устройство защиты многопутного участка электрифицированной железной дороги

Формула изобретения

Устройство защиты многопутного участка электрофицированной железной дороги, содержащее секционные разъединители с приводами, датчики тока, передатчики, канал связи, приемник, отличающееся тем, что в устройство дополнительно включены пороговые элементы, шифраторы, установленные на каждой секции, дешифратор, управляющий блок и блок управления приводами, причем выходы датчиков тока каждой секции соединены с входами пороговых элементов каждой секции, выходы которых через шифратор соединены с входами передатчиков каждой секции, а выходы передатчиков через канал связи соединены с общим входом приемника, выход которого подключен последовательно через дешифратор к входу управляющего блока, который выполнен с возможностью определения повреждений секции и разъединения подлежащих отключению по комбинации сигналов на входе, а также с возможностью подачи сигнала с разрешающего выхода при отсутствии сигналов с соответствтующих выходов дешифратора, причем командный выход управляющего блока соединен с информационным входом блока управления приводами, а разрешающий выход управляющего блока соединен с управляющим входом блока управления приводами, выходы которого электрически связаны с приводами разъединителей, которые, в свою очередь, механически связаны с разъединителями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для автоматического определения поврежденной секции и последующего ее отключения в бестоковую паузу.

Известны устройства автоматического определения места короткого замыкания, основанные на принципе измерения тока и напряжения, с последующим определением сопротивления петли короткого замыкания и по нему расстояния до места повреждения /1/.

При срабатывании блока защит с помощью измерительного блока происходит прием, нормирование по уровню, преобразование переменного тока в постоянный, запоминание с помощью конденсатора значений токов и напряжений в момент повреждения. После отключения места повреждения с выходов измерительного блока данные передаются в блоки преобразования аналоговых напряжений и токов в частоту. Данные обрабатываются блоком управления и счетчиком импульсов. Модуль полного сопротивления петли короткого замыкания поврежденного участка определяется по выражению:

Z_кз=U_кз/I_кз=k₂f₂/(k₁f₁)= k₃T₁/T₂,

где k₁, k₂, k₃ - коэффициенты пропорциональности;

f₂ и T₂ - соответственно частота и период измеряемого тока для преобразованного измеряемого напряжения;

f₁ и T₁ - то же после преобразования аналоговой величины тока в частоту.

Данные о Z_кз, а следовательно, и I_кз, полученные таким способом, хранятся в устройстве сигнализации, которое отображает расстояние до места повреждения.

Однако применение таких устройств на крупных станциях со сложной схемой питания и секционирования контактной сети затруднено. Как известно /2/, контактная сеть с целью повышения надежности разделяется на электрически изолированные секции. Эти секции соединены между собой посредством специальных секционных разъединителей. При этом секции соединяются между собой как последовательно, так и параллельно. В силу этого имеется множество цепей подпитки места короткого замыкания и как следствие - отсутствие однозначной функциональной зависимости между расстоянием до места повреждения I_кз от сопротивления петли короткого замыкания Z_кз. Кроме того, несмотря на электрическое разделение секций они не рассматриваются в качестве отдельных объектов защиты. Поэтому при коротком замыкании в контактной сети крупной станции устройства такого типа не позволяют определить не только место аварии, но даже и поврежденную секцию.

Известно также устройство, реализующее способ выявления поврежденного участка линии /3/. Этот способ позволяет выявить поврежденный участок в линии электропередачи, секционированной разъединителями (отделениями) и снабженной выключателями на питающих концах. Устройство содержит секционные разъединители (отделители), датчики тока (трансформаторы тока), передатчики, канал связи, приемники, устройства автоматики и отключения (УА) разъединителей (отделителей) и устройства пуска передатчиков.

При повреждении одного из участков линии включаются устройства пуска передатчиков и УА тех участков, по трансформаторам тока которых протекают токи короткого замыкания. При этом, каждое запущенное УА передает сигнал блокирования на противоположный конец своего участка. Сигнал блокирования запрещает УА во время бестоковой паузы отключить свой разъединитель. После отключения релейной защитой короткого замыкания, УА, которое не получило сигнал блокирования отключает контролируемый разъединитель. Таким образом, оказывается отключенным разъединитель, наиболее близкий к месту повреждения. После этого питание линии восстанавливается по системе автоматического повторного включения.

Описанное устройство наиболее близко к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.

Однако устройство-прототип позволяет локализовать поврежденный участок, только при условии последовательного питания секций. В разветвленной сети со смешанным (параллельно-последовательным) двухсторонним питанием секций это устройство требует поочередного отключения выключателей и перевода участка только на режим одностороннего питания, так как при двухстороннем питании ток первоначального короткого замыкания протекает по всем датчикам тока. Такое переключение схемы для систем тягового электроснабжения недопустимо по условию больших токов короткого замыкания (1500-5000 А). Кроме того, для работы устройства-прототипа необходимо большое количество каналов связи. В общем случае, при защите n секций с k-сторонним питанием необходимо k(n-1) каналов связи.

Автоматическое обнаружение секции с коротким замыканием и отключение этой секции от питающего напряжения в бестоковую паузу - техническая задача изобретения.

Это достигается тем, что в устройство защиты многопутного участка электрифицированной железной дороги, содержащее секционные разъединители с приводами, датчики тока, передатчики, канал связи, приемник, согласно изобретению дополнительно включены пороговые элементы, шифраторы, установленные на каждой секции, дешифратор, управляющий блок и блок управления приводами, причем выходы датчиков тока каждой секции соединены со входами пороговых элементов каждой секции, выходы которых через шифратор соединены с передатчиками каждой секции, а выходы передатчиков через канал связи соединены с общим входом приемника, выход которого подключен последовательно через дешифратор ко входу управляющего блока, который выполнен с возможностью определения по комбинации сигналов на входе поврежденной секции и разъединителя, подлежащих отключению, подачи соответствующего сигнала на командный выход, а также с возможностью подачи сигнала на разрешающий выход при отсутствии сигналов с соответствующих выходов дешифратора, командный выход управляющего блока соединен с информационным входом блока управления приводами, разрешающий выход управляющего блока соединен с управляющим входом блока управления приводами, выходы блока управления приводами электрически связаны с приводами разъединителей, которые в свою очередь механически связаны с разъединителями.

На чертеже приведена схема устройства. На чертеже приняты следующие обозначения: ДТ - датчик тока; ПЭ - пороговый элемент; Ш - шифратор; П - передатчик; ПР - приемник; ДШ - дешифратор; УБ - управляющий блок; БУП - блок управления приводами; ВБ - выходной блок.

Устройство работает следующим образом. Датчик тока ДТ измеряет величину тока, протекающего через контролируемый разъединитель. Измеренное значение тока поступает с выхода датчика тока ДТ на вход порогового элемента ПЭ. При превышении измеренным током установленного значения на выходе ПЭ появляется сигнал. Сигнал с выхода порогового элемента ПЭ разрешает работу шифратора Ш. Шифратор Ш кодирует информацию о комплекте, в котором он установлен. С выхода шифратора Ш закодированное сообщение поступает на вход передатчика П. Передатчик П передает информацию от шифратора в используемый канал связи. Приемник ПР принимает информационный сигнал из канала связи. Дешифратор ДШ по кодированным сообщениям, сформированным шифраторами Ш определяет полукомплекты, которые зафиксировали протекание тока повышенной величины. С выхода дешифратора ДШ эта информация поступает на вход управляющего блока УБ. Управляющий блок УБ по совокупности полученных от полукомплектов сигналов определяет поврежденную секцию и разъединитель, который необходимо отключить. Эта информация с командного выхода управляющего блока УБ поступает на информационный вход блока управления приводами БУП. Одновременно с этим отсутствие сигнала на разрешающем выходе управляющего блока УБ запретит дальнейшую работу блока управления приводами БУП. Кроме того, с информационного выхода управляющего блока УБ информация о норме поврежденной секции поступает в выходной блок ВБ. Блок управления приводами БУП служит для формирования сигналов, необходимых для отключения разъединителей. Непосредственная подача команды на отключение разъединителя производится только после того, как с управляющего блока УБ поступит сигнал на разрешающий вход блока управления приводами БУП. Выходной блок ВБ информирует обслуживающий персонал о текущих режимах работы.

Рассмотрим работу схемы при коротком замыкании в третьей секции, точка КЗ1. На пути протекания аварийного тока окажутся разъединители Р2 и Р3. Датчики тока ДТ2 и ДТ3 измеряют величину этого тока. Пороговые элементы П2 и П3 зафиксируют превышение величиной протекающего по разъединителям тока значения уставки и разрешают работу шифраторов Ш2 и Ш3. Шифраторы Ш2 и Ш3 сформируют кодированные посылки о срабатывания второго и третьего полукомплектов, соответственно. Передатчики П2 и П3 направляют эти посылки в канал связи. При этом генерация посылок продолжится до момента исчезновения аварийного тока.

На вход приемника ПР по каналу связи поступят сигналы от сработавших полукомплектов. Приемник ПР выделит эти сигналы, дешифратор ДШ зафиксирует срабатывание именно 2 и 3 комплектов и передаст эту информацию на вход управляющего блока УБ. Управляющий блок по комбинации полученных сигналов определит, что повреждена третья секция и необходимо отключить разъединитель Р3. Информация об этом поступит в выходной блок ВБ и блок управления приводами БУП. При этом работа блока управления приводами БУП запрещена отсутствием сигнала на разрешающем выходе управляющего блока УБ. После того как релейная защита питающей подстанции отключит короткое замыкание, прекратится протекание аварийного тока. Датчики тока ДТ2 и ДТ3 зафиксируют отсутствие контролируемого тока. Пороговые элементы ПЭ2 и ПЭ3 запретят работу шифраторов Ш2 и Ш3. Информационные посылки от передатчиков П2 и П3 прекратятся. Приемник ПР уже не будет получать сигналы от сработавших полукомплектов в виду отсутствия последних. Поэтому дешифратор ДШ зафиксирует, что сигналы от второго и третьего полукомплектов прекратились. Эта информация с выхода дешифратора поступит на информационный вход управляющего блока УБ. Управляющий блок УБ по моменту пропадания сигналов от полукомплектов определяет наступление бестоковой паузы и на его разрешающем выходе появляется сигнал, запускающий блок управления приводами БУП. После того как блок управления приводами БУП получит разрешение от управляющего блока УБ, он подаст команду на отключение разъединителя Р3. После этого привод третьего разъединителя переведет свой разъединитель в разомкнутое положение. В результате поврежденная секция С3 оказалась отключенной. По истечении времени бестоковой паузы, питание станции восстановится по системе автоматического повторного включения (АПВ).

В качестве датчика тока ДТ может использоваться обычный трансформатор тока совместно с выпрямителем. Авторами использовались простейшие одновитковые трансформаторы тока.

Пороговым элементом ПЭ может служить любое устройство, у которого сигнал на выходе появляется при подаче на вход постоянного напряжения определенной величины (последовательно включенный полупроводниковый стабилитрон, реле, компаратор с источником опорного напряжения).

Конкретная реализация шифратора Ш зависит от выбранного способа кодирования информационной посылки. В частности, авторами использовалось импульсное кодирование из 16-и импульсов на все сочетания. Шифратор выполнялся на интегральных микросхемах широкого применения 176 серии.

Выбор метода кодирования информационных посылок определяет и построение дешифратора ДШ. Дешифратор авторами также был выполнен на микросхемах широкого применения 176 серии.

Построение передатчика П и приемника ПР определяется используемым каналом связи КС. В качестве канала связи можно применять практически любой канал, обеспечивающий гальваническую развязку между приемником и передатчиком (радиоканал, оптический, ультразвуковой каналы). Авторами использовался радиоканал с амплитудной модуляцией. В качестве приемника ПР и передатчика П использовалась радиочастотная часть аппаратуры управления моделями "Румпроп-8" /4/.

В качестве управляющего блока УБ может применяться практически любой дешифратор с необходимым количеством входов и выходов. Возможно применение микросхем перепрограммируемых или масочных постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Этот блок выполнен на микросхемах 176 серии, но при серийном производстве целесообразно использование микросхем ПЗУ, с программированием непосредственно под конкретную схему станции.

Построение выходного блока ВБ не критично и не влечет за собой изменение других компонентов устройства. Авторами использовались шестнадцать светодиодов красного свечения АЛ103. Возможно исполнение вообще без выходного блока с индикацией поврежденной секции загоранием "несоответствия" на щите энергодиспетчера.

Блок управления приводами БУП выполняет согласование выходных сигналов управляющего блока УБ с входными сигналами приводов разъединителей и может быть выполнен на реле, мощных транзисторах, оптронах, тиристорах или любой другой элементной базе.

Предложенное устройство позволяет автоматизировать выявление поврежденной секции контактной сети на крупной станции. Благодаря этому становится возможным ее отключение в бестоковую паузу без участия человека с последующим восстановлением питания всей станции по системе АПВ. Это приводит к уменьшению времени ремонтных работ, предотвращению последствий от АПВ на неустранившееся короткое замыкание. Как следствие, уменьшаются потери от простоя поездов, увеличивается ресурс масляных выключателей, предотвращается отжиг контактного провода.