Автоматизированная система управления тяговым электроснабжением

- БМРЗ-ТД-03 - продольная дифференциальная защита трехобмоточного трансформатора;

- БМРЗ-ТД-04 - многофункциональная дифференциальная защита трехобмоточного трансформатора;

- БМРЗ-ТД-05 - дифференциальная защита ошиновки трансформатора;

- БМРЗ-ТД-06 - полная дифференциальная защита трехобмоточного трансформатора.

Перечень функций:

- двухступенчатая продольная дифференциальная токовая защита;

- дифференциальная защита по сумме фазных токов и току нулевой последовательности (REF-дифференциал);

- резервирование отказов выключателя (УРОВ);

- автоматическая и ручная балансировка токов плеч дифференциальной защиты;

- автоматическое осциллографирование аварийных процессов;

- временная диаграмма переходных процессов;

- включение в АСУ и информационные системы.

Описание функций защиты и автоматики:

1) Грубая ступень дифференциальной защиты - дифференциальная токовая отсечка (ДТО). ДТО обеспечивает ускорение отключения коротких замыканий на стороне высшего напряжения

Время срабатывания ДТО составляет:

при кратности дифференциального тока к уставке 1,2…30 мс;

при кратности дифференциального тока к уставке более 2,0…20 мс.

2) Чувствительная ступень - дифференциальная защита с торможением (ДЗТ). ДЗТ обеспечивает отключение защищаемого объекта при всех видах КЗ, а также при витковых замыканиях в обмотке высшего напряжения

Оригинальный алгоритм формирования тормозного сигнала на базе выборок мгновенных значений токов плеч защиты обеспечивает высокую отстройку как от установившихся, так и переходных токов небаланса. В установившемся режиме тормозная величина пропорциональна полусумме действующих значений первых гармонических составляющих токов плеч.

Для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов небаланса используется время - импульсный принцип отстройки в сочетании с торможением от второй гармонической составляющей дифференциального тока. Для повышения отстройки от "трансформированных" однополярных бросков намагничивающего тока используется принцип коррекции формы кривой. Механизм коррекции реализован в цифровой форме. Время срабатывания ДЗТ при кратности дифференциального тока к уставке 1,2 составляет 45 мс.

3) Дифференциальная защита по сумме фазных токов и току нулевой последовательности (REF - дифференциал). REF-дифференциал является защитой с абсолютной селективностью от замыканий на землю на стороне трансформатора, имеющей заземленную нейтраль.

4) Резервирование отказов выключателя (УРОВ).

Сигнал “УРОВ” выдается через время, равное уставке ТУРОВ, после выдачи сигнала на отключение выключателя при срабатывании любой защиты и сохранении условий её пуска. Алгоритм УРОВ может выполняться с контролем положения выключателя на стороне высшего напряжения.

Сервисные функции:

1) Балансировка плеч дифференциальной защиты.

Балансировка плеч дифференциальной защиты выполняется блоком в цифровой форме на основе информации о силовом трансформаторе и высоковольтных трансформаторах тока, вводимой пользователем. В блоке предусмотрены два режима балансировки - ручной и с автоматической подстройкой к положению РПН. Отстройка от токов нулевой последовательности на стороне заземленной нейтрали при схеме соединения трансформаторов тока "звезда" производится автоматически в цифровой форме.

2) Осциллографирование аварийных процессов.

При срабатывании защиты блок производит запись мгновенных значений входных аналоговых (по выбору пользователя) и дискретных сигналов (входных, выходных, признаков работы защит). В памяти устройства сохраняется одна осциллограмма. До считывания ее в АСУ или ПЭВМ.

3) Временная диаграмма переходных процессов.

При превышении уставки по току небаланса фиксируется временная диаграмма переходного режима. В диаграмме фиксируются действующие значения 6 вычисляемых аналоговых величин по выбору пользователя (например, дифференциальные и тормозные токи в трех фазах) и 16 дискретных признаков. В памяти устройства сохраняется одна диаграмма. При повторном возникновении условий пуска осциллографа старая диаграмма стирается.

3.4.4 Выбор средств коммуникации

Датчики

Приём сигнала о параметре и настройка датчика осуществляется с помощью HART-модема или HART - коммуникатора. HART - протокол - цифровой промышленный протокол передачи данных. Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4-20 мА. Таким образом, питание датчика, снятие его первичных показаний и вторичной информации осуществляется по двум проводам. К одной паре проводов может быть подключено несколько датчиков. В этом случае датчики передают информацию только в цифровом виде, а сигнал 4-20 мА фиксируется на минимальном значении и не содержит информации об измеряемой величине.

Модем MD - HART предназначен для связи персонального компьютера или системных средств АСУТП с устройствами, поддерживающими HART - протокол.

Модем, с одной стороны, обрабатывает поступающий на HART-вход частотно-модулированный сигнал, а с другой - обеспечивает связь с ПК по интерфейсам RS-232 или RS-485. В обрабатываемом частотно-модулированном HART-сигнале частоте 1200 Гц соответствует логическая единица, а 2200 Гц - логическому нулю. Амплитуда тока HART-сигнала равна примерно 0,5 мА, скорость передачи по HART-каналу составляет 1.2 кбит/с.

Питание модема может осуществляться как от ПК по линии связи RS-232, так и от внешнего источника.

Для линий связи следует применять специальный кабель типа «витая пара», причем при длине линии более 50 м рекомендуется применять экранированную витую пару.

Блок ЦЗАФ-3,3

- Канал телеуправления RS-485;

- Канал RS-232 для подключения переносного компьютера;

- Оптический кабель;

Контроллер PP41

Связь с системой управления верхнего уровня (диспетчерским пультом, системой телемеханики) осуществляется как по обычной многопроводной связи через клеммник, так и по двухпроводной связи через порт RS-485 на расстояние до 1200 м.

Контроллер MicroPC

- интерфейсы RS232/422/485 для сбора данных с первичных измерительных приборов (счетчиков электроэнергии, микропроцессорных защит типа MiCOM, МР и др.);

- 2/4 проводные RS422/RS485 для создания локальной подсети на контролируемых пунктах;

- интерфейс RS-485 для подключения до 30 внешних устройств с протоколом ModbusRTUсо скоростью 9600 бит/с с последующей обработкой полученных данных - телеизмерений и телесигнализации, и передачей в канал связи;

- протоколы связи с диспетчерским центром - ЛИСНА-Ч, ЛИСНА-В, ЛИСНА-М, Modbus RTU;

Шкаф управления тяговой подстанцией (ШУП)

ШУП обеспечивает связь с энергодиспетчерским пунктом:

- через сеть передачи данных с использованием Ethernet и протокола TCP/IP;

- по выделенным линиям ТУ/ТС через внешний узел связи телемеханики АСТМУ;

- через оконечные устройства сети передачи данных с использованием интерфейса RS485.

- MODBUS - протокол обмена с контроллерами присоединений и с компьютером диспетчерской

- RS-485 - интерфейс обмена с контроллерами присоединений и с модемом;

4. РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНОГО ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИТ ФИДЕРОВ 3,3кВ: ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ФИДЕРНОЙ АВТОМАТИКИ

Надежность элементов системы электроснабжения кроме прочих параметров во многом зависит от параметров элементов защиты. Поэтому для эффективного и экономичного использования всех частей системы важно правильного выбрать и настроить элементы защиты. Так как тяговая сеть не имеет резерва как другие элементы системы тягового электроснабжения, поэтому очень важна защита, устанавливаемая на фидеры тяговых подстанций и постов секционирования. Большие токи коротких замыканий могут очень быстро вывести из строя участок контактной сети. Исходя из этого, контактная сеть (КС) должна снабжаться быстродействующей защитой, которая в совокупности с быстродействующими выключателями обеспечивала бы отключение поврежденного участка за минимальное время.

Фидеры КС работают в более тяжелых по сравнению с высоковольтными линиями электропередачи условиях, определяемых специфическими режимами. Это проявляется, прежде всего, в повышенном числе отключений выключателей фидеров. Причинами отключений могут быть короткие замыкания и перегрузки, вызванные совпадением пуска нескольких поездов.

Исходные данные

Условия, при которых ток минимальный: замыкание в самой удаленной от питающей линии точке секции; на подстанции включен один агрегат, нагруженный до номинального тока другими фидерами; напряжение в первичной системе понижено на 5% от номинального ( = 0,05); замыкание с явлением дуги [15].

Состав контактной подвески: М-120+2МФ-100;

ОЛ: А-185 4 провода;

ПЛ: А-185 3 провода;

Длина зона короткого замыкания

тип рельса Р-65;

тип выпрямителя В-ТПЕД;

тип трансформатора ТРДП-12500/10-ЖУ-11-0;

Номинальная мощность трансформатора

Фазное напряжение вентильной обмотки =1305,В;

Мощность короткого замыкания в конце первичной линии

Напряжение короткого замыкания

Решение:

; (4.1)

где - потери напряжения в выпрямителе;

- эквивалентное сопротивление;

(4.2)

- сопротивление контактной сети;

(4.3)

где (4.4)

- сопротивление рельсовой сети;

(4.5)

- сопротивление отсасывающей линии;

(4.6)

где - число проводов;

- длина проводов;

- сопротивление питающей линии;

 (4.7)

Значение тока уставки выбирается по условию ;

Эффективный ток линии можно найти по выражению:

; (4.8)

где - коэффициент эффективности схемы;

;

- коэффициент схемы;

- плотность движения поездов;

- длина секции;

- средний ток линии;

(4.9)

(4.10)

(4.11)

Выражение (4.11) описывает гиперболу, зависимость можно представить в виде:

Рисунок 6 - Зависимость

Для заданных величин определяется

Далее по значению параметра

(4.12)

и диаграммам, представленным в [15], определяется мгновенный максимум и значение

(4.13)

В результате получена зависимость , которая имеет вид

Рисунок 7 - Зависимость

Полученная зависимость позволяет подбирать значение тока уставки в зависимости от числа поездов, находящихся на секции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы выполнен краткий обзор этапов развития устройств автоматики и телемеханики; показано как менялась их элементная база, начиная от телефонных реле и шаговых искателей и заканчивая микроэлектронной аппаратурой. Рассмотрена система телеуправления «Лисна», аппаратура, структурные схемы, технические данные системы. Приведено описание современной автоматизированной системы управления электроснабжением АСУ Э.

На следующем этапе проведен анализ схемы однолинейной тяговой подстанции и схемы питания и секционирования прилегающего участка контактной сети; выделены присоединения, подлежащие автоматизации. Для каждого присоединения указаны элементы, входящие в его состав, и выбраны автоматизируемые функции, применимые к этим элементам. Приведены описания выбранных функций, с указанием принципов и схем, по которым они выполняются; с перечнем элементов, необходимых для их выполнения (датчики для сбора первичных данных, счётчики электроэнергии и т.д.).

Далее приведено описание SCADA - технологий, их возможностей и преимуществ, позволяющих применить эти технологии в проектируемой системе. Структурно система представлена в виде трёх уровней. Аппаратура каждого уровня выполняет свои функции, которые в совокупности обеспечивают полноценную работу системы вцелом.

Также осуществлен подбор оборудования системы, с учётом совместимости устройств разных уровней между собой. Для организации своевременной и достоверной передачи информации между уровнями необходимо, чтобы аппаратура поддерживала один тип интерфейса (каналы связи RS-485, RS-232). Приведены основные характеристики и функции используемых датчиков, контроллеров, блоков микропроцессорной защиты.

Для выбора и обоснования защиты фидера тяговой сети 3,3 кВ, проведен расчет минимального тока короткого замыкания.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. Почаевец, В.С. Автоматизированные системы управления электроснабжением [Текст]. - М.: Маршрут, 2003. - 318 с.

2. Автоматизированная система управления электроснабжением [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://www.west-automatica.com /LinkClick.aspx?fileticket=Hl3WM6QREM0%3D&tabid=59&language=ru-RU

3. Продукция «НИИЭФА-ЭНЕРГО» [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://www.nfenergo.ru/production.htm - Загл. с экрана

4. Дмитриевский, Г.В. Автоматика и телемеханика электроснабжающих устройств [Текст] / Дмитриевский Г.В., Овласюк В.Я., Сухопрудский Н.Д. - М.: Транспорт, 1982. - 232 с.

5. НТЦ «Механотроника» цифровые устройства релейной защиты микропроцессорные [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://www.mtrele.ru - Загл. с экрана

6. Сухопрудский, Н.Д. Автоматизация систем электроснабжения [Текст] / Сухопрудский Н.Д., Жарков Ю.И., Овласюк Н.Г., Сергеев Н.Д.; учеб. Для вузов ж.-д. трансп./ под ред. Сухопрудского Н.Д. - М.: Транспорт, 1990. - 359 с.

7. Концепция scada - систем [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://mai-umc.ru/npk-vti/kontseptsiya-scada-sistem.html

8. Матвейкин, В.Г. Применение SCADA-систем при автоматизации технологических процессов [Текст] / Матвейкин В.Г., Фролов С.В., Шехтман М.Б. - М: Машиностроение, 2000. - 176с.

9. ГОСТ 21.404-85. Обозначения условные приборов и средств автоматизации [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://www.snip-info.ru/Gost_21_404-85.htm

10. ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы, стадии создания / Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Информационная технология [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://www.admhmao.ru/inform/law/gost_1.htm

11. Приборостроительный завод «Вибратор» [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://www.vbrspb.ru

12. «Овен СПб» электронные устройства для промышленной автоматизации [Электрон ресурс] - Режим доступа: www.eleplus.ru/ catalog /br /visual /pp1.html

13. Всё о релейной защите [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://www.rza.org.ua - Загл. с экрана

14. Модем MD-hart Руководство по эксплуатации [Электрон. ресурс] - Режим доступа: http://skbpa.aha.ru/catalog/models/soglas_ustr/doc/re_mdhart.pdf

15. Сопов, В.И. Электроснабжение электрического транспорта [Текст] / Сопов В.И., Прокушев Ю.А. - Новосибирск: НГТУ, 2006. - 132 с.

Размещено на Allbest.ru