RU201026U1

RU201026U1 - Device of the third stage of distance protection of overhead line feeders

Info

Publication number: RU201026U1
Application number: RU2020111263U
Authority: RU
Inventors: Руслан Сергеевич Трифонов; Сергей Анатольевич Филиппов; Дмитрий Александрович Яковлев; Оксана Александровна Соловьева
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-11-24

Abstract

Полезная модель относится к технике релейной защиты объектов, а именно к дистанционной защите резервной ступени 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 однозначной отстройки перекрытия зон срабатывания третьей ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети при пропуске поездов повышенной массы.The utility model relates to the equipment of relay protection of objects, namely to the distance protection of the backup stage of the overhead line feeders from short-circuit currents, and can be used to protect the overhead line feeders of main railways of single-phase AC industrial frequency. The task of the utility model is to increase the selectivity of the backup stages of the distance protection of the overhead line feeders due to the unambiguous detuning of the overlap of the actuation zones of the third stage of the distance protection of the overhead line feeders when passing trains of increased weight.

Description

Полезная модель относится к технике релейной защиты объектов, а именно к дистанционной защите резервной ступени фидеров контактной сети от токов короткого замыкания, и может быть использована для защиты фидеров контактной сети магистральных железных дорог однофазного переменного тока промышленной частоты.The utility model relates to the equipment of relay protection of objects, namely to the distance protection of the backup stage of the overhead line feeders from short-circuit currents, and can be used to protect the overhead line feeders of main railways of single-phase AC industrial frequency.

Наиболее близким техническим решением является микропроцессорная система защиты, представленная в [1, 2, 3, 4], содержащая первичные преобразователи тока и напряжения, выполняющие 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 зашиты фидеров контактной сети.The closest technical solution is a microprocessor protection system presented in [1, 2, 3, 4], containing primary current and voltage converters that perform galvanic isolation and preliminary scaling of input signals, bandpass filters that separate the fundamental current and voltage harmonics from the incoming signal , threshold elements with hysteresis, intended for setting the setpoint values and comparing the measured value with its value, logic elements that perform the functions of the main and backup remote protection of the overhead line feeders.

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.The common features of the proposed technical solution and the prototype are the use of identical input and calculated information about the parameters of the protected system, an algorithm for determining the calculated parameters of the traction network, as well as the same type of elementary microprocessor base.

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.The disadvantage of the prototype under consideration is the relatively high probability of overlapping the zones of operation of normal and emergency modes of operation of the backup stages of distance protection, associated with an increase in the phase angle between current and voltage in normal operation, and a reduction in the zone of response by resistance when passing heavy trains.

Задачей полезной модели является повышение селективности резервной ступени дистанционной защиты фидеров контактной сети за счет дополнительной идентификации режима по скорости изменения напряжения в тяговой сети и однозначной идентификации режима системы.The task of the utility model is to increase the selectivity of the backup stage of distance protection of the overhead line feeders by means of additional identification of the mode by the rate of voltage change in the traction network and unambiguous identification of the system mode.

Сущность полезной модели заключается в том, что устройство дистанционной защиты резервной ступени 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 в виде тока и напряжения и органами расчета угла сдвига фаз, коэффициента гармоник, полного сопротивления сети и скорости изменения напряжения определяют уровень, характеризующий расчет контролируемых параметров системы.The essence of the utility model lies in the fact that the device for distance protection of the backup stage of the overhead line feeders, which includes blocks for galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of current and voltage transformers, which together with filters form the primary parameters of the system in the form of current and voltage and the calculation of the phase angle, harmonic coefficient, network impedance and voltage change rate determine the level that characterizes the calculation of the controlled parameters of the system.

Пороговые элементы напряжения, тока, полного сопротивления и коэффициента гармоник, образуют контур оценки, в котором производится идентификация режима системы тягового электроснабжения и формирование сигнала на работу защиты при трогании поездов с места и в аварийных режимах тяговой сети, соединенный с логическими элементами, образующими уровень логики защиты и взаимодействующего с элементом выдержки времени.Threshold elements of voltage, current, impedance and harmonic coefficient form an evaluation loop, in which the mode of the traction power supply system is identified and a signal is generated for the protection to work when starting trains and in emergency modes of the traction network, connected to logical elements that form a logic level protection and interacting with the time delay element.

Использование в схеме работы защиты элементов оценки скорости изменения напряжения в совокупности с действующим подходом дает возможность однозначно произвести оценку текущего режима системы тягового электроснабжения и сформировать сигнал на отключение защиты в аварийном режиме, что позволяет отстроиться от перекрытия зон срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервной ступени.The use of the voltage change rate assessment in the protection operation scheme in conjunction with the current approach makes it possible to unambiguously assess the current mode of the traction power supply system and generate a signal to disable protection in emergency mode, which allows us to retire from the overlap of the normal and emergency operation modes of the backup stage.

Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated by a drawing.

На фигуре 1 представлена функциональная схема устройства дистанционной защиты резервной ступени фидеров контактной сети.Figure 1 shows a functional diagram of a device for distance protection of the backup stage of the overhead line feeders.

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 скорости изменения напряжения 6, орган вычисления угла сдвига фаз 7, орган вычисления коэффициента гармоник 8, орган вычисления полного сопротивления защищаемого фидера 9, систему пороговых элементов с гистерезисом 10-14, осуществляющих сравнение вычисленных параметров сети со значением уставки, систему логических элементов 16-18, определяющих порядок срабатывания защиты, элемент регулируемой задержки времени 18, программный ключ 19 «Зеркальная зона», обеспечивающий увеличение зоны срабатывания за счет добавления «зеркальных» (симметричных исходным) зон срабатывания, программный ключ 20 «Комплект уставок», позволяющий реализовать несколько наборов уставок в зависимости от режима тяговой сети.The device contains blocks for galvanic isolation and preliminary scaling of input signals in the form of current 1 and voltage 2, a frequency filter block of the fundamental current harmonic 3, a frequency filter block tuned to the frequency range from 100 to 450 Hz 4, a frequency fundamental filter block of voltage 5, a calculation organ the voltage change rate 6, the organ for calculating the phase angle 7, the organ for calculating the harmonic factor 8, the organ for calculating the impedance of the protected feeder 9, a system of threshold elements with a hysteresis of 10-14, comparing the calculated network parameters with the set value, a system of logic elements 16-18 defining the order of protection operation, an element of an adjustable time delay 18, a program key 19 "Mirror zone", providing an increase in the operation zone by adding "mirrored" (symmetrical to the original) operation zones, a program key 20 "Set of settings", allowing to implement several sets of settings in h depending on the traction network mode.

Устройство дистанционной защиты резервной ступеней фидеров контактной сети работает следующим образом.The device for distance protection of the backup stages of the overhead line feeders operates as follows.

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 напряжения, поступающих с фильтра 5 в орган 6, производится определение скорости изменения напряжения. На основании значений сигнала тока, поступающего с фильтра 3 и значения сигнала напряжения, поступающего с фильтра 5 в органе 7 производится вычисление угла сдвига фаз между током и напряжением основной гармоники, после чего в пороговом элементе 12 производится сравнение полученного значения со значением уставки и оценка нахождения значения угла в «зеркальной» зоне (если программный ключ 19 «Зеркальная зона» замкнут). На основании значений сигнала тока, поступающего с фильтра 3 и значения сигнала тока, поступающего с фильтра 4 в органе 8 производится вычисление коэффициента гармоник по току. Вычисленное значение коэффициента поступает на пороговый элемент 11, где производится сравнение со значением уставки по коэффициенту гармоник. В органе 9 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.The current and voltage signals of the protected feeder, coming from the galvanic isolation and pre-scaling blocks of input signals 1 and 2, are sent to the frequency filtering blocks 3-5, where the fundamental harmonic of current 3 and voltage 5, as well as a harmonic signal in the frequency range of 100 up to 450 Hz 4. Based on the values of the voltage signal coming from the filter 5 to the organ 6, the rate of voltage change is determined. Based on the values of the current signal coming from the filter 3 and the value of the voltage signal coming from the filter 5 in the organ 7, the phase angle between the current and the voltage of the fundamental harmonic is calculated, after which, in the threshold element 12, the obtained value is compared with the setting value and the location angle values in the "mirror" zone (if the program key 19 "Mirror zone" is closed). Based on the values of the current signal coming from the filter 3 and the value of the current signal coming from the filter 4 in the organ 8, the current harmonic distortion is calculated. The calculated value of the coefficient is fed to the threshold element 11, where it is compared with the value of the harmonic distortion setting. In organ 9, the impedance of the protected feeder is calculated based on the data received from filters 3 and 5. The set of elements responsible for filtering the primary parameters of the system and the calculation of secondary ones form the level of calculation of the controlled parameters of the protected feeder.

В пороговом элементе 10 производится сравнение измеренного значения изменения скорости напряжения со значением уставки по скорости напряжения. В пороговом элементе 11 производится сравнение измеренного значения коэффициента гармоник со значением уставки по коэффициенту гармоник. В пороговом элементе 13 производится сравнение измеренного значения тока фидера, поступающего с фильтра 3 со значением уставки по току, если пороговый элемент 11 на своем выходе формирует логическую «1», то в элементе 13 осуществляется уменьшение уставки по току на 20% в целях отстройки от пусковых токов локомотивов. В пороговом элементе 14 осуществляется сравнение значения полного сопротивления, поступающего с органа 9 со значением уставки. В случае если пороговый элемент 11 на своем выходе формирует логическую «1», то в элементе 14 осуществляется уменьшение уставки по сопротивлению на 20% в целях отстройки от пусковых токов локомотивов. Совокупность элементов с 10 по 14 образуют контур защиты, реагирующий на аварийные режимы тяговой сети.The threshold element 10 compares the measured voltage rate change value with the voltage rate setpoint value. In the threshold element 11, the measured harmonic distortion value is compared with the harmonic distortion setting value. In the threshold element 13, the measured value of the feeder current supplied from the filter 3 is compared with the value of the current setting, if the threshold element 11 at its output forms a logic "1", then in element 13 the current setting is reduced by 20% in order to offset from starting currents of locomotives. In the threshold element 14, the impedance value coming from the organ 9 is compared with the setpoint value. If the threshold element 11 at its output forms a logical "1", then in the element 14 the resistance setting is reduced by 20% in order to detune from the starting currents of the locomotives. The set of elements from 10 to 14 form a protection circuit that responds to emergency modes of the traction network.

Логический элемент 15 формирует «1» на выходе и соответственно сигнал на срабатывание защиты по сопротивлению, если на его входы подаются сигналы от элементов 12 и 14, а также сигнал от программного ключа 20 «Комплект уставок». Логический элемент 16 формирует «1» на выходе и соответственно сигнал на срабатывание защиты по току, если на его входы приходят сигналы от элементов 10, 13 и 20. Логический элемент 17 формирует «1» если на выходе элементов 15 или 16 сформирована «1». Элемент 18 осуществляет регулируемую задержку времени резервной ступени после истечения которого подается сигнал на отключение выключателя защищаемого фидера. Совокупность элементов с 15 по 18 образуют логический уровень дистанционной защиты.Logic element 15 generates "1" at the output and, accordingly, a signal to trigger protection by resistance, if signals from elements 12 and 14 are sent to its inputs, as well as a signal from the program key 20 "Set of settings". Logic element 16 generates "1" at the output and, accordingly, a signal to trigger the current protection, if signals from elements 10, 13 and 20 come to its inputs. Logic element 17 forms "1" if "1" is formed at the output of elements 15 or 16 ... Element 18 implements an adjustable time delay of the reserve stage, after the expiration of which a signal is given to open the circuit breaker of the protected feeder. The combination of elements 15 to 18 form the logical level of distance protection.

Таким образом, повышение селективности защиты достигается за счет однозначной идентификации режима системы тягового электроснабжения в результате измерения скорости изменения напряжения тяговой сети, что позволяет отстроиться от перекрытия зоны срабатывания нормального и аварийного режимов работы резервной ступеней.Thus, an increase in the selectivity of protection is achieved due to the unambiguous identification of the mode of the traction power supply system as a result of measuring the rate of change in the voltage of the traction network, which makes it possible to detach from the overlap of the operation zone of the normal and emergency modes of operation of the reserve stages.

Источники, используемые при написании заявки.Sources used in writing the application.

1. Патент №2173924 на изобретение «Микропроцессорная система защиты», 2000 г., авторы Езерский С.В., Леонтьев А.В., Миров А.В., Потапенко В.И.1. Patent No. 2173924 for the invention "Microprocessor protection system", 2000, authors Ezersky SV, Leontiev AV, Mirov AV, Potapenko VI.

2. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ. Руководство по эксплуатации ДИВГ.648228.007 РЭ // НТЦ «Механотроника».2. Block microprocessor relay protection BMRZ. Operation manual DIVG.648228.007 RE // STC "Mekhanotronika".

3. Блок микропроцессорный релейной защиты БМР3-ФКС. Часть2 ДИВГ.648228.007-20 РЭ1 // НТЦ «Механотроника».3. Block microprocessor relay protection BMR3-FKS. Part 2 DIVG.648228.007-20 RE1 // Scientific and Technical Center “Mekhanotronika”.

4. Терминалы интеллектуальные присоединений 25 кВ и 2×25 кВ переменного тока ИнТер-27,5-ФК, ТУ 3185-043-53304326-20034. Terminals intelligent connections 25 kV and 2 × 25 kV alternating current Inter-27.5-FK, TU 3185-043-53304326-2003

Claims

1. A device for distance protection of the backup stage of the overhead line feeders, connected directly to the measuring outputs of current and voltage transformers, including blocks for galvanic isolation and preliminary scaling of signals, the outputs of which are connected to the filters of the primary parameters of the system connected to the bodies for calculating the rate of change of voltage, angle phase shift, harmonic factor and mains impedance associated with the threshold elements of the voltage rate of change, the setting of the mirror zone, current, impedance, harmonic distortion, reacting to exceeding the values of the corresponding monitored parameters and generating binary signals at the output, arriving at the inputs of logic elements interacting with the time delay element.

2. The device for distance protection of the backup stage of the overhead line feeders according to claim 1, characterized in that it contains elements for calculating the rate of change in the voltage in the traction network and the corresponding setting parameter, which makes it possible to detach from the overlap of the operation zone of the normal and emergency operation modes of the backup stages when passing trains increased weight.