Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Тяговые и трансформаторные подстанции

Защита линий продольного электроснабжения от однофазных замыканий - Тяговые и трансформаторные подстанции

Оглавление
Тяговые и трансформаторные подстанции
Типы электростанций
Подстанции
Энергетическая и электрическая системы
Изоляторы
Токоведущие части
Электрические контакты
Условия образования и гашения электрической дуги
Гашение электрической дуги постоянного тока
Гашение электрической дуги переменного тока
Коммутационная аппаратура напряжением до 1000 В
Предохранители
Высоковольтные выключатели переменного тока
Масляные выключатели
Быстродействующие выключатели постоянного тока
Дугогасительные камеры быстродействующих выключателей постоянного тока
Быстродействующий выключатель АБ-2/4
Быстродействующий выключатель ВАБ-28
Быстродействующий выключатель ВАБ-43
Разъединители
Сведения о принципиальных электрических схемах
Схемы понижающих подстанций
Схемы вторичной коммутации
Аварийная и предупредительная сигнализация
Распределительные устройства переменного тока
Конструкция закрытых РУ
Конструкция открытых РУ
Комплектные трансформаторные подстанции
Графики нагрузок электроустановок
Определение мощности подстанции, коэффициенты, режимов работы электроустановок
Виды, причины и последствия КЗ
Назначение релейной защиты
Общие сведения о релейной аппаратуре
Конструкция электромагнитных реле
Общие сведения о защите высоковольтных линий переменного тока, МТЗ
Защита линий отсечками по току и напряжению
Защита линий от однофазных замыканий
Защита линий продольного электроснабжения от однофазных замыканий
Общие сведения о защите силовых трансформаторов
Газовая защита трансформаторов
Реле дифференциальной защиты трансформаторов
Защиты на оперативном переменном токе
Схемы сравнения, нуль-органы, согласующие и выходные органы электронных защит
Электронные реле тока и напряжения
Электронное реле направления мощности
Электронное фазоограничивающее реле
Электронное реле времени
Модули электронных защит
Электронная защита фидера продольного электроснабжения
Защитные и рабочие заземления
Распределение потенциалов на поверхности земли при прохождении тока замыкания на землю
Конструкция заземляющих устройств

Провода 3 линий (фидеров) продольного электроснабжения (ПЭ) с помощью изоляторов 2 (рис. 159) укрепляют на консолях опор контактной сети 4 с полевой стороны железной дороги. К этим линиям на глухих отпайках (без выключателей) присоединяются железнодорожные нетяговые потребители, расположенные вдоль железной дороги, и посторонние потребители—в основном сельскохозяйственные. Ток однофазного замыкания линии ПЭ разветвляется на два тока; Iз3 протекает по земле, IзР — по рельсам 5. Ток IзР по своей величине соизмерим с токами рельсовых цепей автоблокировки, поэтому, протекая по этим цепям, он может вызвать ложное срабатывание сигнальной аппаратуры автоблокировки. Во избежание опасности для нормального движения поездоводнофазное замыкание на землю на линии ПЭ и во всех ответвлениях от нее должно быть немедленно отключено. Таким образом, защиты фидеров ПЭ, как от междуфазных КЗ, так и однофазных замыканий на землю, выполняют с действием на отключение выключателя.

 

Однофазное замыкание
Рис. 159. Однофазное замыкание на фидере Г1Э

Реле ЗЗП-1, применяемое для защиты линий ПЭ от однофазных замыканий, является направленным реле мощности нулевой последовательности с φм.ч = 90° (см. рис. 156, на котором вектор тока отстает на 90° от вектора напряжения 3U0). Реле (рис. 160,а) состоит из согласующего устройства 1, усилителя переменного тока 2, фазочувствительного усилителя 3, на выходе которого включено реле 4, и блока питания 5.
Согласующее устройство (рис. 160, б), состоящее из трансформатора Тр1, резисторов Rl, R6, R7, R11, диодов Д1 и Д2, конденсатора С5 и разрядника Рр, выполняет следующие функции: согласовывает входные параметры усилителя с выходными параметрами ТТНП; осуществляет сдвиг фазы выходного тока ТТНП по отношению к первичному току нулевой последовательности на угол, близкий к 90°, во всем диапазоне первичного тока ТТНП; обеспечивает ступенчатую регулировку тока уставки срабатывания реле; подавляет высокочастотные составляющие входного сигнала, создавая необходимые условия нормальной работы усилителя переменного тока при перемежающихся однофазных замыканиях; ограничивает амплитуду выходного напряжения трансформатора Тр1 с помощью диодов Д1 и Д2, обеспечивая целостность транзистора Т1.
Схема ограничения работает следующим образом. При отсутствии однофазного замыкания на линии ПЭ под действием постоянного напряжения питания защиты Uпш через вторичную обмотку трансформатора Тр1, диод Д1 и резистор R11 протекает постоянный ток ll, а через диод Д2 — ток I2, равный сумме токов, протекающих через резистор R6 и эмиттерный переход транзистора T1; через резистор R1 протекает сумма токов I1+I2· Токи I1 и I2 являются прямыми токами смещения для диодов Д1 и Д2, причем I1 =I2. При возникновении однофазного замыкания на линии ПЭ протекает ток 3I0 в первичной обмотке трансформатора Тр1 и появляется переменный ток сигнала Iс в его вторичной обмотке. Ввиду того что сопротивление резистора R1 значительно больше сопротивлений резисторов R11 и R6, можно считать, что ток сигнала Iс замыкается по контуру Д1, R11, Д2, разветвляясь через резистор R6 и эмиттерный переход транзистора 77 (обратный ток через 77). При положительной полуволне напряжения на вторичной обмотке трансформатора Тр1 (см. рис. 160, б) увеличивается результирующий ток через диод Д1 (I1 + Ic), а через диод Д2 уменьшается (I2 — — Iс), что вызывает уменьшение прямого тока, протекающего через эмиттерный переход транзистора Т1. Когда мгновенное значение тока сигнала станет равным прямому току смещения T1 (IС = I2), результирующий ток через диод Д2 и эмиттерный переход Т1 будет равен нулю и Т1 закроется. Напряжение сигнала является обратным для дио- Д2, но дальнейшее увеличение этого напряжения под действием возрастающего тока нулевой последовательности в первичной обмотке Тр1 не вызовет значительного увеличения обратного тока диода Д2 и напряжения на базе Т1. Параметры диодов Д1, Д2 и величина сопротивления резистора R6 выбраны такими, чтобы обратное напряжение не превышало допустимого для эмиттерного перехода Т1. Снижение Напряжения сигнала сопровождается увеличением прямого тока диода Д2 и соответственно увеличением прямого тока через эмиттерный переход Т1, а при прохождении синусоиды напряжения сигнала через нуль прямой ток через диод Д2 достигнет прежнего значения тока смещения I2.

Рис. 160. Структурная (а) и принципиальная (б) схемы реле ЗЗП-1
При противоположной полуволне напряжения сигнала ток сигнала совпадает по направлению с током I2, результирующий ток через диод Д2 увеличивается (I2 + Iс), а через диод Д1 уменьшается (I1 — Iс), в результате чего увеличивается ток через эмиттерный переход T1. Когда ток сигнала станет равен прямому току смещения диода Д1, результирующий ток через диод Д1 будет равен нулю, а ток через эмиттерный переход T1 достигнет удвоенного значения начальной величины; соответственно ток через диод Д2 будет равен удвоенному значению прямого тока смещения. При дальнейшем увеличении напряжения сигнала, являющегося обратным для диода Д1, не будет происходить увеличения обратного тока диода Д1. Таким образом, при протекании тока 3I0 через первичную обмотку Тр1 ток через эмиттерный переход Т1 может изменяться только в пределах от нуля до двукратного значения по отношению к гоку, протекающему через эмиттерный переход Т1 при отсутствии тока 3I0.
Пиковые напряжения на выходе Тр1 могут достигать 1—2 кВ, и выбрать диоды Д1 и Д2 на такие обратные напряжения невозможно. Поэтому в согласующем устройстве применена ступенчатая защита элементов схемы от перенапряжений: вход усилителя переменного тока защищен диодами Д1 и Д2, а диоды защищены разрядником Рр. Конденсатор С5 емкостью 0,005—0,01 мкФ выполняет роль фильтра высших гармоник, появляющихся при перемежающихся однофазных замыканиях.
Вторичная обмотка Тр1 имеет три отпайки, позволяющие ступенчато регулировать чувствительность защиты по току 3I0. При установке штеккера в положение I чувствительность реле наибольшая — первичный ток срабатывания защиты 0,07 А, в положение 2—0,5 А, в положение 3 — 2 А.
Усилитель переменного тока состоит из транзисторов Т1 и Т2, диода Д5, резисторов Rl, R2, R3, R4, R10, конденсаторов С1, С2, С4 и дросселя Др с дополнительными обмотками. Рассматриваемый усилитель является двухкаскадным с PC-связями. На выходе усилителя включен контур LC2, настроенный на резонансную частоту 50 Гц; он предназначен для усиления и выделения основной составляющей выходного сигнала согласующего устройства. Нагрузкой усилителя переменного тока является фазочувствительный усилитель, подключаемый к дополнительной обмотке дросселя Др резонансного контура.
Фазочувствительный усилитель состоит из автотрансформатора Тр2, транзисторов Т3 и Т4, диодов Д3 и Д4, резисторов R5, R8, R9, R12, R13, конденсатора С3 и выходного реле РП. Автотрансформатор Тр2 подключают к источнику напряжения нулевой последовательности. Питание коллекторных цепей фазочувствительного усилителя осуществляется от двух полуобмоток Тр2 с одинаковым числом витков, средняя точка 02 которых подключается к нагрузке усилителя — выходному реле РП. Фазочувствительный усилитель предназначен для усиления сигнала усилителя переменного тока с учетом его фазы по отношению к напряжению нулевой последовательности.

На вход усилителя подается напряжение, фаза которого сдвинута на 90° по отношению к фазе первичного тока нулевой последовательности, поэтому зона срабатывания выходного реле защиты РП составляет около 180°. Входное напряжение подается с дополнительной обмотки дросселя Др резонансного контура, включенного на выходе усилителя переменного тока. Обмотка дросселя имеет выведенную среднюю точку 01, поэтому напряжение U6 каждой полуобмотки является управляющим для одного из транзисторов фазочувствительного усилителя.
Рассмотрим принцип работы фазочувствительного усилителя. На рис. 160, б показано состояние схемы для одного полупериода, соответствующего моменту совпадения напряжений коллекторных и базовых цепей транзисторов Т3 и Т4. В транзисторе Т3 под действием напряжения Um протекает прямой ток Iбз. Так как к коллекторному переходу транзистора ТЗ в этот полупериод приложено также прямое напряжение UK3, то будет протекать коллекторный ток Iкз. В этот же полупериод к транзистору Т4 приложены обратные напряжения базы Uб4 и коллектора UK4. Транзистор Т4 оказывается закрытым. Таким образом, в рассматриваемый полупериод в цепи нагрузки (РП) протекает ток, равный Iк3. В следующий полупериод прямые напряжения базы Uσ4 и коллектора Uк4 будут приложены в транзистору Т4, через РП будет протекать ток Iк4 в том же направлении, что и ток Iк3.
В качестве выходного реле применено РП-211 с относительно небольшим потреблением мощности (около 150 мВт при срабатывании), что дает возможность использовать фазочувствительный усилитель небольшой мощности. Кроме того, реле РП-211 имеет достаточно мощные контакты, которые позволяют обойтись без дополнительных реле для замыкания и размыкания исполнительных цепей. Разрывная мощность контактов при напряжении от 24 до 250 В и токе до 2 А составляет 50 Вт в цепи постоянного тока с индуктивной нагрузкой.
Цепь напряжения ЗЗП-1 нельзя включать непосредственно на зажимы разомкнутого треугольника ТН. При однофазных замыканиях на землю, сопровождающихся перемежающейся дугой, в напряжении нулевой последовательности содержится большое количество высших гармоник, которые отрицательно влияют на работу реле ЗЗП-1. Для обеспечения надежности работы ЗЗП-1 в цепь напряжения нулевой последовательности включают вспомогательное устройство, представляющее собой фильтр LC с резонансной частотой 50 Гц, который подавляет все составляющие неосновной частоты. На одно устройство может быть включено до 10 реле ЗЗП-1; устройство длительно выдерживает ток 0,1 А.
Оценку чувствительности защиты следует давать для такого режима работы сети, при котором ее суммарный емкостной ток составляет наименьшую величину. Коэффициент чувствительности для этого режима на уставках срабатывания защиты определяют по формуле

где Ic∑min — наименьшее реально возможное значение суммарного емкостного тока сети, А; Iс. шах пэ — наибольшее реально возможное значение емкостного тока защищаемой линии ПЭ, А; Iс.3 — ток срабатывания защиты на соответствующей уставке, А. Следует выбирать

самую грубую из возможных уставок срабатывания, защиты, для которой K.min должен быть от 2 до 3.
Защита с реле ЗЗП-1 предназначена для отключения защищаемой линии при однофазном замыкании на землю в сетях с суммарными емкостными токами Iс∑min от 0,2 до 20 А. При оценке наименьшего реально возможного значения тока Iс Σ mIn следует исходить из предельного случая, когда к шинам подключено не менее двух (если такой режим реален) линий. При наличии всего лишь одной линии ПЭ, т. е. при отсутствии присоединений других потребителей к шинам 6 или 10 кВ, использование защиты с реле ЗЗП-1 исключается из-за отсутствия емкостного тока, необходимого для ее срабатывания. В этом случае защиту линии ПЭ от однофазных замыканий осуществляют с помощью реле контроля изоляции РКП, подключенного к обмотке разомкнутого треугольника ТН.
Реле ЗЗП-1 оказалось недостаточно надежным для защиты линий ПЭ. Оно ложно срабатывает от высших гармоник частотой 600 и 900 Гц, проникающих в токовые цепи реле. Отстройка от высших гармоник в цепях напряжения имеет удовлетворительный результат. Завод-изготовитель разработал на базе ЗЗП-1 реле ЗЗП-1М с повышенной отстройкой от высших гармоник в цепях тока нулевой последовательности. Отличие ЗЗП-1М от ЗЗП-1 состоит в следующем: введена частотнозависимая обратная связь, состоящая из конденсатора С и резистора R (см. цепь на рис. 160, б, обозначенную штриховой линией с черточками); исключены резисторы R5 и R10.
Автором было проведено исследование реле ЗЗП-1. Установкой блокирующих конденсаторов емкостью 2 мкФ на входе и 1 мкФ на выходе транзистора Т1 удалось отстроиться от высших гармоник в цепях тока нулевой последовательности. При такой блокировке надежность работы ЗЗП-1 оказалась выше ЗЗП-1 М.



 
« Трансформаторы тока и их эксплуатация   Универсальные делители напряжения с элегазовой изоляцией »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.