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 U _ст , 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

Z_с.з. =(0.8 -0.85)*Z₁₁ * l _/2 ; (1.55)

где l=50 км - расстояние до смежной подстанции.

Z_с.з. =0.85*25*0.42=8.925 Ом.

б) по условию селективности к максимальному току нагрузки фидера

Z_с.з. = ^Uр.мин , (1.56)

^Кн*Iн.max

где U_р.мин - минимальное напряжение на шинах подстанции в рабочем режиме (U_р.мин =25кВ) ;

К_н =1.2 - 1.3 - коэффицент надежности;

I_н.max - максимальный ток нагтузки фидера подстанции, кА.

Z_с.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 U_с.з. - напряжение перевода защиты в режим токовой отсечки.

_Uс.з.= U_к.мин / _Кн , (1.58)

где U_к.мин - минимальное напряжение на шинах подстанции при к.з. на шинах поста секционирования.

Напряжение U_к.мин определяется по формуле:

_Uк.мин= U_ном *Z₁₁ *l_{1 / (4*(X} ¢ _{c.мин.а+Xп.т.)+Z11*l1)} , (1.59)

где U _н - 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 = X_с.мин.а *(^Uном / _Uc )² ; (1.60)

X_с.мин.а - минимальное сопротивление системы;

X_п.т. - сопротивление понижающего трансформатора, приведенное к напряжению 27.5 кВ, Ом;

_Xп.т= u_к.п. *U² _{ном / (100*Sп.т.)} ; (1.61)

S_п.т - номинальная мощность понижающего трансфор- матора, МВ*А;

I_к.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 Z _с.з. является наименьшее из трех значений. Выбираем:

Z_с.з. =8.93 Ом.

Сопротивление, напряжение и ток срабатывания электронных защит определяем по формулам

_Zс.р.= Z_с.з. *К_{тт / Кт.н.} (1.63)

_Uс.р.= U_{c.з. / Кт.н.} (1.64)

_Iс.р.= I_{c.з. / Кт.н.} (1.65)

где К_т.т. - коэффицент трансформации трансформатора тока;

К_т.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 I _с.з.УТО выбирается наибольшим из 2-х, вычисленных по условиям:

а) по условию селективности работы с защитами поста секционирования:

I_c.з. =К_н *I_к.макс , (1.66)

где I_к.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,

I_c.з. =1.25*1.66=2.075 кА.

б) по условию селективности максимальному току нагрузки фидера:

I_c.з. =К_н *I_{н.макс .} (1.68)

I_c.з. =1.25*0.5=0.625 А.

Чувствительность УТО проверяется по условию

К_ч = ^Iк.мин. > 2, (1.67)

^Iс.з.

где I_к.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 (ДЗ_2п )

Является второй ступенью защиты.

Первичное сопротивление срабатывания второй ступени выбирается исходя из минимального тока к.з. на шинах смежной подстанции.

(1.60)

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

k_r = 1.5 ¾ коэффициент чувствительности защиты.

а) при узловой схеме:

б) при раздельном питании путей:

За расчетное значение Z _{к max} принимается наибольшее из полученных Z _{к 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 Z _с.з. напряжения U _с.з. и тока I _с.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.

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

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 ¾полное 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: