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]