Предлагаемый указатель КЗ разработан на основе электрической схемы с испытательной сборной шиной, хорошо зарекомендовавшей себя на практике, в которой испытательным резистор заменен трансформатором Тр, как показано на (рисунке 1.2). Первичные ввода подсоединены к испытательной и главной сборным шинам.
Вторичную обмотку можно соединить, используя различные варианты:
а) с одним подключением к сети в различных комбинациях
(предпочтителен конструктивный блок, в состав которого входят резистор, конденсатор и соответствующие коммутационные элементы);
б) с одним конструктивным блоком согласования, при этом очень удобно применять автотрансформатор и соединять различные клеммы обмотки с конструктивным блоком согласования.
При включении выключателя нагрузки с отделителем Q6 испытательный трансформатор соединяют с конденсатором Ср1 и резистором Rp1. Автоматически происходит предварительное испытание при уменьшенном испытательном токе с применением программы, хранящейся в компьютерной памяти.
При результате испытания, «бездефектно» автоматически включается выключатель Q65 и проводится основное испытание. Если результатом последнего также является «бездефектно», управление деблокируется для повторного включения силового выключателя.
Принципиальная электрическая схема нового указателя КЗ с испытательным трансформатором приведена на (рисунке 1.2).
Рисунок 1.2 - Схема с испытательным трансформатором Где В - главная сборная шина; Р - испытательная шина; Q1- разъединитель главной сборной шины; Q6 - выключатель нагрузки с отделителем для испытательных СШ; Q64 - выключатель нагрузки с отделителем для испытательного сопротивления; Q65 - разъединитель дополнительной нагрузки; F1 и F2 - высоковольтные предохранители; Rp - включаемое активное сопротивление; Rf - сопротивление места повреждения; Uf - испытательный преобразователь напряжения; Тр - испытательный трансформатор; Ср - включаемый конденсатор.
Если испытание показывает, что на участке воздушной контактной сети имеется повреждение, выключатель Q65 выключается и можно начинать поэтапное ручное испытание.
При подключении испытательного выключателя Q6 к электрической цепи напряжения 15 кВ замыкается цепь тока в первичной обмотке испытательного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к основной нагрузке. Сигнал о необходимости испытания, вырабатывается устройством информации SCH-IN-A, запускает испытательный процесс в дополнительном устройстве.
Во всех случаях безупречно распознавались как наличие КЗ в контактной сети, так и их отсутствие. Лишь при испытаниях находящегося под напряжением и свободно лежащего на балласте троса повреждение было распознано только при предварительном испытании, причем частично. При основном испытании место повреждения не было установлено, очевидно, из-за того, что сухой балласт при хорошей погоде в месте протекания малого тока стал еще суше.
1.2.3 Устройство ИКЗ на питающей линии контактной сети
Условия работы испытательных резисторов для определения места повреждения контактной сети на отечественных железных дорогах существенным образом отличаются от зарубежных из-за несовпадения схем питания, токов нагрузок, длин межподстанционных зон и других факторов, следовательно, применяемые там решения не могут быть использованы в России.
Обзор существующих методов испытания питающей линии контактной сети показал, что из-за не выявления КЗ при пониженном напряжении, неоднородности тяговой сети при высокочастотных испытаниях, ошибочного диагностирования состояния контактной сети при некоторых режимах, громоздкости, высокой стоимости, снижения безопасности
обслуживания, существующие указатели и испытатели КЗ (ИКЗ) не нашли широкого применения. В практике эксплуатации тяговых сетей переменного тока напряжением 27,5 кВ принято двукратное АПВ, а в некоторых случаях возможно и неоднократное подключение источника большой мощности на короткозамкнутый участок контактной сети. Опыт эксплуатации подтверждает, что повторные включения приводят к возрастанию аварии. В результате анализа предложено устройство ИКЗ, схема которого приведена на (рисунке 1.3).
Рисунок 1.3 - Схема включения ИКЗ на питающей линии
Испытательный резистор Rи подключается параллельно питающему выключателю Q. Последовательно с резистором включается испытательный трансформатор тока (ТАи). Нагрузкой его вторичной обмотки является пороговое устройство (ПУ) с реле максимального тока. ТАи, ПУ и средства передачи информации о величине испытательного тока. Так - же как испытательный резистор, находятся под потенциалом контактной сети 27,5 кВ испытательный трансформатор напряжения (TVи) включен между выводом резистора и землей, к его вторичной обмотке подключено ПУ с реле минимального напряжения, которое измеряет величину остаточного напряжения на питающей линии контактной сети после введения Rи в цепь.
При возникновении режима тревоги (КЗ) - релейной защитой выдается сигнал на отключение питающего выключателя. Выключатель Q отключается, что автоматически вводит в цепь КЗ токоограничивающий резистор Rи. При этом производятся замеры величин тока и остаточного напряжения в контактной сети. В случае, когда величина тока, протекающего через резистор, превышает уставку и величина напряжения ниже пороговой, через элемент ИКЗ посылается команды на запрет АПВ и отключение разъединителя QSл для отключения испытательного тока. Величина коммутируемого тока не должна превышать при этом допустимого тока отключения разъединителя. Если величина испытательного тока меньше заданной уставки Iу, или при достижении ею этого порога величина остаточного напряжения на питающей линии выше уставки Uу, выдается сигнал на разрешение АПВ. В этом случае Rи шунтируется выключателем Q, и восстанавливается нормальная схема питания контактной сети.
2. Организационный раздел. Схема питания и секционирования контактной сети участка системы 27,5 кВ Суроватиха - Ройка - Горький Сортировочный и расстановка устройств контроля проходящих КЗ
2.1 Подключение ТН для определения наличия проходящего КЗ в контактной сети переменного тока
Рисунок 2.1 - Подключение трансформатора напряжения
В данной схеме: один высоковольтный вывод подключен к земле, второй вывод присоединен к контактному шлейфу.
Вторичная коммутация остается неизменной.
Для решения задачи, по выводу на диспетчерский пункт сигнализации о наличии устойчивого КЗ в контактной сети составлена следующая схема вторичной коммутации: при наличии на питающей зоне на диспетчерском пункте будет гореть сигнальное табло до тех пор, пока энергодиспетчер не выделит поврежденный участок контактной сети [7].
При отсутствии напряжения в первичной цепи трансформатора напряжения реле KV отпавшее, через реле 1KL, 1KT и контакты KV1, KL1 протекает ток, при этом через реле 2KL и контакт 1KT 2KL1 загорается сигнальное табло, указывающее на наличие. А если напряжение на линии U = 2,5 кВ, то реле KV подтянуто, сигнальное табло на диспетчерском пункте не горит, что указывает об отсутствии устойчивого на линии.
Рассмотрим схему вторичной коммутации трансформатора напряжения на (рисунке 2.2)
Рисунок 2.2 - Схема вторичной коммутации ТН-27,5 кВ
Рисунок 2.3 - Схема однолинейная с подключением трансформатора напряжения НОМ - 35 кВ Где Q1, Q2, Q3 - вакуумные выключатели; ТА1, ТА2, ТА3 - трансформаторы тока; ТV1, TV2, TV3 - трансформаторы напряжения; 1QF1, 1QF2, 1QF3, 2QF1, 3QF1 - разъединители; 1FU1, 2FU1, 3FU1, 3FU2, 3FU3 - плавкие вставки; 1Т1, 1Т2, 2Т1 - понижающие трансформаторы; FV - вентильный разрядник, KV - реле напряжения.
2.2 Действующая схема питания и секционирования контактной сети системы 27,5 кВ участка Суроватиха (ЭЧЭ-59) - Ройка (ЭЧЭ-58) - Горький Сортировочный (ЭЧЭ-8)
Характеристика исследуемых участков:
а) Участок Суроватиха (ЭЧЭ-59) - ПСК Окская:
Участок контактной сети эксплуатационной длины 47 км;
Участок контактной сети развёрнутой длины 77,43 км;
Продольных разъединителей 20 шт.;
Развёрнутая контактная сеть 4 станции и 3 разъезда;
ВЛ ДПР длиной 43 км до станции Чаглово (раздел МР Д2).
б) Участок Ройка (ЭЧЭ-58) - ПСК Окская:
Участок контактной сети эксплуатационной длины 15 км;
Участок контактной сети развёрнутой длины 22,45 км;
Продольных разъединителей 7 шт.;
Развёрнутая контактная сеть 1 станция.
ВЛ ДПР длиной 64 км на 2 направления до станции Чаглово (раздел МР Д2) и станции Дзержинск (раздел МР Д).
в) Участок Горький Сортировочный (ЭЧЭ-8) - ПСК Окская:
Участок контактной сети эксплуатационной длины 27 км;
Участок контактной сети развёрнутой длины 37,89 км;
Продольных разъединителей 6 шт.;
Развёрнутая контактная сеть 1 станция.
2.3 Расстановка устройств контроля проходящих КЗ в тяговой сети участка Суроватиха (ЭЧЭ-59) - Ройка (ЭЧЭ-58) - Горький Сортировочный (ЭЧЭ-8)
В ходе рассмотрения участка Суроватиха (ЭЧЭ-59) - Ройка (ЭЧЭ-58) -Горький Сортировочный (ЭЧЭ-8) выбран оптимальный вариант для установки устройств контроля проходящих КЗ в тяговой сети - пост секционирования Окская (рисунок 2.4)
Рисунок 2.4 - Однолинейная схема участка Суроватиха (ЭЧЭ-59) - Ройка (ЭЧЭ-58) - Горький Сортировочный (ЭЧЭ-8) - ПСК Окская
3. Технологический раздел. Схемное решение устройств контроля проходящих КЗ по остаточному и наведенному напряжению с использованием интеллектуального терминала ИнТер
3.1 Характеристика устройства ЦЗА-27,5-ФКС
Устройство ЦЗА-27,5-ФКС предназначено для выполнения функций защиты и автоматики, контроля и сигнализации, местного и дистанционного управления питающей линией контактной сети переменного тока напряжением 27,5 кВ [5].
Устройство ЦЗА-27,5-ФКС может включаться в автоматизированную систему управления (далее АСУ) подстанции в качестве подсистемы нижнего уровня. В этом случае двусторонний обмен информацией с АСУ производится по стандартному последовательному каналу связи.
Устройство ЦЗА-27,5-ФКС, в зависимости от значения напряжения питания, выпускается в двух вариантах исполнения:
- 1СР.251.249-02.01 - для напряжения питания 220 В постоянного, или переменного тока частотой (50,0 ± 5,0) Гц;
- 1СР.251.249-02.02 - для напряжения питания 110 В постоянного тока.
Конструктивно устройство ЦЗА-27,5-ФКС выполнено в виде двух отдельных блоков: блока защит и автоматики (БЗА) и блока управления (БУ), связь между которыми осуществляется с помощью интерфейсного кабеля. Структурная схема представлена на (рисунке 3.1) [30].
Рисунок 3.1 - Структурная схема ЦЗА -27,5-ФКС
Блок БЗА выполняет все основные функции устройства; БУ служит для индикации, местного управления присоединением, а также выполняет ряд сервисных функций.
Структурная схема блока защиты и автоматики приведена на (рисунке 3.2). Блок БЗА имеет переднее присоединение, что обеспечивает удобство его обслуживания, и представляет собой крейт со вставными модулями, которые имеют следующее назначение.
Рисунок 3.2 - Структурная схема блока защиты и автоматики
Модуль датчиков тока и напряжения (далее МДТН) состоит из промежуточных трансформаторов и прецизионных усилителей.
Промежуточные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку сигналов и их предварительное масштабирование. Первичные обмотки трансформаторов обеспечивают заданную термическую и динамическую стойкость при перегрузках. Прецизионные усилители служат для точного масштабирования сигналов и согласования импедансом промежуточных трансформаторов и аналого-цифрового преобразователя. На лицевой панели МДТН установлены клеммные соединители X1…X6 для подключения внешних цепей от измерительных ТТ и Х7, так же измерительного ТН.
МДТН не требует настройки и регулировки в течение всего срока службы.
Модуль контроллера измерения и защит (МКИЗ) представляет собой модуль аналого-цифрового преобразования и обработки сигналов. Он обрабатывает аналоговые сигналы от ТТ и ТН. Электрические параметры через кросс - плату передаются в модуль контроллера автоматики, где и обрабатываются. Кроме того, МКИЗ осуществляет осциллографирование последних 16-ти аварийных процессов. Считывание осциллограмм из памяти МКИЗ осуществляется по интерфейсу RS - 232 блока БУ со скоростью 9600 бит/с.
Центральный модуль устройства ЦЗА-27,5-ФКС - модуль контроллера автоматики (МКА), имеет в своем составе следующие встроенные элементы: память программ; оперативное запоминающее устройство; электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ).
Контроллер автоматики получает значения электрических параметров из МКИЗ и информацию о состоянии дискретных входов из плат ввода. На основании этой информации, а также значений программных уставок, хранящихся в ЭППЗУ, вырабатываются команды управления выходными реле в соответствии с алгоритмами защит, автоматики и управления устройства ЦЗА-27,5-ФКС.
Помимо выполнения функций автоматики этот контроллер передает информацию в блок управления и принимает от него команды управления, а также обеспечивает обмен по последовательным каналам с АСУ и ПЭВМ.
В энергонезависимом ППЗУ микроконтроллера хранятся параметры настройки устройства ЦЗА-27,5-ФКС (уставки), срок хранения при отключенном питании - не менее пяти лет.
Интерфейсы связи (ИС) с внешними устройствами (блок БУ, контроллер АСУ, ПЭВМ) выполнены с гальванической развязкой.
В устройство ЦЗА-27,5-ФКС может быть установлен модуль контроллера резервных защит МКРЗ (производства ВНИИЖТ), реализующий две резервные защиты: токовую отсечку и одну ступень дистанционной защиты.