Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Расчет защит фидеров контактной сети на тяговой подстанции»

Содержание

Введение

Задание

1. Схемы защиты фидеров контактной сети

1.1 Структурная схема

1.2 Функциональная схема

1.3 Принципиальная схема

2. Расчет сопротивлений

3. Расчет уставок защиты фидера КС ТП

3.1 Ненаправленная ДЗ1

3.2 Ускоренная токовая отсечка

3.3 Дистанционная направленная защита

4. Расчет уставок защиты фидера ПСК

4.1 Дистанционная направленная защита

4.2 Ускоренная токовая отсечка

4.3 Ненаправленная ДЗ2

5. График селективности защит

Список литературы

Введение

Применяемые в последние годы при электрификации железных дорог России и Украины силовое электрооборудование (ЭО) и аппаратура тяговых подстанций по техническим параметрам в основном соответствуют зарубежным аналогам. Однако существенное отставание наблюдается по вторичным цепям коммутации и управления ЭО подстанций. В последнее время ведутся исследования, которые позволят устранить это отставание. Так, в частности, разработана двухуровневая система автоматики тяговых подстанций на базе микропроцессоров и микроконтроллеров, цифровой системы передачи данных. Практическое внедрение таких систем во многом уже начато на реконструированной под скоростное движение магистрали Санкт-Петербург - Москва.

В данном курсовом проекте рассматривается дистанционная защита, которая реализована по модульному принципу и имеет электронную полупроводниковую элементную базу. Основные преимущества электронных реле по сравнению с другими типами состоит в следующем: меньшая сложность схем реле и большая их надежность, меньшие габаритные размеры и вес, низкий уровень рабочих напряжений и токов в контурах схем реле и комплектных устройствах, меньшее потребление мощности, широкий диапазон регулирования уставок срабатывания реле, незначительная инерционность схем, что обеспечивает быстродействие защит.

Задание

Расчетная схема

Исходные данные

Sc, мощность КЗ на вводах ТП в режиме max ЭНС, М ВА	1500
Xc, сопротивление ЭНС при Uб =27,5 кВ в режиме min ЭНС , Ом	1,26
Тип и мщность ST понижающих трансформаторов М ВА	ТДТНЖ - 4000/110
, расстояние между подстанциями, км.	48
Схема питания	Узловая
Вид тяговой сети	27,5 кВ
Фидера п/ст и ПСК, защита которых подлежит расчету	QB2, QПB2
Тип контакной подвески	ПБСМ-95+МФ-100
Тип рельсов	Р 50
Макс. ток фидера подстанции, А	430
Макс. ток нагрузки ПСК, А	300
Активное сопротивление 1 км контактной подвески r1кс Ом/км	0,174
Активное сопротивление 1 км рельсовых путей r2р Ом/км	0,065
Реактивное сопротивление 1 км контактн. Подвески одного пути двухпутного участка x1ксэ, Ом/км	0,292
Реактивное сопротивление 1 км рельсовых путей двухпутного участка x2рэ, Ом/км	0,18

1. Схемы защиты фидеров контакной сети

1.1 Структурная схема

фидер контактная сеть электронное реле

Структурная схема объясняет принцип работы устройства в целом. На схеме изображают все функциональные части устройства, а также указывают возможные взаимодействия между ними.

На рис. 1 изображена структурная схема защиты фидера, воздействующая на выключатель Q. Защита присоединена к измерительным трансформаторам тока TA через блок ВБ. В этом блоке сигналы вторичных обмоток TA и TV понижаются до уровня, приемлемого для последующих цепей защиты, в нем формируются уставки срабатывания, а также осуществляется гальваническая развязка схемы от вторичных цепей TA и TV. К выходу блока подключены блоки защиты, осуществляющие токовую отсечку ТО и дистанционную защиту со ступенями ДЗ1 и ДЗ2. Выходные сигналы этих блоков через логический элемент ИЛИ поступают на выходной орган ВО, который отключает выключатель Q. Сигналы о срабатывании любого из блоков защиты и ВО поступают в блок контроля и сигнализации БКС, по состоянию которого можно судить о действиях защиты. В блоке БКС могут формироваться тестовдые сигналы, которые в заданное время поступают на вход блоков защиты для контроля ее испраности.

1.2 Функциональная схема

Функциональная схема раскрывает процессы, которые происходят при различных режимах работы. На схеме изображают функциональные части устройства и связи между ними.

На рис. 2 изображена схема полупроводниковой защиты фидера тяговой подстанции. Промежуточные трансформаторы TLA и TLV, а также потенциометры для регулирования уставок срабатывания входят во входной блок ВБ структурной схемы. Токовая отсечка ТО реализована в виде датчика тока ДТ. Дистанционная защита ДЗ2 содержит датчик сопротивления ДС2, реле направления мощности KW, логическую схему И и реле времени KT.

1.3 Принципиальная схема

Принципиальная схема является наиболее полной элекрической схемой, на которой все электрические элементы и все связи между ними. На рис. 3 изображена принципиальная схема защиты фидера. Защиты ТО и ДЗ1 реализованы в виде ДТС, который в свою очередь состоит из датчика тока ДТ и датчика полного сопротивления ДС2 и реле времени КТ. Модуль ФТН является воспринимающим органом направления мощности. Модули ДС-3К и ФТН реализуют защиту ДЗ2.

2. Расчет сопротивлений

Общее сопротивление до места короткого замыкания

, (2.1)

где -сопротивление тяговой подстанции;

-входное сопротивление петли КЗ тяговой сети, замеренное на шинах 27,5 кВ;

, (2.2)

где -сопротивление системы;

- сопротивление трансформатора;

n- количество параллельно работающих трансформаторов(для max режима n=2, для min - 1);

Посколько реактивное сопротивление мощных трансфораторов мало по сравнениию с реактивным им можно пренебречь и тогда сопротивления будут определяться по формулам:

, , (2.3)

где - реактивное сопротивление трансформатора;

- реактивное сопротивление сети.

= 1,26 Ом;

, (2.4)

Ом;

Ом;

Ом;

, (2.5)

где , - напряжения КЗ высокой и средней обмоток трансформатора;

- номинальная мощность трансформатора;

- номинальное напряжение сети;

Для ТДТНЖ-40000/110

%

%

%

, (2.6)

, (2.7)

где -напряжения между соответствующими обмотками;

%

%

Ом;

Ом;

Исходя из найденных величин расчитаем сопротивление тяговой подстанции для двух режимов:

Ом;

Ом;

Найдем сопротивление 1 километра тяговой сети заданной конфигурации одного пути двухпутного участка:

, (2.8)

значения входящих в эту формулу сопротивлений указаны в задании;

Ом/км

Сопротивление 1 км тяговой сети при параллельном соединении подвесок

, (2.9)

где -реактивное сопротивление 1 км контктной подвески двух путей при параллельном соединении подвесок, =0,177 Ом/км;

Ом/км

Входное сопротивление:

, (2.10)

где - расстояние между подстанцией и ПСК;

км;

Ом;

Ом,

, Ом.

3. Расчет уставок защиты фидера КС ТП

3.1 Ненаправленная ДЗ1

Эта ступень отсраивается от КЗ на шинах ПСК

, (3.1.1)

Ом;

Дистанционная защита имеет `мертвую зону' в месте близком к месту установки аварийного комплекта. Это объясняется тем, что при близких КЗ напряжение падает и его может оказаться недостаточно для срабатывания защиты. Для отстройки от такого режима проименяется токовая отсечка. Напряжения перевода на ТО:

, (3.1.2)

где - коэффициент запаса, принимаю =1,25

- минимальное напряжение на шинах подстанции при КЗ на шинах ПСК;

Первую ступень защиты переводят в режим токовой отсечки для обеспечения селективности по отношению к току подпитки, который протекает через защищаемый фидер при КЗ на смежный фидер.

, (3.1.3)

кВ;

кВ

Другое условие по которому отстраивают первую ступень -это от максимальных токов подпитки от смежной подстанции. В этом слечае сопротивление срабатывания определяетя по формуле:

, (3.1.4)

кА;

Другое условие по которому отстраивают первую ступень -это от максимальных токов подпитки от смежной подстанции. В этом слечае сопротивление срабатывания определяетя по формуле:

, (3.1.5)

где -максимальный рабочий ток, проткекающий через защищаемый фидер от соседней подстанции (А) при КЗ на соседнем фидере;

, Ом;

Из двух расчитанных сопротивлений выбираем наименьшее:

Ом.

проверяем на селективность по отношению к максимальным токам нагруки фидеров:

, (3.1.6)

где -минимальное сопротивление нагрузки;

, (3.1.7)

где - минимальное рабочее напряжение на шинах ТП, равное 21 кВ.

Ом;

;

- условие выполняется.

3.2 Ускоренная токовая отсечка

Данная защита выбирается из условия отсройки от токов КЗ в конце защищаемой зоны то есть у ПСК. Найдем ток срабатывания защиты:

, (3.2.1)

где ,

, (3.2.2)

кА;

кА

Проверяем полеученное значение тока по условию:

, (3.2.3)

- условие выполняется.

Проверка по чувствительности. Точка для проверки чувствительности на шинах подстанции.

, (3.2.3)

где - коэффициент чувствительности,

- минимальный ток КЗ, протекающий по фидеру при КЗ непосредственно за выключателем;

, (3.2.4)

кА;

Поскольку к_ч меньше 2, корректирую ток срабатывания защиты по формуле:

кА.

3.3 Дистанционная направленная защита

Сопротивление срабатывания второй ступени выбираются из расчетного минимального тока КЗ на шинах смежной подстанции.

, (3.3.1)

где - сопротивление до шин смежной подстанции;

Для узловой схемы:

, (3.3.2)

где - расстояние от подстанции до ПСК;

(18,77+j 39,79)= Ом;

Итак, Ом;

Полученные параметры срабатывания защиты необходимо привести ко вторичной стороне трансформаторов тока и напряжения. Для этого воспользуюсь следующими формулами:

, (3.3.3)

где - коэф-нт трансформации TA;

- коэф-нт трансформации TV;

, (3.3.4)

, (3.3.5)

Выбираю трансформаторы тока и напряжения. По максимальному току фидера подстанции I_пmax =430 А принимаю допустимый ток первичной обмотки TA равный 600 А и, исходя из того, что величина вторичного тока есть величина стандартная для большинства трансформаторов тока найду коэффициент трансформации TA по формуле:

Аналогично рассуждая для трансформатора напряжения приму U₁=35 кВ, U₂= 100 В.

Ом

Ом

В

А

4. Расчет уставок защиты фидера ПСК

4.1 Дистанционная направленная защита

Первичное сопротивление срабатывания защиты:

, (4.1.1)

Поскольку расстояния между п/ст и ПСК одинаковы, а значит одинаково и входное сопротивление. Ом. Селективность первой ступени по отношению к току нагрузки обеспечивается угловой характеристикой, тем не менее, выполняю проверку по отстройке от токов нагрузки.

, (4.1.2)

где - заданный максимальный ток ПСК;

- Условие селективной работы выполняется

4.2 Ускоренная токовая отсечка

За расчетное значение тока срабатывания выбираю большее из двух значений

, (4.2.1)

, (4.2.2)

где к_з1 к_з2 - коэффициенты запаса

А

Ток I_{к max} берется при КЗ на шинах смежной подстанции, при этом предполагается, что соседний путь отключен.

, (4.2.3)

553,1 А

;

А;

Проверка на селективность по отношению к максимальным токам подпитки, протекающим через фидер ПСК при КЗ на смежном фидере вблизи ПСК, осуществляется по формуле:

, (4.2.4)

где - максимальный ток подпитки;

, (4.2.5)

1122 А

;

А;

Окончательно выбираем наибольший из рассчитанных ток:

А;

4.3 Ненаправленная ДЗ2

, (4.3.1)

где к_ч - коэффициент чувствительности к_ч =1,5

, (4.3.2)

Ом

Ом;

Проверку выбранного на селективность по отношению к максимальным токам ПСК не производят, так как эти токи невелики. Напряжение перевода в режим ТО определяется из условия:

, (4.3.3)

где - максимальное напряжение на шинах ПСК при КЗ на расстоянии 2-3 км от ПСК;

, (4.3.4)

где - сопротивление одного км контактной сети одного пути двух путного участка

- эквивалентное сопротивление;

- расстояние равное 2 км;

, (4.3.5)

Ом/км

, (4.3.6)

, (4.3.7)

Ом/км

Ом

кВ

кВ

Полученные параметры срабатывания защиты необходимо привести ко вторичной стороне трансформаторов тока и напряжения. Для этого воспользуюсь формулами, которые были описаны выше (см. п. 3.3)

Выбираю трансформаторы тока и напряжения. По максимальному току ПСК I_пmax =300 А принимаю допустимый ток первичной обмотки TA равный 400 А и, исходя из того что величина вторичного тока есть величина стандартная для большинства трансформаторов тока, найду коэффициент трансформации TA по формуле:

Аналогично рассуждая для трансформатора напряжения приму U₁=35 кВ, U₂= 100 В.

Ом

Ом

В

А

По полученным значениям сопротивления срабатывания реле строим характеристики защиты ТП и ПСК на рис. 4 и рис. 5 соответственно.

5. График селективности защит

При двухстороннем питании контактной сети селективность обеспечивается при помощи направленной многоступенчатой защиты с выдержкой времени.

Первую ступень составляет ТО и дистанционная защита с реле полного сопротивления. Выдержка времени первая ступень не имеет. Зона действия первой ступени не превышает 80 % расстояния от тяговой подстанции до поста секционирования. Иначе возможно неселективное действие защиты, в случае КЗ за ПСК.

Вторая ступень имеет выдержку по времени 0,4-0,5 с., а ее зона действия распространяется на участок . Вторая ступень основана на защите минимального напряжения или на дистанционной защите с реле полного сопротивления. Графики селективности используют для наглядного представления о взаимодействии защит. Эти графики показывают зависимость времени действия защиты от места расположения КЗ. График селективности защит приведен на рис. 6.

Список литературы

1. Фигурнов Е. П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. - М.: Транспорт, 1981.

2. Котельников А. В. Электрификация железных дорог. Мировые тенденции и перспективы. - М.: Интекст, 2002.

3. Прохорский А. А. Тяговые и трансформаторные подстанции. - М.: Транспорт, 1983.

4. Кузнецов В. Г. Конспект лекций по дисциплине “Релейная защита”. 2003.

Размещено на Allbest.ru