Устройство для защиты от тока короткого замыкания контактной сети переменного тока электрических железных дорог

 

1.УСТРОЙСТВО- ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКА КОРОТКОГО ЗАШКАНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ, содержащее подключенные к каждой фазе блок ненаправленной дистанционной защиты, включакяций первый измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый блокирующий пороговый элемент и резисюры элементов сравнения/ выходы первого измерительного дистанционного порогового элемента и токового блокирующего порогового элемента соединены с первым элементом и, а токо вые входы блока ненаправленной дистанционной защиты связаны через регулировочные потенциометры уставок : защиты, и первый выпрямительный мост с промежуточным трансформатором тока, а входы напряжения подключены к промежуточному трансформатору напряжения через второй выпрямительный мост, блок направленной дистанционной защиты , включгиощий второй измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый вход.которого связан через свой регулировочный потенциометр уставки защиты с первым упомянутым выпрямительным мостом, а ого вход напряжения - с вторым упомянутым выпрямительным мостом, и фазосравнивающий элемент, токовый вход которого подключен непосредственно к промежуточному трансформатору тока, а вход напряжения - непосредственно к промежуточнс 1у трансформатору напря ения , при этом выходы второго измерительного дистанционного элемента и фазосравнивающего элемента соединены с входами второго элемента И, выход которого подключен к элементу выдержки времени, соединенному с первым входом элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход первого элемента И блока дистанционной ненаправленной защиты, выход которого подключен к.исполнительному эле (П менту, входы измерительных дистанционных пороговых элементов соединены с выходами блока отстройки, вхо- , (ды которого свяэаны с промежуточным трансформатором тока, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия путем исключения выдержки времени дистанционной направленной защиты-второй ступени, оно дополнительно снабжено блоком ускорения срабатывания защиты, вторым промежуточным трансформатором тока, треть им выпрямительным мостом и потенциометром регулировки уставки , при этом блок ускорения срабатывания защиты выполнен в виде резисторов элемента сравнения токов смеж .ных фидеров, один кз которых подключен через потенциометр регулировки уставки и первый выпрямительный -мост к промежуточному трансформатору тока, второй через дополнительный потенциометр регулировки уставки и третий выпрямительный мост к второму промежуточному трансформатору тока,первичная обмотка которого подключена к смежному фидеру, третий - к плюсу опорного напряже

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PGK0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3272150/24-07 (22) 02.02.81 (46) 15.07.83. Бюл. Р 26 (72) В.В.Белов, В.A.Зимаков, В.Я.Овласюк и Б.A.Àêñåëüðîä (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Кучма К.Г. и др. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети. М., "Транспорт", 1960, глава УШ, g 1.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 792406, кл. Н 02 Н 3/08, 1978. (54)(57) 1,УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗИЦИТЫ

0Т ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕИЕННОГО ТОКА ЭЛЕКТРИЧЕСКНХ EEJIF3HbiX g0PO1, содержащее подключенные к каждой фазе блок ненаправленной дистанционной защиты, включающий первый измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый блокирующий пороговый элемент и резисторы элементов сравнения, выходы первого измерительного дистанционного порогового элемента и токового блокирующего порогового элемента соединены с первым элементом И, а токовые входы. блока ненаправленйой дистанционной защиты свя аны через регулировочные потенциометры уставок защиты,и первый выпрямительный мост с промежуточным трансформатором тока, а,входы напряжения подключены к промежуточному трансформатору напряжения через второй выпрямительный мост, блок направленной дистанционной защиты, включающий второй измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый вход. которого связан через свой регулировочный потенциометр уставки защиты с первым упомянутым ,выпрямительным мостом, à =ro вход

„„SU„„ 1029321 А 50 Н 02 Н 7/26, Н О? Н 3/38 напряжения — с вторым упомянутым выпрямительным мостом, и фазосравнивающий элемент, токовый вход которого подключен непосредственно к промежуточному трансформатору тока, а вход напряжения — непосредственно к промежуточному трансформатору напряжения,при этом выходы второго измерительного дистанционного элемента и фазосравнивающего элемента соединены с входами второго элемента И, выход которого подключен к элементу выдержки времени, соединенному с пер- вым входом элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход первого элемента И блока дистанционной ненаправленнбй защиты, выход которо- ® го подключен к.исполнительному элементу, входы измерительных дистанционных пороговых элементов соединены с выходами блока отстройки, входы которого связаны с промежуточным трансформатором тока, о т л и ч а ю- С щ е е с я тем, что, с целью увеличения быстродействия путем исключения выдержки времени дистанционной направленной защиты-второй ступени, оно дополнительно снабжено блоком ускорения срабатывания защиты, вторым промежуточным трансформатором тока, третьим выпрямительным мостом и потенциометром регулировки уставки, при этом блок ускорения срабатывания защиты выполнен в виде резисторов элемента сравнения токов смежных фидеров, один из которых подключен через потенциометр регулировки уставки и первый выпрямительный

-мост к промежуточному трансформатору тока, второй через дополнительный потенциометр регулировки уставки и третий выпрямительный мост к второму промежуточному трансформа:тору тока, первичная обмотка которого подключена к смежному 4идеру, третий — к плюсу опорного напряже1029321 ния, выход элемента сравнения токов смежных фидеров подключен к входу порогового элемента, выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого . элементов И, к вторым входам которых подключен выход второго элемента И блока дистанционной направленной защиты, а к третьему входу третьего элемента И подключен выход элемента И блока направленной дистанционной защитьтемежного фидера, соединенный через элемент задерж ки и инвертор с третьим входом четвертого элемента И, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к третьему и четвертому входам элемента ИЛИ.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности путем улучшения отстройки от токов нагрузки при гололеде на контактной сети, блок отстройки выполнен в виде фильтра высших гармоник, выпрямителя, элемента сравнения на резисторах, порогового элемента, конденсатора, t

Изобретение относится к релейной защите электрических сетей от токов короткого замыкания, в частности,t к защите фидеров контактной сети электрических железных дорог перемен- 5 ного тока.

Известно устройство для защиты фидеров контактной сети от томов короткого замыкания, в котором для.повышения селективности и надежности от- j0 стройки от режимов нагрузки применен принцип искусственного торможения ее исполнительных органов эа счет высших гармонических составляющих в токе фидера. Применение торможения при нагрузке по 3-ей гармонике поэволяет отстраиваться от токов нагрузки, даже если они превышают минимальный ток короткого замыкания. При режиме короткого замыкания содержание гармонических составляющих снижается, торможение уменьшается и защита срабатывает f1).

Однако эта защита обладает недостаточно высокой надежностью и селективностью отстройки от режимов нагруз .ки при больших токовых нагрузках.

При удаленных коротких замыканиях и большой предшествующей нагрузке защита с торможением по З-ей.гармонике может не срабатывать, так как процент гармонических составляющих усилителя, разделительных диодов и резисторов, причем вход фильтра высших гармоник соединен непосред.твенно:с промежуточным трансформатором тока защищаемого фидера, а выход через последовательно соединенные выпрямитель, первый резистор элемента сравнения, пороговый элемент, усилитель, конденсатор, первый разделительный диод и первый резистор соединен с входом измерительного дистанционного элемента блока выправленной дистанционной защиты, вход порогового элемента через второй резистор элемента сравнения, потенциометр регулировки уставки и диоды положительных полуволн тока подключен к промежуточному трансформатору тока защищаемого фидера, выход усилителя соединен через второй резистор с входом блока направленно дистанционной защиты, вход второго разделительного диода подключен к точке с нулевым потенциалом— а выход ; к входу первого разделительного диода.

2 в этом случае оказывается значительным, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее блок дистанционной ненаправленной защиты с токовой блокировкой в качестве первой ступени, блок дистанционной направленной защиты в качестве второй ступени и исполнительный блок. Устройство снабжено также блоком отстройки от бросков токов намагничивания трансформаторов,, работающим на принципе выделения апериодической составляющей в токе фидера. Первая ступень не имеет выдержки времени,срабатывает при коротких замыканиях в зоне, прилегающей к тяговой подстанции составляющей 50-70% расстояния от подстанции до поста. Вторая ступень имеет выдержку времени 0,5 с,т.е. отключает К3 за время 0,6-0,65 с.

Она является основной в зоне до,вин поста секционирования 2 .

Однако указанная выдержка времени является нежелательной, так как увеличивает вероятность nepeaora контактного провода. Кроме того, устройство обладает недостаточной селективностью по отношению к тяговым токам нагрузки при гололеде. Это объясняется тем, что процесс токо1029321 тока, второй через дополнительный потенциометр регулировки уставки

10 и третий выпрямительный мост — к второму промежуточному трансформатору тока, первичная обмотка которого подключена к смежному фидеру, третий — к плюсу опорного напряже15 ния, выход элемента, сравнения токов смежных фидеров подключен к входу порогового элемента, выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И, к вторым входам кбторых подключен выход второго элемента И блока дистанционной направленной защиты фидера, а к третьему входу третьего элемента И подключен выход эл"мента И блока направленной дистанционной защиты смежного фидера, соединенный через элемент задержки и инвертор с третьим входом четвертого элемента.И, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к третьему и четвертому входам элемента ИЛИ.

Кроме того, в устройстве блок отстройки выполнен в ниде фильтра высших гармоник, выпрямителя, элемента сравнения на резисторах, порогового элемента, конденсатора, усилителя, разделительных диодов и резисторов, причем вход фильтра высших гармоник соединен непосредственно с промежуточным трансформатором тока, защи-. щаемого фидера, а выход через после40 донательно соединенные выпрямитель, первый резистор элемента. сравнения, пороговый элемент, усилитель, конденсатор, первый разделительный диод и первый резистор. соединен с входом

45 измерительного дистанционного элемента блока направленной дистанционной защиты, вход порогового элемента через второй резистор элемента сравнения, потенциометр регулировки устан50 ки и диоды положительных полуволн, тока подключен к .промежуточному транс. форматору тока защищаемого фидера, выход усилителя;соединен через второй резистор с входом блока направленной дистанционной защиты, вход второго резделительного диода подг лючен к точке с нулевым потенциалом, в выход — к входу первого раздели-тельного диода.

65 съема при гололеде происходит с отрывом токоприемника от контактного провода, причем отрыв сопровождается дугой, что приводит.к увеличению гармонического состава тягового тока и изменению угла между током и напряжением. Иэ-за гололеда имеет место ложная работа защит, в частности органов направления.

Цель изобретения — увеличение быстродействия защиты. путем исключения выдержки времени дистанционной направленной защиты второй ступени и повышение селективности путем улучшения отстройки от токов нагрузки при гололеде на контактной сети °

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты от тока короткого замыкания контактной сети переменного тока электрических желез-. ных дорог, содержащее подключенные к каждой фазе блок ненаправленной дистанционной защиты, включающей первый измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый блокирующий пороговый элемент и резисторы элементов сравнения, выходы упомянутых элементов соединены с первым элементом И, а токовые входы блока направленной дистанционной защиты связаны через регулировочные потенциометры уставок защиты и первлй выпрямительный мост с промежуточным трансформатором тока, а входы напряжения подключены к промежуточному трансформатору напряжения через второй выпрямительный мост, и блок направленной дистанционной защиты, включающей второй измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый вход которого связан через свой регулировочный потенциометр уставки защиты с первым упомянутым выпрямительным мостом, а его вход напряжения - с вторымупомянутым выпрямительным мостом,и фазосравнивающий элемент, токовый вход которого подключен непосредственно к промежуточному трансфорг ътору тока, а вход напряжениянепосредственно к промежуточному трансформатору напряжения, при этом их нходы соединены с входами второго элемента И, выход которого подключен к элементу выдержки времени, соединенному с первым входом элемен та ИЛИ,.к второму входу которого под ключен выход первого элемента И блока дистанционной ненаправленной защиты, выход которого подключен к исполнительному элементу, входы измерительных дистанционных пороговых элементов соединены с выходами блока отстройки, выходы которого связаны с промежуточным трансформатором тока, дополнительно снабжено блоком ускорения срабатывания защиты, вторым промежуточным трансформаторомтока, третьим выпрямитель;гым мостом и потенциометром регулировки уставки, при этом блок ускорения срабатывания защиты, выполнен в виде резисторов элемента сравнения токов смежных фидеров, одий из которых подключен через потенциометр регулировки уставки и первый выпрямительный мост к промежуточному трансформатору

На чертеже приведена схема устройства для защиты от тока короткого замыкания контактной сети переменного тока электрических железных дорог.

Устройство содержит промежуточный трансформатор 1 тока защищаемого

1029321

10 ленной дистанционной защиты, включающий элемент сравнения с резисторами 17-20, второй измерительный дистан; ционный пороговый элемент 21, фазоограничивающий элемент 22, второй элемент И 23, и элемент 24 выдержки времени, блок 25 направленной дистанционной защиты смежного фидера, выполненного аналогично блоку 16, 20 блок 26 ускорения срабатывания защиты включаюций элемент сравнения с резисторами 27-29, пороговый элемент 30, третий и четвертый элементы И 31 и

32, элемент 33 задержки и инвертор 34>25 блок 35 отстройки, включакщий фильтр 36 высших гармоник, выпрямитель 37, элемент сравнения с резисторами 38 и 39, пороговый элемент 40, усилитель 41, конденсатора 42, разделительные диоды 43 и 44, резисторы 45 и 46, элемент ИЛИ 47, исполнительный элемент 48, потенциометры 49-54 регулировки уставки защиты. фидера контактной сети и промежуточный. трансформатор 2 тока смежного фидера, промежуточный трансформатор 3 напряжения, первый-третий выпрямительные мосты 4-6, диоды 7 положительных полуволн тока, блок 8 ненаправленной дистанционной защиты, включающей резисторы 9-12 элементов сравнения, измерительный дистанционный пороговый элемент 13, токовый блокирующий пороговый элемент 14, первый элемент И 15, блок 16 направ. Устройство работает следующим образом.

В нормальном эксплуатационном режиме имеется номинальное напряжение. и отсутствует ток короткого замыкания. При этом блоки направленной 18 и ненаправленной 16 дистанционных защит находятся в несработанном состоянии. Также отсутствуют сигналы на выходах блока 26 ускорения защиты. Исполнительный элемент 47 обесточен.

При коротком замыкании в зоне действия первой ступени защиты при увеличении тока фидера и уменьшении напряжения, соответственно увеличивается выпрямленное отрицательное напряжение . на выходе выпрямительного моста 4 и уменьшается выпрямительное положительное напряжение на выходе моста 5 в цепи трансформатора 3 напряжения. Срабатывает измерительный дистанционный пороговый элемент 13 и токовый блокирующий пороговый элемент 14. При этом, так. как на входах ложного элемента И 15 появляется сигнал сравнения, он сра батывает и через элемент ИЛИ 47 на исполнительный элемент 48 поступает команда на отключение фидера.

При коротком замыкании в зоне действия второй ступени защиты ана35

65 логично при увеличении тока фидера срабатывает измерительный дистанционный пороговый элемент 21 направленной защиты. Фазоограничивающий элемент 22 разрешает работать защите, срабатывает элемент И 23 и сигнал срабатывания подается на вход эле мента 24 вйдержки времени.

Одновременно, если токи смежных фидеров отличаются друг от друга в К в срабатывает пороговый элеР мент 30. Коэффициент запуска К показывает во сколько раз величина тока, протекающего через поврежденный фи; дер больше тока, протекающего через смежный фидер.

Коэффициент К вводится для обеспечения селективной работы при повреждении контактной сети вблизи поста секционирования, когда токи в смежных фидерах мало отличаются друг от друга. Обычно коэффициент запуска берется равным 1,2-1,5.

При, этом, если сработали блоки направленных защит поврежденного 16 и смежного 25 фидера и пороговый элемент 30, на всех входах элемента И 31 появляются разрешающие сигналы и он срабатывает, его выходной сигнал через элемент ЙРИ 17 поступает на исполнительный элемент 48, минуя элемент 24 выдержки времени блока 16 направленной дистанционный защиты.

В том случае, когда короткое замыкание находится вблизи поста секционирования, токи в смежных фидерах почти одинаковы, несмотря на срабатывание блоков 16 и 25 направленных защит, пороговый элемент 20 блока 26 ускорения срабатывания защиты не срабатывает.

При этом от блока 8 защиты первой ступени без выдержки времени на посту секционирования отключается масленный выключатель поврежденного фидера. Ток в смежном фидере уменьшается, при этом блок 25 в дистанционном направлении защиты возврацается в исходное состояние, однако сигнал на выходе элемента 33 задержки еце присутствует и через инвертор 34 сигнал поступает на один из входов элемента И 32. Как только пооле отключения фидера срабатывает пороговый элемент 30, фиксирующий отклонение токов в смежных фидерах, срабатывает и элемент И 32, отключая поврежденный фидер через элемент ИЛИ 48 без выдержки времени каскадно вслед за выключателем поста секционирования.

В случае, если смежный фидер оперативно отключен, не срабатывает

его блок,25 дистанционной направленной защиты, на входах элементов И 31 и 32 присутствует запрещаюций сигнал, 7 1029321 8

ВНИИПИ Заказ 4995/54

Тираж 617 Подписное чем исключается ложное неселективное срабатывание защиты при коротких замыканиях за постом секционирования.

Короткое замыкание эа постом секционирования в случае отказа выключателя поста при этом отключается как обычно направленной защитой подстанции с выдержкой времени, т.е. защита работает селективно.

При тяговой нагрузке и особенно при гололеде на контактной сети воз- 10 растают высшие гармоники в токе фидера. При этом по цепи: фильтр 36 высших гармоник, выпрямитель 37 на вход элемента сравнения через резистор 38 поступает отрицательное напря- 5 жение, заставляющее сработать пороговый элемент 40, фиксирующий, таким образом, соотношение тока фидера и содержание в нем высших гармоник. Положительное напряжение через резистор 46 поступает на вход изме- рительного дистанционного порогового элемента 21 блока 16 направленной дистанционной защиты, эагрубляя уставку срабатывания.

Положительный сигнал также поступает на вход измерительного дистан . ционного порогового элемента 13 блока 8 ненаправленной дистанционной защиты, блокируя срабатывание. При этом, связь с этим блоком выполнена динамической через конденсатор 42. .Таким образом, введение в устройство блока ускорения срабатывания защиты по отношению токов в смежных фидерах и эагрубление срабатывания защиты при большом содержании высших гармоник в токе фидера позволяет увеличить быстродействие и селективность защиты фидеров кснтактной сети.

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä,óë.ÏðoåêòHàÿ,.