СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПОДАЧИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОТКЛЮЧЕННЫЙ И ЗАЗЕМЛЕННЫЙ УЧАСТОК КОНТАКТНОЙ СЕТИ С ПОСТОМ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ
METHOD AND DEVICE OF PROTECTION AGAINST VOLTAGE SUPPLY TO DISCONNECTED AND EARTHED SECTION OF CONTACT NETWORK WITH SECTIONING POST

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к системам питания контактной сети электрифицированных железных дорог.
Известны схемы двухстороннего питания контактной сети на отечественных и зарубежных железных дорогах от двух смежных тяговых подстанций с постом секционирования, расположенным примерно в середине зоны между подстанциями (Фигурнов Е.П. Релейная защита. М.: Желдориздат, 2002, стр.483-485). Контактная сеть в месте расположения поста секционирования содержит воздушный промежуток, разделяющий ее на две изолированные части; одной частью является контактная сеть слева от воздушного промежутка, второй частью - контактная сеть справа от него. Пост секционирования содержит общие шины и два выключателя, которые одним из выводов подключены к общим шинам. Второй вывод первого выключателя присоединяется к контактной сети слева от воздушного промежутка, второй вывод второго выключателя присоединяется к контактной сети справа от воздушного промежутка.
В нормальном режиме оба выключателя включены. Они шунтируют воздушный промежуток, обеспечивая двухстороннее питание электровозов от обеих тяговых подстанций. При коротком замыкании на контактной сети справа или слева от воздушного промежутка один из выключателей отключается. Поврежденная часть контактной сети при этом обесточивается, поскольку отключается также выключатель на той подстанции, к которой подключена эта часть контактной сети. На неповрежденной части контактной сети сохраняется полное напряжение, которое обеспечивает движение поездов на участке от одной из подстанций до поста секционирования.
В этом случае, если электровоз движущегося поезда наедет на воздушный промежуток, то на нем возникнет электрическая дуга, поскольку токоприемник электровоза соединяет часть контактной сети, находящейся под полным напряжением с заземленной (короткозамкнутой) частью. Эта дуга способна полностью пережечь провода контактной сети. Движение электровозов становится невозможным, возникает большой ущерб (см. Приложение).
Сущность способа поясняется на фиг.1, сущность устройства - на фиг.2.
Способ
Известен способ двухстороннего питания контактной сети с постом секционирования, при котором в контактную сеть каждого пути вводят воздушный промежуток, начало и конец которого подключают соответственно через первый и второй выключатели к общей шине поста секционирования, и отключают один из выключателей при возникновении короткого замыкания на контактной сети (Фигурнов Е.П. Релейная защита. М.: Желдориздат, 2002, стр.483-485).
Известен также способ двухстороннего питания контактной сети с постом секционирования, при котором в контактную сеть вводят два воздушных промежутка, а пост секционирования содержит число выключателей более двух, причем один из них включается в разрыв общей шины, деля ее на две секции (Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Петрова Т.Е. Релейная защита сетей тягового электроснабжения переменного тока. М.: Маршрут, 2006, стр.11-13, рис.1.3, д). В этом способе, также как в предыдущем, на посту секционирования приходится по два выключателя на каждый путь, кроме того используется еще только один выключатель, секционирующий общую шину поста, вне зависимости от числа путей.
Обоим этим способам присущ тот существенный недостаток, что при заезде электровоза через воздушный промежуток на отключенную и заземленную часть контактной сети, на воздушном промежутке образуется электрическая дуга, которая пережигает провода контактной сети с остановкой движения электропоездов и большим ущербом.
Известен способ одностороннего питания контактной сети с постом секционирования, при котором в контактную сеть каждого пути вводят первый и второй воздушные промежутки, какую-либо точку контактной сети между которыми соединяют перемычкой с общей шиной поста секционирования, содержащего первый включенный и второй отключенный выключатели, каждый из которых присоединяется одним выводом к общей шине поста секционирования, а другим выводом соответственно к началу первого и концу второго воздушных промежутков, и при заезде электровоза на первый воздушный промежуток отключают первый и включают второй выключатели (Скоростные железные дороги Японии: Синкансен. Пер. с японск. / Татэмацу Тосихико и др.; Под ред. д-ра техн. наук В.Г.Альбрехта. М.: Транспорт, 1984, стр.116-118).
Этот способ принят в качестве прототипа. Общими элементами с изобретением являются первый и второй воздушные промежутки, перемычка между контактной сетью и общей шиной поста секционирования, наличие на посту секционирования на каждый путь первого и второго выключателей, присоединение выключателей одним выводом к общей шине, а другим выводом соответственно к началу первого и концу второго воздушных промежутков контактной сети данного пути.
Недостатками этого способа являются образование электрической дуги на воздушном промежутке при заезде электровоза на отключенную и заземленную часть контактной сети с пережогом ее проводов, а также невозможность обеспечения в нормальном режиме более экономичного двухстороннего питания контактной сети, т.к. один из выключателей поста всегда отключен.
Техническим результатом является повышение надежности контактной сети, исключение пережога проводов при наезде электровоза через воздушный промежуток на отключенный и заземленный участок контактной сети.
Сущность изобретения заключается в том, что при контактной сети каждого пути, содержащей первый и второй воздушные промежутки, какая-либо точка контактной сети между которыми соединена перемычкой с общей шиной поста секционирования, содержащего на каждый путь первый и второй выключатели, присоединенные одним выводом к общей шине поста секционирования, а вторым выводом соответственно к началу первого и концу второго воздушных промежутков контактной сети данного пути, включают в разрыв перемычки третий выключатель, определяют положение первого и второго выключателей и, если они оба включены, включают третий выключатель, контролируют положение первого и второго выключателей и наличие тока в цепи третьего выключателя и, если первый или второй выключатель отключился, а в цепи третьего выключателя имеется ток, отключают третий выключатель.
Одним из отличий является использование на посту секционирования по три выключателя на каждый путь, в то время как в прототипе и аналогах на каждый путь используется по два выключателя, а в одном из аналогов еще один выключатель при любом числе путей используется для секционирования общих шин поста секционирования, что в данном техническом решении не используется.
Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на фиг.1. На схеме приняты следующие обозначения
1 - контактная сеть;
1' - изолированный промежуток контактной сети;
2 - рельсы;
3, 4 - левая и правая смежные тяговые подстанции;
5 - пост секционирования;
6, 7 - первый и второй воздушные промежутки;
8, 9 - первый и второй выключатели;
10 - третий выключатель;
11 - общая шина;
12, 13 - левый и правый выключатели тяговых подстанций;
14 - электровоз.
В известных схемах питания выключатель 10 отсутствует. Вместо него в прототипе установлена перемычка. Согласно изобретению между шинами поста секционирования 5 и контактной сетью 1 на участке между воздушными промежутками 6 и 7 присоединяют выключатель 10 и, если выключатели 6 и 7 включены, то включают выключатель 10.
Когда электровоз 14 наедет на воздушный промежуток 6, то дуга на этом промежутке не возникает, т.к. он шунтирован включенными выключателями 8 и 10. После прохода токоприемником электровоза воздушного промежутка 5, ток от подстанции 3 пойдет по цепи «выключатель 12, контактная сеть, выключатель 8, выключатель 10, электровоз 14, рельсы 2». При появлении тока в цепи выключателя 10, одновременно с отключенным положением выключателя 9, выключатель 10, согласно изобретению, отключают, снимая тем самым напряжение с участка 1' контактной сети между воздушными промежутками 6 и 7. Теперь перекрытие воздушного промежутка 7 не вызовет на нем появление дуги, поскольку в контактной сети слева и справа от этого промежутка напряжения нет.
Технический результат заключается в том, что ни на промежутке 6, ни на промежутке 7 электрической дуги не образуется и пережогов проводов не будет.
Работоспособность способа не зависит от направления движения поездов и числа путей, его реализация не требует применения каких-либо технических средств, которые являются неизвестными.
Устройство
Известно устройство контактной сети, содержащей воздушный промежуток и пост секционирования, состоящий из первого и второго последовательно соединенных через общие шины выключателей, причем первый выключатель присоединен к контактной сети слева, а второй выключатель - справа от воздушного промежутка (Фигурнов Е.П. Релейная защита. М.: Желдориздат, 2002, стр.483-485).
Известно устройство контактной сети с постом секционирования, в котором контактная сеть имеет два воздушных промежутка, а число выключателей на посту секционирования более двух, причем один из них включен в разрыв общей шины, деля ее на две секции (Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Петрова Т.Е. Релейная защита сетей тягового электроснабжения переменного тока. М.: Маршрут, 2006, стр.11-13, рис.1.3, д).
Недостатком этих устройств является образование электрической дуги на воздушном промежутке при заезде электровоза на отключенную и заземленную часть контактной сети с пережогом ее проводов, остановкой движения электропоездов и большим ущербом.
Известно устройство контактной сети с постом секционирования, содержащее на контактной сети каждого пути первый и второй воздушные промежутки, какая-либо точка между которыми соединена перемычкой с общей шиной поста секционирования, содержащего на каждый путь первый и второй выключатели, подключенные каждый одним выводом к общей шине поста секционирования, а вторым выводом соответственно к началу первого и концу второго воздушных промежутков (Скоростные железные дороги Японии: Синкансен. Пер. с японск. / Татэмацу Тосихико и др.; Под ред. д-ра техн. наук В.Г.Альбрехта. М.: Транспорт, 1984, стр.116-118). Это устройство принято в качестве прототипа.
Недостатками этого устройства являются образование электрической дуги на воздушном промежутке при заезде электроподвижного состава на отключенную и заземленную часть контактной сети с пережогом ее проводов, а также невозможность обеспечения в нормальном режиме более экономичного двухстороннего питания контактной сети, т.к. один из выключателей поста всегда отключен.
Техническим результатом является повышение надежности контактной сети, исключение пережога проводов при наезде электровоза через воздушный промежуток на отключенный и заземленный участок контактной сети.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее на контактной сети каждого пути с постом секционирования первый и второй воздушные промежутки, какая-либо точка между которыми соединена перемычкой с общей шиной поста секционирования, содержащего на каждый путь первый и второй выключатели с повторителями положения, причем выключатели подключены каждый одним выводом к общей шине поста секционирования, а вторым выводом соответственно к началу первого и концу второго воздушных промежутков, дополнительно введены третий выключатель с приводами включения и отключения, и с последовательно соединенным с ним датчиком тока; первый и второй логические элементы И и логический элемент ИЛИ, причем третий выключатель с последовательно включенным датчиком тока подключены в разрыв перемычки между общей шиной и какой-либо точкой контактной сети между первым и вторым воздушными промежутками, выход датчика тока присоединен к первому входу первого логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к инверсному выходу повторителя положения первого выключателя, а второй вход - к инверсному выходу повторителя положения второго выключателя, прямой выход которого подключен к первому входу второго логического элемента И, второй вход которого присоединен к прямому выходу повторителя положения первого выключателя, а выход подключен ко входу привода включения третьего выключателя, вход привода отключения которого присоединен к входу первого логического элемента И.
Сущность устройства поясняется схемой, приведенной на фиг.2, на которой приняты следующие обозначения:
1 - контактная сеть;
1' - изолированный промежуток контактной сети;
2 - рельсы;
5 - пост секционирования;
6 - первый воздушный промежуток (его начало слева, а конец справа);
7 - второй воздушный промежуток (его начало слева, а конец справа);
8 - первый выключатель Q1;
9 - второй выключатель Q2;
10 - третий выключатель Q3;
11 - общая шина поста секционирования;
14 - электровоз;
15 - датчик тока ДТ;
16 - логический элемент ИЛИ;
17 - первый логический элемент И;
18 - второй логический элемент И.
19 - повторитель положения ПП1 первого выключателя с прямым и инверсным (кружок) выходами;
20 - повторитель положения ПП2 второго выключателя с прямым и инверсным (кружок) выходами;
21 - привод отключения ПО третьего выключателя;
22 - привод включения ПВ третьего выключателя.
Появление сигнала на прямом или инверсном (вывод с кружочком) выводах повторителей положения 19 и 20 выключателей зависит от положения этих выключателей (включен или отключен). Если выключатель 8 (или 9) включен, то сигнал появляется на прямом выходе его повторителя 19 (или 20); при этом на инверсном выходе сигнала нет. Если выключатель 8 (или 9) отключен, то сигнал появляется на инверсном выходе его повторителя 19 (или 20), при этом на прямом выходе сигнала нет.
При поступлении сигнала на вход привода отключения 21 выключатель 10 отключается. При поступлении сигнала на привод выключателя 22 выключатель 10 включается.
В контактную сеть 1 включены первый 6 и второй 7 воздушные промежутки. Начало каждого из них слева, конец - справа. Начало первого воздушного промежутка 6 через выключатель 8 с повторителем положения и конец второго воздушного промежутка 7 через выключатель 9 с повторителем положения подключены к общим шинам 11 поста секционирования. Эти элементы схемы являются известными. Выключатель 10, датчик тока 15, логические элементы 16, 17, 18 и связи между ними являются новыми.
Между общими шинами 11 и изолированным промежутком контактной сети 1', находящимся между первым 6 и вторым 7 воздушными промежутками, вместо перемычки (как у прототипа) включен третий выключатель 10 с последовательно соединенным с ним датчиком тока 15. Выключатель 10 снабжен приводом отключения 21 и приводом включения 22.
Управление выключателем 10 осуществляется с помощью логического элемента ИЛИ 16, первого 17 и второго 18 логических элементов И. При этом инверсные выходы повторителя положения 19 выключателя 8 и повторителя положения 20 выключателя 9 подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента ИЛИ 16, выход которого присоединен к одному из входов первого логического элемента И 17.
К другому входу элемента 17 подключен выход датчика тока 15, а выход элемента 17 присоединен ко входу привода отключения 21 выключателя 10.
Прямые выходы повторителя положения 19 выключателя 8 и повторителя положения 20 выключателя 9 подключены соответственно к первому и второму входам второго логического элемента ИЛИ 18, выход которого присоединен ко входу привода включения 22 выключателя 10.
Выключатели, повторители положения выключателей, приводы включения и отключения выключателей, датчик тока являются типовыми элементами высоковольтной коммутационной аппаратуры. Логические элементы И, ИЛИ могут быть выполнены на типовых модулях аппаратуры автоматики.
Одним из отличий является использование на посту секционирования по три выключателя на каждый путь. В прототипе и аналогах на каждый путь приходится по два выключателя. Кроме того, в одном из аналогов используется еще один выключатель при любом числе путей для секционирования общей шины поста, что в данном техническом предложении не используется.
Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме (при отсутствии коротких замыканий на контактной сети) выключатели 8 и 9 включаются (вручную или по команде устройств автоматики и телемеханики). При этом на прямых выходах повторителей положения 19 и 20 появляются сигналы, которые поступают на оба входа второго логического элемента И 18.
На выходе элемента И 18 появляется сигнал, который поступает на привод включения 22 выключателя 10 и этот выключатель включается. При проезде электровозом участка 1' контактной сети, расположенного между воздушными промежутками 6 и 7, электрической дуги на них не образуется, так как при включенных выключателях 8, 9 и 10 они шунтированы общей шиной 11. При расположении электровоза 14 между воздушными промежутками 6 и 7 по цепи выключателя 10 и датчика тока 15 будет протекать ток, однако появившийся при этом сигнал на выходе датчика тока 15 не может отключить выключатель 10, поскольку на втором входе первого логического элемента И 17 сигнала нет из-за того, что выключатели 8 и 9 включены.
При коротком замыкании на контактной сети, например, справа от воздушного промежутка 7, выключатель 9 автоматически отключается релейной защитой, и на инверсном выходе повторителя положения 20 появляется сигнал. Когда электровоз 14 проходит воздушный промежуток 6, дуга на этом промежутке не возникает, поскольку он зашунтирован включенными выключателями 8 и 10 и общей шиной 11. После прохода электровозом воздушного промежутка 6 его ток пойдет по цепи "датчик тока 15, выключатель 10, выключатель 8 и по контактной сети 1 на левую подстанцию". Сигнал инверсного выхода повторителя положения 20 через логический элемент ИЛИ 16 попадет на верхний вход первого логического элемента И 17, на нижнем входе которого имеется сигнал от датчика тока 15. Ячейка 17 открывается и на привод отключения 21 выключателя 10 поступает сигнал. Выключатель 10 отключается. При этом напряжение на участке 1' контактной сети исчезает, и электровоз 14 проходит воздушный промежуток 7 без образования дуги, поскольку в контактной сети слева и справа от этого воздушного промежутка напряжения нет.
Технический результат в виде повышения надежности определяется тем, что при заезде электровоза на отключенный и заземленный участок на воздушном промежутке не образуется электрической дуги, следовательно, исключается возможность пережога проводов контактной сети.