Устройство адаптивной дистанционной защиты резервных ступеней фидеров контакной сети

Авторы патента:

H02H7/26 - секционированная защита кабельных или воздушных сетей, например для отключения участка, на котором произошло короткое замыкание, замыкание на землю или дуговой разряд (определение местоположения повреждений в кабелях G01R 31/08)

Полезная модель относится к технике релейной защиты объектов, а именно к дистанционной защите резервных ступеней фидеров контактной сети от токов короткого замыкания и может быть использована для защиты фидеров контактной сети магистральных железных дорог однофазного переменного тока промышленной частоты. Задачей полезной модели является повышение селективности резервных ступеней дистанционной защиты фидеров контактной сети за счет адаптивной идентификации режима системы тягового электроснабжения и корректировки значения уставки резервных ступеней по сопротивлению в зависимости от режима системы.

1 ил.

Наиболее близким техническим решением является микропроцессорная система защиты, представленная в [1, 2, 3], содержащая первичные преобразователи тока и напряжения, выполняющих гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов, полосовые фильтры, осуществляющие выделение основной гармоники тока и напряжения из поступающего сигнала, пороговые элементы с гистерезисом, предназначенные для задания значений уставки и осуществления сравнения измеренного значения с ее величиной, элементы логики, выполняющая функции основной и резервной дистанционной защиты фидеров контактной сети.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются использование идентичной входной и расчетной информации о параметрах защищаемой системы, алгоритм определения расчетных параметров тяговой сети, а также однотипная элементная микропроцессорная база.

Недостатком рассматриваемого прототипа является относительно высокая вероятность перекрытия зон срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервных ступеней дистанционной защиты, связанная с увеличением угла сдвига фаз между током и напряжением в нормальном режиме работы, сокращением зоны срабатывания по сопротивлению при пропуске тяжеловесных составов, а также фиксированным значением уставки защиты выбранной по наихудшему режиму.

Задачей полезной модели является повышение селективности резервных ступеней дистанционной защиты фидеров контактной сети за счет адаптивной идентификации режима системы тягового электроснабжения и корректировки значения уставки резервных ступеней по сопротивлению в зависимости от режима системы.

Сущность полезной модели заключается в том, что устройство адаптивной дистанционной защиты резервных ступеней фидеров контактной сети, включающее в себя блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде трансформаторов тока и напряжения, образующих в совокупности с фильтрами первичных параметров системы и органами расчета угла сдвига фаз, коэффициента гармоник и полного сопротивления сети уровень, характеризующий расчет контролируемых параметров системы, пороговые элементы напряжения, тока и полного сопротивления, образующие адаптивный контур идентификации, в котором производится оценка режима системы тягового электроснабжения и формирование сигнала на корректировку значения уставки по сопротивлению, соединенного с пороговыми элементами коэффициента гармоник, тока, угла сдвига фаз и полного сопротивления, образующих основной контур защиты, реагирующий на аварийные режимы тяговой сети и соединенного с логическими элементами, образующими уровень логики защиты и взаимодействующего с элементом выдержки времени.

Использование адаптивного контура идентификации в схеме защиты позволяет произвести точную оценку режима системы тягового электроснабжения и сформировать сигнал на корректировку значения уставки по сопротивлению в основном контуре защиты, позволяющего исключить перекрытия зон срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервных ступеней

Полезная модель поясняется чертежом.

На фигуре 1 представлена функциональная схема устройства адаптивной дистанционной защиты резервных ступеней фидеров контактной сети.

Устройство содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 1 и напряжения 2, блок частотного фильтра основной гармоники тока 3, блок частотного фильтра настроенного на диапазон частот от 100 до 450 Гц 4, блок частотного фильтра основной гармоники напряжения 5, орган вычисления угла сдвига фаз 6, орган вычисления коэффициента гармоник 7, орган вычисления полного сопротивления защищаемого фидера 8, систему пороговых элементов с гистерезисом 9-16 осуществляющих сравнение вычисленных параметров сети со значением уставки, систему логических элементов 17-19, определяющих порядок срабатывания защиты, элемент регулируемой задержки времени 20, программный ключ 21 «Зеркальная зона», обеспечивающий увеличение зоны срабатывания за счет добавления «зеркальных» (симметричных исходным) зон срабатывания, программный ключ 21 «Комплект уставок», позволяющий реализовать несколько наборов уставок в зависимости от режима тяговой сети.

Устройство адаптивной дистанционной защиты резервных ступеней фидеров контактной сети работает следующим образом.

Сигналы тока и напряжения защищаемого фидера, поступающие с блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов 1 и 2, поступают на блоки частотной фильтрации 3-5, где осуществляется выделение основной гармоники тока 3 и напряжения 5, а также гармонического сигнала в частотном диапазоне от 100 до 450 Гц 4. На основании значений сигнала тока, поступающего с фильтра 3 и значения сигнала напряжения, поступающего с фильтра 5 в органе 6 производится вычисление угла сдвига фаз между током и напряжением основной гармоники, после чего в пороговом элементе 14 производится сравнение полученного значения со значением уставки и оценка нахождения значения угла в «зеркальной» зоне (если программный ключ 21 «Зеркальная зона» замкнут). На основании значений сигнала тока, поступающего с фильтра 3 и значения сигнала тока поступающего с фильтра 4 в органе 7 производится вычисление коэффициента гармоник по току. Вычисленное значение коэффициента поступает на пороговый элемент 13, где производится сравнение со значением уставки по коэффициенту гармоник. В органе 8 вычисляется полное сопротивления защищаемого фидера на основании данных поступающих с фильтров 3 и 5. Совокупность элементов, отвечающих за фильтрацию первичных параметров системы и расчет вторичных образуют уровень расчета контролируемых параметров защищаемого фидера.

В пороговом элементе 9 производится определение нахождения напряжения тяговой сети в заданных пределах, характеризующего нормальный режим работы тяговой сети, на выходе элемента формируется логическая «1» если напряжение находится в заданном уставкой диапазоне, после чего сигнал поступает на элементы 10 и 11. В элементах 10 и 11 производится сравнение измеренного значения тока фидера, поступающего с фильтра 3 со значением тока уставки, если измеренное значение тока превышает значение уставки на элементе 10, то на его выходе формируется логическая «1» и сигнал поступает на элемент 13. Если значение тока, поступающего на элемент 11 с фильтра 3 меньше значения уставки, то на его выходе формируется логическая «1» и сигнал поступает на элемент 12, в котором производится сравнение величины полного сопротивления, поступающего с соответствующего органа 8, если значение превышает значение уставки, то формируется сигнал на корректировку сопротивления у ставки на элементе 16. Совокупность элементов с 9 по 12 отвечающих за идентификацию режима системы образуют адаптивный контур идентификации защиты.

В пороговом элементе 15 производится сравнение измеренного значения тока фидера, поступающего с фильтра 3 со значением уставки по току, если пороговый элемент 13 на своем выходе формирует логическую «1», то в элементе 15 осуществляется уменьшение уставки по току на 20% в целях отстройки от пусковых токов локомотивов. В пороговом элементе 16 осуществляется сравнение значения полного сопротивления поступающего с органа 8 со значением уставки, в случае если пороговый элемент 13 на своем выходе формирует логическую «1», то в элементе 16 осуществляется уменьшение уставки по сопротивлению на 20% в целях отстройки от пусковых токов локомотивов, если элемент 12 на своем выходе формирует «1», то в элемент 16 осуществляет корректировку уставки по сопротивлению на заданную величину. Совокупность элементов с 13 по 16 образуют основной контур защиты, реагирующий на аварийные режимы тяговой сети.

Логический элемент 17 формирует «1» на выходе и соответственно сигнал на срабатывание защиты по сопротивлению если на его входа подаются сигналы от элементов 14 и 16, а также сигнал от программного ключа 22 «Комплект уставок». Логический элемент 19 формирует «1» на выходе и соответственно сигнал на срабатывание защиты по току если на его входа приходят сигналы от элементов 15 и 18. Логический элемент 19 формирует «1» если на выходе элементов 17 или 18 сформирована «1». Элемент 20 осуществляет регулируемую задержку времени резервной ступени, после истечения которого подается сигнал на отключение выключателя защищаемого фидера. Совокупность элементов с 17 по 19 образуют логический уровень дистанционной защиты.

Таким образом, повышение селективности защиты достигается за счет адаптивной идентификации режима системы тягового электроснабжения и корректировки значения уставки по сопротивлению в основном контуре защиты, позволяющего исключить перекрытия зоны срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервных ступеней.

Источники, используемые при написании заявки.

1. Патент 2173924 на изобретение «Микропроцессорная система защиты», 2000 г., авторы Езерский С. В., Леонтьев А.В., Миров А.В., Потапенко В.И.

2. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ. Руководство по эксплуатации ДИВГ.648228.007 РЭ // НТЦ «Механотроника».

3. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ-ФКС. Часть2 ДИВГ.648228.007-20 РЭ1 // НТЦ «Механотроника».

1. Устройство адаптивной дистанционной защиты резервных ступеней фидеров контактной сети, включающее в себя блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде трансформаторов тока и напряжения, образующих в совокупности с фильтрами первичных параметров системы и органами расчета угла сдвига фаз, коэффициента гармоник и полного сопротивления сети уровень, характеризующий расчет контролируемых параметров системы, пороговые элементы напряжения, тока и полного сопротивления, образующие адаптивный контур идентификации, в котором производится оценка режима системы тягового электроснабжения и формирование сигнала на корректировку значения уставки по сопротивлению, соединенного с пороговыми элементами коэффициента гармоник, тока, угла сдвига фаз и полного сопротивления, образующих основной контур защиты, реагирующий на аварийные режимы тяговой сети, и соединенного с логическими элементами, образующими уровень логики защиты, и взаимодействующего с элементом выдержки времени.

2. Устройство адаптивной дистанционной защиты резервных ступеней фидеров контактной сети по п.1, отличающееся тем, что содержит адаптивный контур идентификации, производящий оценку режима системы тягового электроснабжения и формирование сигнала на корректировку значения уставки по сопротивлению в основном контуре защиты, позволяющего исключить перекрытия зоны срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервных ступеней.

РИСУНКИ