ЗАЩИТА ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЧЕРЕЗ БОЛЬШОЕ ПЕРЕХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

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 дистанционная защита, содержащая токовую отсечку и дистанционный элемент, выполненный при помощи направленного реле сопротивления, имеющего характеристику срабатывания в виде «замочной скважины» [1]. Данное устройство надежно отключает металлические короткие замыкания и замыкания через дугу в тяговой сети и обеспечивает надежную отстройку от токов нагрузки. Однако это устройство защиты не реагирует на аварийные режимы, при которых токи по величине не превышают нормальные рабочие токи линии, например при замыканиях через значительные переходные сопротивления.
Известно устройство для защиты фидеров контактной сети от токов короткого замыкания, в котором для повышения селективности и
надежности отстройки от режимов нагрузки применен принцип искусственного торможения ее исполнительных органов за счет высших гармонических в токе защищаемого фидера [2]. Благодаря такому 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. Однако в настоящее время эта защита на железных дорогах не получила распространения из-за недостаточной надежности отстройки от нагрузочных режимов при больших тяговых нагрузках.
Существует устройство защиты, в которое для повышения чувствительности к токам замыкания через переходное сопротивление введен дистанционный элемент, имеющий четырехугольную характеристику срабатывания, продленную вдоль оси активных сопротивлений [3]. Данное устройство надежно реагирует при попадании рабочего напряжения на разземленные от рельса опоры при отсутствии на линии нагрузки. Указанное устройство является прототипом данного.
При наличии электровозов на межподстанционной зоне и одновременном замыкании на опору защита может не сработать из-за значительной индуктивной составляющей сопротивления, обусловленной остаточной тяговой нагрузкой.
Целью предлагаемого устройства является повышение надежности отстройки от токов нагрузки и чувствительности к замыканиям на разземленные опоры.
Устройство приведено на фиг.1.
Указанная цель достигается тем, что в устройство защиты фидеров контактной сети переменного тока от токов короткого замыкания через большое переходное сопротивление, содержащее датчик тока ДТ и датчик напряжения ДН фидера контактной сети, дистанционный элемент ДЭ, первый вход которого подключен к выходу датчика напряжения ДН, а второй вход подключен к выходу датчика тока ДТ, дополнительно введены блок торможения по высшим гармоникам тока фидера БТ и элемент И, причем вход блока торможения БТ соединен с выходом датчика тока фидера ДТ, а выход соединен со входом логического элемента И, другой вход которого соединен с дистанционным элементом ДЭ, на выходе элемента И формируется управляющий сигнал. При этом дистанционный элемент ДЭ, выполненный в виде реле полного сопротивления фидера контактной сети, имеет четырехугольную угловую характеристику срабатывания, продленную вдоль оси активных сопротивлений и допускающую независимую регулировку координат точек начала и конца области срабатывания, приведенную на фиг.2.
В нормальном нагрузочном режиме ток фидера содержит высшие гармонические составляющие, обусловленные работой преобразователя
электровоза. В режиме короткого замыкания их содержание в токе значительно снижается. Т.о. содержание гармоник в токе можно использовать в качестве дополнительного признака наличия замыкания на линии.
Для защиты фидеров контактной сети переменного тока от замыканий через значительное переходное сопротивление возможно применение четырехугольной характеристики, продленной вдоль оси активных сопротивлений, которая в настоящее время введена в блоки микропроцессорной защиты фидеров контактной сети 27,5 кВ в качестве четвертой ступени. Выбор данной характеристики обоснован тем, что в сопротивлении элементов, на которые может произойти замыкание, преобладает активная составляющая. В ней все углы являются прямыми. Теоретически такая характеристика позволяет надежно отстраиваться от токов нагрузки, область сопротивлений которой находится несколько выше.
Однако за счет того, что соотношение индуктивной и активной составляющих сопротивления места замыкания и его значение в совокупности с индуктивностью контактной сети в общем случае являются случайными величинами, возможен выход вектора сопротивления фидера из известной области срабатывания. Это определяется тем, что при замыкании через значительное переходное сопротивление большая часть нагрузки остается в работе, т.к. напряжение в тяговой сети снижается незначительно, и
следовательно, возможно наложение нагрузочного тока на аварийный ток, что может привести к попаданию вектора сопротивления в область нагрузок.
Эти обстоятельства позволили найти возможность построения универсальной характеристики, которой можно придать наиболее оптимальный вид, отвечающий сущности процессов и позволяющий отключать аварийные токи, как при отсутствии, так и при наличии нагрузки на защищаемой зоне. Для этого предлагается построение четырехугольной угловой характеристики дистанционного элемента ДЭ, допускающей независимую регулировку координат точек начала и конца области срабатывания 1 и 2, соответственно (фиг.2).
к
н
Обозначим координаты конца области срабатывания (точка 2 на фиг.2) по оси индуктивных сопротивлений - Х, а по оси активных сопротивлений -RK. Начало области будет определяться точкой 1 с координатами (Х, 0). Требуемые диапазоны регулирования начала и конца зоны срабатывания определяются исходя из конкретных условий эксплуатации.
Т.о. область срабатывания будет ограничиваться по вертикали снизу осью активных сопротивлений R, а сверху - прямой, соединяющей точки 1 и 2, которая должна носить наклонный характер, тем самым частично охватывая область нагрузок.
При этом для исключения ложного срабатывания защиты в режиме минимальной нагрузки, имеющей значительный модуль сопротивления и малый аргумент, необходима возможность блокирования срабатывания
данной угловой характеристики величиной относительного содержания высших гармонических составляющих в токе фидера. Для достижения этой цели в устройство введен блок торможения по высшим гармоникам БТ.
У ставка по относительному содержанию выбирается исходя из конкретных эксплуатационных условий.
Устройство работает следующим образом.
С датчиков тока ДТ и напряжения ДН информация о токе и напряжении на фидере контактной сети в соответствии с фиг.1 поступает на входы блоков ДЭ и БТ. В нормальном нагрузочном режиме содержание высших гармоник в токе фидера значительно, поэтому на выходе БТ будет запрет, и даже в случае попадания вектора сопротивления нагрузки в область срабатывания ДЭ и формировании на его выходе разрешающего сигнала, на выходе элемента И не сформируется отключающий сигнал. В случае металлического короткого замыкания на линии содержание высших гармонических в токе фидера значительно снизится и на выходе БТ будет разрешающий сигнал. Однако из-за преобладания в цепи данного вида замыкания индуктивной составляющей вектор сопротивления фидера будет находиться выше области срабатывания ДЭ, на выходе которого будет запрет и защита не будет реагировать. При замыкании через значительное переходное сопротивление содержание гармоник в токе фидера будет несколько выше содержания их в режиме металлического короткого замыкания и ниже чем в нормальном рабочем режиме, что приведет к
формированию разрешающего сигнала на входе элемента И от блока БТ. Второй разрешающий сигнал будет сформирован блоком ДЭ при попадании вектора сопротивления в область срабатывания.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Фигурнов Е.П. Релейная защита. - М.: Желдориздат, 2002. 720 с.
2. Кучма К.Г., Марквардт К.Г., Пупынин В.Н. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети. - М., 1960. - 258 с.
3. Дынькин Б.Е. Комплексы релейных защит систем тягового электроснабжения переменного тока (теория, эксперимент, практика): Автореф. дис...докт. техн. наук. - М., 1999. - 47 с.