Для защиты фидеров тяговой сети на участке была применена электронная защита УЭЗФТ. До пуска участка по системе 2 х25 кВ эта защита была включена на ряде участков переменного тока дороги в качестве дублирующей и серьезного опыта ее эксплуатации к 1979 г. еще не было. Так как протяженность фидерных зон при системе 2x25 кВ возросла до 90—100 км, посты секционирования вводились во вторую очередь, а устройства телеблокировки еще не были смонтированы, пришлось принять ряд мер предосторожности с тем, чтобы в период приработки оборудования и освоения персоналом новой системы электроснабжения были обеспечены надежная защита тяговой сети и бесперебойное движение поездов.
Были проведены опыты по замеру токов к.з. отдельно на питающем и контактном проводах при консольных схемах питания по одному и двум путям, а затем и по петлевой схеме. По замеренным токам были рассчитаны и выбраны уставки защит. Для 2-й направленной ступени дистанционной защиты уставки были выбраны с учетом режима к.з. на шинах смежных подстанций при подпитке по контактной подвеске обоих путей без учета питающих проводов (из-за частых повреждений их по причине перекрытия изоляции) при коэффициенте чувствительности кч = 1,5. С учетом этого же режима были выбраны и уставки 1-х ступеней дистанционной защиты с кч = 1 и токовых отсечек с кч = 0,8. Такие уставки гарантировали требуемую защиту при всех часто менявшихся схемах секционирования тяговой сети во время периода приработки и обеспечивали резервирование 2-х ступеней электронной защиты при повреждениях ее элементной базы и в случаях ошибок персонала при наладке. Исследование причин последовавших отказов защиты подтвердило обоснованность принятых решений.
Так, на одном из фидеров тяговой подстанции В при повреждении диода Д9, типаД220, Uo0p = 50 В модуля ДТС (см. типовой проект) в 2 раза «загрубилась» уставка 2-й ступени дистанционной защиты. Необоснованно завышенные персоналом дистанции электроснабжения уставки 1-й ступени дистанционной защиты и токовой отсечки на этом фидере привели к отказу защиты и повреждению проводов контактной сети.
На одном из фидеров тяговой подстанции Р зарегистрирован отказ 2-й ступени дистанционной защиты из-за ошибочной ориентации зоны ее срабатывания при наладке. Повреждение контактной сети предотвращено срабатыванием 1-й ступени дистанционной защиты.
При плановой проверке электронных защит на тяговой подстанции М обнаружен неисправный транзистор Т10 модуля ДС-ЗК. что привело к отказу 2-й ступени защиты. В комплекте защиты другого фидера этой же подстанции оказался неисправным диод Д9 модуля ДТС. Попадание на плюсовый электрод Д9 (типа Д220, Uoбp- 50 В) отрицательного напряжения шины управления — У привело к запрету 2-й зоны защиты. Перечень аналогичных повреждений мог бы быть продолжен.
В результате анализа отказов защиты работники ДЭЛ Московской дороги и дистанций электроснабжения разработали рекомендации по усовершенствованию ее принципиальной схемы, элементной базы и наладки. Так, с целью предотвращения вывода из работы токовой отсечки при неисправности цепей трансформаторов напряжения ТН 27,5 кВ подстанции из принципиальной схемы защиты УЭЗФТ (П) предложено исключить диод Д23 в модуле ДТС. Для предотвращения многочисленных отказов защиты диоды Д9 модуля ДТС и Д16 модуля ДС-ЗК заменены диодами Д226Б с Uобр — 400 В.
Предложено исключить из схемы конденсатор С6, припаянный к выводам 5 и 22 разъема модуля ДТС. Этот конденсатор, связывающий цепи токовой отсечки и 1-й ступени дистанционной защиты, мешал работе дополнительно установленной защиты от токов намагничивания.
При наладке необходимо проверить емкость конденсатора С4 модуля ДТС, которая должна составлять 2 мкФ. Большая емкость этого конденсатора приводит к отказам защиты от токов намагничивания.
При повреждениях электролитических конденсаторов С1 и С4 модуля ДТС и С1 модуля ДС-ЗК существенно уменьшаются уставки защиты и повышается чувствительность электронной защиты к броскам тока намагничивания, что приводит к ее ложным срабатываниям. Подобные неисправности предложено обнаруживать по вольтметру, подключенному к гнездам 2 и 7 модуля ДТС и к гнезду 7 модуля ДС-ЗК. При подаче в токовые цепи защиты тока, значительно превышающего уставку, необходимо следить за показаниями вольтметра. Отклонение стрелки вольтметра от нулевого значения указывает на неисправность указанных конденсаторов.
Согласно рекомендации Восточно-Сибирской дороги во всех модулях ОТКЛ-1 между базой транзистора Т1 и шинкой «+Un» были установлены конденсаторы МБМ емкостью по 1 мкФ. Указанная мера исключила ложные срабатывания защиты из-за помех в ее оперативных цепях.
При наличии в блоках «ОТКЛ-1М» стабилитронов Д16 перегружаются резисторы R17, что в конечном итоге приводило к их перегоранию и обрыву цепей управления тиристоров отключения. В усовершенствованных схемах блока «ОТКЛ-1М» этот недостаток ликвидирован. Для снижения числа отказов защиты транзисторы КТ-203В были заменены транзисторами других типов (например, МП25, МП26), пригодными для работы в цепях напряжением 30 В и более.
В комплектах защиты УЭЗФП постов секционирования необходимо исключить конденсаторы С11, припаянные к выводам 22 и 23 разъемов модуля ДС-ЗК. Наличие этих конденсаторов приводит к ложной работе 1-й ступени дистанционной защиты постов секционирования.
Наблюдались случаи разрыва цепи защиты, в том числе и печатного монтажа, из-за тугих разъемов. Повреждения тяговой сети в этих случаях предотвращались благодаря дублирующим комплектам защит питающего и контактного проводов.
Токовые отсечки, а также 1-е ступени защиты комплектов УЭЗФТ (П) оказались весьма чувствительными к помехам от бросков тока намагничивания, возникающим при переходных процессах в тяговой сети (при включении выключателей фидеров на неснятые нагрузки, проходе э.п.с. нейтральных вставок и др.). Для исключения этого существенного недостатка рекомендовано использовать дополнительную защиту от токов намагничивания, которая блокирует отключение цепей во время переходных процессов в тяговой сети, или разработанный Ростовским институтом инженеров железнодорожного транспорта (РИИЖТ) блок «ОТКЛ-К». Указанные мероприятия внедрялись в условиях действующего участка Вязьма — Орша.
На получаемых с завода комплектах защиты угол начала срабатывания фазочувствительного органа модуля ФТНК-1 колеблется в широких пределах. Для исключения ложных срабатываний защиты в режиме нагрузок угол начала срабатывания фазочувствительного органа при системе электроснабжения 2x25 кВ достаточно отрегулировать резистором R в пределах 35—45°. Для системы электроснабжения 25 кВ, где тяговые обмотки трансформаторов соединены по схеме треугольника, этот угол необходимо увеличить до 50° с учетом того, что уже самой схемой силовых цепей заложен фазовый сдвиг 30° между подаваемыми на комплекты защиты напряжения от ТН 27,5 кВ и тока от трансформаторов тока фидеров. При исключении из работы трансформаторов напряжения одной из секций РУ 55 кВ из-за непредвиденных обстоятельств и соответственно не снятых при этом предохранителях цепей управления (шины ±У) из всех ступеней защиты УЭЗФТ тяговых фидеров плеча питания остаются в работе лишь их токовые отсечки.
При запланированном отключении трансформаторов напряжения и снятии предохранителей управления, кроме токовой отсечки, на тяговых фидерах остаются 1-е ступени дистанционных защит, также переходящие в режим токовых отсечек. Следовательно, необходимая чувствительность защиты тяговых фидеров в этих режимах не обеспечивается. Одновременно блокируется работа токовой защиты тяговых трансформаторов плеча питания, что может привести к повреждениям их сквозными токами к.з. в тяговой сети.
Для устранения недостатков проектной схемы, кроме существующих защит фидеров тяговой сети, необходимо иметь еще одну чувствительную автоматически вводимую ступень, например токовой защиты, или устройство автоматического переключения уставки токовой отсечки в комплектах УЭЗФТ (П). Для обеспечения работы токовой защиты тяговых трансформаторов в таких режимах предусмотрено шунтирование цепей блокировки по напряжению размыкающими контактами дополнительно установленного реле контроля оперативного напряжения цепей ТН. Эффективной мерой восполнения рассмотренных недостатков является установка в РУ 55 кВ подстанции двух резервных ТН 27,5 кВ и обеспечение возможности их подключения к секциям шин любого плеча питания.
При проверке устройств поста секционирования было обнаружено повышение напряжения до 320 В (вместо 220 В) в его оперативных цепях постоянного тока. Причиной этого явились недостатки проектной схемы питания, при которой шины ± У питаются одновременно от двух несфазированных источников питания. Благодаря угловому сдвигу между фазами питающего напряжения коэффициент выпрямления схемы с двумя двух пол у периодными выпрямительными мостами выше, чем у двухпериодной схемы с одним мостом. Для исключения возможности одновременного подключения к двум источникам схема питания оперативных цепей усовершенствована и включена через перекидные контакты автоматически переключаемого реле.
По мере накопления опыта, очевидно, появятся предложения по усовершенствованию устройств защиты. Однако уже по имеющимся данным можно указать на следующее. Для скорейшего восстановления питания и устранения повреждений при отключении фидерной зоны протяженностью 90—100 км очень важно располагать хотя бы примерной информацией о характере и месте повреждения.
Эффективных автоматически действующих устройств поиска и обнаружения мест повреждений еще нет. Поэтому отсутствие селективной фиксации ступеней срабатывания защиты УЭЗФТ следует рассматривать как существенный ее недостаток. Работниками ДЭЛ Московской и других дорог предложены схемы, восполняющие этот недостаток, однако внедрение их на включенном в эксплуатацию оборудовании затруднено.
Высокие требования по надежности, предъявляемые к защите тяговой сети, с одной стороны, и частая повреждаемость элементной базы УЭЗФТ (П), с другой — свидетельствуют о необходимости создания схем с автоматическим контролем их исправности. Малое количество повреждений тяговой сети при относительно высоком потоке отказов защиты на участке Вязьма — Орша является следствием дублирования комплектов защиты питающего и контактного проводов, а также резервирования ступеней защиты по уставкам. Широкое внедрение микроэлектроники создает благоприятные предпосылки для успешного решения этой задачи. С ростом размеров движения возрастут и требования к селективности защиты тяговой сети. Наиболее перспективными с этой точки зрения, очевидно, являются схемы АТП с выключателями, где проблема организации эффективной защиты существенно упрощается, так как отпадает необходимость в решении ряда противоречивых вопросов.
Фидеры тяговых подстанций и постов секционирования оборудуют, как известно, устройствами АПВ, которые обеспечивают автоматическое повторное включение выключателей. Необходимость этих устройств для тяговой сети очевидна, так как с их помощью обеспечивается успешное повторное включение выключателей в случаях неселективных отключений и проходящих к.з. При исправно действующих устройствах АПВ питание тяговой сети восстанавливается в течение 5—6 с, не вызывая сбоев движения. Устройства АПВ фидера подстанции срабатывают после поступления информации об отсутствии повреждений в сети от устройства поиска к.з., а АПВ фидера поста секционирования — после включения соответствующего фидера подстанции и появления на нем устойчивого напряжения.
В типовом проекте системы электроснабжения 2 х 25 кВ АПВ на фидерах постов секционирования не предусмотрено. Повторное включение отключившегося фидера поста секционирования здесь осуществляет энергодиспетчер по телеуправлению. Такая система организации восстановления питания в тяговой сети существенно снижает оперативность и вносит трудности в обеспечение движения поездов. С особой остротой ощущаются эти трудности при возросшей до 100 км длине тяговых плеч, а также на стадиях пусковых периодов, когда устройства телемеханики, как правило, еще не функционируют.
Для преодоления этого недостатка работникам эксплуатации пришлось дополнить типовые проекты фидеров поста секционирования схемами АПВ. Для этого на постах секционирования (см. рис. 1.32) дополнительно смонтированы трансформаторы напряжения ТНФ1-4 типа 3HOM/35, подключенные к контактным проводам каждого фидера Ф1 — Ф4 для питания реле напряжения PH и схемы зависимого (от наличия напряжения) АПВ, согласованные по своим параметрам с выходными органами электронной защиты (рис. 6.5).
Рассмотрим особенности обеспечения защиты тяговой сети при плавке гололеда. Плавка гололеда ведется по схеме разнофазного параллельного питания от смежных подстанций. Рекомендованные проектом токи и длительности (21—46 мин) плавки сопряжены с трудностями в обеспечении движения поездов. При сохранении движения поездов во время плавки гололеда ток в контактной сети в промежуточных точках фидерной зоны между АТП превышает контролируемые значения токов фидеров подстанций. Это может привести к их отжигу. Кроме того, сохранение движения при обледеневших проводах сопровождается нарушением нормального токосъема и может вызвать пережоги проводов. Поэтому предложено плавку гололеда осуществлять большим током поочередно по каждому пути, закрывая движение поездов не более чем на 10—15 мин.
Во время подготовки к плавке гололеда проверяют исправность функционирования телеблокировки защит фидеров смежных подстанций, через которые предстоит осуществлять плавку гололеда. При этом сблокированные полукомплекты защит фидеров подстанций должны быть чувствительны к повреждениям в наименее благоприятных точках средней части фидерной зоны.
Рис. 6.5. Схема зависимого АПВ фидера поста секционирования:
а- подключение трансформатора напряжения к проводу контактной сети фидера, б — цепи вторичной коммутации; 1 — шина контактного провода; 2 — шинный paзъединитель; 3 -выключатель; 4- линейный разъединитель; 5 — линейный трансформатор напряжения
Рис. 6.6. Схема плавки гололеда:
fц. пл. fп. пл — ток и плавки гололеда соответственно в цепной контактной подвеске (ΙΠ70 А) и в питающем проводе (880 А) (время плавки 8 мин)
Питание СН тяговых подстанций, от которых ведут плавку гололеда, переводят на резервный источник. При отсутствии резервного питания СН подстанции на резервные источники переводят питание ВЛ СЦБ. Для поочередного перевода фидеров на другие фазы при режимах плавки гололеда удобно использовать фидер запасного выключателя РУ 55 кВ подстанции. Предварительно отключают блокировку безопасности шинного разъединителя подключаемой выключателем фазы.
Рассмотрим схему плавки гололеда на одной из конкретных фидерных зон участка (рис. 6.6). Разнофазное параллельное питание ведется от трансформаторов Т1, Т2, подстанции М и Т1, Т2 подстанции Р. На время плавки гололеда устройства автоматического регулирования напряжения на этих трансформаторах отключают. Тяговую сеть нечетного пути вводят в режим плавки гололеда путем перевода питания ФЗ подстанции Р с фаз Кь и Пб на фазы Кс и Пс РУ 55 кВ с помощью масляного выключателя ЗМВ запасного фидера. Выключатели Ф1 и Ф2 подстанции Р нФ2 подстанции М отключают, чтобы ликвидировать излишнее увеличение токов плавки и неселективные отключения фидеров устройствами их защит из-за уравнительных токов. На время плавки гололеда на соответствующих фидерах отключают АПВ и вводят блокировку электронных защит по напряжению.
Как известно, при плавке гололеда по схеме разнофазного включения рекомендовано отключать дистанционные защиты фидеров и завышать уставки максимальной защиты (отсечки) с целью отстройки ее от токов плавки. Для реализации указанной рекомендации необходимо заблаговременно перестраивать уставки токовых отсечек электронных защит или оборудовать фидеры контактной сети дополнительными комплектами максимальных защит. Для отстройки от бросков тока при включении схем плавки гололеда уставки максимальных защит должны в 1,5—2 раза превышать ток плавки. При таких уставках на время плавки и подготовительных работ большая часть (до 90 %) фидерной зоны остается без защиты. В целях оперативной подготовки устройств защиты к режиму плавки гололеда и обеспечения наибольшей (на сколько возможно при схеме разнофазного включения) чувствительности защит в процессе плавки предложено применить блокировку электронных защит фидеров по напряжению с отстройкой ее от установившихся значений токов плавки.
Для этого свободные замыкающие контакты 1РН1 (рис. 6.7), 1РН2, 2РН1 и 2РН2 реле защиты минимального напряжения и устройства резервирования отказа выключателей УРОВ 2x25 кВ соединяют последовательно, затем через них и накладку Н подают питание на катушку промежуточного реле РП от цепей управления 220 В. В модулях ДТС каждого комплекта демонтируют диоды Д23, снимая тем самым запрет на срабатывание токовой отсечки при неисправностях в цепях ТН 2x25 кВ и дополнительно монтируют развязывающие диоды Д35 и Д36.
Рис. 6.7. Схема блокировки защит по напряжению при плавке гололеда (дополнительно монтируемые цепи выделены жирными линиями; диоды из схем модуля ДТС исключены)
Через замыкающие контакты РП1 — РП5 и дополнительные накладки 1Ф— 5Ф напряжение +Uк блоков питания электронных защит через зажимы 6 я 11 подают на зажимы 25 модулей ДТС комплектов защит контактного КП и питающего ПП проводов каждого фидера.
При подготовке схемы плавки гололеда замыкают накладку Н, и реле РП возбуждается, замыкая свои контакты РП1 — РП5. Для блокировки защит, например фидера Ф1, замыкают накладку Ф1. При этом напряжение +UK подается на зажимы 25 комплектов электронных защит. Через диоды Д35 и Д36, затем Д9 модуля ДТС и Д16 модуля ДС-3К напряжение + UK попадает на базы усилителей нуль-органов, запрещая срабатывание защиты.
При понижении напряжения хотя бы на одной из шин РУ 55 кВ отпадает якорь соответствующего реле PH и, следовательно, РП, снимая напряжение +Uk с зажима 11 запрета срабатывания защит. Наложение запрета на срабатывание защит двух или всех фидеров осуществляют включением соответствующего числа накладок 1Ф — 5Ф.
Уставку блокировки по напряжению реле PH выбирают по фактически измеренному понижению напряжения во время опробования схем плавки гололеда с учетом 5 %-ной погрешности на настройку реле.
Реализация предлагаемой схемы обеспечивает минимальную продолжительность подготовительных работ и предусматривает использование существующих комплектов электронной защиты фидеров. Использование существующих реле напряжения PH, кроме экономии, позволяет одновременно повысить чувствительность защиты минимального напряжения РУ 55 кВ до уставок блокировки по напряжению, задаваемых при режимах плавки гололеда. Можно использовать и дополнительно установленный для этой цели комплект реле напряжения PH.
Для профилактического подогрева проводов тяговой сети 2x25 кВ удобно использовать естественно протекающие уравнительные токи между тяговыми подстанциями или искусственно создаваемые между АТП путем выбора требуемых позиций РПН их трансформаторов с учетом местных условий.