Реферат: 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.

 

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.

                       (1.60)

где Zк max ¾ максимальное сопротивление измеряемое защитой при к.з. на шинах смежной подстанции, при этом смежный путь на участке поста секционирования ¾ смежная подстанция считается отключенной, Ом;

       kr = 1.5 ¾ коэффициент чувствительности защиты.

а) при узловой схеме:

б) при раздельном питании путей:

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):

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.

                                        (1.61)

где ¾ соответственно коэффициенты трансформации ТТ и ТН;

=1000/5=200

=27500/100=275

Тогда по (1.61):

1.5.6. Защита линии электропередачи 35 кВ районных потребителей

Определяем первичный ток срабатывания МТЗ

при

Тогда

Определяем коэффициент чувствительности:

Тогда ток срабатывания реле:

По [11] выбираем токовое реле типа РТ40/6 с параллельными соединениями обмоток с

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:

¾ обеспечение достаточно высокой надежности питания потребителей собственных нужд;

¾ простота выполнения и небольшая стоимость;

¾ простота эксплуатации и малые эксплуатационные расходы;

¾ 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 потребит. кол-во потребит. Полная 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-27.5Б 0.8 18 14.4
3

Обдув понижающего трансформатора мощностью Sн=40 МВ*А

 10.0 2 20.0
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 подстанции 5.0 1 5.0
8 Трансформаторы автоблокировки 100.0 1 100.0
9 Дежурный пункт дистанции к.с. 54.0 1 54.0
10 Передвижная база масляного хозяйства 20.0 1 20.0
11 Отопление здания подстанции 40.0 1 40.0
12 Освещение здания подстанции 3.0 1 3.0
13 Калорифер помещения аккумуляторной 8.0 1 8.0
14 Вентиляция помещения аккумуляторной 4.0 1 4.0
15 Вентиляция машинного зала 1.6 1 1.6
16 Подзарядное устройство батареи 10.0 1 10.0
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 выключателей 25 0.065 1.6 ¾
2 Устройства управления и защиты ¾ ¾ 15 ¾
Приемники присоединенные при аварийном режиме:
1 Устройства телеуправления, телесигнализации и связи ¾ ¾ 1.4 ¾
2 Аварийное освещение ¾ ¾ 10 ¾
3 Привод выключателя ВМТ-110Б ¾ ¾ ¾ 244
ИТОГО: 28 244

Последовательность выбора батареи:

1. Ток длительного разряда в аварийном режиме:

                     (1.62)

где ¾ сумма токов постоянной нагрузки, А;

       ¾ сумма токов в аварийном режиме, А.

Тогда из таблицы 1.14 имеем:

2. Ток кратковременного разряда в аварийном режиме:

         (1.63)

где ¾ ток кратковременной нагрузки привода ВМТ-110Б:

3. Необходимую расчетную емкость батареи определим:

                                  (1.64)

где ¾ длительность разряда при аварии, принимаемая для тяговых подстанций равной 2 часам.

А*ч

4. Выбираем номер батареи по требуемой емкости:

                   (1.65)

где ¾ емкость аккумулятора СК-1; при длительности разряда ч. имеем

=22 А*ч.

Тогда

принимаем N= 3

5. Выбираем номер батареи по току кратковременного разряда:

                             (1.66)

где 46 ¾ кратковременно допускаемый разрядный ток аккумулятора типа СК-1, А;

Окончательно принимаем аккумуляторную батарею СК-6.

6. Определим полное число последовательно включенных элементов батареи:

                                  (1.67)

где  ¾ напряжение на шинах включения принимаемое 258 В при первичном напряжении подстанции 110 кВ;

 ¾ напряжение аккумуляторного элемента при подзарядке, равное 2.15 В.

7. Выбор зарядно-подзарядного агрегата (ЗПУ):

Напряжение заряда ЗПУ

                             (1.68)

где n ¾ полное число элементов батареи.

Зарядный ток батареи:

                                    (1.69)

где ¾ зарядный ток для батареи СК-6, А.

Расчетная мощность ЗПУ

               (1.70)

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: