Расчет электронных защит фидеров 27.5 кВ контактной сети тяговых подстанций
Защита фидера контактной сети тяговой подстанции является
двухступенчатой.
При расчете используются следующие значения удельных сопротивлений
тяговой сети:
Z11- полное удельное сопротивление тяговой сети однопутного участка,
Ом/км;
Z21- полное удельное сопротивление тяговой сети однопутного пути
двухпутного участка при отсутствии тока в контактной сети соседнего пути,
Ом/км;
Z22- полное удельное сопротивление тяговой сети однопутного пути
двухпутного участка при одинаковых по величине и направлению токах в
контактной сети обоих путей, Ом/км.
Значения этих сопротивлений приведены в табл. 1.13
Таблица 1.13
Удельные сопротивления тяговой сети
1.5.6.1 Дистанционная ненаправленная защита
Является первой ступенью защиты ДС-1 отключает без выдержки времени
к.з. в пределах 80-85 % зоны подстанция-пост секционирования. Для
исключения ложных действий первой ступени защиты из-за значительного
снижения напряжения при к.з. на сложном пути предусмотрен автоматический
перевод датчика ДС-1 в режим датчика тока.
В этих случаях, т.е. при значительном снижении напряжения,
поступающего от трансформатора напряжения, ток в схеме ДС-1 определяется
стабилизированным напряжением Uст, в связи с чем ДС-1 превращается в датчик
тока.
Так как первая ступень защиты имеет собственное время срабатывания 30
( 60 мс., то с целью уменьшения времени отключения к.з., сопровождающихся
большим током, дополнительно применена еще ускоренная токовая отсечка
(УТО), имеющая собственное время срабатывания 5 ( 10 мс.
Вторая ступень защиты, защищая зону до шин смежной подстанции,
представляет собой дистанционную направленную защиту с выдержкой времени
0.4 ( 0.5 с. В этой ступени используется датчик полного сопротивления ДС-2
с круговой характеристикой радиусом, равным сопротивлению срабатывания
второй ступени, и фазовый орган ФТН, который обеспечивает срабатывание
второй ступени в заданном диапазоне углов (45 ( 95().
Первичное сопротивление срабатывания защиты выбирается наименьшим из
следующих трех условий:
а) по условию селективной работы с защитами фидеров поста
секционирования
Zс.з.=(0.8 -0.85)*Z11* l /2;
(1.55)
где l=50 км — расстояние до смежной подстанции.
Zс.з.=0.85*25*0.42=8.925 Ом.
б) по условию селективности к максимальному току нагрузки фидера
Zс.з.= Uр.мин ,
(1.56)
Кн*Iн.max
где Uр.мин — минимальное напряжение на шинах подстанции в рабочем
режиме (Uр.мин=25кВ);
Кн=1.2 — 1.3 — коэффицент надежности;
Iн.max — максимальный ток нагтузки фидера подстанции, кА.
Zс.з.=25000 / (1.2*500)=41.7 Ом.
в) по условию селективности к максимальному току подпитки от соседней
подстанции Б при к.з. на соседнем фидере
Zс.з.= Uс.з. ,
(1.57)
Кн*Iк.max.Б
где Uс.з.-напряжение перевода защиты в режим токовой отсечки.
Uс.з.=Uк.мин / Кн ,
(1.58)
где Uк.мин — минимальное напряжение на шинах подстанции при к.з. на
шинах поста секционирования.
Напряжение Uк.мин определяется по формуле:
Uк.мин=Uном*Z11*l1 / (4*(X(c.мин.а+Xп.т.)+Z11*l1), (1.59)
где Uн — номинальное напряжение 27.5 кВ;
l1 — расстояние до поста секционирования;
X(с.мин.а — сопротивление питающей системы подстанции А для
минимального режима работы, приведенное к напряжению
27.5 кВ, Ом;
X(с.мин.а= Xс.мин.а*(Uном / Uc)2 ;
(1.60)
Xс.мин.а — минимальное сопротивление системы;
Xп.т. — сопротивление понижающего трансформатора, приведенное к
напряжению 27.5 кВ, Ом;
Xп.т= uк.п.*U2ном / (100*Sп.т.) ;
(1.61)
Sп.т — номинальная мощность понижающего трансфор- матора, МВ*А;
Iк.max.Б — максимальный ток подпитки от соседней подстанции;
Iк.max.Б=Uном / (4 X(с.макс.Б+2 Xп.т.*Z22*l); (1.62)
X(с.макс.Б — сопротивление питающей системы соседней подстанции
для максимального режима работы, приведенное к
напряжению 27.5 кВ, Ом.
X(с.мин.а=25*1.2 *(27.5/ 115*)2=1.72 Ом ,
Xп.т= 17*27.52 / (100*40)=3.21 Ом ,
Uк.мин=27.5*0.55*25 / (4*(1.72*3.21)+0.55*25=11.3 кВ,
Uc.з.=11.3 / 1.25 =9.04 кВ,
Iк.max.Б= 27.5 / (4*0.8*1.43+2*3.21+0.55*50)=0.714 кА,
Zс.з.=9.04 / (1.25*0.714)=10.1 Ом.
Окончательным сопротивлением срабатывания Zс.з. является наименьшее из
трех значений. Выбираем:
Zс.з.=8.93 Ом.
Сопротивление, напряжение и ток срабатывания электронных защит
определяем по формулам
Zс.р.= Zс.з.*Ктт / Кт.н.
(1.63)
Uс.р.= Uc.з. / Кт.н.
(1.64)
Iс.р.= Ic.з. / Кт.н.
(1.65)
где Кт.т.- коэффицент трансформации трансформатора тока;
Кт.н.- коэффицент трансформации трансформатора напряжения.
Zс.р.=8.93*120 / 275 =3.9 Ом ,
Uс.р.=9040 / 275 =32.9 В ,
Iс.р.=9040 / (8.93*120) =8.44 А.
1.5.6.2. Ускоренная токовая отсечка (УТО)
Первичный ток срабатывания ускоренной токовой отсечки Iс.з.УТО
выбирается наибольшим из 2-х, вычисленных по условиям:
а) по условию селективности работы с защитами поста секционирования:
Ic.з.=Кн*Iк.макс , (1.66)
где Iк.макс — максимальный ток к.з., протекающий через защищаемый
фидер подстанции при к.з. на шинах поста секционирования,
кА:
Iк.макс.=Uном / (2 X(с.мин.а+Xп.т.+Z21*l1). (1.67)
Iк.макс.=27.5 / (2*1.72+3.21+0.42*25)=1.66 кА,
Ic.з.=1.25*1.66=2.075 кА.
б) по условию селективности максимальному току нагрузки фидера:
Ic.з.=Кн*Iн.макс .
(1.68)
Ic.з.=1.25*0.5=0.625 А.
Чувствительность УТО проверяется по условию
Кч= Iк.мин. > 2,
(1.67)
Iс.з.
где Iк.мин.- минимальный ток протекающий по выключателю при к.з.
вблизи установки защиты.
Кч= 2.512 / 1.66 =1.2 < 2.
Т.к. условие (1.67) не выполняется, то ток срабатывания защиты
уменьшаем (сокращаем зону ее действия), принимая ее равным
Iс.з.= Iк.мин. / 2 .
(1.68)
Iс.з.= 2.512 / 2 =1.526 А.
1.5.6.3. Дистанционная направленная защита с выдержкой времени (ДЗ2п)
Является второй ступенью защиты.
Первичное сопротивление срабатывания второй ступени выбирается исходя
из минимального тока к.з. на шинах смежной подстанции.
[pic] (1.60)
где Zк max ( максимальное сопротивление измеряемое защитой при к.з. на
шинах смежной подстанции, при этом смежный путь на
участке поста секционирования ( смежная подстанция
считается отключенной, Ом;
kr = 1.5 ( коэффициент чувствительности защиты.
а) при узловой схеме:
[pic]
б) при раздельном питании путей:
[pic]
За расчетное значение Zк max принимается наибольшее из полученных Zк
max =45.82 Ом.
Установка по углу второй ступени фидера подстанции равна 64.74(.
Тогда по (1.60):
[pic]
Подставим результат расчета электронной защиты фидера тяговой
подстанции.
Полученные при расчетах значения первичных сопротивлений Zс.з.
напряжения Uс.з. и тока Iс.з. срабатывания защит нужно привести ко
вторичным сторонам измерительных трансформаторов, т.е. определить для
соответствующих величин уставки реле электронных защит.
[pic][pic] (1.61)
где [pic]( соответственно коэффициенты трансформации ТТ и ТН;
[pic]=1000/5=200
[pic]=27500/100=275
Тогда по (1.61):
[pic]
1.5.6. Защита линии электропередачи 35 кВ районных потребителей
Определяем первичный ток срабатывания МТЗ
при
[pic]
Тогда
[pic]
Определяем коэффициент чувствительности:
[pic]
Тогда ток срабатывания реле:
[pic]
По [11] выбираем токовое реле типа РТ40/6 с параллельными соединениями
обмоток с [pic]
По [11] выбираем реле времени типа ЭВ-225 с диапазоном уставок 0.5 (
3.5 с.
1.5.7. Расчет собственных нужд подстанции
Под собственными нуждами электроустановки понимаются все
вспомогательные устройства, механизмы и аппараты, необходимые для
эксплуатации в нормальном и аварийном режимах, к ним относятся:
трансформаторы собственных нужд, аккумуляторная батарея, зарядно-
подзарядное устройство (ЗПУ).
К схемам питания установок собственных нужд предъявляются следующие
требования:
( обеспечение достаточно высокой надежности питания потребителей
собственных нужд;
( простота выполнения и небольшая стоимость;
( простота эксплуатации и малые эксплуатационные расходы;
( безопасность обслуживания.
Питание потребителей собственных нужд может быть индивидуальное,
групповое, смешанное. В настоящее время широко применяют смешанное питание,
когда наиболее ответственные потребители подключаются непосредственно к
шинам источников собственных нужд.
Расчет собственных нужд подстанции сводится к расчету мощности и
выбору типа трансформатора собственных нужд. Расчетная максимальная
мощность для питания приемников собственных нужд, приходящаяся на один
трансформатор определяется из суммы нагрузок собственных нужд подстанции
[12].
В таблице 1.13 приведены потребители и их мощности.
Таблица1.13
Мощность потребителей собственных нужд.
|N |Наименование потребителей |Мощность 1-го|кол-во |Полная |
| | |потребит. |потребит.|мощн. |
|1 |Подогрев масла выкл.: | | | |
| |ВМТ-110Б |15.0 |1 |15.0 |
| |С-35М |3.6 |6 |21.6 |
| |ВМУЭ-35Б |1.8 |6 |10.8 |
| |ВМУЭ-27.5Б |1.8 |5 |9.0 |
|2 |Подогрев приводов выкл.: | | | |
| |ВМТ-110Б,ВМУЭ-35Б,ВМУЭ-27.5|0.8 |18 |14.4 |
| |Б | | | |
|3 |Обдув понижающего |10.0 |2 |20.0 |
| |трансформатора мощностью | | | |
| |Sн=40 МВ*А | | | |
|4 |Привод ПДН-1 |1.5 |16 |24.0 |
|5 |Подогрев шкафов СН |6.0 |2 |12.0 |
|6 |Подогрев приборных отсеков:| | | |
| |КРУН РУ 10 кВ |15.0 |1 |15.0 |
| |КРУН автоблокировки |5.0 |2 |10.0 |
|7 |Освещение открытой части |5.0 |1 |5.0 |
| |подстанции | | | |
|8 |Трансформаторы |100.0 |1 |100.0 |
| |автоблокировки | | | |
|9 |Дежурный пункт дистанции |54.0 |1 |54.0 |
| |к.с. | | | |
|10 |Передвижная база масляного |20.0 |1 |20.0 |
| |хозяйства | | | |
|11 |Отопление здания подстанции|40.0 |1 |40.0 |
|12 |Освещение здания подстанции|3.0 |1 |3.0 |
|13 |Калорифер помещения |8.0 |1 |8.0 |
| |аккумуляторной | | | |
|14 |Вентиляция помещения |4.0 |1 |4.0 |
| |аккумуляторной | | | |
|15 |Вентиляция машинного зала |1.6 |1 |1.6 |
|16 |Подзарядное устройство |10.0 |1 |10.0 |
| |батареи | | | |
|17 |Электроподогреватель душа |18.0 |1 |18.0 |
|18 |Слесарная мастерская |3.0 |1 |3.0 |
|19 |Неучтенная нагрузка |100.0 |1 |100.0 |
Таким образом суммарная мощность потребителей СН равна S=508.4 кВт.
Принятый трансформатор собственных нужд ТМ-630/35 удовлетворяет
потребностям мощности нетяговых потребителей.
1.5.8. Расчет и выбор аккумуляторной батареи
На тяговых подстанциях обычно применяют постоянный оперативный ток,
источником которого является аккумуляторные батареи типа СК, работающие в
режиме постоянного подзаряда. Аккумуляторную батарею выбирают по
необходимой емкости, определяемой типовым номером батареи, и по напряжению,
которое должно поддерживаться на шинах постоянного оперативного тока.
К постоянной нагрузке на подстанциях относятся цепи управления,
сигнализации, защиты, автоматики, телемеханики, блокировок безопасности и
т.д.
Количество последовательно соединенных аккумуляторных элементов
определяется необходимым напряжением на шинах. В последние годы на тяговых
подстанциях применяют батареи на 220 В [12]. Нагрузки батареи приведены в
таблице 1.14.
Таблица 1.14
Нагрузки батареи
|N |Потребители |Кол-во |Ток еди |Нагрузка батареи, А |
| |постоянного тока | |ницы, А |длит. |Кратковремен. |
|Постоянно присоединенные приемники: |
|1 |Лампы положения |25 |0.065 |1.6 |( |
| |выключателей | | | | |
|2 |Устройства |( |( |15 |( |
| |управления и | | | | |
| |защиты | | | | |
|Приемники присоединенные при аварийном режиме: |
|1 |Устройства |( |( |1.4 |( |
| |телеуправления, | | | | |
| |телесигнализации и| | | | |
| |связи | | | | |
|2 |Аварийное |( |( |10 |( |
| |освещение | | | | |
|3 |Привод выключателя|( |( |( |244 |
| |ВМТ-110Б | | | | |
| |ИТОГО: | | |28 |244 |
Последовательность выбора батареи:
1. Ток длительного разряда в аварийном режиме:
[pic] (1.62)
где [pic]( сумма токов постоянной нагрузки, А;
[pic] ( сумма токов в аварийном режиме, А.
Тогда из таблицы 1.14 имеем:
[pic]
2. Ток кратковременного разряда в аварийном режиме:
[pic] (1.63)
где [pic]( ток кратковременной нагрузки привода ВМТ-110Б:
[pic]
3. Необходимую расчетную емкость батареи определим:
[pic] (1.64)
где [pic]( длительность разряда при аварии, принимаемая для тяговых
подстанций равной 2 часам.
[pic]А*ч
4. Выбираем номер батареи по требуемой емкости:
[pic] (1.65)
где [pic]( емкость аккумулятора СК-1; при длительности разряда [pic]ч.
имеем [pic]=22 А*ч.
Тогда
[pic]
принимаем N= 3
5. Выбираем номер батареи по току кратковременного разряда:
[pic] (1.66)
где 46 ( кратковременно допускаемый разрядный ток аккумулятора типа СК-
1, А;
[pic]
Окончательно принимаем аккумуляторную батарею СК-6.
6. Определим полное число последовательно включенных элементов батареи:
[pic] (1.67)
где [pic] ( напряжение на шинах включения принимаемое 258 В при
первичном напряжении подстанции 110 кВ;
[pic] ( напряжение аккумуляторного элемента при подзарядке, равное
2.15 В.
[pic]
7. Выбор зарядно-подзарядного агрегата (ЗПУ):
Напряжение заряда ЗПУ
[pic] (1.68)
где n ( полное число элементов батареи.
[pic]
Зарядный ток батареи:
[pic] (1.69)
где [pic]( зарядный ток для батареи СК-6, А.
[pic]
Расчетная мощность ЗПУ
[pic] (1.70)
[pic]
По полученным в процессе расчета напряжению, току и мощности принимаем
зарядно-подзарядный агрегат типа ВАЗН-380/260-40/80. Технические данные
которого удовлетворяют условиям выбора:
[pic]