Защита фидеров контактной сети переменного тока от малых токов короткого замыкания

ЗАЩИТА ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ НЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ МАЛЫХ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Устройство относится к защите электрических сетей от токов короткого замыкания, в частности к защите фидеров контактной сети электрических железных дорог переменного тока.
В настоящее время для селективной защиты фидеров контактной сети электрических железных дорог принята защита, содержащая в качестве первой ступени токовую отсечку и(или) дистанционный элемент с реле полного сопротивления и в качестве второй ступени дистанционный элемент, выполненный при помощи направленного реле сопротивления с выдержкой времени.
Однако это устройство защиты имеет недостаточную селективность по отношению к токам нагрузки. Кроме того, в контактной сети возможны аварийные режимы, при которых токи по величине не превышают нормальные рабочие токи линии, например при замыканиях через значительные переходные сопротивления, на которые указанное устройство может не реагировать.
Известно устройство для защиты фидеров контактной сети от токов короткого замыкания, в котором для повыщения селективности и надежности отстройки от режимов нагрузки применен принцип искусственного торможения ее исполнительных органов за счет высших гармонических в токе защищаемого фидера. Благодаря такому
2003107726
шшинишимиш
2003 107726
Магай Герман Самсонович Кващук Валентин Андреевич Лапенко Николай Михайлович Кремлёв Иван Александрович МКИН02НЗ/00 В 60 М 1/00
торможению при нагрузке, когда содержание третьей гармоники велико, защита не срабатывает даже при значительных нагрузках (превышающих минимальный ток короткого замыкания). При возникновении короткого замыкания содержание гармонических составляющих снижается, торможение исчезает, и защита срабатывает. Указанное устройство является прототипом данного.
Однако в настоящее время эта защита на железных дорогах не получила распространения из-за недостаточной надежности отстройки от нагрузочных режимов при больших тяговых нагрузках. При удаленных коротких замыканиях и при наличии большой предшествующей нагрузки защита может не сработать, т. к. процент гармонических составляющих в этом случае оказывается значительным. Кроме того, при двустороннем питании контактной сети в ней протекают уравнительные токи, форма которых близка к синусоиде, что оказывает значительное влияние на относительное содержание третьей гармоники в токе фидеров смежных подстанций.
Целью предлагаемого устройства является повышение чувствительности и селективности защиты.
Устройство приведено на фигуре.
Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты фидеров контактной сети переменного тока электрических железных дорог от малых токов короткого замыкания, содержащее каналы связи, датчики тока 1 смежных фидеров контактной сети тяговой подстанции и поста секционирования, фильтры первой и третьей гармоник тока смежных фидеров контактной сети тяговой подстанции и поста секционирования 2 и 3, подключенные своими входами к выходу соответствующих датчиков тока и блок сравнения отношения третьей и первой гармоник тока с уставкой 4, дополнительно введены блок суммирования первых гармоник 5 и блок суммирования третьих гармоник 6 токов смежных фидеров тяговой подстанции и поста секционирования, узел блокировки по
величине тока первой гармоники 7 и логический элемент И 8, причем первые входы блоков суммирования первых гармоник 5 и блоков суммирования третьих гармоник 6 соединены каналами связи с выходами фильтров соответствующих гармоник тока фидера тяговой подстанции 2 и 3, а их вторые входы соединены каналами связи с выходами фильтров соответствзтощих гармоник тока фидера поста секционирования 2 и 3, входы блока сравнения отношения третьей и первой гармоник тока с уставкой 4 соединены с выходами блоков суммирования соответствующих гармоник 5 и 6, а выход соединен со входом логического элемента И 8, другой вход которого соединен с выходом узла блокировки 7, вход которого подключен к выходу блока суммирования первых гармоник 5, на выходе элемента И 8 формируется управляющий сигнал,
В нормальном нагрузочном режиме ток фидера содержит высшие гармонические составляющие, обусловленные работой преобразователя электровоза.
Наибольшую величину в сетевом токе трансформатора электровоза составляет третья гармоника, которая может изменяться в режиме тяги в пределах 16-33 % от основной частоты. Относительное значение этой гармоники в токе фидера тяговой подстанций (или поста секционирования) может значительно отличаться от ее величины в сетевом токе электровоза. Это объясняется тем, что при двустороннем питании межподстанционной зоны в контактной сети протекают уравнительные токи, форма которых максимально приближена к синусоиде. Это снижает относительные значения выспшх гармоник в токе фидера одной подстанции и увеличивает их в токе фидера смежной подстанции. При большом значении уравнительного тока величина третьей гармоники может изменяться в более широких пределах и составлять 7 - 40 % от основной частоты. Это ведет к тому, что в известном устройстве приходится значительно занижать уставку по третьей гармонике, чтобы не происходило ложное срабатывание защиты при нормальном нагрузочном режиме. Однако в
этом случае при наличии значительиой иагрузки на линии и одновременном замыкании контактной сети через большое переходное сопротивление (например, на разземленн)ю опору), сопровождающемся малыми токами, относительное значение третьей гармоники снижается незначительно и остается выше значения уставки, т. е. аз 1з/(11+1зам)ауст, где аз - относительное значение третьей гармоники в токе фидера, Ii действующее значение первой гармоники тока нагрузки, 1зам действующее значение первой гармоники тока замыкания, 1з действующее значение тока третьей гармоники, ауст- уставка по третьей гармонике.
Как отмечалось выше, уравнительный ток протекает по межподстанционной зоне в одном направлении, в то время как тяговый ток поступает к нагрузке (или месту повреждения) с двух сторон. Поэтому если измерять сумму токов, протекающих по смежным фидерам, то в результате получится величина, максимально приближенная к току нагрузки, т. к. уравнительная составляющая будет исключаться. Если исключить составляющую зфавнительного тока в токе фидеров смежных подстанций, то относительное значение третьей гармоники будет приближено к ее значению в сетевом токе выпрямителя электровоза.
Для повышения селективности срабатывания защиты необходимо уменьшить участок контактной сети, отключаемый при коротком замыкании. При отсутствии пунктов параллельного соединения наименьшим участком, на котором можно локализовать повреждение, будет участок от подстанции до поста секционирования, поэтому целесообразно измерять сумму токов смежных фидеров тяговой подстанции и поста секционирования.
Устройство работает следующим образом.
С датчиков 1 токи фидеров тяговой подстанции и поста секционирования, поступают на входы соответствующих фильтров
отфильтрованных гармоник поступают согласованно по времени на входы соответствующих блоков суммирования гармоник 5 и 6, которые осуществляют суммирование первых и третьих гармоник токов смежных фидеров подстанции и поста секционирования соответственно; с выходов блоков 5 и 6, информация о значении гармоник поступает на соответствующие входы блока сравнения отношения третьей и первой гармоник с уставкой 4. В нормальном нагрузочном режиме при движении электровоза по контролируемому участку тяговой сети отношение третьей и первой гармоник, определяемое блоком 4, изменяется в пределах, определяемых типом выпрямителя электровоза и режимом его работы. При этом уравнительный ток практически не будет оказывать влияния на относительные значения высших гармоник в полном токе. В этом случае относительное значение третьей гармоники будет оставаться выше уставки ttycT и с выхода блока 4 на вход элемента И 8 будет поступать запрещающий сигнал. При возникновении замыкания на указанном участке действующее значение первой гармоники полного тока возрастет на величину 1зам, в то время как третья гармоника практически не изменится. В результате относительное значение третьей гармоники станет ниже уставки и с выхода блока 4 поступит первый разрешающий сигнал на логическую схему И 8, а второй разрешающий сигнал поступит от узла блокировки 7 при превышении уставки, равной величине тока короткого замыкания 1зам; на выходе схемы 8 формируется отключающий сигнал, который поступает в цепь управления фидерными выключателями.