Включение питания схемы АПВ

Л. А. Фролов

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Екатеринбург

Издательство УрГУПС

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электроснабжения электрических железных дорог»

Л. А. Фролов

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические рекомендации

к изучению дисциплины «Автоматизация и телемеханизация устройств электроснабжения», «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Автоматизация систем электроснабжения»

Екатеринбург

Издательство УрГУПС

УДК

Ф

Фролов Л. А.

Автоматическое повторное включение фидеров контактной сети тяговых подстанций постоянного тока: методические рекомендации. – Екатеринбург издательство: УрГУПС, 2014. с.

Методические рекомендации разработаны на основе действующих методик и современной учебной и методической литературы.

Дано описание работы автоматического повторного включения (АПВ) применительно к управлению фидерным выключателем тяговой подстанции постоянного тока. Описание работы АПВ выполнено на уровне функциональных элементов.

Методические рекомендации предназначены для студентов специальности «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Электроснабжение железных дорог» (190901) и направления подготовки «Электроэнергетика и электротехника» (140400.62) всех форм обучения.

Опубликовано по решению редакционно-издательского совета университета.

Авторы: Л. А. Фролов – старший преподаватель каф. «Электроснабжение транспорта», УрГУПС

Рецезент: А. Н. Штин, доцент кафедры «Электроснабжение транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС

Ó Уральский государственный университет

путей сообщения (УрГУПС), 2014

Оглавление

Введение. 4

1. Описание схемы АПВ.. 5

2. Включение питания схемы АПВ.. 8

3. Работа схемы АПВ при отключении БВ от перегруза. 9

3.1. Первая попытка АПВ удачная. 9

3.2. Первая попытка АПВ неудачная, вторая удачная. 11

3.3. Обе попытки АПВ неудачные. 13

4. Работа схемы АПВ при отключении БВ от короткого замыкания. 16

5. Работа схемы АПВ при отключении БВ от земляной защиты.. 18

6. Работа схемы АПВ при оперативном управлении БВ.. 20

6.1. Включение автомата. 20

6.2. Отключение автомата. 21

7. Испытатель коротких замыканий (ИКЗ) 21

Литература. 25

Введение

Системы электроснабжения электрических железных дорог должны надёжно и бесперебойно снабжать электроэнергией устройства электрической тяги. Аппаратура автоматики обеспечивает непрерывный контроль и поддержание заданного режима работы оборудования системы электроснабжения и тем самым повышает надёжность его работы. Одной из систем автоматики является автоматическое повторное включение (АПВ).

Аппаратура автоматического повторного включения производит включение выключателя после его аварийного отключения. Аварийным отключением является отключение выключателя от короткого замыкания или от перегруза, когда ток через выключатель превышает ток уставки защит (выключатель отключается от защит). Выключатели комплектуются аппаратурой АПВ только в том случае, если бóльшая часть коротких замыканий проходящие, самоустраняющиеся. К таким относятся выключатели, питающие высоковольтные воздушные линии электропередачи, фидерные выключатели тяговых подстанций и постов секционирования. Недопустимо применение АПВ на выключателях, питающих трансформаторы, распределительные устройства, кабельные линии.

Когда АПВ включает выключатель – это называется «попыткой АПВ». Если после включения выключатель остаётся включенным – это «удачная» попытка АПВ. Если после включения выключатель сразу же отключается от защит – это «неудачная» попытка АПВ. Количество попыток АПВ ограничено и задаётся в диапазоне от 1-й до 3-х.

АПВ выполняется с выдержкой времени. Выдержка времени – это интервал от момента отключения выключателя до попытки АПВ. Выдержка времени задаётся для самоликвидации короткого замыкания, восстановления изолирующих свойств среды, подготовки оборудования к новому отключению от защит. Чем длиннее выдержка времени, тем надёжнее ликвидируется КЗ. Но, с другой стороны, выдержка времени должна быть минимальной для сокращения перерывов питания потребителей.

В случае, если КЗ не устранилось (глухое КЗ), делать АПВ нельзя. Для обнаружения КЗ применяются устройства, проверяющие питаемую линию на наличие КЗ. В случае наличия КЗ АПВ запрещается.

Если выключатель не оборудован аппаратурой АПВ, то после отключения выключатель включается вручную (дежурным персоналом, ремонтной бригадой) или по телемеханике, если выключатель оборудован управлением по телемеханике.

Описание схемы АПВ

В рекомендациях дано описание работы автоматического повторного включения (АПВ) применительно к управлению фидерным быстродействующим выключателем (БВ) тяговой подстанции постоянного тока. Функциональная схема АПВ фидерного выключателя приведена на рис.1. В схеме применена отрицательная логика: логической 1 соответствует более низкое значение напряжения (в данном случае это потенциал –Uk), логическому 0 соответствует более высокое значение напряжения (в данном случае это потенциал 0В, т. е. потенциал общей точки).

Рассмотрим элементы, из которых состоит схема.

Распределитель CT2/DC имеет 8 позиций: с 0-й по 7-ю. Как известно, в каждой позиции распределителя логическая 1 присутствует только на одном выходе распределителя, на остальных выходах присутствует логический 0. Номер активного выхода распределителя (на котором сигнал 1 в данном случае) соответствует номеру позиции распределителя. Кроме того, у распределителя имеются три входа непосредственной установки распределителя: это вход S первого триггера и входы R второго и третьего триггеров. Все три входа инверсные. При появлении активного (в данном случае – инверсного) сигнала первый триггер возбуждается по входу S, второй и третий триггеры сбрасываются по входам R, в результате распределитель принудительно переводится в 1-ю позицию.

Переключается распределитель по общему счётному входу Т импульсами с мультивибратора (генератора) GN. Период импульсов составляет 3 секунды. По входу DE мультивибратор останавливается (притормаживается). Вход DE инверсный, соответственно мультивибратор останавливается при появлении на входе DE логического 0.

Триггер блокировки ТБ имеет два выхода: прямой и инверсный. Когда триггер возбуждён, на прямом выходе триггера присутствует логическая 1, на инверсном выходе логический 0. Когда триггер сброшен, 1 присутствует на инверсном выходе триггера, а на прямом выходе 0. Управляется триггер по входам. В данной схеме используются два потенциальных входа R, потенциальный вход S и динамический вход J. По входам R триггер сбрасывается, входы инверсные, для них активным сигналом является логический 0. По входу S триггер возбуждается, вход S прямой, для него активным сигналом является логическая 1. По входу J триггер также возбуждается, вход J инверсный динамический, при поступлении логической 1 на вход триггера происходит подготовка входа, при смене входного сигнала с 1 на 0 триггер возбуждается. Триггер блокировки разрешает АПВ в сброшенном состоянии, в возбуждённом – запрещает (блокирует) АПВ.

Логические схемы И. На выходе схемы И будет логическая 1 только в том случае, если на всех входах присутствует сигнал 1. Если хотя бы на один вход приходит логический 0, то на выходе будет логический 0.

Логические схемы ИЛИ-НЕ (ИНВ3, УС4). Функция ИЛИ действительна (равна 1), если хотя бы на один вход приходит логическая 1. После инверсии на выходе схемы ИЛИ-НЕ будет сигнал 0. Если на всех входах элемента ИЛИ присутствует логический 0, функция ИЛИ равна 0. После инверсии на выходе схемы ИЛИ-НЕ будет сигнал 1.

Инвертор (УС1) инвертирует входной сигнал. Когда на вход инвертора приходит логическая 1, на выходе будет сигнал 0, и наоборот, когда на входе логический 0, на выходе будет сигнал 1.

Формирующие схемы ФС1, ФС2, ФС3 формируют короткие инверсные импульсы. Импульсы формируются, когда приходит инверсный входной сигнал 0. По входу DE формирование импульсов запрещается. Вход DE прямой.

Испытатель коротких замыканий ИКЗ. ИКЗ контролирует состояние контактной сети (КС) на наличие короткого замыкания (КЗ). Если ИКЗ обнаружит короткое замыкание, то на прямом выходе ИКЗ будет сигнал 1, на инверсном 0, АПВ будет запрещено. Если короткое замыкание отсутствует, то на прямом выходе ИКЗ будет сигнал 0, на инверсном 1, АПВ будет разрешено.

Блок-контакты автомата (контакты реле повторителя автомата) ПА1 и ПА2 показывают положение БВ. Контакт ПА1 нормально разомкнут, т. е. когда БВ отключен контакт ПА1 разомкнут. ПА2 нормально замкнут, т. е. когда БВ отключен контакт ПА2 замкнут.

Ключ управления автоматом КУА предназначен для управления автоматом оперативным персоналом тяговой подстанции: контакт S22 расположен в цепи отключения БВ, контакт S25 включает БВ.

Ключ КТУ (контакты S23, S26) включает управление автоматом по телемеханике. Контакты реле S24 и S27 управляют автоматом по телемеханике. Контакт S24 расположен в цепи отключения автомата. Контакт S27 включает автомат.

Исполнительное реле ВА1 включает автомат.

РПЗЗ – контакты промежуточного реле земляной защиты.

Блок сигнализации (БС) состоит из двух реле (РСИ и РСА) и счётчика аварийных отключений (САО). Реле РСИ сигнальное, срабатывает при наличии КЗ в контактной сети. Реле РСА сигнальное, сигнализирует о неисправности на фидере, фидерный автомат отключен. Реле имеет две обмотки: по обмотке РСА1 реле возбуждается, по обмотке РСА2 реле встаёт на самоподхват через свой контакт РСА. Сбрасывает реле оперативный персонал тяговой подстанции, разрывая цепь самоподхвата. Реле срабатывает в следующих случаях:

- в контактной сети короткое замыкание, АПВ производится не будет;

- были две попытки АПВ, обе неудачные, больше АПВ производиться не будет;

- сработала земляная защита, АПВ производится не будет;

- иногда при подаче питания на схему АПВ (включении питания схемы АПВ), это ложное срабатывание реле.

Счётчик САО считает аварийные отключения БВ. Оперативные отключения счётчик не фиксирует. Показания САО используются при планировании работ по обслуживанию выключателя: чистка контактов, чистка дугогасительной камеры, регулировка выключателя. При отключении автомата от защит происходит отключение больших токов, сопровождающееся разрывом дуги и, как следствие, подгоранием контактов и камеры. Оперативное отключение выполнят при малых токах через выключатель или при полном отсутствии тока. Соответственно, износа выключателя не происходит. Поэтому считать оперативные отключения не нужно.

Включение питания схемы АПВ

При подаче питания потенциал –Uk через разряженный конденсатор С7, резистор и диод поступает на вход S триггера блокировки ТБ. Триггер блокировки возбуждается и встаёт в положение «запрет АПВ»: на прямом выходе триггера ТБ появляется сигнал 1, на инверсном выходе сигнал 0.

При включении питания распределитель может оказаться в любой позиции, предположим, что распределитель оказался в 1-й позиции.

Рассмотрим сигналы на входах схемы И2. Если короткого замыкания нет, ИКЗ не выдаёт сигнал запрета, на прямом выходе ИКЗ сигнал 0, следовательно, на верхний вход схемы И2 приходит сигнал 0. На нижний вход схемы И2 приходит сигнал 1 с распределителя (распределитель в 1-й позиции). На выходе схемы И2 будет сигнал 0, который поступает на вход J триггера ТБ, подготовки входа J триггера блокировки не происходит. Но триггер блокировки ТБ уже возбуждён.

Далее мультивибратор переключает распределитель во 2-ю позицию.

Рассмотрим сигналы на входах схемы И6. На верхний вход схемы И6 приходит сигнал 1 с прямого выхода возбуждённого триггера блокировки. На средний вход схемы И6 приходит сигнал 1 с распределителя (распределитель во 2-й позиции). На нижний вход схемы И6 приходит сигнал 1 – допустим, что автомат отключен и с повторителя ПА1 приходит сигнал 1. На выходе схемы И6 будет сигнал 1, которая поступает на вход схемы ИНВ3. После инверсии на выходе схемы ИНВ3 будет сигнал 0, который поступает на обмотку реле РСА1. Верхний вывод обмотки реле РСА1 подключен к шинке питания –Uk. На выводах обмотки РСА1 появляется разность потенциалов. Реле РСА срабатывает по обмотке РСА1 и встаёт на самоподхват по обмотке РСА2. Это ложное срабатывание реле РСА.

Распределитель переключается в 3-ю позицию. 3-я позиция распределителя не используется.

Распределитель переключается в 4-ю позицию. Рассмотрим сигналы на входах схемы И3. На верхний вход схемы И3 приходит сигнал 1 с блокконтакта ПА1 т.к. автомат отключен. На средний вход схемы И3 приходит сигнал 1 с распределителя (распределитель в 4-й позиции). На нижний вход схемы И3 приходит сигнал 0 с инверсного выхода возбуждённого триггера блокировки ТБ. На выходе схемы И3 будет сигнал 0, который поступает на вход схемы УС4. После инверсии на выходе схемы УС4 будет сигнал 1, которая поступает на обмотку реле ВР1. Второй вывод обмотки реле подключен к шинке питания –Uk, разности потенциалов на обмотке реле нет, реле ВР не срабатывает, включения автомата не происходит.

Распределитель переключается в 5-ю позицию. 5-я позиция распределителя не используется.

Распределитель переключается в 6-ю позицию. Рассмотрим сигналы на входах схемы И4. На верхний вход схемы И4 приходит сигнал 0 с инверсного выхода возбуждённого триггера блокировки ТБ. На средний вход схемы И4 приходит сигнал 1 с распределителя (распределитель в 6-й позиции). На нижний вход схемы И4 приходит сигнал 1 с блокконтакта ПА1 т.к. автомат отключен. На выходе схемы И4 будет сигнал 0, который поступает на схему УС4. После инверсии на выходе схемы УС4 будет сигнал 1, которая поступает на обмотку реле ВР1. Второй вывод обмотки реле подключен к шинке питания –Uk, разности потенциалов на обмотке реле нет, реле ВР не срабатывает, включения автомата не происходит.

Распределитель переключается в 7-ю позицию. Рассмотрим сигналы на входах схемы И7. На верхний вход схемы И7 поступает сигнал 0 с инверсного выхода возбуждённого триггера блокировки ТБ. На средний вход схемы И7 поступает сигнал 1 с распределителя (распределитель в 7-й позиции). На нижний вход схемы И7 поступает сигнал 1 с блокконтакта ПА1 т.к. автомат отключен. На выходе схемы И7 будет сигнал 0, который поступает на вход схемы ИНВ3. После инверсии на выходе схемы ИНВ3 будет сигнал 1, которая поступает на обмотку реле РСА1. Верхний вывод обмотки реле РСА1 подключен к шинке питания –Uk. Разности потенциалов на обмотке реле нет, реле РСА по обмотке РСА1 не срабатывает, но оно уже стоит на самоподхвате по обмотке РСА2.

Распределитель переключается в 0-ю позицию. Сигнал 1 с 0-го выхода распределителя поступает на вход инвертора ИС1. На выходе инвертора будет сигнал 0, который поступает на верхний вход схемы И1 и через диод на вход R2 триггера блокировки ТБ. Триггер блокировки ТБ по входу R сбрасывается. С приходом сигнала 0 на верхний вход схемы И1, на выходе схемы И1 устанавливается сигнал 0, т. е. схема И1 закрывается для импульсов с мультивибратора, импульсы на счётный вход распределителя не поступают, распределитель останавливается в 0-й позиции.