Устройство для определения места однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью

Изобретение относится к технике обеспечения нормального функционирования высоковольтных линий продольного электроснабжения железных дорог с изолированной нейтралью. Датчик тока включен в одну из неповрежденных фаз, замкнутую на ближнем конце линии с поврежденной фазой. Ключ установлен на дальнем конце линии с возможностью замыкания между собой и размыкания поврежденной фазы и неповрежденной фазы с датчиком тока. Измерительная часть выполнена с последовательно включенными арифметическим устройством, функциональным корректором и индикатором. Устройство дополнительно содержит стабилизированный источник тока постоянного тока, предназначенный для питания двух образуемых схем измерения одной и той же величиной тока и включенный между землей и фазами, замкнутыми на ближнем конце линии. В измерительную часть введены устройство управления и подключенный параллельно к стабилизированному источнику тока постоянного тока вольтметр. При этом устройство управления выполнено с возможностью управления работой вольтметра для осуществления им пикоразностной функции пикового вольтметра для режимов с разомкнутым и замкнутым ключом и с возможностью управления арифметическим устройством, получающим информацию от вольтметра о выполнении функции вычитания напряжения, полученного при втором режиме из напряжения первого режима, заложенного предварительно в память. Арифметическое устройство выполнено с возможностью осуществления деления полученной разности напряжений на ток, измеренный датчиком тока, и передачи результата деления в функциональный корректор. Последний выполнен с возможностью учета параметров линии и преобразования результата деления в сигнал, удобный для вывода на индикатор информации о расстоянии от подстанции до места замыкания фазы на землю. Устройство обладает расширенными функциональными возможностями и позволяет, в частности, определять места замыкания фазы на землю в линиях малой мощности при малых испытуемых токах и большом переходном сопротивлении в месте замыкания. 1 ил.

 

Изобретение относится к аппаратуре, обеспечивающей нормальное функционирование высоковольтных линий продольного электроснабжения железных дорог с изолированной нейтралью. На железных дорогах питание системы сигнализации СЦБ осуществляется высоковольтными линиями ВЛ СЦБ 6-10 кВ. Из-за особой важности бесперебойного питания системы сигнализации линии выполнены по схеме с изолированной нейтралью. Поэтому замыкание фазы на землю не приводит к отключению всей линии и имеется временной промежуток на отыскание и устранение неисправностей. Длительное состояние ВЛ СЦБ с заземленной фазой недопустимо. Возникновение второго такого же замыкания на другой фазе, в любой точке сети, приводит к двухфазному короткому замыканию через землю и представляет уже серьезную аварию, соответственно невозможность питания аппаратуры СЦБ. Это ведет к обесточиванию сигнальных точек и, как следствие, остановки движения поездов. Задача не решается измерением параметров тока замыкания на землю, так как в силу специфики его формирования величина и фаза тока не зависят от расстояния до места замыкания фазы на землю. В большинстве случаев место замыкания фазы на землю ВЛ ЦБ имеет большое переходное сопротивление, которое колеблется от единиц Ом до кОм. Скрытые замыкания на землю (как правило, с большим переходным сопротивлением) визуально определить невозможно, что приводит к большим потерям рабочего времени ремонтных бригад на устранение неисправностей, что негативно сказывается на бесперебойности движения поездов. В настоящее время используются устройства, позволяющие находить место замыкания на землю, непосредственно или косвенно, по результатам измерений. Их использование требует также больших затрат рабочего времени, высокой квалификации обслуживающего персонала либо выдает заведомо неточные результаты из-за не учета многих влияющих факторов.

Известно устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью (варианты) [1]. Устройство представляет собой комплекс из измерительной схемы, коммутирующих устройств и измерительно-вычислительного микропроцессорного устройства для записи и обработки информации. Это устройство принято в качестве прототипа. В прототипе сборка измерительной схемы осуществляется путем отключения поврежденной фазы линии от питания и подключения ее с обеих сторон к неповрежденной фазе. На освободившийся полюс выключателя, между ним и землей, включается токоограничивающий резистор. Замеряются токи по участвующим в измерениях фазам линии и по отношению этих токов определяется расстояние до места повреждения. Питание схемы осуществляется рабочим источником переменного тока. Однако возникают токи через межфазные емкости. Составляющая этого тока замыкается через емкости "фаза - земля" проводов неповрежденных фаз линии. Влиянием этого пренебречь нельзя, так как провод, по которому ток возвращается на подстанцию, расположен близко от проводов, участвующих в измерении. Полученная кривая абсолютной погрешности характеризует, что измерительные токи менее 1 А дают погрешность выше 30%. По этой причине для измерений используется значение токов более 100 А, что неприемлемо для маломощных линий электропередачи, какими являются линии СЦБ. Кроме того, если величина переходного сопротивления короткого замыкания около 1 кОм и необходимый ток больше 100 А, то измерительное напряжение намного превысит возможности изоляции линии, что в результате может привести к непоправимым последствиям [2].

Целью изобретения является определение места короткого замыкания фазы на землю для маломощных электрических сетей продольного электроснабжения железных дорог с изолированной нейтралью, какой является ВЛ СЦБ.

Указанная цель достигается за счет совместного измерения параметров двух схем включения линии (см. чертеж) с последующей обработкой полученной информацией и перевода в величину расстояния от подстанции до места короткого замыкания фазы на землю, а не измерение параметров одной схемы включения линии с последующей обработкой информации, как в прототипе. Сборка двух схем измерения линии осуществляется ключом К, включенным в конце линии. Измерение параметров двух схем с обработкой информации осуществляется измерительным устройством, включенным в начале линии на подстанции. В измерительном устройстве имеется: стабилизированный источник тока постоянного тока 1, включенный между ближним концом линии и землей, устройство управления 2, вольтметр 3, датчик тока 4, арифметическое устройство 5, функциональный корректор 6 и индикатор информации 7.

Устройство работает следующим образом: собирается первая измерительная схема, при которой отключается питание линии и на ближнем конце на подстанции поврежденная фаза соединяется с любой из неповрежденных фаз. В неповрежденную фазу последовательно включается датчик тока 4 (измерительный шунт). На дальнем конце линии подключается ключ К (любое коммутирующие устройство на 1 А и выше) в разомкнутом положении. Подключается измерительное устройство при разомкнутом ключе К, которое питает схему постоянным током, стабилизированным по величине тока (менее 1 А). Вольтметр 3 выполняет пикоразностную функцию пикового вольтметра и включен параллельно источнику тока постоянного тока, запускаемый устройством управления 2, измеряет уровень полученного напряжения и записывает в свою память. После полученной вольтметром информации о величине напряжения источника тока постоянного тока 1 на дальнем конце линии включается ключ К и собирает вторую измерительную схему. Устройство управления 2 подает повторно команду на вольтметр 3, который осуществляет новое измерение величины напряжения источника тока постоянного тока и выполняет функцию вычитания полученного напряжения из напряжения, заложенного предварительно в память. Величина разности этих напряжений подается в арифметическое устройство 5. Арифметическое устройство 5 выполняет функцию деления полученной разности напряжений на ток, уровень которого снимается с датчика тока 4, включенного последовательно в неповрежденную фазу линии. Величина тока, датчика 4, является разностью между общим стабилизированным током питания и током поврежденной линии. Полученная величина сигнала после функции деления пропорциональна величине сопротивления линии от ближнего конца линии на подстанции, где включено измерительное устройство, до места замыкания фазы на землю. В дальнейшем этот сигнал преобразуется в функциональном корректоре 6, по заранее имеющейся программе для данной ВЛ СЦБ, учитывающей продольную неоднородность линии (кабельные вставки, разные типы и диаметры проводов). Кроме того, корректор 6 переводит величину сопротивления в величину расстояния от ближнего конца линии до места замыкания на землю и впоследствии выводит на индикатор информации 7. Измерительно-вычислительную и управляющую части устройства, кроме питающего стабилизированного источника тока постоянного тока, можно выполнить на базе измерительно-вычислительных комплексов (ИВК).

Предлагаемое устройство, в отличие от прототипа, обеспечивает определение места короткого замыкания в линиях малой мощности при очень малых испытуемых токах, и большого переходного сопротивления в месте короткого замыкания фазы на землю.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2096795 на изобретение. Устройство для определения до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью (варианты) (Пупынин В.Н., Нгуен В.Х. (Россия), 1998 г.)

2. Нгуен В.Х. Определение расстояния до места замыкания на землю в сетях 6-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. УДК. 621.316.13. М.: 1998 г.

Устройство для определения расстояния от ближнего конца линии на подстанции до места однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее датчик тока, включенный в одну из неповрежденных фаз, замкнутую на ближнем конце линии с поврежденной фазой, ключ, установленный на дальнем конце линии с возможностью замыкания между собой и размыкания поврежденной фазы и неповрежденной фазы с датчиком тока, и измерительную часть с последовательно включенными арифметическим устройством, функциональным корректором и индикатором, отличающееся тем, что дополнительно содержит стабилизированный источник тока постоянного тока, предназначенный для питания образуемых схем измерения одной и той же величиной тока и включенный между землей и фазами, замкнутыми на ближнем конце линии, а в измерительную часть введены устройство управления и подключенный параллельно к стабилизированному источнику тока постоянного тока вольтметр, причем устройство управления выполнено с возможностью управления работой вольтметра для осуществления им пикоразностной функции пикового вольтметра для режимов с разомкнутым и замкнутым ключом и с возможностью управления арифметическим устройством, получающим информацию от вольтметра о выполнении функции вычитания напряжения, полученного при втором режиме из напряжения первого режима, заложенного предварительно в память, арифметическое устройство выполнено с возможностью осуществления деления полученной разности напряжений на ток, измеренный датчиком тока, и передачи результата деления в функциональный корректор, а последний выполнен с возможностью учета параметров линии и преобразования результата деления в сигнал, удобный для вывода на индикатор информации о расстоянии от подстанции до места замыкания фазы на землю.