Компенсаційний загороджувач частотного захисту з автономним збудженням

Изобретение относится к области систем частотной защиты для контактных сетей шахтного карьерного и магистрального электровозного транспорта, в частности к компенсационным заградителям частотной защиты с автономным возбуждением. Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является компенсационный заградитель, содержащий компенсационный усилитель, выход которого через первый последовательный резонансный контур подключен к первому параллельному резонансному контуру, включенному в силовую нагрузочную цепь между токоприемником и тяговыми электродвигателями последовательно с вторым параллельным резонансным контуром, трансформатором обратной связи и реле постоянного тока, первый и второй фазовые детекторы, сигнальные входы которых через первый блок фильтрации соединены с выходом трансформатора обратной связи, второй последовательный резонансный контур, реле постоянного напряжения и частотный избиратель, подключенные параллельно к выводам тяговых электродвигателей, и второй блок фильтрации. Кроме того, устройство дополнительно содержит взаимосвязанные: перестраиваемый фильтр низкой частоты (ФНЧ), трехпозиционный нуль-орган, преобразователь код-аналог, блок управления преобразователями код-аналог и блок управления частотой среза фильтров низкой частоты и скоростью счета в преобразователях код-аналог. Наличие цепи коррекции заграждающей ЭДС по отклонениям ее уровня и фазы от оперативной ЭДС обеспечивает стабилизацию параметров компенсационного заградителя в условиях эксплуатации на подвижных объектах. В известном устройстве оперативное напряжение 5-10кГц, подаваемое в контактную сеть от подстанционного комплекта системы частотной защиты, выделяется вторым блоком фильтрации. Далее оно подается как основной возбуждающий сигнал на компенсационный усилитель через элементы ручной подстройки уровня и фазы. Оконечная ступень усилителя через последовательный резонансный контур связана с первым параллельным резонансным контуром. Сигнал рассогласования снимается с трансформатора обратной связи, ограничивается (при больших значениях) по уровню, фильтруется, усиливается и разделяется на компоненты фазовыми детекторами, опорные сигналы которых формируются из оперативного напряжения. Выходные сигналы фазовых детекторов посредством цепей: перестраиваемый ФНЧ -трехпозиционный нуль - орган - блок управления -реверсивный счетчик - преобразователь код-аналог преобразуются в корректирующие сигналы, первый из которых определяется амплитудной, а второй фазовой расстройкой заграждающей ЭДС относительно оперативной. Корректирующие сигналы суммируются с основным возбуждающим сигналом на входе компенсационного усилителя, осуществляя требуемую подстройку заграждающей ЭДС. Улучшение качества заграждения в условиях действия помех со стороны коммутационных процессов в силовых цепях, достигается изменением частот среза ФНЧ и скоростей преобразования "код- аналог" блоком управления по сигналам реле постоянного напряжения и постоянного тока. Рассмотренное устройство-прототип имеет недостаток, заключающийся в значительных вероятностях потери чувствительности аппаратурой защиты и ее ложных срабатываний. Указанный недостаток особенно заметно проявляется при возрастании длин обслуживаемых контактных сетей до 3-5 км, что в ряде случаев требуется по условиям эксплуатации. Причиной указанного недостатка является то, что основной возбуждающий сигнал компенсационного усилителя, как и в других известных те хнических решениях, должен отбираться между токоприемником и рельсовой цепью, где одновременно действует как оперативная, так и заграждающая ЭДС. При удалении заградителей от подстанционного устройства вы ходное сопротивление источника оперативной ЭДС для них возрастает, что ведет к увеличению положительной обратной связи между выходом и входом компенсационного усилителя и как следствие - к ухудшению устойчивости регулирования и росту времени установления заграждающей ЭДС. Целью изобретения является уменьшение вероятностей потери чувстви тельности аппаратурой защиты и ее ложных срабатываний путем обеспечения заданных показателей качества заграждения цепей потребителей электроэнергии по оперативному току вне зависимости от местоположения заградителя в сети. Указанная цель достигается тем, что в известный компенсационный заградитель, содержащий компенсационный усилитель, выход которого через первый последовательный резонансный контур подключен к первому параллельному резонансному контуру, включенному в силовую нагр узочную цепь между токоприемником и тяговыми электродвигателями последовательно со вторым параллельным резонансным контуром, трансформатором обратной связи и реле постоянного тока, первый и второй фазовые детекторы, сигнальные входы которых через первый блок фильтрации соединены с выходом трансформатора обратной связи, второй последовательный резонансный контур, реле постоянного напряжения и частотный избиратель, подключенные параллельно к выводам тяговых электродвигателей, и второй блок фильтрации, согласно изобретению, введены генератор возбуждения, блоки регулирования частоты и уровня, блок начального синфазирования, причем первый вход генератора возбуждения соединен с выходом блока регулирования частоты, второй вход - с выходом блока начального синфазирования, основной выход - с опорным входом первого фазового детектора и через блок регулирования уровня - со входом компенсационного усилителя, а квадратурный выход - с опорным входом второго фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов подключены к первым управляющим входам блоков регулирования соответственно уровня и частоты, второй блок фильтрации включен между общим выводом первого и второго параллельных резонансных контуров и первым входом блока начального синфазирования, второй вход которого соединен с выходом частотного избирателя, вторые, третьи и четвертые входы блоков регулирования частоты и уровня подключены к выходам соответственно реле постоянного напряжения, реле постоянного тока и частотного избирателя, в силовой нагрузочной цепи трансформатор обратной связи соединен с токоприемником, а реле постоянного тока - с тяговыми электродвигателями. Блоки регулирования частоты и уровня могут быть выполнены с возможностью астатического управления и сохранения значений выходных сигналов в моменты исчезновения сигнала частотного избирателя при отходе токоприемника от контактного провода. Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена блок-схема компенсационного заградителя с автономным возбуждением. На чертеже представлены: 1 - подстанционный комплект устройства защиты, 2 -блок источника питания с силовым выключателем, 3 - трансформатор связи, 4 -трансформатор обратной связи, 5 - первый блок фильтрации, 6 и 7 - первый и второй фазовые детекторы, 8 - блок регулирования частоты, 9 - генератор возбуждения, 10 - блок регулирования уровня, 11 - блок начального синфазирования, 12 - частотный избиратель, 13 - реле постоянного напряжения, 14 - компенсационный усилитель, 15 - первый последовательный резонансный контур, 16 - второй блок фильтрации, 17 и 18 - первый и второй параллельные резонансные конуры, 19 - второй последовательный резонансный контур, 20 - реле постоянного тока, 21 - тяговые электродвигатели. На входе контактной сети последовательно включены подстанционный комплект устройства защиты 1 и блок источника питания с силовым выключателем 2. Первичная и вторичная обмотки трансформатора связи 3 подключены соответственно через разделительные конденсаторы к контактам силового выключателя и рельсовой цепи. Таким образом, контакты выключателя шунтированы по гармоническим составляющим питающего напряжения сети (для трехфазного выпрямителя по схеме Ларионова основная гармоника имеет частоту 300 Гц) элементом связи, который выполнен в виде трансформатора 3 с заземленными первичной и вторичной обмотками. Между токоприемником и рельсовой цепью последовательно включены трансформатор обратной связи 4, первый и второй параллельные резонансные контуры 17 и 18, реле постоянного тока 20, тяговые электродвигатели 21. Выход компенсационного усилителя 14 через первый последовательный резонансный контур 15 присоединен к первому параллельному резонансному контуру 17. Выход трансформатора обратной связи 4 подключен через первый блок фильтрации 5 к сигнальным входам первого и второго фазовых детекторов 6 и 7. Тяговые электродвигатели 21 шунтированы вторым последовательным резонансным контуром 19, на который включены реле постоянного напряжения 13 и частотный избиратель 12. Первый вход генератора возбуждения 9 соединен с выходом блока регулирования частоты 8, второй вход - с вы ходом блока начального синфазирования 11, основной выход - с опорным входом первого фазового детектора 6 и через блок регулирования уровня 10 - со входом компенсационного усилителя 14, а квадратурный выход - с опорным входом второго фазового детектора 7, выходы первого 6 и второго 7 фазовых детекторов подключены к первым управляющим входам блоков регулирования соответственно уровня 10 и частоты 8. Первый вход блока начального синфазирования 11 соединен с общей точкой параллельных резонансных контуров 17 и 18 через второй блок фильтрации 16, а второй вход - с выходом частотного избирателя 12. Вторые, третьи и четвертые входы блоков регулирования частоты 8 и уровня 10 подключены к выходам соответственно реле постоянного напряжения 13, реле постоянного тока 20 и частотного избирателя 12. Блоки регулирования частоты 8 и уровня 10 выполнены с возможностью астатического управления и сохранения значений выходных сигналов в моменты исчезновения сигнала частотного избирателя 12 при отходе токоприемника от контактного провода. Компенсационный заградитель частотной защиты с автономным возбуждением работает следующим образом. Сигнал оперативного напряжения вводится в контактную сеть подстанционного устройства 1, а контрольный сигнал гармоники питающего напряжения - от блока 2 через трансформатор связи 3. В исходном состоянии, после включения напряжения питания, генератор 9 вырабатывает колебания с частотой, равной номинальному значению частоты оперативной ЭДС и с произвольной фазой. Блоки регулирования частоты 8 и уровня 10 отключены и заграждающая ЭДС равна нулю. При соединении токоприемника с контактным проводом между токоприемником и рельсовой цепью прикладывается оперативное напряжение, при этом тяговые электродвигатели 21 шунтируются вторым последовательным резонансным контуром 19. На входе второго блока фильтрации 16 появляется напряжение, снимаемое со второго параллельного резонансного контура 18, с частотой и фазой связанными с оперативной ЭДС, Кроме этого, возникает выходной сигнал частотного избирателя 12, настроенного на основную гармонику напряжения питания сети (например для схемы Ларионова 300 Гц) с задержкой в несколько миллисекунд, в течение которой устанавливается фаза сигнала на выходе блока начального синфазирования 11, этот сигнал принудительно задает фазу основного сигнала генератора 9. В следующий момент времени разблокируются блоки регулирования частоты 8 и уровня 10. Происходит управление уровнем и фазой заграждающей ЭДС, передаваемой на первый параллельный резонансный контур 17 через компенсационный усилитель 14 и первый последовательный резонансный контур 15, путем воздействия выходных сигналов фазовых детекторов 6 и 7 на блоки 8 и 10 таким образом, что сигнал обратной связи, снимаемый с трансформатора 4 и передаваемый на фазовые детекторы 6 и 7 через первый блок фильтрации 5, стремится к минимуму. При этом первый фазовый детектор 6, у которого опорный сигнал совпадает по фазе с заграждающей ЭДС, выделяет активную компоненту из сигнала обратной связи, используемую для управления уровнем заграждающей ЭДС, у второго же фазового детектора опорный сигнал квадратурный (сдвинут по фазе на 90° относительно основного). Выходной сигнал второго детектора 7 управляет в небольших пределах частотой генератора 9, изменяя требуемым образом фазу сигнала возбуждения компенсационного усилителя 14. Как и в устройстве-прототипе сигналы реле постоянного напряжения 13 и тока 20 изменяют параметры системы авторегулирования (здесь блоков 8 и 10) с учетом возрастания уровня помех в сигнале обратной связи при появлении силового напряжения и тока нагрузки. Отметим, что при кратковременном (до десятков секунд) отходе токоприемника от контактного провода, который обнаруживается по исчезновению сигнала частотного избирателя 12, блоки регулирования частоты 8 и уровня 10 благодаря астатической структуре с памятью, сохраняют текущие значения выходных управляющих сигналов. Таким образом фиксируются уровень и фаза заграждающей ЭДС и последующее присоединение токоприемника практически не вызывает появления процесса установления этой ЭДС и связанного с ним переходного сигнала утечки, являющегося источником ложных срабатываний и потери чувствительности аппаратурой защиты. Экспериментальная проверка компенсационного заградителя, реализующего данные структуры и принцип действия показали, что при частоте оперативной ЭДС 5 кГц время установления заграждающей ЭДС по уровню и фазе (с учетом времени начального синфазирования) составляет порядка 7 мс и практически не зависит от местоположения заградителя вдоль контактного провода.