ЗАЩИТА ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

ЗАЩИТА ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ 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 /1/.
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 повышения селективности и надежности отстройки от режимов нагрузки применен принцип искусственного торможения ее исполнительных органов за счет высших гармонических в токе защищаемого фидера. Благодаря такому торможению при нагрузке, когда
,,-.,-- О О 1  V О 9 9 о 6
iviaiak 1 ерманх амсонович Салита Евгений Юрьевич Кремлев Иван Александрович МКИ Н 02 Н 3/00 В 60 Ml/00
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 121. 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 нагрузке защита может не сработать, т. к. процент гармонических составляющих в этом случае оказывается значительным. Кроме того, вследствие волновых процессов, протекающих в системе тягового электроснабжения, может возникнуть резонанс на гармониках низкого порядка, в том числе и на третьей, что приведет к несрабатыванию защиты в случае замыкания даже при незначительной нагрузке на линии.
Целью предлагаемого устройства является повышение чувствительности и селективности защиты.
Устройство приведено на рисунке.
Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты фидеров контактной сети переменного тока электрических железных дорог от токов короткого замыкания, содержащее датчик тока фидера контактной сети 1, фильтры первой и третьей гармоник тока 2 и 3, подключенные своими входами к выходу датчика тока и блок сравнения приращений действующих значений третьей и первой гармоник тока с уставкой 4, дополнительно введены фильтр пятой гармоники 5, блоки определения приращений действующих значений тока первой, третьей, пятой гармоник тока 6, 7, 8, блок сравнения приращений действующих значений пятой и первой гармоник тока с уставкой 9, узел блокировки 10 по величине приращения тока, два логических элемента И 11 и 12 и логический элемент ИЛИ 13, причем выходы фильтров гармоник тока 2,3,
5 соединены со входами блоков определения приращений действующих значений соответствующих фильтруемых гармоник 6, 7, 8, выход блока определения приращения действующего значения первой гармоники 6 подключен к первым входам блоков сравнения приращений 4, 9 и к входу узла блокировки 10, выходы блоков определения приращений действующих значений третьей и пятой гармоник 7 и 8 подключены ко вторым входам блоков 4 и 9 сравнения приращений третьей и первой, пятой и первой гармоник тока соответственно, выходы блоков сравнения приращений третьей и первой, пятой и первой гармоник тока соединены с первыми входами первого 11 и второго 12 элементов И соответственно, вторые входы которых соединены с выходом узла блокировки 10, а выходы элементов И подключены ко входам логического элемента ИЛИ 13, на выходе которого формируется отключающий сигнал.
В нормальном нагрузочном режиме ток фидера содержит высшие гармонические составляющие, обусловленные работой преобразователя электровоза.
Наибольшую величину в сетевом токе трансформатора электровоза составляют третья и пятая гармоники тока, которые могут изменяться в режиме тяги соответственно в пределах 20-33 и 9-20 % от тока основной частоты. Относительные значения этих же гармоник в токе фидера тяговой подстанции могут значительно отличаться от их величины в сетевом токе электровоза. Это объясняется тем, что в контактной сети, которая является линией с распределенными параметрами, всегда присутствуют емкостные токи, за счет которых и снижается относительные значения высших гармоник. При этом емкостные токи для каждой конкретной линии носят фактически постоянный характер и изменяются незначительно. Кроме того, при двустороннем питании межподстанционной зоны в контактной сети протекают уравнительные токи, форма которых максимально приближена к синусоиде, что в еще большей степени снижает относительные значения высших гармоник. Значительное влияние на форму тока фидера также оказывает собственная индуктивность
контактной сети. В силу этих нричин в известном устройстве приходится значительно занижать уставку по третьей гармонике, чтобы не происходило ложное срабатывание зашиты при нормальном нагрузочном режиме. Однако в этом случае при наличии значительной нагрузки на линии и одновременном замыкании контактной сети через большое переходное сопротивление, сопровождающемся незначительными токами, относительное значение третьей гармоники снизится незначительно и будет оставаться выше значения уставки, т. е. аз(11+1замУ1з оСуст5 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.
Если исключить составляющие емкостных и уравнительных токов в токе фидера, то относительное значение третьей гармоники будет приближено к ее значению в сетевом токе выпрямителя электровоза. Для этого необходимо не измерять непрерывно относительное значение, а контролировать отношение приращения гармоники к приращению тока основной частоты дискретно за определенный промежуток времени At , за который действующее значение минимального тока замыкания достигнет своего наибольшего значения, что определяется экспериментально для каждой конкретной фидерной зоны.
Необходимо учитывать, что вследствие волновых процессов в системе тягового электроснабжения могут возникать резонансные явления на различных высших гармониках, в том числе и на третьей. В этом случае значительное приращение третьей гармоники может наблюдаться даже при отсутствии нагрузки на линии за счет того, что она будет обусловлена напряжением на шинах подстанции. В этом случае при появлении замыкания в контактной сети снижения относительного значения третьей гармоники может не наблюдаться. Поэтому целесообразно измерять дополнительно приращение пятой гармоники тока фидера, т. к. одновременный резонанс на третьей и пятой гармониках маловероятен.
Устройство работает следующим образом.
С датчика тока 1 величина, пропорциональная току фидера, поступает на входы фильтров гармоник 2, 3, 5, с выхода которых отфильтрованные гармоники поступают на входы блоков определения приращения действующих значений соответствующих гармоник 6, 7, 8, которые определяют приращения гармоник за промежуток времени At; с выходов блоков 6, 7, 8, информация о приращении поступает на входы блоков 4, 9 сравнения приращений действующих значений третьей и первой, пятой и первой гармоник соответственно. В нормальном нагрузочном режиме при движении электровоза наряду с изменением тока основной частоты будет изменяться и ток третьей и пятой гармоник в пределах, определяемых типом выпрямителя и режимом его работы. В этом случае относительные значения приращений указанных гармоник будут оставаться выше уставки ауст и с выходов блоков 4 и 9 на входы схем И И и 12 будут поступать запрещающие сигналы. При возникновении замыкания на линии действующее значение первой гармоники тока фидера изменится за время At на величину Тзам в то время как третья и(или) пятая гармоники могут изменяться незначительно за счет изменения тока нагрузки. В результате относительные значения приращений третьей и(или) пятой гармоник станут ниже соответствующих уставок и с выходов блоков 4 и(или) 9поступят первые разрешающие сигналы на логические схемы И 11 и(или) 12, а вторые разрешающие сигналы на эти схемы поступят от узла блокировки 10 при превышении уставки; на выходе схем 11 и 12 формируются отключающие сигналы, которые через схему ИЛИ 13 поступают в цепь управления фидерным выключателем.
1. Фигурнов Е.П. Защита электротяговых сетей переменного тока от коротких замыканий. М., «Транспорт, 1979, 160 с.
)
-9Литература
2. Марквардт К.Г. Энергоснабжение электрических железных дорог. М., «Транспорт, 1965, 464 с.
Проректор
научной работе У.. . Т. Черемисин