Разработка защит элементов системы тягового электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Самарский государственный университет путей сообщения

Кафедра: «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Микропроцессорные системы релейной защиты»

Тема: «Разработка защит элементов системы тягового электроснабжения»

САМАРА 2016



Реферат

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ: Релейная защита, уставка, двухпутный участок, отпаечная тяговая подстанция, дифференциальная защита, трехобмоточный трансформатор, токовая защита.



Задание на выполнение работы

Целью контрольной работы является приобретение студентами практических навыков по расчету релейной защиты элементов системы тягового электроснабжения подвижного состава.

При выполнении контрольной работы необходимо выполнить расчет заключается устройств релейной защиты понижающего трансформатора отпаечной тяговой подстанции переменного тока и защит фидеров двухпутного участка тяговой сети постоянного тока (рисунок 1) по вариантам исходных данных.

Варианты исходных данных заданы в таблицах 1 и 2 методических указаний. Выбор вариантов выполняется на основании предпоследней и последней цифр номера зачетной книжки студента.

Рисунок 1 - Схема питания расчетного участка тяговой сети постоянного тока на перегоне между тяговыми подстанциями ТПА и ТПБ: ПС - пост секционирования; БВ1 … БВ8 - быстродействующие выключатели защиты четного и нечетного фидеров

Расположение БВ выбирается по таблице 2 в соответствии с вариантом задания.



1. Исходные данные для расчета

По варианту задания 104 составим таблицу исходных данных (таблица 1).

Таблица 1 - Исходные данные по варианту задания 53

Тип, мощность, напряжение обмоток трансформатора по высокой, средней и низкой стороне	ТДТНЖ 40000/110 115/27,5/10,5
Мощность К.З. на шинах 110 кВ подстанции, кВА
Выдержка времени фидеров, питающихся от шин 27,5 кВ, с	0,7
Выдержка времени фидеров, питающихся от шин районной обмотки трансформатора, с	0,9
Ступень выдержки времени, с	0,4
Расстояние между подстанциями, км	15
Быстродействующие выключатели защиты фидеров	В2, В4, В6, В8
Тип контактной подвески (в числителе - нечетный путь в знаменателе - четный)
Максимальный ток нагрузки фидера подстанции (числитель для т.п. А, знаменатель - для т.п. Б)
Тип рельсов	Р65

Для простоты расчета будем считать, что пост секционирования находится посередине между подстанциями А и Б. В защите нечетных фидеров используются выключатели ВАБ - 49, а для защиты четных фидеров используются выключатели ВАБ - 43. Источник оперативного тока на тяговой подстанции напряжением 110 В постоянного тока.



2. Расчет защит трехобмоточного трансформатора отпаечной тяговой подстанции переменного тока

2.1 Расчет дифференциальной защиты трансформатора

2.1.1 Расчет максимальных и минимальных токов при трехфазных коротких замыканиях на сторонах среднего и низкого напряжения

Сопротивления обмоток трехобмоточного трансформатора Хт определяются приближенно при известной номинальной мощности трансформатора по формуле:

(1)

где - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора; - напряжения короткого замыкания в % для отдельных обмоток трансформатора.

Величины по высокой, средней и низкой сторонам трансформатора определяются по соотношениям:

, (2)

где - напряжения при коротком замыкании соответственно между обмотками высокой и средней сторон, высокой и низкой сторон, средней и низкой сторон:

%



%

%

Значения величин выбираем из таблицы паспортных данных трансформатора (таблица 2).

Таблица 2 - Паспортные данные трансформатора ТДТНЖ- 10000 /110, УХЛ1 по ГОСТ Р 51559-2000

Тип изделия, обозначение нормативного документа

Номинальная мощность, кВА

Номинальное напряжение обмоток, кВ

Схема и группа соединения обмоток

Потери, кВт

Напряжение короткого замыкания, % ВН; ВС; СН

Ток холост ого хода, %

Габаритные размеры, мм длина х ширина х высота

Масса, кг, не более

ВН

СН

НН

холостого хода

короткого замыкания

масла

полная

ТДТНЖ- 10000 /110, УХЛ1 ГОСТ Р 51559-2000

10000

115

27,5

10,5

Yh/Yh/D- 0-11

17,0

76

17; 10.5; 6,5

1,0

5800 x 3100 x 5150

13420

39600

Ом

Ом

Ом

Определим токи К.З. протекающие через защищаемый трансформатор при К.З. на стороне среднего, низшего напряжения. В max и min режиме работы.

, (3)

где - номинальное напряжение обмотки высшего напряжения;

- результирующее сопротивление системы и обмоток трансформатора соответственно на максимальном и минимальном режимах работы.

Ом

Ом

На средней стороне:

Ом

А

Ом

А

На низкой стороне

Ом

А

Ом

А

Принимаем А, А.

2.1.2 Расчет токов в плечах защиты

Определим первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора; выберем номинальные коэффициенты трансформации трансформаторов тока (Т.Т.), вычислим токи в плечах защиты:

А;

А;

А;

(4)

А;

А;

А;

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.



Таблица 3 - Результаты расчета токов в плечах защиты

Наименование величины	Числовые значения
	ВН	СН	НН
Первичные номинальные токи, А	201,055	600,55	840,86
Коэффициент трансформации,
Коэффициент схемы			1
Вторичные номинальные токи, А	5,803	6,501	4,2

2.1.3 Выбора типа реле дифференциальной защиты

Первоначально определяется возможность применения реле типа РНТ. Для этого выбирается первичный ток срабатывания защиты, приведенный к стороне высшего напряжения трансформатора

Первым условием выбора является отстройка от броска тока намагничивания:

а)

где - номинальный ток со стороны ВН трансформатора;

- коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания.

Для реле типа РНТ выбираем (для, ДЗТ = 1,5).

Вторым условием выбора является отстройка от тока небаланса при внешних К.З.

б) ;

где - коэффициент запаса. Для реле типа РНТ = 1,3 (для ДЗТ = 1,5);

- ток небаланса. Определяется по выражению:

(5)

где - коэффициент, учитывающий переходный режим токов К.З. Для реле с БНТ выбираем;

- коэффициент однотипности Т.Т. При одном выключателе на всех сторонах трансформатора ;

- допускаемая относительная погрешность Т.Т.();

- относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения. Для трансформатора ТДНЭ ;

- относительная погрешность от неточного выравнивания токов плеч защиты вследствие невозможности точной установки на реле расчетного числа витков. Так как число витков пока еще неизвестно, то принимается ;

- максимальное значение тока К.З. (на стороне ВН трансформатора) при К.З. на стороне СН или НН.

Наибольшее из двух найденных значений принимается за ток срабатывания.

А;

а) А;

б) А;

Принимаем А;

По выбранному току срабатывания определяется коэффициент чувствительности дифзащиты с реле типа РНТ:



; (6)

где - значение минимального тока двухфазного К.З., приведенного к стороне ВН трансформатора.

Определяется по выражению:

; (7)

А;

Так как при , дифзащиту с реле типа РНТ, т.е. без торможения, выполнить нельзя. В этом случае следует применить реле типа ДЗТ.

2.1.4 Выбор уставок реле типа ДЗТ

Выбор уставок реле типа ДЗТ (уставки реле типа РНТ выбираются аналогично, только без расчета тормозной обмотки).

А;

Найдем вторичный ток срабатывания реле:

(8)

А;

Выбираем реле типа РТ 40/10.

Определим число витков обмоток реле ДЗТ:

а) Число витков дифференциальной (рабочей) обмотки Wд определяется по выражению:

(9)

где - магнитодвижущая (намагничивающая) сила, необходимая для срабатывания реле. Для ДЗТ-11 АВит.

Исходя из расчетного значения, принимаем ближайшее целое число витков дифференциальной обмотки .

б) Расчетное число витков уравнительных обмоток Wур определяется из условия равновесия намагничивающих сил в реле, создаваемых номинальными токами в дифференциальной и уравнительных обмотках.

(10)

где - вторичные токи в плечах защиты

витк.

Принимаем 11 витков.



витк.

Принимаем 17 виток.

в) Число витков тормозной обмотки выбирается с учетом схемы ее включения, исходя из условия надежного несрабатывания защиты при внешних К.З. на стороне СН или НН трансформатора, по формуле:

(11)

где - коэффициент запаса, ;

- расчетное число витков дифференциальной обмотки;

- максимальный ток небаланса при трехфазном К.З. на одной из сторон (СН или НН) трансформатора.

- для реле ДЗТ-11 (соответствует минимальному торможению по заводской характеристике).

витк.

(12)

где - расчетное и принятое к установке на реле число витков уравнительных обмоток.

А;



А;

Принимаем IНБ = 386 А, WBT = 7 витк.

2.1.5 Расчет коэффициента чувствительности

Определение коэффициента чувствительности защиты при К.З. за трансформатором в зоне действия защиты.

(13)

где - значение минимального тока двухфазного К.З.;

- коэффициент трансформации и схемы соединения т.т со стороны ВН трансформатора.

- принятое к установке на реле число витков дифференциальной обмотки;

- магнитодвижущая сила для реле ДЗТ-11.

2.2 Расчет максимальных токовых защит трансформатора от внешних коротких замыканиях

Ток срабатывания МТЗ в общем случае определяется по выражению:

(14)

где - коэффициент запаса;

- коэффициент, учитывающий режим самозапуска двигателей.

Принимается:

- для МТЗ со стороны ВН и тяговой обмотки трансформатора;

- Для МТЗ со стороны районной обмотки трансформатора;

- коэффициент возврата реле. Для реле типа PT-40 ;

- максимальный ток нагрузки. Принимается с учетом допустимой перегрузки соответствующей обмотки трансформатора.

- для стороны ВН трансформатора;

- для стороны тяговой и районной обмотки трансформатора.

А; А;

А; А;

А; А;

Выдержка времени МТЗ вводов тяговой и районной обмоток трансформатора выбирается из условия селективности по отношению к защитам фидеров, питающихся от соответствующих шин.

Выдержка времени МТЗ со стороны ВН трансформатора должна удовлетворять условиям:

С;

С;

с;

с;

Принимаем 1,6 С.

2.3 Расчет максимальной токовой направленной защиты

Первичный ток срабатывания пусковых реле выбирается по выражению:

А; А;

2.4 Расчет максимальных токовых защит от ненормальных режимов

Первичный ток срабатывания защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора.

А; А

Первичный ток срабатывания автоматики обдува трансформатора определяется:



А; А;

2.4.1 Выбор и расчет уставок защит фидеров тяговых подстанций и постов секционирования

трансформатор подстанция токовый защита

Таблица 4 - Исходные данные для ввода в ЭВМ

Наименование	Подстанция
	А	Б
Шин минимум, В	3000	3200
Внутреннее сопротивление подстанции, Ом	0,5	0,2
Сопротивление реактора, ОМ	0,008	0,008
Сопротивление отсоса, Ом	0,005	0,005
Сопротивление питающего фидера, Ом	0,06	0,06
Удельные электрические сопротивления элементов тяговой сети:	Ом/км
Цепная контактная подвеска (износ контактного провода-15%)
М120+МФ100	0,0839
М120+2МФ100+2А185	0,0342
Два пути рельсов Р65 (с учетом стыков)	0,008

Рисунок 2

 

Библиографический список

1. Лицхер Л. Я. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Релейная защита». Самара: 1992. 30 с.

2. Справочник по электроснабжению железных дорог. T.1/под ред. К.Г. Маркварда. М.: Транспорт, 1981, 392 с.

3. Давыдова И. К., Попов Б.И., Эрлих В.М. Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования. М.: Транспорт, 1988. 416с.

Размещено на Allbest.ru