Лекция 13

Тема: «Автоматика фидеров контактной сети»

Назначение устройств автоматики контактной сети

Контактная сеть работает в более тяжелых условиях по сравнению с линиями электропередачи, к тому же не имеет резерва. Это требует предъявления к устройствам автоматики фидеров контактной сети дополнительных условий. Как показал опыт эксплуатации электрических железных дорог постоянного и переменного тока, большинство коротких замыканий, возникающих в контактной сети, неустойчиво и, как правило, ликвидируются после снятия напряжения.

Число успешных повторных включений, осуществляемых устройствами АПВ, на отдельных участках достигает 80—90 %. Чтобы снизить до минимума число неуспешных АПВ, используют устройства, предварительно испытывающие контактную сеть на наличие или отсутствие в ней короткого замыкания и запрещающие или разрешающие повторное включение в зависимости от результатов испытаний.

Для обеспечения минимального перерыва питания поездов желательно иметь минимальную выдержку времени АПВ. В то же время это может отрицательно сказаться на работе фидерных выключателей, в которых идет процесс гашения дуги и деионизация пространства между контактами. Кроме того, при мгновенном АПВ увеличивается вероятность пережога контактного провода при включении на короткое замыкание КЗ, так как температура его в точке КЗ не успевает снизиться в течение короткого бестокового интервала.

Для устройств АПВ двукратного действия, применяемых на фидерах контактной сети постоянного тока, оптимальным интервалом первого АПВ, который определяется конструкцией выключателей и необходимостью отключения двигателей ЭПС машинистом, можно считать 6—10 с, второе АПВ осуществляется через 6 с после первого.

Автоматическое повторное включение предусматривают для следующих выключателей:

- фидеров контактной сети тяговых подстанций постоянного-тока — двукратное
АПВ с предварительным испытанием на наличие КЗ;

- фидеров контактной сети тяговых подстанций переменного тока, фидеров рас
пределительных пунктов и пунктов группировки переключателей контактной сети стан
ций стыкования, фидеров депо — однократное АПВ;

- пунктов параллельного соединения постоянного и переменного тока — одно
кратное АПВ при наличии напряжения в контактной сети двух путей.

При двустороннем питании контактной сети от смежных тяговых подстанций и больших токах тяговой нагрузки релейная защита может оказаться нечувствительной к токам короткого замыкания в конце защищаемой линии, в результате чего появляются незащищенные («мертвые») зоны. Для ликвидации таких зон в комплексе с релейной защитой и автоматикой используются устройства телеблокировки выключателей контактной сети тяговых подстанций и постов секционирования.

Устройства автоматики фидеров контактной сети переменного тока

Контактная сеть на участках, электрифицированных на переменном токе, получает питание от шин напряжением 27, 5 кВ тяговой подстанции по фидерам (рис. 1, а). Выключатель фидера Q служит для включения и отключения фидера. Шинный QS_ш и линейный QS_л, разъединители с дистанционным управлением обеспечивают снятие напряжения с выключателя фидера при работе на нем, а обходной разъединитель QS₀ с дистанционным управлением обеспечивает питание контактной сети по фидеру от запасной шины ЗШ при отключенном выключателе Q.

К трансформатору тока ТА подключен амперметр РА, токовое реле КА, комплект электронной защиты фидера AKZ, фиксатор-сумматор токов коротких замыканий ASA и устройство для определения места повреждения контактной сети ASN. Устройства AKZ и ASN подключены также к шинам 100 В трансформатора напряжения.

В схему вторичной коммутации фидера (рис. 1, б) входят цепи управления (1—2)— (9—6), защиты (11—8)—(19—14), фиксации команды управления (21—16)—(28—18), автоматики (29—20)—(37—30), пуска телеблокировки (39—32)—(43—38) и сигнализа­ции (45-40)-(49-42).

а — схема фидера контактной сети; б — схема вторичной коммутации тока

Рис. 1. Схема автоматики фидера контактной сети переменного тока

Оперативное включение выключателя фидера осуществляется путем нажатия кнопки включения SBC, контакты которой замыкают цепь 1—2, или по телеуправлению при замыкании цепи 3—2 контактом реле включения КСС. При этом получает питание контактор КМ, который своими контактами замыкает цепь питания катушки включения выключателя YAC от шин включения EY. Выключатель включается и своим контактом Q размыкает цепи 1—2 и 9—2, обрывая цепь питания катушки КМ и повторителя отключенного положения выключателя KQT. Другим своим контактом Q выключатель замыкает цепь 9— 6 катушки повторительного реле включенного положения KQC, которое в свою очередь замыкает цепь 45—40 красной сигнальной лампы HLR, сигнализирующей о включении выключателя. Цепь 47— 42 зеленой лампы HLG размыкается контактом реле KQT. Одновременно другим контактом кнопки SBC замыкается цепь 25—18 или контактом реле KQQ цепь 27—18, что приводит к переключению реле фиксации команды KQQ. Его контакты переключаются в цепях 23—16, 25-18, 29-20, 37-26, 47-42 и 49-42.

Автоматическое отключение выключателя фидера происходит при срабатывании электронной защиты AKZ (цепь 19-AKZ-VD1-KH1— ASA—KBS—Q-YAT-б) или телеблокировки АТВ (цепь 19-ATB-VD2— КН2—ASA-KBS-Q—YAT—б). Катушка отключения YAT, получив питание, отключает выключатель. При этом срабатывает указательное реле защиты КН1 или телеблокировки КН2, включается в работу фиксатор-сумматор ASA, реле блокировки выключателя KBS на время его отключения размыкает цепь 1—2, запрещая включение контактора КМ и выключателя Q. Если отключение происходит сразу после оперативного включения, то контакт реле KBS замыкает цепь 1—4 или 3—4 питания удерживающей катушки KBS. Реле KBS будет удерживать цепи 1—2 или 3—2 разомкнутыми, запрещая повторное включение выключателя при наличии повреждения в контактной сети.

Отключение включателя приводит к переключению его повторительных реле KQC и KQT: реле KQT возбуждается по цепи 9—2, а реле KQC обесточивается при размыкании цепи 9—6. Реле KQC размыкает цепь 45—40 красной лампы HLR, а реле KQT замыкает цепь 49—42 зеленой лампы HLG (контакт реле KQQ в этой цепи замкнут). Зеленая лампа, получая пульсирующее напряжение от шины мигания (+)ЕР, будет гореть мигающим светом, сигнализируя об аварийном отключении фидера.

Автоматическое повторное включение выключателя осуществляется устройством РПВ-58, срабатывающим при автоматическом отключении выключателя фидера. Контакт реле KQT замыкает цепи 29—20 и 29—22 (контакт реле KQQ замкнут) счетчика PC аварийных отключений и реле КТ устройства РПВ-58. Реле КТ обеспечивает необходимую выдержку АПВ. Контакт реле КТ, шунтирующий резистор IR1, размыкается и включает его последовательно с катушкой реле КТ для снижения тока и уменьшения нагрева катушки.

Контакт реле КТ с выдержкой времени замыкает цепь разряда конденсатора С на катушку реле KL. Предварительно заряд конденсатора осуществляется по цепи 37—22 после включения выключателя и отключения резистора 1R3 от шины —ЕС контактом реле KQQ (контакт реле KL1 разомкнут при наличии напряжения на шинах 27, 5 кВ). Резистор 1R2 ограничивает ток заряда конденсатора, время заряда которого составляет 15—20 с, чем обеспечивается однократность АПВ.

Реле KL, возбудившееся в результате разряда конденсатора С на катушку KL, замыкает своим контактом цепь 37— 2(37— KL—KL—КНЗ—KBS—Q—КМ— 2). Контактор КМ, получив питание, включает повторно выключатель Q. Катушка KL в цепи 37—2 служит для удержания реле KL во включенном состоянии до включения выключателя и размыкания цепи 37—2 контактом Q.

Оперативное отключение выключателя фидера контактной сети осуществляется путем замыкания цепи 7—6 кнопкой отключения SBT или цепи 5—6 контактом реле отключения по телеуправлению КСТ. При этом протекает ток по катушке отключения YAT и выключатель отключается. Одновременно создается цепь 23—16 или 21—16 катушки отключения реле фиксации KQQ. Реле KQQ переходит в исходное состояние, фиксируя команду отключения. Его контакты в цепях 23—16, 29—22, 49—42 размыкаются, а в цепях 25—18, 37—26, 47— 42 замыкаются.

Размыкание цепи 29—22 предотвращает запуск АПВ, а замыкание цепи 37—26 приводит к разряду конденсатора С на резистор 1R3 по цепи С— 1R3— KQQ—26— 22— С. Замыкание цепи 47—42 приводит к подключению зеленой лампы HLG к шине местной сигнализации +ЕС, а размыкание цепи 49—42 приводит к отключению HLG от шин мигания (+)ЕР. Зеленая лампа HLG горит ровным светом, сигнализируя оперативное отключение выключателя.

Блокировка выключателя фидера от повторного включения осуществляется при отключении фидера защитой по напряжению по цепи 11—6, которая замыкается контактом реле КL1 защиты шин 27, 5 кВ. Одновременно другой контакт этого реле замыкает цепь разряда конденсатора С устройства РГТВ-58 (С— 1R3— КЫ—28— 22— С). Хотя пуск АПВ по цепи 29—22 произойдет и реле времени КТ замкнет цепь катушки реле KL, повторного включения выключателя Q не произойдет, так как конденсатор С к этому моменту будет разряжен.

Отключение выключателя фидера при срабатывании электронной защиты АКZ или теле блокировки АТВ приводит к запуску устройства резервирования при отказе выключателя (УРОВ) по цепи 19-AKZ-VD3-KQT-УPOB или 19-ATB-VD4-KQT-УРОВ. Контакт повторительного реле KQT размыкает цепь запуска УРОВ при отключении выключателя. Если же выключатель фидера не отключится, то УРОВ отключает питание сборных шин 27, 5 кВ.

По цепи 19—10 при срабатывании электронной защиты AK.Z или телеблокировки АТВ через диоды VD5 или VD6 запускается в работу устройство определения места повреждения контактной сети ASN (ОМП). До отключения выключателя Q оно по значениям тока и напряжения, поступающим на ASN от трансформаторов ТА и TV (рис. 1, а) определяет сопротивление до точки повреждения, которое пропорционально расстоянию до этой точки. Результаты измерений передаются энергодиспетчеру по системе телемеханики.

Телеблокировка выключателей контактной сети

Выключатели фидеров тяговых подстанций А, В и поста секционирования ПС связны между собой устройством телеблокировки, предназначенным для повышения надежности защиты контактной сети (рис. 2). Аппаратура телеблокировки АТВ резервирует защиту первой ступени дистанционной защиты на подстанциях и постах секционирования ПС, ускоряет отключение в зоне действия второй ступени и обеспечивает защиту контактной сети при выводе ПС из работы.

Рис. 2. Структурная схема телеблокировки выключателей контактной сети

При аварийном отключении выключателя, например, Q1 на подстанции А от первой ступени электронной дистанционной защиты аппаратура телеблокировки АТВ 1 передает сигнал на отключение соответствующего выключателя Q3 поста секционирования, присоединенного к той же секции контактной сети СК1, что и отключившийся выключатель Q1 подстанции А. Если первым отключается выключатель поста секционирования ПС, то телеблокировка отключает соответствующий выключатель подстанции.

В том случае, когда по каким-либо причинам выключатель подстанции не отключается телеблокировкой, сработает с выдержкой времени вторая ступень электронной защиты, контролирующая всю меж подстанционную зону. Однако при этом увеличивается вероятность пережога контактного провода.

На рис.2 представлена структурная схема участка контактной сети с телеблокировкой. Выключатели четырех секций контактной сети СК1—СК4 связаны телеблокировкой попарно: Ql—Q3, Q2—Q4, Q5—Q7, Q6—Q8. На участке между подстанцией А и постом ПС в линии связи используется канал связи с несущей частотой а на участке между ПС и подстанцией В — частотой f₂. Отключение выключателей Ql—Q3 осуществ­ляется сигналом частотой fj — 45Гц, выключателей Q2—Q4—f₁ +45 Гц, выключателей Q5—Q7—f₂ —45Гц и Q6—Q8 —f₂ +45Гц. Внутри каждого частотного канала с полосой А/для отключения четных и нечетных выключателей используются сигналы двух частот, отличающихся друг от друга на 90 Гц.

При отключении выключателей на ПС и включении продольных резъединителей QS1 и QS2 их вспомогательные контакты включают ретранслятор US, связывающий устройства АТВ2 и АТВЗ поста. В этом случае на тяговых подстанциях А и В будут попарно связаны телеблокировкой выключатели Ql—Q7 и Q2—Q8. При отключении защитой Q1 запускается АТВ1 и сигнал на отключение Q7 передается частотой f₁ —45 Гц на АТВ 2 далее на ретранслятор US (при включенном разъединителе QS1) преобразуется и проходит на АТВЗ, откуда идет сигнал частотой f₂ —45 Гц на АТВ4, в результате чего отключается выключатель Q7.

Для телеблокировки используются линии связи телеуправления ТУ. Каналы ТУ действуют на длине всего диспетчерского круга на частоте f_Ty, а каналы телеблокировки на частотах f₁ и f₂ — только в пределах одной фидерной зоны. На соседних участках (слева от подстанции А и справа от подстанции В) частоты f₁ и f₂ могут использоваться повторно. Для устранения взаимного влияния соседних участков на каждой подстанции в линию связи включают заградительные фильтры ZF, а для усиления сигналов ТУ — усилители UW.

На рис. 1 приемное устройство АТВ находится в цепи 1 7— 12, а передающее — в цепи 43—38. Запуск телеблокировки происходит при срабатывании электронной защиты AKZ и замыкании цепи 43—38 между контактами 9—10 AKZ при условии, что контакты повторительного реле KQC замкнуты (выключатель фидера Q включен) и по фидеру протекает ток, превышающий установленную величину токового реле КА (I_уст=0, 6I_ном). Контакт реле KL2 в этой цепи остается замкнутым, пока не сработает устройство АПВ фидера и не замкнется контакт реле KL в цепи 37—34. Устройство АТВ получает питание по цепи 37—38 и передает сигнал на отключение соответствующего выключателя ПС до отключения выключателя Q и размыкания цепи 37—38 его повторительным реле KQC или контактом реле КА. Таким образом, работа передающего устройства АТВ на время действия АПВ запрещается.

При срабатывании АПВ реле KL замыкает цепи 37—34 реле KL2 и 37—32 реле КТ_АТВ. Реле времени запуска телеблокировки KT_ATB становится на само подпитку через контакт в цепи 39—32, а реле запрета телеблокировки KL2 размыкает цепь 43—38. Реле КТ_АПВ будет возбуждено до тех пор, пока его катушку не шунтирует контакт с выдержкой времени. При этом реле КТ_АПВ отключается и отключает реле KL2. Но до этого момента реле КТ_АПВ замкнет своим проскальзывающим контактом цепь 41—36, контакт повторительного реле KQC в этой цепи замкнут при успешном АПВ. Устройство АТВ в цепи 37—38 вторично получит питание и передаст сигнал для включения отключившегося выключателя ПС, который не имеет своей схемы АПВ.

При неуспешном АПВ выключателя Q его повторитель KQC разомкнет цепь 37—38 до того, как она будет замкнута контактом реле КТ_АПВ. Устройство АТВ в этом случае вторично запущено не будет. На посту секционирования устройство телеблокировки АТВ при получении сигнала с тяговой подстанции через трансформатор Т2 отпирает тиристоры VS1 и VS2 (рис. 4.3). При включенном выключателе ПС создается цепь 1—VS1— VS2—KQC—Q2—YAT— 4, через катушку отключения YAT проходит ток, выключатель отключается.

После успешного АПВ на подстанции приходит второй сигнал на ПС, приводящий к повторному отпиранию тиристоров и замыканию цепи 1—2 через замкнутый контакт повторительного реле KQT. Катушка контактора включения выключателя КМ получает питание, выключатель ПС включается повторно.

Включение и отключение выключателя ПС может осуществляться кнопками SBC и SBT при нахождении персонала на посту или по телеуправлению энергодиспетчером (цепи телеуправления на рис. 3 не показаны). Передающее устройство теле блокировки (рис.4) состоит из блока управления передачей АТВ и передатчика частотно-модулированных сигналов ЧМПер. В передатчик входят: частотный генератор GF, вырабатывающий частоту f +45Гц; модулятор UB, изменяющий частоту работы генератора f —45Гц на f +45 Гц; полосовой фильтр ZF, пропускающий полосу частот f; выходной усилитель мощности UW, обеспечивающий необходимую мощность сигнала; линейный блок UV, обеспечивающий связь передатчика ЧМПер с линией связи. Блок управления передачей при срабатывании защиты фидера запускает в работу генератор GF и через модулятор UB задает частоту его работы в зависимости от номера выключателя f - 45Гц или f +45Гц. Частотный сигнал через фильтр ZF поступает на выходной усилитель UW, где усиливается до необходимого уровня и через линейный блок UV поступает в линию связи. Время передачи сигнала определяется блоком управления АТВ.

Рис. 3. Схема управления выключателем поста секционирования

Приемное устройство телеблокировки (см. рис.4) состоит из приемника частотно-модулированных сигналов ЧМПр и блока исполнения АТВ. В приемник входят: линейный блок UV, обеспечивающий связь приемника ЧМПр с линией связи; полосовой фильтр ZF, пропускающий полосу частот f; усилители-ограничители UW1 и UW2, усиливающие поступающий с линии связи сигнал и ограничивающие его с большой и малой амплитудой; демодулятор UR, преобразующий поступающий сигнал в импульсы постоянного тока. Сигнал, поступивший из линии связи через линейный блок UV и фильтр ZF, проходит на усилитель UW1. Последний усиливает ослабленный сигнал и одновременно защищает приемник от помех. Далее сигнал поступает на усилитель-ограничитель UW2, который не пропускает импульсы длительностью менее 15 мс (длительность частотного импульса телеблокировки составляет не менее 70 мс). Демодулятор UR расшифровывает сигнал (по его частоте определяется выключатель, который нужно отключить) и дает информацию в блок исполнения АТВ, замыкающий оперативные цепи соответствующего выключателя поста секционирования, а при необходимости осуществляет ретрансляцию команды в устройство телеблокировки соседней секции контактной сети.

Рис. 4. Структурная схема передающего и приемного устройств телеблокировки