Document 3765314

Министерство путей сообщения Российской Федерации
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
Б.Е. Дынькин
ЗАЩИТА КОНТАКТНОЙ СЕТИ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ПРИ РАЗЗЕМЛЕНИИ ОПОР
Учебное пособие
Утверждено
Департаментом кадров и учебных заведений
МПС России в качестве учебного пособия для студентов
вузов железнодорожного транспорта по специальности
1018-электроснабжение (железнодорожный транспорт)
Хабаровск
Издательство ДВГУПС
2002
Рецензенты:
Профессор кафедры "Энергоснабжение электрических железных дорог"
Московского государственного университета путей сообщения, доктор
технических наук
В.Н. Пупынин
Доцент кафедры "Энергоснабжение электрических железных дорог"
Российского государственного открытого университета путей сообщения,
кандидат технических наук
Г.И. Гатальский
Заместитель руководителя департамента электрификации и электроснабжения
Министерства путей сообщения Российской Федерации А.М. Василянский
Рассмотрен комплекс вопросов обеспечения защиты тяговых сетей
переменного тока при разземлении опор контактной сети. Изложены
теоретические основы построения измерительных органов релейных защит.
Рассмотрены методы расчета уставок защит при разземлении опор контактной
сети при применении нескольких постов секционирования. Приведены
результаты экспериментальных исследований работы защит при коротких
замыканиях на разземленных опорах. Обоснованы принципы организации
релейной защиты, схема устройства защиты от коротких замыканий на
разземленных опорах. Приведены результаты разработки и внедрения
аппаратуры выделения поврежденных участков контактной сети.
Учебное пособие предназначено для студентов транспортных вузов и может
быть полезно для специалистов, занимающихся эксплуатацией систем тягового
электроснабжения и устройств релейной защиты тяговых сетей.
Ил.84, табл.17, список лит. – 94 назв.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОТ АВТОРА
ВВЕДЕНИЕ
1.ИССЛЕДОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ,
ТЯГОВЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ
ЗАЩИТЫ
1.1Организация системы защиты и автоматики на фидерной зоне в системах
тягового электроснабжения переменного тока
1.1.1. Защищаемые зоны и характеристика применяемых устройств защиты
1.1.2. Двухступенчатые защиты фидеров контактной сети
1.1.3. Трехступенчатые защиты фидеров контактной сети
1.2. Принципы построения измерительных органов и адаптированных к
нагрузке угловых характеристик срабатывания защит фидеров контактной сети
1.2.1. Построение измерительных органов на основе типовых элементов
защит фидеров контактной сети
1.2.2. Адаптация угловых характеристик срабатывания реле, выполненных
на основе схем сравнения электрических величин по абсолютному значению к
режимам работы тяговой сети
1.2.3. Адаптация угловых характеристик срабатывания реле, выполненных
на основе схем сравнения электрических величин по фазе, к режимам работы
тяговой сети
1.2.4. Анализ работы измерительных органов и синтез угловых
характеристик срабатывания дистанционных защит фидеров контактной сети
Контрольные вопросы к разделу 1
2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЗАЩИТЫ ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ
СЕТИ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА РАЗЗЕМЛЕННЫХ ОПОРАХ
2.1. Заземление опор контактной сети и его влияние на условия эксплуатации
системы тягового электроснабжения
2.1.1. Анализ принципов выполнения заземления опор контактной сети на
рельсы и требования к устройствам защиты
2.1.2. Оценка условий электробезопасности при отсоединении опор
контактной сети от рельсов
2.1.3. Оценка влияния коротких замыканий на разземленных опорах
контактной сети на токи в оболочках кабелей
2.2. Экспериментальные исследования работы защит при коротких замыканиях
на разземленных опорах контактной сети
2.2.1. Анализ величин сопротивлений растеканию при коротких замыканиях
на разземленных опорах контактной сети
2.2.2. Экспериментальные исследования коротких замыканий на
разземленных опорах
2.2.3. Анализ результатов экспериментальных исследований токов
короткого замыкания через разземленные опоры и анализ работы типовых
устройств защиты
2.3. Разработка и исследование устройства защиты контактной сети от
коротких замыканий на разземленных опорах УЗРО
2.3.1. Анализ угловых характеристик срабатывания защит от замыканий на
разземленных опорах и разработка требований к устройству защиты контактной
сети УЗРО
2.3.2. Разработка функциональной и принципиальной схем устройства
защиты
2.4. Результаты испытаний устройства защиты УЗРО при коротких замыканиях
на разземленных опорах в условиях эксплуатации, результаты внедрения
2.5. Организация защиты фидерной зоны от коротких замыканий на
разземленных опорах
2.5.1. Исследование входных параметров тяговой сети при коротких
замыканиях на разземленных опорах. Требования к защитам
2.5.2. Разработка методики расчета уставок защиты от коротких замыканий
на разземленных опорах контактной сети
2.5.3. Некоторые особенности подготовки участка железной дороги к
опытной эксплуатации с разземленными опорами контактной сети
Контрольные вопросы к разделу 2
3. СИСТЕМА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ТЯГОВЫХ СЕТЕЙ С ПУНКТАМИ
ПРОДОЛЬНОГО СЕКЦИОНИРОВАНИЯ И ЗАЩИТАМИ УЗРО
3.1. Анализ схем секционирования тяговых сетей и их влияния на надежность
системы электроснабжения
3.1.1. Разработка метода определения мест размещения пунктов
продольного секционирования, совмещенных с пунктами параллельного
соединения
3.1.2. Организация системы защиты и автоматики тяговой сети для
автоматического выделения поврежденных участков контактной сети
3.2. Исследование и результаты разработки аппаратуры выделения
поврежденных секций контактной сети на перегонах
3.2.1. Исследование и результаты разработки автоматики выделения
поврежденных секций контактной сети с использованием телеуправляемых
разъединителей
3.2.2. Исследование и результаты разработки автоматики выделения
поврежденных секций контактной сети и питающего провода между
автотрансформаторными пунктами
Контрольные вопросы к разделу 3
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОТ АВТОРА
Релейная защита призвана предотвратить или существенно снизить ущерб от
коротких замыканий и ненормальных режимов в тяговой сети.
Одним из режимов, на которые должны реагировать устройства релейной
защиты, являются короткие замыкания через большие переходные
сопротивления, а также через разземленные опоры контактной сети.
Используемые на дорогах переменного тока электронные и
микроэлектронные защиты не решают проблемы отключения коротких
замыканий на разземленных опорах контактной сети. Вместе с тем, эта
проблема актуальна и требует решения.
В учебном пособии рассмотрены принципы создания и обобщены результаты
теоретических и экспериментальных исследований автора в области защиты
тяговых сетей переменного тока от коротких замыканий на разземленных
опорах: рассмотрен комплекс вопросов обеспечения защиты тяговых сетей
переменного тока при разземлении опор контактной сети; изложены
теоретические основы построения измерительных органов релейных защит;
рассмотрены методы расчета уставок защит при разземлении опор контактной
сети при применении нескольких постов секционирования; приведены
результаты экспериментальных исследований работы защит при коротких
замыканиях на разземленных опорах и обоснованы принципы организации
релейной защиты; приведены результаты разработки устройства защиты от
коротких замыканий на разземленных опорах; приведены результаты
разработки и внедрения аппаратуры выделения поврежденных участков
контактной сети.
ВВЕДЕНИЕ
Перед железнодорожным транспортом поставлена задача дальнейшего
повышения надежности обеспечения перевозочного процесса в современных
рыночных условиях.
На электрифицированных железных дорогах надежность обеспечения
перевозочного процесса зависит от надежной работы нескольких систем
электроснабжения (рис.1): системы внешнего электроснабжения, системы
тягового электроснабжения и системы электроснабжения нетяговых
потребителей, в том числе системы электроснабжения автоблокировки и СЦБ.
Структурное содержание систем релейной защиты и автоматики,
характеризующее их роль в обеспечении перевозочного процесса, представлено
на рис.1.
Рис.1. Зависимость обеспечения перевозочного процесса на железных дорогах
от систем электроснабжения
В настоящее время эксплуатационная длина электрифицированных железных
дорог России около 40,0 тыс.км, в том числе на переменном токе  21,2 тыс.км.
Из 1341 тяговых подстанций 394 подстанции переменного тока, протяженность
высоковольтных линий энергохозяйства железных дорог около 120 тыс.км.
Удельный вес объема перевозок на электрической тяге составляет 75,6 %.
Существенный вклад в долговечность, надежность и эффективность работы
вышеперечисленных составляющих обеспечения перевозочного процесса
вносит РЗ и противоаварийная автоматика.
В настоящее время на дорогах применяются в основном три СТЭ
переменного тока: система электроснабжения 25 кВ, система электроснабжения
с экранирующим и усиливающим проводами и система электроснабжения с
автотрансформаторами (система 2х25 кВ). Анализ применяемых систем РЗ и
автоматики собственно СТЭ, СВЭ и системы электроснабжения нетяговых
потребителей показывает, что во многом проблемы обеспечения надежной
защиты от КЗ и ненормальных режимов независимо от применяемой системы
тягового электроснабжения сходны как для системы тягового
электроснабжения, так и для совместной работы СТЭ и СВЭ.
Устройства РЗ должны обеспечивать выполнение основных требований к ним
со стороны электроустановок, таких как быстродействие, селективность,
чувствительность и надежность (аппаратная и функциональная), определяющих
надежность питания тяговой нагрузки и, в целом, перевозочного процесса.
Таким образом, без разработки и создания эффективной РЗ СТЭ обеспечить
надежность перевозочного процесса не представляется возможным.
Вопросам исследования РЗ и автоматики тяговых сетей переменного тока
посвящены работы Е.И. Жаркова [1, 44, 45, 89], В.Я. Овласюка [1, 4, 46, 81, 94],
В.Н. Пупынина [72, 73], Н.Д. Сухопрудского [1], Е.П. Фигурнова [44, 83, 84, 85,
86, 87, 88, 89], В.В. Белова [3, 4], В.А. Зимакова [4, 46, 57, 94] и других.
На основании работ отечественных ученых создана достаточно надежная и
эффективная система защиты электротяговых сетей. Показано, что наиболее
полно предъявляемым к РЗ тяговых сетей требованиям отвечают
дистанционные защиты, которые в настоящее время являются для них
основными.
Большой вклад в разработку методов расчета нагрузочных и аварийных
режимов систем тягового электроснабжения переменного тока внесли
А.С. Бочев [7, 8, 9], Б.И. Косарев [51, 52, 54, 56, 74], А.Б. Косарев [50],
Р.Р. Мамошин [59], К.Г. Марквардт [61, 62, 79], Ю.А. Чернов [74, 91, 92, 60],
В.Е. Марский [63] и другие ученые.
Анализ режимов КЗ и нагрузки позволяют сформулировать ряд недостатков,
присущих существующей системе защиты тяговых сетей переменного тока.
Ниже дается их перечень для обоснования технических мероприятий,
направленных на повышение надежности защиты. Такими недостатками
являются:







форма угловой характеристики срабатывания дистанционных РЗ не
обеспечивает четкого определения режима работы тяговой сети
(нормальный или аварийный), что обусловливает ложную работу защит
при большой остаточной нагрузке;
существует возможность отказов защит в некоторых режимах (в том
числе при питании точки КЗ по петлевым схемам) для систем 27, 5 кВ и
2х25 кВ;
существует возможность отказов защит при наличии в зоне их действия
установок продольной компенсации;
реализуемое быстродействие системы защиты не соответствует
требованиям к устройствам контактной сети и другим устройствам;
отключаемые при КЗ участки тяговой сети имеют большую длину, что
ведет к неоправданным остановкам и "растяжкам" поездов и, тем самым,
увеличивается время восстановления нормального режима питания
тяговой сети (особенно  на участках с горным профилем);
защиты не обеспечивают надежную работу при замыканиях через
большое переходное сопротивление, в том числе и при КЗ на
разземленных опорах;
защиты не позволяют использовать перегрузочную способность
оборудования: контактной сети, проводов, трансформаторов,
автотрансформаторов и т.д.);


отсутствует необходимое резервирование защит (практически на всех
фидерных зонах защиты фидеров контактной сети не резервируется
защитами вводов 27, 5 (55) кВ);
существующие методики расчета уставок защит по отдельным
параметрам не соответствуют реальным аварийным режимам.
Надежность питания нагрузки во многом зависит от схемы секционирования
тяговой сети, количества и мест размещения защит, наличия коммутационной
аппаратуры на постах секционирования (ПС), типов применяемых релейных
защит и автоматики на фидерах контактной сети.
Эксплуатация СТЭ и релейных защит тяговых сетей Дальневосточного
региона страны имеет ряд особенностей. К железным дорогам, расположенным
в ДВ регионе, можно отнести Красноярскую (КРСЖД), Восточно-Сибирскую
(ВСЖД), Байкало-Амурскую (БАМЖД), Забайкальскую (ЗабЖД) и
Дальневосточную (ДВЖД) железные дороги. На этих дорогах применяются
системы тягового электроснабжения 25 кВ и 2 x 25 кВ. Часть участков
электрифицирована 20 25 лет назад, часть 5 10 лет назад. В настоящее время
продолжается электрификация по системе 25 кВ на ДВЖД, переведены с
постоянного на переменный ток напряжением 25 кВ участки ВСЖД. Для этих
дорог характерен горный профиль с резкой неравномерностью
электропотребления по участкам дороги, по путям, а также явно выраженное
преобладание размеров грузопотока в одном направлении. В частности, на
отдельных участках встречаются подъемы до 28% протяженностью 10 15 км
(ДВЖД) и 18 % протяженностью до 40 км (ВСЖД  бывший БАМ).
Климатические условия по данным гидрометеослужбы региона можно
охарактеризовать данными, приведенными в табл.1.
Таблица 1 - Пример расчетных метеоусловий для участка Лена–Восточная–
Северобайкальск БАМЖД (ныне – Северобайкальское отделение ВСЖД)
Характеристика
1. Температура воздуха: максимальная
минимальная
2. Расчетная температура самой холодной пятидневки
3. Расчетная скорость ветра
4. Снежный покров по участкам: Лена – 230 км
230–262 км
262 – Байкальский тоннель
5. Средняя температура за год
6. Средняя температура наиболее холодного месяца
7. Продолжительность периода отрицательных температур
8. Глубина сезонного промерзания
Значения
+33,6 °С
–55,0 °С
–46,0 °С
25 м/с
57–66 см
100–120 см
160–216 см
–9 °С
–25 °С
200 суток
3м
Такие климатические условия существенно осложняют эксплуатацию СТЭ со
всех точек зрения и, в том числе, с точки зрения "человеческого фактора". Для
участков ЗабЖД и ДВЖД характерны более высокие скорости ветра, высокая
влажность в сочетании с действием солевых отложений (участки,
расположенные на Тихоокеанском побережье) и т.д. Это накладывает
определенные особенности на условия эксплуатации СТЭ, к основным из
которых, с позиций возможных нарушений работы РЗ, относятся:





необходимость частого и периодического применения снегоуборочной
техники, что ведет к повреждениям заземляющих спусков опор
контактной сети;
большой диапазон изменения температуры как в течение года, так и в
течение суток;
большие токи нагрузки и наличие существенных перегрузок различной
продолжительности;
сложность определения мест повреждения и поиска повреждения в связи
с труднодоступностью участков железной дороги;
эксплуатация электровозов с рекуперативным торможением и ряд других
особенностей.
В такой ситуации любые сбои в работе системы тягового электроснабжения
ведут к значительным задержкам поездов и, как следствие, к существенному
экономическому ущербу.
Релейная защита от токов КЗ является одним из важнейших элементов
системы противоаварийной автоматики, без которой невозможно надежное
электроснабжение. Как правило, отказы РЗ и другого защитного оборудования
(выключателей и т.д.) ведут к тяжелым последствиям: пережогам или отжигу
проводов контактной сети, разрушению аппаратуры и элементов СТЭ, связи,
задержкам поездов.
На сети железных дорог наблюдались случаи отказов РЗ фидеров контактной
сети в основном по следующим причинам:




выход из строя элементов электронных защит или цепей отключения
выключателей;
отказ защит из-за изменения формы УХС различных ступеней;
отказ защит при повреждениях на разземленных опорах;
отказ защит при удаленном КЗ и большой остаточной нагрузке на
защищаемом фидере.
Во многом недостатки в организации системы защиты обусловлены неучетом
характера влияния нагрузки на работу РЗ.
В табл. 2 приведены по данным [85, 88] граничные значения ряда признаков
нормальных и аварийных режимов работы фидера КС для среднесетевых
условий. Таблица составлена для условий, которые являются для релейной
защиты, наиболее тяжелыми: двухстороннее питание двухпутного участка
длиной 60-65 км с постом секционирования.
Таблица 2 - Граничные значения признаков нормальных и аварийных режимов
работы фидеров контактной сети
Граничные значения признаков
Режим работы
Iф,А
Zвх,ом
 к,эл
 3,%
 Iф,А
Нормальный режим нагрузки
<850
>30
<40
>7
<250
Пуск электровоза
<320
>85
<40
>7
<80
Включение трансформатора
<600
>40
>60
>30
<600
Потеря и восстановление
питания
<2500
>10
>40
>7
<2500
КЗ на электровозе
<2000
>12
>60
<3.6
<2000
КЗ в контактной сети у
смежной ТПС
>370
<75
<55
<3.6
>1500
КЗ в контактной сети у поста
секционирования
>740
<38
>55
<2
<0<
Там же приведены значения тока фидера на тяговой подстанции Iф, входное
сопротивление электротяговой сети ZВХ, фазовый угол  между первыми
гармониками тока и напряжения фидера, содержание  3 третьей гармоники в
токе фидера, бросок тока  IФ.
Ориентируясь в основном на эти данные (табл. 2), разработаны и
эксплуатируются защиты фидеров КС электронные УЭЗФМ, микроэлектронные
типа АЗФИ, АЗ [46, 94]. Причем, принципы построения функциональных
блоков этих защит, в основном, одинаковы.
Вместе с тем, данные, представленные в [16, 19, 40, 42] дают основание
считать, что реальные условия эксплуатации защит существенно тяжелее, чем
приведенные в табл. 2.
Во многом на работу защит оказывает влияние наличие высших
гармонических в кривых напряжения и тока фидеров КС и, в особенности,
применение рекуперативного торможения. Существенно осложняется работа
защит и в условиях гололеда.
Традиционный подход к выполнению схем тяговой сети привел к тому, что в
качестве основной схемы применяется узловая с одним постом
секционирования (ПС) примерно в середине фидерной зоны, либо параллельная
с одним ПС и одним-двумя пунктами параллельного соединения (ППС). В
обоих случаях тяговая сеть в продольном направлении автоматически
секционируется только выключателями на ПС.
Существенно повысить надежность работы СТЭ можно путем устройства
дополнительных постов секционирования (пунктов продольного
секционирования  ППРС), совмещаемых с автотрансформаторными пунктами
или границами перегонов в системе 2 25 кВ и с ППС или границами перегонов
в системе 25 кВ, которые обеспечат независимое автоматическое отключение
поврежденных участков КС, ПП, АТП и отключение КЗ на разземленных
опорах.
Для повышения надежности защит было предложено [16, 17, 18, 29, 32, 34]
применять секционирование тяговой сети с соответствующими защитами,
имеющими зону действия, охватывающую либо один перегон, либо участок
между двумя смежными постами секционирования (пунктами продольного
секционирования  ППРС). В частности, в качестве основной меры
предлагалось применять продольное секционирование тяговой сети [16, 26, 31,
38, 42] в совокупности с защитами, имеющими специальные угловые
характеристики срабатывания для обеспечения отключения КЗ на разземленных
опорах контактной сети переменного тока.
Одной из причин отказов защит фидеров КС является КЗ на разземленных
опорах. Применяемые в настоящее время защиты типа УЭЗФМ и
микроэлектронные АЗФИ и АЗ обеспечивают отключение только глухих КЗ или
КЗ через дугу. Поэтому КЗ на опорах, у которых заземление на рельс
отсутствует, в связи с уменьшением тока КЗ и его фазы (из-за большого
активного сопротивления опоры) существующими защитами, как правило, не
отключаются.
Таким образом, системы релейной защиты достаточно часто не
соответствуют требованиям [70] и ПУЭ [71], обладают рядом недостатков,
снижающих надежность электроснабжения, безопасность движения поездов,
что требует разработки новых принципов реализации защит [10, 36, 39].
Для решения проблемы защиты от КЗ на разземленных опорах в работе
рассмотрен комплекс положений по повышению надежности и эффективности
работы систем тягового электроснабжения:
1. предложен единый подход к построению системы защиты тяговых сетей с
применением ППРС контактной сети и разработана методика размещения
ППРС, исходя из комплексного решения задачи повышения
эффективности систем тягового электроснабжения и обеспечения
надежной работы релейных защит тяговой сети;
2. для обеспечения более полной адаптации защит к защищаемым сетям
исследованы основные типы применяемых измерительных органов защит
и предложена методика оптимизации угловых характеристик
срабатывания дистанционных реле, применяемых для защиты контактной
сети переменного тока, позволяющая в условиях эксплуатации проводить
корректировку характеристик защит;
3. с целью решения проблемы обеспечения надежной защиты при
эксплуатации тяговой сети с разземленными опорами на основании
исследования особенностей аварийных режимов впервые проведена серия
экспериментальных исследований коротких замыканий на разземленных
опорах контактной сети с устройствами защиты с четырехугольными
характеристиками срабатывания;
4. предложена система защиты с использованием ППРС, с установкой на
них устройств релейной защиты на основе реле сопротивления с
четырехугольной характеристикой срабатывания для защиты от
замыканий через большие переходные сопротивления, в том числе, и при
коротких замыканиях на разземленных опорах контактной сети. Уточнена
форма угловой характеристики срабатывания и разработаны требования к
угловым характеристикам срабатывания защит фидеров контактной сети
переменного тока при разземлении опор. Предложен метод расчета
уставок защит от КЗ на разземленных опорах;
5. разработано и испытано устройство для телеуправления, обеспечивающее
автоматическое отключение поврежденных секций контактной сети на
перегонах на базе телеуправляемых разъединителей;
6. разработано, испытано и внедрено устройство дистанционной защиты
автотрансформаторных пунктов в системе 2х25 кВ. Устройство
предлагается к применению для защиты тяговой сети в системе 25 кВ на
постах секционирования и ППРС.
Предложенные теоретические обобщения, устройства и мероприятия
охватывают основной комплекс вопросов, без разработки которых невозможно
решить проблему обеспечения надежности и эффективности релейных защит и
автоматики системы электроснабжения железнодорожного транспорта.
1. ИССЛЕДОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЯГОВЫХ
ПОДСТАНЦИЙ, ТЯГОВЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
И УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
На сети дорог страны применяются три системы электроснабжения
переменного тока: система электроснабжения 25 кВ, система электроснабжения
с автотрансформаторами 25 кВ и система электроснабжения 25 кВ с
усиливающим и экранирующим проводами ЭУП. Организация системы РЗ и
автоматики во многом зависит от принятой схемы секционирования тяговой
сети и принципиально для системы 25 кВ и системы с ЭУП не отличается друг
от друга. Отличие в организации защит системы 2х25 кВ определяется лишь
наличием автотрансформаторных пунктов (АТП).
1.1. Организация системы защиты на фидерной зоне в системах
тягового электроснабжения переменного тока
1.1.1. Защищаемые зоны и характеристика применяемых устройств
защиты
В настоящее время типовой схемой соединения контактных подвесок путей
является узловая схема с одним ПС примерно в середине фидерной зоны, либо
параллельная с одним ПС и двумя ППС. При этом устройства защиты
устанавливаются на выключателях фидеров КС (и ПП  в системе 2 x 25 кВ)
тяговой подстанции и поста секционирования В1 В8 и на вводах тяговых
трансформаторов ТПС ВВ1 и ВВ2 (рис. 1.1).
Рис.1.1. Зоны защиты в типовой схеме с одним постом
На фидерах тяговой сети ТПС и ПС в системах переменного тока на сети
дорог применяются в качестве типовых следующие защиты:




старые образцы защит  устройство электронной защиты фидеров УЭЗФ,
устройство защиты с телеблокировкой УЗТБ;
образцы защит среднего поколения  устройство электронной защиты
фидеров модернизированное УЭЗФМ;
современные образцы защит  аппаратура защиты фидеров на
интегральных микросхемах АЗФИ, АЗ (ВНИИЖТ);
микропроцессорные защиты (опытные образцы в стадии разработки).
Все применяемые типы защит по типу реализуемой УХС построены
практически по одному и тому же принципу.
Защиты УЭЗФМ и АЗФИ (АЗ) могут (в зависимости от исполнения)
различаться количеством ступеней защиты, но при этом имеют практически
идентичные УХС.
Анализ работы защит в условиях эксплуатации показывает, что многие
вопросы работы в различных аварийных и ненормальных режимах изучены
недостаточно. Основное отличие перечисленных защит друг от друга
определяется их элементной базой. Если УЗЗФМ выполнено на транзисторных
модулях, то в АЗФИ и АЗ модули включают в себя микросборки с
интегральными микросхемами [46].
Однако все перечисленные защиты объединяет то, что принципы выполнения
схем реле тока, сопротивления и фазоограничивающих элементов в них
одинаковы. Это позволяет при анализе работы защит использовать единый
методический подход.
1.1.2. Двухступенчатые защиты фидеров контактной сети
К двухступенчатым защитам фидеров КС можно отнести защиты типа УЭЗФ,
УЗТБ и УЭЗФМ первых выпусков. Защиты включают в себя ускоренную
токовую отсечку УТО, дистанционную ненаправленную (или направленную)
защиту I-й ступени ДЗ1 (или ДЗН1), дистанционную направленную защиту II-й
ступени ДЗН2.
Функциональная схема двухступенчатой защиты, например типа УЭЗФТ,
приведена на рис.1.2, а описание работы отдельных функциональных узлов
защиты достаточно подробно дано в [85, 87, 94].
Зоны действия ступеней для двухступенчатой защиты определяются
принятой организацией системы защиты фидерной зоны:
1. Селективная защита с действующими на ПС высоковольтными
выключателями и устройствами РЗ на них.
Неселективная защита с отключением выключателей (или разъединителей) на
ПС в бестоковую паузу, возникающую после отключения от своих защит
выключателей фидеров КС на ТПС (В1, В2, ВЗ, В4 на рис. 1.1). Применение
защиты с работой ПС в бестоковую паузу объясняется сложностью
обслуживания выключателей на ПС, нежеланием и сложностью обслуживания
защит в условиях ПС, тем более, что на большинстве железных дорог
Дальневосточного региона на постах секционирования нет никаких помещений,
а все оборудование управления, РЗ и автоматики, ТУ–ТС размещено в
металлических шкафах.
К недостаткам работы защит постов секционирования в бестоковую паузу
можно отнести следующие:



отключение при КЗ всей фидерной зоны, что увеличивает вероятность
"растяжек" поездов, особенно на участках с горным профилем;
увеличение числа отключаемых поездов и увеличение, вследствие этого,
токов включения при АПВ, что увеличивает вероятность неуспешного
АПВ;
сложность поиска поврежденного участка при неуспешном АПВ
неповрежденных участков из-за больших токов включения нагрузки.
Таким образом, для правильной организации защиты межподстанционной
зоны ПС является необходимым.
Рис.1.2. Функциональная схема защиты УЭЗФТ (П)
Вместе с тем, при наличии ПС с выключателями и защитами фидеров на нем
и применении на ТПС и ПС двухступенчатых защит при КЗ, в зоне действия их
вторых ступеней защиты либо работают неселективно, либо необходимо
увеличивать выдержку времени вторых ступеней защит фидеров КС тяговой
подстанции до 2  t (до 1сек), где  t
 ступень селективности защиты, 
t=0,3 0,5с, что приводит к необоснованному увеличению выдержки времени
при отказе защит ПС.