- •Уральский государственныйый университет путей сообщения
- •Дополнительные материалы
- •Екатеринбург
- •1 Тепловая защита контактной сети
- •1.1. Описание и принцип работы аппаратуры тзкс
- •1.1.1 Назначение аппаратуры
- •1.1.2 Устройство и работа комплекта тзкс
- •1.2 Методика проверки и настройка уставок аппаратуры тзкс
- •1.2.1 Размещение и монтаж
- •1.2.2 Порядок включения и отключения
- •1.2.3 Перечень режимов работы изделия
- •1.2.4 Настройка уставок
- •1.2.5 Порядок работы
1.1.2 Устройство и работа комплекта тзкс
На функциональной схеме (рисунок 1.1), связи взаимодействия между составными частями изделия обозначены пронумерованными линиями. Точки на линиях — электрическое соединение. Стрелки на концах линий обозначают направление сигнала.
На схеме приняты следующие цифровые обозначения линий:
1–шина передачи цифрового кода (5 разрядов) температуры наружного воздуха;
2– сигнал включения звуковой сигнализации;
3– сигнал, поступающий с датчика тока, через помехоподавляющие цепи БФ на БФС;
4– выходной сигнал для регистрирующей аппаратуры;
5– сигнал управления на отключение фидера;
6 – линия подключения датчиков тока;
7– цепь отключения реле промежуточного;
8– сигнал отключения индикатора.
Питание изделия осуществляется двумя БП, выходные цепи которых ±20В, 9В, 15В включены параллельно. Это необходимо для резервирования питания изделия при выходе одного БП из строя. БП подключаются через разъём "ХР1" к источнику постоянного тока напряжением 110В или 220В мощностью не менее 100Вт.
Датчик температуры, который должен находиться на открытом воздухе, подключается к изделию через разъём "ХР16". На нём формируется напряжения пропорциональное температуре наружного воздуха. В БТ напряжение с датчика температуры преобразуется в цифровой код, который передаётся по шине 1 (смотри рисунок 1.1) на БФ и БФС.
Датчики тока основных фидеров подключаются к разъёмам "ХР14", "ХР12", "ХР10", "ХР8", "ХР6" запасной фидер к "ХР4". К запасному фидеру должен быть подключен только один БФ, так как разъём "ХР4" параллельно подключен ко всем БФ. По линиям 6 (смотри рисунок 2.2) на датчики тока подаётся напряжения питания ±15В, снимается выходное напряжение, которое имеет соотношение 1В/1кА. и производиться контроль нормально замкнутых блок-контактов ВАБ.
Регистрирующая аппаратура подключается к разъёмам "ХР15", "ХР13". "ХР11", "ХР9", "ХР7", "ХРЗ". Входное сопротивление регистрирующей аппаратуры должно быть не менее 200 кОм.
Рисунок 1.1 – Функциональная схема комплекта ТЗКС
Реле промежуточные основных фидеров подключаются к разъёмам "ХР15", "ХР13", "ХР11", "ХР9", "ХР7". Реле промежуточное запасного фидера подключается к разъёму "ХР5". Реле указательное к "ХР2".
Все подключения к изделию производятся через панель подключения.
Конструктивно ПП ТЗКС представляет собой корпус прямоугольной формы с открывающейся верхней крышкой. На верхней крышке расположены выключатели питания, индикаторы наличия напряжения сети "Питание" и питания ПП ТЗКС "Питание панели", указательные реле (блинкера) КУ, лампы индикаторные Н. Реле указательные применяются для указания о происходившем срабатывании аппаратуры защиты ТЗКС, что облегчает последующий анализ действия защит и определения характера повреждения.
Внутри корпуса расположены соединительные платы XI...Х9, выключатели S1...S6, и реле промежуточные К1...К6.
Платы Х2...ХЗ служат для подключения регистрирующих самопишущих приборов для регистрации токов и температуры нагрева проводов контактной сети по фидерам.
Посредством плат Х4, Х5 осуществляется подключение блока ТЗКС и выключателей S1...S6 к быстродействующим выключателям подстанции фидеров, контактной сети и запасного быстродействующего выключателя подстанции.
Посредством платы Х6 осуществляется подключение ТЗКС к источнику питания, датчику температуры окружающей среды и к устройствам общеподстанционной сигнализации (ОПС).
Посредством платХ7...Х9 осуществляется подключение ТЗКС к блок-контактам быстродействующих выключателей и датчикам тока фидеров подстанции.
Панель ПП ТЗКС работает совместно с аппаратурой ТЗКС. При аварии на фидерах срабатывает одно или несколько устройств БФ1 ...БФ5, БФС 1-2, БФС 3-4 блока ТЗКС и включаются на них соответствующие индикаторы АВАР, при этом на ПП ТЗКС должны сработать соответствующие указательные реле КУ и появиться индикация Н. Одновременно срабатывают реле промежуточные Kl ...K5 (К6) для отключения быстродействующих выключателей фидеров или запасного быстродействующего выключателя. Обслуживающий персонал анализирует срабатывание зашиты и определяет характер повреждения на фидерах подстанции.
Подготовка к использованию ПП ТЗКС.
Установить ПП ТЗКС на вертикальную поверхность на расстоянии от ТЗКС не более 20см в местах, защищенных от попадания внутрь жидкостей и твердых частиц, и закрепить с помощью крепежных отверстий на корпусе.
Не рекомендуется установка ПП ТЗКС вблизи нагревательных приборов. Не рекомендуется прямое воздействие солнечных лучей.
Подключить заземление к клемме ┴ внутри корпуса ПП ТЗКС. Подключение заземления должно производиться до подключения аппаратуры к сети питания.
Смонтировать цепи питания и коммутации, руководствуясь схемами внешних соединений, нижеприведенными указаниями.
Подсоединить разъемы ХР ПП ТЗКС к одноименным разъемам ХР блока ТЗКС.
Цепи питания ПП ТЗКС подключить к контактам 6,7 платы Х6 согласно маркировке.
Цепи питания датчиков тока (+15В, -15В, 0В), выходные сигналы датчиков тока (Uвых, ┴ ), нормально замкнутые блок-контакты быстродействующих выключателей фидеров и запасного быстродействующего выключателя подключаются к платам Х7...Х9 согласно маркировке.
Регистрирующие самопишущие приборы подключаются посредством плат XI ...ХЗ согласно маркировке. Для обеспечения требуемой точности (1%) входное сопротивление регистрирующих приборов должно быть не менее 200 кОм.
Не допускается натяжение подходящих к аппаратуре проводов (кабеля).
Тумблер "Питание панели" должен быть установлен в нижнее отключенное положение.
Порядок работы.
Подключить ПП ТЗКС к блоку ТЗКС и аппаратуре подстанции.
Включить тумблер "Питание панели", при этом должен включиться индикатор "Питание панели".
В случае последовательного соединения контактов промежуточных реле К1...К6 и тумблеров S1...S6 на платах Х4, Х5 тумблеры S1...S6 ставят в верхнее положение "Замкнут" для тех промежуточных реле, которые должны отключать соответствующие быстродействующие выключатели при аварии, а те тумблеры, которые должны блокировать отключение соответствующих быстродействующих выключателей промежуточными реле, в нижнее разомкнутое положение.
В случае параллельного соединения контактов промежуточных реле К1...К6 и тумблеров S1...S6 на платах Х4 и Х5 тумблеры S1 ...S6 ставят в нижнее разомкнутое положение для тех промежуточных реле, которые должны отключать соответствующие быстродействующие выключатели при аварии, а те тумблеры, которые должны блокировать отключение быстродействующих выключателей промежуточными реле, в верхнее положение "Замкнут".
Пульт ПП ТЗКС готов к работе.
При аварии на одном из фидеров по превышению температурно-времен-ной уставки срабатывает одно из соответствующих промежуточных реле К1.. .К6, а также указательных реле КУ, что сопровождается индикацией соответствующих ламп Н, а на подстанции срабатывает соответствующий быстродействующий выключатель.
После установления причин отключения и восстановления нормального режима работы фидеров флажки блинкеров необходимо возвратить в исходное состояние.
1.1.3 Описание и работа составных частей изделия
БП предназначен для питания изделия напряжениями ±20В, 9В и 15В.Он представляет собой импульсный преобразователь напряжения с частотой преобразования от 25 до 35 кГц. Общая мощность нагрузки не должна превышать 100Вт. Питание БП осуществляется от источника постоянного тока напряжением 110В или 220В. Изменение входных напряжений питания осуществляется переключением обмоток трансформатора. В БП предусмотрена визуальная индикация неисправности. При нормальной работе индикатор ″ПИТАНИЕ″ горит постоянно. В случае отсутствия напряжения 9В индикатор ″ ПИТАНИЕ″ начинает мигать. В этом случае с БП на устройство прерывистого отключения индикатора ″ ПИТАНИЕ″ находящегося в БТ, подается сигнал включения звуковой сигнализации и обратно на индикатор – прерывистый сигнал отключения.
БР предназначен для управления реле промежуточных и указательного. Он состоит из 5-и одинаковых узлов отключения реле промежуточных, каждое из которых имеет гальваническую развязку по сигналам управления и питанию, и одного устройства отключения указательного реле. Схема разработана таким образом, что при любом включении одного из 5-и узлов отключения реле промежуточных включится узел отключения реле указательного.
БТ предназначен для преобразования напряжения, выдаваемого ДТ, в цифровой код, вывода на индикатор значения температуры наружного воздуха и для генерации звукового сигнала. Он состоит из металлического корпуса с креплением, внутри которого находится катушка из медного провода. При изменении температуры наружного воздуха сопротивление катушки изменяется. БТ состоит из 4-х узлов:
–узел преобразования аналогового сигнала в цифровой код;
–узел звуковой сигнализации;
–узел управления индикаторами БП;
–узел стабилизаторов напряжения питания блока.
БТ настроен па параметры ДТ (ДТ предназначен для измерения температуры наружного воздуха) поставляемого в комплекте с изделием.
На вход узла преобразования аналогового сигнала в цифровой код, поступает постоянное напряжение с ДТ. Напряжение образуется в результате пропускания постоянного тока неизменной величины через катушку ДТ. При изменении температуры наружного воздуха и изменении сопротивление катушки, пропорционально будет изменяться напряжение на входе БТ. Далее напряжение усиливается и поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП ), который формирует цифровой код. Этот цифровой код поступает на декодер и буфер. Декодер преобразует двоичный код в семисегментный, необходимый для работы цифровых индикаторов. Буфер формирует пятиразрядную шину, к которой подключаются все БФ и БФС.
Узел звуковой сигнализации состоит из двух генераторов, которые формируют прерывистый звуковой сигнал. При поступлении на один из семи входов сигнала с включения звуковой сигнализации с БФ и БФС, на логических элементах формируется сигнал записка генераторов и включается звуковой сигнал.
Узел управления индикаторами БП имеет два входа для сигналов включения звуковой сигнализации, которые объединены с узлом звуковой сигнализации, два силовых ключа для включения индикаторов ″ПИТАНИЕ″ находящихся на БП (смотри рисунок 1.3 ). В состоянии нормальной работы, ключи открыты и индикаторы ″ПИТАНИЕ″ горят непрерывно. При пропадании на одном из БП выходных напряжений, па вход узла управления индикаторами БП подаётся сигнал включения звуковой сигнализации, при этом запускаются генераторы и связанный с ними силовой ключ начинает закрываться и открываться. Индикатор ″ПИТАНИЕ″ на отказавшем БП начинает мигать и включаться звуковая сигнализация.
Узел стабилизаторов напряжения питания блока состоит из трёх линейных стабилизаторов напряжения, которые из напряжений ±20В и 9В формируют напряжения ±15В и 5В соответственно.
БФ и БФС предназначены для: измерения тока фидера, расчёта температуры перегрева контактного провода, управления отключением фидера, управления звуковой сигнализацией, вывода на индикатор расчётного значения температуры перегрева контактного провода и значения измеренного тока.
Схема, поясняющая работу блока защиты фидеров БФ, приведена на (рисунке 1.2). Он состоит из следующих функциональных блоков: входного нормирующего усилителя-интегратора (УИ), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), арифметико-логического устройства (АЛУ), блоков синхронизации (БС) и индикации (БИнд), блока регистрации (БР).
УИ предназначен для обработки сигналов напряжения, пропорциональных току в контролируемом фидере, и преобразования их в форму, удобную для обработки в АЦП. Коэффициент передачи УИ определяется типом контролируемой контактной подвески.
УИ работает в двух режимах: измерение и диагностика. В режиме измерения УИ подключен, к входным зажимам ТЗКС и воспринимает сигналы напряжения, приходящие с датчика тока. В режиме диагностики УИ
подсоединен к образцовому источнику напряжения и формирует на своем выходе сигнал, необходимый для тестирования АЦП. Переключение режимов работы УИ осуществляется электронными ключами по команде АЛУ.
АЦП предназначен для преобразования аналоговых сигналов напряжения, формируемых на выходе УИ, в цифровой двоичный код, необходимый для дальнейшей обработки входных сигналов в АЛУ. Последнее, созданное на однокристальной микроЭВМ 1816ВЕ48, табличном РПЗУ и расширителе, предназначено для выполнения алгоритмов работы ТЗКС.
АЛУ рассчитывает значения температуры перегрева проводов контактной подвески в зависимости от протекающего по ним тока в виде решения дифференциального уравнения теплового состояния твердого тела:
( 3.1)
где Q температура перегрева провода относительно температуры
окружающей среды, °С;.
t время,с;
а результирующий коэффициент теплоотдачи, Вт/мС;
F площадь поверхности единицы длины провода, численно равная периметру;
С удельная теплоемкость материала, Втс/кгС;
m масса единицы длины провода, кг/м;
Р мощность джоулевых потерь в единице длины провода, Вт/м.
Таким образом, из последнего выражения видно, что, зная физические свойства контролируемого провода и контролируя через регулярные промежутки времени ток, протекающий в нем, становится возможным в каждый момент времени вычислять температуру перегрева провода относительно температуры окружающей среды. Допустимое время воздействия каждого конкретного значения температуры для данного провода выбирается, исходя из математической модели длительной статистической прочности, описываемой уравнением Ларсона Миллера.
Блок синхронизации (БС) выполняет функции синхронизатора работы АЦП и АЛУ, а также контролирует состояние реле повторителей быстродействующих автоматов фидеров. Блок индикации (БИнд) служит для индикации расчетных значений температуры перегрева провода, а также для индикации состояния аппаратуры ТЗСК, контролируемого самодиагностикой.
Исполнительный блок ИБ служит для выдачи сигналов управления на исполнительное реле (БВ), а также управления внешними устройствами индикации (световой, звуковой). Блок БР предназначен для формирования сигналов напряжения, пропорциональных току и температуре контактной подвески
Рисунок 1.2– Функциональная схема блока защиты фидера
БФ состоит из двух основных частей: аналоговой и цифровой.
Аналоговая часть состоит из следующих узлов:
–узлы фильтров входного сигнала и цеди питания датчика тока;
–генераторы опорного напряжения 1В и минус 10В;
–узел усилителей с аналоговыми ключами и АЦП;
–узел стабилизаторов напряжения питания блока;
–узел коммутации.
Цифровая часть состоит из следующих узлов:
–узел микропроцессора;
–узел индикации;
–цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);
Узлы фильтров входного сигнала и цепи питания датчика тока состоят из пассивных элементов и предназначены для подавления импульсных и синфазных помех, поступающих в БФ из вне.
Генераторы опорного напряжения 1В и минус 10В предназначены для подачи опорного напряжения на узлы блока.
Узел усилителей с аналоговыми ключами предназначен для обработки аналоговых сигналов и коммутации их па АЦП для цифрового преобразования. Узел стабилизаторов напряжения питания блока состоит из трех линейных стабилизаторов напряжения, которые из напряжений ±20В и 9В формируют напряжения ±15В и 5В соответственно.
Узел коммутации собран на базе слаботочных электромагнитных реле. Он предназначен для коммутации цепей основного и запасного фидеров.
Узел микропроцессора осуществляет: обработку цифровых сигналов поступающих с АЦП и БТ, логических сигналов с органов управления и цепей контроля, управление узлом индикации, ключами аналоговой части и ЦАП, выдаёт сигнал контроля и сигнал включения звуковой сигнализации.
Узел индикации состоит из токовых ключей, которые коммутируют напряжение питания на цифровые индикаторы и микросхемы включающей сегменты. В данном узле реализована схема динамической индикации. Управление осуществляется узлом микропроцессора.
Узел обеспечивает следующую индикацию:
а) расчетную температуру перегрева контактного провода на индикаторе
"ТЕМПЕРАТУРА";
б) тока фидера на индикаторе "ТОК";
в) режимы работы на индикаторе "РЕЖИМ":
–нормальный режим работы – "0";
–вынужденные ( аномальные ) режимы работы – "1" и "2";
г) срабатывания защиты, индикатор "АВАР";
д) предупредительную индикацию нагрева контактного провода или неисправности защиты, индикатор "НАГР";
е) результат диагностики, индикаторы "ДИАГНОСТИКА":
–неисправность входных цепей, индикатор "ВХОД";
–неисправность выходных цепей, индикатор "ВЫХОД";
–неисправность арифметическо-логического устройства, индикатор "ВХОД" и "ВЫХОД";
ж) наличие питания, индикаторы "ПИТАНИЕ": "+5В", " + 15ВГ, " + 15В",
"-15В".
ЦАП формирует напряжение, которое пропорционально вычисленной
температуре и подаёт его на разъем для подключения регистрирующей аппаратуры.
БФС состоит из тех же узлов что и БФ кроме узла коммутации. В отличие от БФ, БФС предназначен для работы с фидерами, которые имеют сложные схемы питания.