указанных значений наведенного напряжения при отключенном напряжении контактной сети на одном или на двух путях свидетельствует о возможном алгоритме определения устойчивого КЗ по наведенному напряжению.
Другими словами, устройство определения устойчивого КЗ формируется следующим способом:
1) Если аварийно от КЗ отключены оба фидера контактной сети (о чем свидетельствует положение блок-контактов выключателей фидеров контактной сети), то действует первое реле напряжения с уставкой срабатывания, например, 500 В.
2) Если аварийно от КЗ отключился только первый выключатель контактной сети, то действует второе реле напряжения с повышенной уставкой срабатывания, например, 2000 В.
В обоих случаях (при напряжении менее 500 В и 2000 В) будет фиксироваться устойчивое КЗ.
Схема изобретения представлена на фиг.1 и фиг.2 (принято, что наведенное напряжение контролируется на контактной сети первого пути), на которых введены следующие обозначения:
1 - Шины 27,5 кВ тяговой подстанции;
2 и 3 - выключатели фидеров контактной сети;
4 - выключатель фидера ДПР;
5 и 6 - контактная сеть первого и второго путей железной дороги;
7 - линия ДПР;
8 - трансформатор напряжения контроля наведенного напряжения с первичной и вторичной обмотками;
9 - размыкающий блок-контакт первого выключателя (при отключенном выключателе блок-контакт замкнут);
10 - катушка первого реле напряжения с замыкающим контактом 12;
11 - катушка второго реле напряжения с повышенной уставкой срабатывания с замыкающим контактом 13;
14 - сигнальное устройство, указывающее на отсутствие КЗ в контактной сети;
15 и 16 - размыкающий и замыкающий блок-контакты третьего выключателя (при отключенном выключателе размыкающий блок-контакт замкнут);
17 - рельсы:
18 - электромагнитное влияние контактной сети второго пути на контактную сеть первого пути;
19 - электромагнитное влияние ДПР на контактную сеть первого пути.
Схема работает следующим образом.
Рассмотрим два случая при проходящем КЗ на контактной сети 5 первого пути (т.е. после отключения выключателей фидеров контактной сети КЗ самоликвидируется).
1 случай. При КЗ отключаются выключатели 2 и 3 (выключатель 3 тоже может отключиться, так как оба пути соединены через пост секционирования, который на схеме не указан). Тогда электромагнитное влияние будет определяться только линией ДПР 7, т.е. электрическим влиянием, которое будет не меньше 1000 В при отсутствии КЗ. При отключении выключателя 2 размыкающий блок-контакт 9 будет замкнут и наведенное напряжение будет подано на катушку первого реле напряжения 10. Уставка первого реле напряжения 500 В, а наведенное напряжение более 1000 В. Поэтому при отсутствии КЗ первое реле напряжение с катушкой 10 сработает и при замкнутом размыкающем блок-контакте 15 третьего выключателя 3 (так как выключатель 3 отключен) сработает сигнальное устройство 14 и укажет, что КЗ отсутствует на контактной сети.
2 случай. При КЗ отключается только выключатель 2. Электромагнитное влияние определяется линией 7 ДПР и контактной сетью 6 второго пути, т.е. присутствует электрическое и магнитное влияние, и в этом случае наведенное напряжение при отсутствии КЗ превышает 3 кВ (а при отключенном ДПР - превышает 2,5 кВ). При отключении выключателя 2 размыкающий блок-контакт 9 будет замкнут и наведенное напряжение будет подано на катушку второго реле напряжения 11, уставка которого 2000 В. Второе реле напряжения сработает, замкнет замыкающий контакт 13 и при замкнутом замыкающим блок-контакте 16 третьего включенного выключателя 3 сработает сигнальное устройство 14, и укажет, что КЗ отсутствует на контактной сети.
Теперь разберем аналогичные случаи с устойчивым КЗ.
Если в первом случае КЗ устойчивое, то первое реле напряжения с катушкой 10 не сработает, его контакт 12 будет в отключенном состоянии и сигнальное устройство 14 не сработает, что указывается на устойчивое КЗ в контактной сети.
Если во втором случае КЗ устойчивое, то сигнальное устройство 14 также не сработает, так как в одной цепи блок-контакт 15 разомкнут, а во второй цепи контакт 13 разомкнут.
Уставки 500 В и 2000 В должны корректироваться на реальных участках путем измерений наведенного напряжения при наличии и отсутствии КЗ.
Эффективность устройства определяется снижением числа пережогов и объема повреждений контактной подвески в аварийных ситуациях, а также снижением повышенного износа коммутационной аппаратуры и силовых трансформаторов.
Источники информации
1. Патент на изобретение №2339961 от 27.03.2007. Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети. (Герман Л.А., Авилов В.Ю и др.). Опубл. 27.11.2008.
2. Герман Л.А., Попов А.Ю. Оперативно определить зону повреждения в отключенной контактной сети. Локомотив №12 - 2011.
3. Патент на изобретение №2397502 от 29.04.2009. Устройство контроля проходящего и устойчивого короткого замыкания в контактной сети переменного тока (Герман Л.А., Герман В.Л.).
4. Герман Л.А., Демидов С.В., Попов Д.С., Якунин Д.В. Простой способ поиска повреждения на контактной сети переменного тока. Локомотив, 2008. - №4, с.45-46.