УСТАНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности, к системе автоматизации установок поперечной емкостной компенсации.
Известна установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока, содержащая последовательно соединенные главный выключатель, конденсаторную батарею, реактор, демпфирующий резистор с параллельно включенным шунтирующим выключателем, схемы управления главного и шунтирующего выключателей, состоящих из блоков управления, электромагнитов включения и отключения с блокконтактами выключателей, и двух реле времени с замыкающими контактами, входы блоков управления главного и шунтирующего выключателей подключены к «плюс» шине 110 В, первый выход блока управления главного выключателя через замыкающий блокконтакт главного выключателя подключен к входу электромагнита отключения главного выключателя, а его второй выход через первый размыкающий блокконтакт главного выключателя подключен к входу электромагнита включения главного выключателя, первый выход блока управления шунтирующего выключателя через замыкающий блокконтакт шунтирующего выключателя подключен к входу электромагнита отключения шунтирующего выключателя, а его второй выход через размыкающий блокконтакт шунтирующего выключателя подключен к входу электромагнита включения шунтирующего выключателя, причем выходы электромагнитов отключения и включения главного и шунтирующего выключателей подключены к «минус» шине 110 В, к тяговой сети переменного тока подключен трансформатор напряжения, к выходу которого подключено реле напряжения с замыкающим и размыкающим контактами, размыкающий контакт реле напряжения одним выводом подключен к «плюс» шине 110 В, а другим выводом к первому выходу блока управления шунтирующего выключателя и к первому выводу катушки первого реле времени, а замыкающий контакт реле напряжения одним выводом подключен к «плюс» шине 110 В, вторые выводы катушек первого и второго реле времени подключены к «минус» шине 110 В, замыкающий контакт второго реле времени подключен одним концом к «плюс» шине НОВ, а вторым концом ко второму выходу схемы управления шунтирующего выключателя, а замыкающий контакт первого реле времени одним концом подключен к «плюс» шине 110 В, а другим концом к первому выходу схемы управления главного выключателя
В указанной установке поперечной емкостной компенсации (КУ) демпфирующее сопротивление вводится в работу в случае оперативных переключений [2], а также при провалах напряжения в контактной сети [1].
Недостаток прототипа [1]. При переходных процессах в контактной сети (например, при кратковременных отрывах токоприемника от контактной сети) возникает бросок тока намагничивания первичной обмотки трансформатора электровоза (в зависимости от фазы напряжения бросок тока может быть 1000 А и более), характерная особенность которого - явно выраженная гармоника 100 Гц. Гармоника тока 100 Гц протекает по КУ, в результате ток КУ возрастает в 2-4 раза и более, повышается напряжение на конденсаторных банках КУ, и КУ от защиты отключается (см. Приложение 1).
Задача Полезной модели - повышение надежности работы КУ, что достигается демпфированием повышенных значений тока и напряжения КУ путем введения демпфирующего сопротивления в цепь КУ при появлении переходного процесса в тяговой сети.
Технический результат достигается тем, что введены третье реле времени, трансформатор тока КУ с промежуточным трансформатором-трансреактором, фильтром для выделения гармоники 100 Гц и выходное реле с двумя замыкающими контактами, причем трансформатор тока своей первичной обмоткой соединяет цепь из последовательно соединенных главного выключателя, конденсаторной батареи реактора и демпфирующего резистора с рельсом, вход промежуточного трансформатора-трансреактора подключен ко вторичной обмотке трансформатора тока, а его выход - к параллельно соединенным фильтром для выделения гармоники 100 Гц с выходным реле, первый замыкающий контакт выходного реле подключен параллельно размыкающему контакту реле напряжения, а второй замыкающий контакт выходного реле подключает катушку третьего реле времени с последовательно соединенным сопротивлением к «плюс» - «минус» питания 110 В, замыкающий мгновенный контакт третьего реле времен подключен параллельно второму замыкающему контакту выходного реле, промежуточный замыкающий с задержкой контакт третьего реле времени подключен параллельно замыкающему контакту второго реле времени, а упорный замыкающий с задержкой контакт третьего реле времени подключен параллельно к катушке этого реле, замыкающий контакт реле напряжения вторым выводом через второй размыкающий блок-контакт главного выключателя подключен ко второму выходу блока управления главного выключателя и к первому выводу катушки второго реле времени.
Такое выполнение установки, при котором введен контроль за значением гармоники 100 Гц в КУ и при большом его значении вводится резистор в цепь КУ, позволяет в самом начале повышенного значения гармоники 100 Гц уменьшить его с включением демпфирующего резистора. В результате снижается ток КУ и напряжение на конденсаторах до допустимых значений.
Схема установки поперечной емкостной компенсации представлена на фиг.1, а схема управления выключателями представлена на фиг.2 где введены следующие обозначения:
1 - главный выключатель КУ;
2 - конденсаторная батарея КУ;
3 - реактор;
4 - демпфирующий резистор;
5 - шунтирующий выключатель;
6 - трансформатор напряжения;
7 - реле напряжения и его размыкающий (22) и замыкающий (23) контакты;
8 - блок управления шунтирующим выключателем;
9 - блок управления главным выключателем;
10 - электромагнит отключения шунтирующего выключателя;
11 - электромагнит включения шунтирующего выключателя;
12 - электромагнит отключения главного выключателя;
13 - электромагнит включения главного выключателя;
14 и 15 - блокконтакты шунтирующего выключателя
16 и 17 - блокконтакты замыкающий и первый размыкающий главного выключателя;
18 - первое реле времени и его замыкающий контакт 21;
19 - второе реле времени и его замыкающий контакт 20.
24 - трансформатор тока
25 - промежуточный трансформатор-трансреактор
26 - фильтр
27 - выходное реле
28 - первый замыкающий контакт выходного реле
29 - второй замыкающий контакт выходного реле
30 - промежуточный замыкающий с задержкой контакт третьего реле времени
31 - резистор
32 - катушка третьего реле времени
33 - мгновенный замыкающий контакт третьего реле времени
34 - упорный замыкающий с задержкой контакт реле времени
35 - второй размыкающий блокконтакт главного выключателя
36 - рельс тяговой сети
Схема работает следующим образом
При оперативных переключениях КУ (включение - отключение КУ) перед включением - отключением главного выключателя 1 КУ предварительно вводится резистор 4 (отключается шунтирующий выключатель 5) [2].
По прототипу [1] подробно рассмотрен процесс ввода демпфирующего резистора 4 при провалах напряжения, когда в контактной сети напряжение понижается до 15 кВ и ниже.
Разберем ввод демпфирующего резистора 4 в схему КУ по рассматриваемому изобретению при появлении переходного процесса в контактной сети с броском тока намагничивания.
Исходное состояние КУ - включена, тогда главный выключатель 1 и шунтирующий выключатель - включены. Блокконтакты 14 и 16 включены, а 15 и 17 - отключены.
При появлении гармоники 100 Гц в токе КУ с помощью трансформатора тока 24 и переходного трансформатора - трансреактора 25 она поступает на фильтр 26 (конденсатор с емкостью С_), который вместе с трансреактором (индуктивность которого L) образует полосовой фильтр [3, рис.2.24] пропускающий на выходное реле 27 напряжение гармоники 100 Гц, что определяется произведением LC. На схеме показан один из вариантов аналоговых фильтров. В настоящее время известны и другие варианты фильтров, применяемые в устройствах автоматики и релейной защиты [3].
При большом значении гармоники 100 Гц сработает реле 27 и замыкающим контактом 28 отключается шунтирующий выключатель 5 с помощью электромагнита отключения 10.
При вводе резистора 4 в цепь КУ увеличивается сопротивление КУ для гармоники 100 Гц, ток КУ резко уменьшается до допустимых значений.
Одновременно вторым замыкающим контактом 29 выходного реле 27 запускается третье реле времени с катушкой 32 и с резистором 31. С помощью мгновенного контакта 33 третье реле времени встает на «самоподпитку». Промежуточный контакт 30 с задержкой 0,5 сек третьего реле времени включает шунтирующий выключатель 5. Переходный процесс обычно продолжается не более 0,1..0,2 сек., поэтому задержка в 0,5 сек для включения шунтирующего выключателя 5 - достаточна для надежной работы КУ после ликвидации переходного процесса.
Упорный контакт 34 с задержкой (3 сек) отключает третьего реле времени. Таким образом, процесс отключения и последующего включения шунтирующего выключателя 5 заканчивается. Второй размыкающий блокконтакт 35 главного выключателя введен для разрыва цепи на второе реле времени при включенном главном выключателе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полезная модель №74860 (авторы Герман Л.А. и Козлов В.Н.). «Установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока». Опубликовано 20.07.2008 - прототип
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных ж.д. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с
3. Фигурнов Е.П. Релейная защита. М.: Желдориздат, 2002. 720 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
к Описанию Полезной модели
Установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока
Переходный процесс в тяговой сети
Рассмотрим случай возникновения переходного процесса в тяговой сети по приведенной осциллограмме, снятой 24.07.09 в 10 ч 49 мин 38 сек при проходе электровоза вблизи ТП Буреполом в зоне питания консольного участка контактной сети.
На осциллограмме:
Верхняя кривая (1) - напряжение на шинах КУ,
Средняя кривая (2) - напряжение на конденсаторах КУ,
Нижняя кривая (3) - ток КУ.
На осциллограмме (а) видны два повторяющихся переходных процесса, по всей видимости это результат отрыва токоприемника от контактной сети в момент прохода сопряжений нейтральной вставки у ТП Буреполом.
Первый переходный процесс заканчивается после t1, a затем начинается второй переходной процесс длительностью Δt=0,14 сек. При этом ток КУ с установившегося значения 167 А (момент t2) повышается более, чем в 1,5 раза - до 257,5 А (момент t3) и КУ отключается от защиты (момент t4).
В переходном процессе напряжение на конденсаторах повышается с 33,24 кВ до 35,12 кВ, (см. моменты t2 и t3).
В момент t3 переходного процесса зафиксирован спектр тока КУ (б), видно, что ток первой гармоники составляет 53,79% от действующего значения тока КУ, а ток второй гармоники (100 Гц) - 83,15%.
Таким образом, в переходном процессе в токе КУ ясно прослеживается значительное значение тока гармоники 100 Гц. Ток и напряжение КУ в этот период превышает номинальные значения.
Рассматриваемая Полезная модель будет снижать ток КУ до допустимых значений путем кратковременного введения (до допустимого по нагреву резистора - 1 сек) демпфирующего резистора.