УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДВУХПУТНОГО УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ С ПОСТОМ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ НА РАЗЪЕДИНИТЕЛЯХ

Устройство относится к системе автоматизации электроснабжения электрических железных дорог, а именно, к устройствам автоматического повторного включения выключателей фидеров контактной сети переменного тока железных дорог.
Известно устройство электроснабжения контактной сети двухпутного участка железной дороги с постом секционирования на разъединителях [1], содержащее трансформатор напряжения поста секционирования, к которому подключена аппаратура автоматики отключения с задержкой Тпс разъединителей поста секционирования, время отключения которых Тр, выключатели четырех фидеров контактной сети двух смежных тяговых подстанций с блоками защит и автоматического повторного включения (АПВ), подключенными к включающим катушкам выключателей, у которых время АПВ выключателей трех фидеров контактной сети равно (Тпс+Тр+1) сек, а время АПВ на четвертом фидере контактной сети равно (Тпс - 0,5) сек., причем в защите выключателя четвертого фидера содержатся размыкающий контакт выходного реле дистанционной защиты 1 ступени и замыкающий контакт выходного реле дистанционной защиты 2 ступени.
Недостаток устройства: при устойчивых коротких замыканиях (КЗ) возможны случаи, когда после АПВ выключателей фидеров контактной сети остаются обесточенными две зоны (так как остаются отключенными два фидера) между подстанцией и постом секционирования (ПС), а не одна, как это было при старых схемах электроснабжения [2, 3]. Это создает трудности в отыскании повреждений.
Целью настоящей полезной модели является повышение надежности устройства путем формирования схемы автоматики таким образом, чтобы после работы защиты и автоматики при устойчивом КЗ отключенной осталась бы только одна зона, на которой имеется повреждение.
Прототипом Полезной модели принимаем схему в [1].
Поставленная цель достигается тем, что в устройство электроснабжения контактной сети переменного тока двухпутного участка железной дороги с постом секционирования на разъединителях, содержащее трансформатор напряжения поста секционирования, к которому подключена аппаратура автоматики отключения с задержкой Тпс разъединителей поста секционирования, время отключения которых Тр, выключатели четырех фидеров контактной сети двух смежных тяговых подстанций с блоками автоматического повторного включения (АПВ), причем время АПВ выключателей трех фидеров контактной сети равно (Тпс+Тр+1) сек., а время АПВ 1ой ступени на четвертом фидере контактной сети равно (Тпс - 0,5) сек., причем в защите выключателя четвертого фидера содержатся размыкающий контакт выходного реле дистанционной защиты 1 ступени и замыкающий контакт выходного реле дистанционной защиты 2 ступени, введены реле времени с мгновенным, проскальзывающим и упорным контактами и добавочным резистором, а на четвертом фидере контактной сети блок АПВ 2ой ступени с временем АПВ (Тпс+Тр+1) сек, выход которого подключен к включающей катушке выключателя четвертого фидера через проскальзывающий контакт реле времени, причем катушка реле времени с последовательно включенным добавочным сопротивлением подключена к источнику питания 110 В через мгновенный контакт реле времени, который зашунтирован последовательно соединенными контактами размыкающим дистанционной защиты 1 ступени и замыкающим дистанционной защиты 2 ступени, а упорный контакт реле времени шунтирует катушку реле времени.
При Тпс=1 сек, Тр=2…4 сек, время АПВ выключателей 1, 2, и 3 фидеров равно 4…6 сек. Время АПВ 1и2 ступени выключателя фидера 4 равно 0,5 и (4…6)сек соответственно.
Такое выполнение устройства, в котором введены реле времени с мгновенным, проскальзывающим и упорным контактами и добавочным резистором а на четвертом фидере контактной сети блок АПВ 2 ступени с временем АПВ (Тпс+Тр+1) сек, выход которого подключен к включающей катушке выключателя четвертого фидера через проскальзывающий контакт реле времени, причем катушка реле времени с последовательно включенным добавочным сопротивлением подключена к источнику питания 110 В через мгновенный контакт реле времени, который зашунтирован последовательно соединенными контактами размыкающим дистанционной защиты 1 ступени и замыкающим дистанционной защиты 2 ступени, а упорный контакт реле времени шунтирует катушку реле времени, позволяет успешно включить фидер 4 при АПВ 2 ступени при сравнительно небольших токах КЗ, когда место КЗ находится за ПС, то-есть не в зоне фидера 4.
Если же АПВ 2 ступени не сработает, так как при больших тока КЗ будет работать дистанционная защита 1 ступени, то это свидетельствует о близком КЗ к фидеру 4, то-есть в этом случае АПВ 2 ступени и не должно работать и отключенной остается одна зона у фидера 4.
Таким образом, введение АПВ 2ой ступени позволяет обеспечить после цикла работы защиты и автоматики выделение только одной зоны контактной сети, имеющей повреждение (устойчивое КЗ), между тяговой подстанцией и постом секционирования.
На чертеже (фиг.1) представлена структурная схема устройства. Устройство содержит выключатели 1, 2, 3 и 4 четырех фидеров контактной сети 5 двухпутного участка железной дороги, питающейся от шин 6 и 7 (напряжением 27,5 кВ) двух смежных тяговых подстанций. Выключатели 1,2,3,4 оборудованы соответственно приводами с включающими катушками 8, 9, 10, 11, блоками защит 12, 13, 14, 15 и блоками автоматического повторного включения (АПВ) 16, 17, 18, 19, воздействующими после аварийных отключений выключателей на их катушки включения. На трех фидерах (например, на 1,2 и 3) устанавливается время АПВ (Тпс+Тр+1) сек, это примерно 4…6 сек, а на четвертом фидере устанавливается уменьшенное время АПВ - (Тпс -0,5) сек. при Тпс=1 сек время АПВ 0,5 сек. Используется типовой вариант АПВ, например, на реле РПВ-58 [4].
На посту секционирования 20 включен трансформатор напряжения 21, к которому подсоединяется аппаратура 22 автоматики отключения разъединителей 23, 24, 25 и 26. У поста секционирования расположены воздушные промежутки (секционные изоляторы) 27. При включенных разъединителях ПС секционные изоляторы зашунтированы, а при отключенных разъединителях ПС секционные изоляторы расшунтированы Задержка на отключение разъединителей в аппаратуре 22 равна Тпс (принимаем -1 сек), время отключения разъединителей Тр (принимается максимальное значение - 2…4 сек).
Аппаратура автоматики отключения разъединителей 23-26 поста секционирования 20 выполняется, например, по схеме в [2].
В схему автоматики выключателя фидера 4 контактной сети введен второй блок 28 АПВ 2ой ступени с временем (Тпс+Тр+1) сек. Его выход воздействует на включающую катушку 11 привода выключателя 4 через проскальзывающий контакт 29 реле времени.
В качестве блока АПВ 2ой ступени может быть использовано второе реле РПВ-58. Однако целесообразно два блока АПВ на фидере 4 заменить на одно реле РПВ-258 с двукратным АПВ [4, рис.12.6].
На фиг.2 представлена схема фиксации срабатывания дистанционных защит 1 ступени (с размыкающим контактом 31) и 2 ступени (с замыкающим контактом 32) блока 15 фидера 4 контактной сети с помощью введенного реле времени с катушкой 30, с мгновенным 33, упорным 34 и проскальзывающим 29 контактами. Последовательно с катушкой 30 реле времени включен ограничительный резистор 35.
Устройство работает следующим образом.
При устойчивом КЗ, например в точке 36 контактной сети, аварийно отключаются от защит 12, 13, 14 и 15 соответственно все четыре выключателя 1, 2, 3 и 4, и одновременно дается команда на запуск АПВ 16, 17, 18, 19 и 28 фидеров контактной сети. Раньше по АПВ 19 с временем 0,5 сек включается выключатель 4 фидера контактной сети с помощью катушки включения 11 привода выключателя 4 и подает напряжение на всю межподстанционную зону между двумя тяговыми подстанциями, так как четыре разъединителя 23, 24, 25 и 26 поста секционирования 20 не отключились (в связи с временем задержки на отключение этих разъединителей по аппаратуре автоматики 22 ПС Тпс=1 сек).
Так как КЗ устойчивое, то фидер 4 повторно отключится и по прошествии Тпс=1 сек в бестоковую паузу отключатся все четыре разъединителя поста ПС 20. Далее по АПВ включаются фидера 1, 2 и 3, после чего фидер 1 сразу же отключается, так как в его зоне устойчивое КЗ в точке 36.
Теперь разберем условия работы АПВ 2ой ступени фидера 4.
Для простоты примем вариант двухступенчатой дистанционной защиты фидеров 1, 2, 3 и 4 Такой вариант, в частности, принят на контактной сети переменного тока с постами секционирования на разъединителях на Северном ходу Горьковской ж.д. Дистанционная защита 1 ступени выполнена без выдержки времени, дистанционная защита 2 ступени имеет выдержку времени 0,2…0,3 сек для отстройки от токов намагничивания и КЗ на станционных фидерах и линии ДПР-27,5кВ.
Дистанционная защита 1 ступени охватывает, как правило, зону до поста секционирования, а дистанционная защита 2 ступени охватывает зону до шин смежной подстанции. Это значит, что для усредненных значений параметров, например, системы тягового электроснабжения 25 кВ дистанционная защита 1 ступени реагирует на токи КЗ в 900-1100 А и выше, а дистанционная защита 2 ступени срабатывает при токах КЗ примерно от 600 до 900…1100А.
Поэтому при КЗ в точке 36 на фидере 4 контактной сети дистанционная защита 1 ступени не сработает (и следовательно, контакт 31 останется замкнутым), а сработает дистанционная защита 2 ступени (и контакт 32 замкнется). Далее сработает реле времени с катушкой 29 по цепи замкнутых контактов 31 и 32, замкнется контакт 33 для самоудержания реле времени во включенном состоянии.
Проскальзывающий контакт 29 с выдержкой времени (Тпс+Тр+1) сек. (то-есть 4…6 сек) замыкается и по АПВ 2 ступени 28 включается успешно выключатель фидера 4 контактной сети, так как все разъединители ПС к этому времени отключены. В качестве реле времени с катушкой 30 принимается, например реле типа ЭВ на 9 сек, время действия проскальзывающего контакта достаточно для включения выключателя фидера 4, в качестве которого используются вакуумные выключатели.
Упорный контакт 34 с временем срабатывания 9 сек, шунтируя катушку 29 реле времени, приводит схему с реле времени по фиг.2 в исходное состояние.
Итак, в результате цикла работы защиты и автоматики по схеме рассматриваемой Полезной модели остается отключенной только одна зона с повреждением (с КЗ), в данном случае зона у фидера 1, так как в этой зоне устойчивое КЗ.
Аналогично работает схема при устойчивых КЗ в зоне фидеров 2 и 3.
При устойчивом КЗ в зоне фидера 4 сработает дистанционная защита 1 ступени. Разомкнется контакт 31 и включение по АПВ второй ступени не произойдет и в этом нет необходимости. Поэтому и в этом случае после цикла работы защиты и АПВ останется выделенным только одна зона с повреждением (с КЗ).
Если КЗ проходящее (самоустраняющееся), то фидер с выключателем 4 после АПВ с временем 0,5 сек остается включенным и через 4…6 сек подключаются остальные фидера контактной сети с выключателями 1, 2. и 3. Таким образом, восстанавливается электроснабжение после аварийного отключения, и при этом разъединители поста секционирования не отключаются.
К сожалению, уставки первой и второй ступени дистанционной защиты могут не совпадать с сопротивлением до шин поста секционирования. Это значит, что при КЗ в зоне до ПС может сработать вторая ступень дистанционной защиты, и наоборот, при КЗ после ПС - сработает первая ступень дистанционной защиты. При этом может ложно сработать АПВ 2ой ступени в первом случае и наоборот не сработает АПВ 2ой ступени во втором случае. Однако таких случаев будет не более 10…20% от всех случаев устойчивых КЗ, так как они будут происходить вблизи ПС.
Здесь нужно отметить важное обстоятельство. Двухкратное неуспешное АПВ опасно для пережога контактной сети. Как указано в [5], пережог наступает при КЗ с дугой при 350 А∗с, то-есть при токах свыше 2000А электрическая дуга может пережечь провод через 0,15…0,17 сек.
Поэтому, чтобы не было пережогов, необходимо, чтобы с запасом дистанционная защита 1 ступени перекрывала бы зону до поста секционирования. Обычно так и делается по опыту работы Северного хода Горьковской ж.д. с постами секционирования на разъединителях (магистраль более 1000 км)
Итак, преимущество предлагаемой Полезной модели по сравнению с прототипом состоит в том, что при устойчивом КЗ в любой точке контактной сети после цикла работы защиты и АПВ отключается (выделяется) только одна зона одного пути контактной сети между подстанцией и постом секционирования. В этом технико-экономический эффект полезной модели.
Полезная модель применима и на однопутных участках, а также на участках, где на постах секционировании вместо разъединителей смонтированы выключатели, но комплекты защит контактной сети на них отсутствуют.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Полезная модель по заявке 2008132600/22 от 07.08.2008 «Устройство электроснабжения контактной сети двухпутного участка железной дороги с постом секционирования на разъединителях» (автор Герман Л.А.). Положительное решение от 30.10.2008.
2. Сборник ЦНИИ ТЭИ - Сер. Электрификация и энергетическое хозяйство. Вып.14, 1965, «Посты секционирования и пункты параллельного соединения контактной сети переменного тока на разъединителях» (авторы Кравцов В.И., Герман Л.А., Шелом И.А.), -с.3-16.
3. Герман Л.А., Пиглицын В.И., Демидов С. В. Новые схемы питания контактной сети / Локомотив -№11 -2006 г, с.40 - 41
4. Автоматизация систем электроснабжения: Учебник для вузов ж.-д. трансп. Под ред. Н.Д. Сухопрудского. -М.: Транспорт, 1990.-359 с.
5. Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Петрова Т.Е. Релейная защита сетей тягового электроснабжения переменного тока. М.: Маршрут, 2006 - 272 с.