Учебная работа. Проектирование релейной защиты контактной сети и тяговой подстанции

Учебная работа. Проектирование релейной защиты контактной сети и тяговой подстанции

37

ФАЖТ РФ (Российская Федерация — ИрГУПС

Кафедра: ЭЖТ

Дисциплина: «Релейная защита»

Курсовой проект

«Проектирование релейной защиты контактной сети и тяговой подстанции»

Вариант №I (033)

Выполнил: ст. группы

ЭНС-07-1

Полякова С.А.

Проверил: педагог Музыка Д.Ф.

Иркутск, 2009 г.

Введение

Электрификация стальных дорог является главным направлением в развитии жд транспорта. Достоинства электронной тяги явны: увеличение пропускной возможности, уменьшение себестоимости перевозок, снижение губительного воздействия на окружающую среду, развитие электрификации всей страны, т.к. тяговые подстанции употребляются также для питания нетяговых жд потребителей и промышленных компаний прилегающих районов.

Надежность работы системы тягового электроснабжения (СТЭ) зависит от надежности работы ее составных частей (тяговых подстанций, линий электропередачи и т.д.). Надежность же частей системы электроснабжения не считая иных характеристик почти во всем зависит и от релейной защиты. Потому для действенного и экономного использования всех частей системы принципиально правильного избрать и настроить релейные защиты.

Тяговая сеть не имеет резерва как остальные элементы СТЭ и потому весьма принципиальна защита устанавливаемая на фидеры тяговых подстанций и постов секционирования. Огромные токи маленьких замыканий могут весьма стремительно вывести из строя участок контактной сети. Исходя из этого контактная сеть обязана снабжаться быстродействующей защитой которая в совокупы с быстродействующими выключателями обеспечивала бы отключение покоробленного участка за малое время.

Реферат

В данном курсовом проекте произведен расчёт уставок электрических защит фидеров тяговых подстанций и постов секционирования данного участка электрифицированной стальной дороги, а конкретно 2-х путевого участка, электрифицированного на переменном токе с узловой схемой питания. В процессе проектирования рассчитывались уставки направленных и ненаправленных дистанционных защит, токовой отсечки, блокировки по напряжению для соответственных комплектов. По результатам расчетов построены совмещенные свойства электрических защит фидеров и временные диаграммы срабатывания этих защит. Не считая того на чертежах прилагаемых к курсовому проекту изображены многофункциональные схемы защит и схемы цепей управления выключателями фидеров тяговой подстанции и поста секционирования.

Содержание

Введение

Реферат

Задание на курсовой проект

1. Набор защиты фидера тяговой подстанции

1.1 Многофункциональная схема

1.2 Расчет уставок электрических защит

1.3 Расчет уставок защит фидера тяговой подстанции

1.3.1 Ненаправленная дистанционная защита ДС1

1.3.2 Ускоренная токовая отсечка УТО

1.3.3 Направленная дистанционная защита ДС2

Предоставление результатов расчетов электрической защиты фидера тяговой подстанции

2. Набор защиты фидера поста секционирования

2.1 Многофункциональная схема

2.2 Расчет уставок защит фидера поста секционирования

2.2.1 Направленная дистанционная защита ДС1

2.2.2 Ускоренная токовая отсечка УТО

2.2.3 Ненаправленная дистанционная защита ДС1

2.3 Предоставление результатов расчетов электрической защиты фидера поста секционирования

3. Совмещенные свойства электрических защит

Совмещенная черта электрических защит тяговой подстанции

Совмещенная черта электрических защит поста секционирования

Перечень литературы

Задание на курсовой проект

защита фидеров контактной сети тяговой подстанции и поста секционирования двухпутного участка переменного тока с узловой схемой питания.

Начальные данные

Рис. 1 Схема тягового электроснабжения 2-х путевого участка с узловой схемой питания

Вариант: I (033)

Мощность к/з в критериях максимума и минимума энергосистемы: Sкз max = 1000 МВА;Sкз min = 700 МВА

Тип и мощность трансформатора подстанций А и Б: ТДТНЭ 40000 / 110/115 / 27,5 / 11

Фидеры: B2, B4

наличие каналов связи телемеханики: есть.

Расстояние меж тяговыми подстанциями А и Б: L = 50 км

Тип контактной подвески: ПБСМ1-95+МФ100;

Тип рельсов: Р 50

Наибольшие токи перегрузки фидеров ТП и ПС: IТП = 450 A; IПС = 200 A

Выключатели: ВМК-27,5

Cos Н = 0,85

Измерительные трансформаторы:

трансформаторы тока на фидерах тяговой подстанции: 1000/5

трансформаторы тока на посту секционирования: 600/5

трансформаторы напряжения на подст. и посту секционирования: 27,5 / 100

Оперативный ток: неизменный 220В, переменный 220В.

1. Набор защиты фидера тяговой подстанции

1.1 Многофункциональная схема

На листе прилагаемого к курсовому проекту чертежа изображена многофункциональная схема защиты фидера тяговой подстанции. Данная защита производится двухступенчатой:

1-ая ступень — Дистанционная ненаправленная защита ДС1, созданная для защиты зоны 0,8 L1 2-ая ступень — Дистанционная направленная защита ДС2, настраиваемая до шин поста секционирования. Предназначение защиты ДС2 — резервировать первую ступень защиты фидера тяговой подстанции.

В устройство так же включена ускоренная токовая отсечка УТО, имеющая укороченную зону деяния и созданная для предотвращения вероятных пережогов контактного провода при повреждениях около подстанции.

1-ая ступень состоит из измерительного органа полного сопротивления ZI, чертой которого является окружность с центром сначала координат всеохватывающей плоскости и токового блокирующего органа, разрешающего срабатывать первой ступени защиты лишь при наличии КЗ в защищаемой полосы. Необходимость блокирующего органа вызвана тем, что измерительный орган является не направленным и может сработать при КЗ на остальных фидерах в следствие снижения напряжения на шинах 27,5 кВ до значения, при котором сопротивление, подводимое к его зажимам, меньше сопротивления уставки срабатывания.

2-ая ступень состоит из измерительного органа полного сопротивления ZII и фазового блокирующего органа . Черта 2-ой ступени представляет собой луч (сектор) с центром сначала координат всеохватывающей плоскости, в каком зависимо от определенных критерий можно раздельно создавать регулировку по модулю полного сопротивления ZII и углу . Углы в границах луча охарактеризовывают фазовые сдвиги меж током и напряжением до точек КЗ защищаемой полосы. Комбинированную характеристику получают наложением первой и 2-ой ступеней.

Логические связи меж разными органами первой и 2-ой ступеней обеспечиваются наличием логической схемы «ИЛИ», с выхода которой посылается импульс на отключение выключателя при поступление нужного импульса от одной из 2-ух ступеней. От первой и 2-ой ступеней нужные импульсы могут поступить лишь в том случае если с обоих органов каждой ступени поступят сигналы, схожие по знаку и совпадающие по времени (схема «И»). В отличие от первой, во 2-ой ступени схемы «И» стоит электрическое реле времени KT2 для сотворения нужной выдержки на отключение выключателя.

защита выполнена на модулях серии «Сейма-3». Модуль токового органа ДТ-ЗК представляет собой трехфазное реле трехфазное реле наибольшего тока и делает последующие функции: перекрывает измерительный орган ZI при КЗ за пределами защитной зоны первой ступени; работает как ускоренная токовая отсечка УТО1 при КЗ в близи шин; вместе с электрическим реле времени KT1, которое является составной частью ДТ-ЗК, образует наивысшую токовую защиту от перегрузок МТЗП. Измерительные органы полного сопротивления ZI и ZII представляют собой схемы сравнений 2-ух переменных напряжений U1 и U2, пропорциональных напряжению на шинах ТП и первичному току фидера. Сопоставление этих напряжений соответствует сопротивлению подводимого к органам ZI и ZII. Фазовый орган (модуль ФТН) представляет собой фазоограничивающее реле, позволяющее получить блокирующую характеристику направленности.При срабатывании хоть какой защиты — составляется цепь на логическую схему «ИЛИ», с выхода которой подается управляющий импульс на вход выходного устройства ВУ. К выходу ВУ присоединен трансформатор T4, с вторичной обмотки которого подается положительный импульс на управляющий электрод тиристора VS. Тиристор раскрывается и отправляет импульс на катушку отключения выключателя YAT. Все пусковые и измерительные элементы подключаются к TA и TV через промежные трансформаторы тока и напряжения TL. В цепи вторичных обмоток TL включены потенциометры и резисторы для регулировки токов и напряжений, подаваемых на входы рассмотренных органов защиты.

1.2 Расчет уставок электрических защит

Для расчета уставок электрических защит нужно отыскать сопротивления цепи к.з. и токи к.з.

Общее сопротивление до места к.з.:

где — сопротивление подстанции, Ом;

— входное сопротивление петли к.з. тяговой сети, замеренное на шинах 27,5кВ,Ом;

где — сопротивление одной фазы энергосистемы, приведенное к напряжению шин 27,5кВ, Ом;

— сопротивление фазы понижающего трансформатора тяговой подстанции, Ом;

— число параллельно включенных трансформаторов.

Пренебрегая активным сопротивлением энергосистемы и понижающего трансформатора получим:

Сопротивление понижающего трансформатора будет равно сумме сопротивлений 2-ух обмоток входящих в цепь к.з.:

где — номинальная мощность трансформатора, кВА;

— номинальное напряжение равное 27,5 кВ;

, , — условные напряжения недлинного замыкания отдельных обмоток (В — высочайшей, С- средней, Н — низкой) трехобмоточного трансформатора, %

Напряжения к.з. отдельных обмоток находят из напряжений к.з. меж обмотками по последующим формулам:

Сопротивление системы находится по формуле:

где — мощность недлинного замыкания на шинах высочайшего напряжения тяговой подстанции, МВА

При определении наибольшего и малого тока к.з. следует применять наибольшее и меньшее сопротивление системы, а как следует наивысшую и минимальную мощность к.з.

В итоге сопротивления тяговой подстанции для 2-ух режимов будут:

Для определения входного сопротивления петли к.з. тяговой сети нужно найти сопротивление 1км тяговой сети:

где , , ,, — соответственно активные и реактивные сопротивления контактной сети и рельсовых путей, Ом/км

1.3 Расчет уставок электрической защиты фидера тяговой подстанции

1.3.1 Ненаправленная дистанционная защита ДС1

Первичное сопротивление срабатывания первой ступени — ДС1 — определяется исходя из критерий отстройки тока к.з. на шинах поста секционирования:

где — коэффициент отстройки, который принимается равным 0,8 — 0,85

— входное сопротивление при к.з. в конце защищаемой зоны, т.е. у шин поста секционирования, Ом.

Входное сопротивление определяется при к.з. в точке k1 и отключенном смежном пути:

где — сопротивление 1км тяговой сети 1-го пути двухпутного участка, Ом/км

— расстояние от подстанции до поста секционирования, км

Напряжение перевода защиты в режим токовой отсечки:

где — малое напряжение на шинах подстанции при к.з. на шинах секционирования, кВ

— коэффициент припаса, равный 1,2 — 1,3.

где — сопротивление 1км тяговой сети двухпутного участка при параллельной схеме соединения подвесок, Ом

— сопротивление подстанции, Ом

Величина сопротивления , исходя их условия обеспечения селективности по дела к наибольшим токам подпитки от смежной подстанции:

где — наибольший ток, протекающий через защищаемый фидер от примыкающей подстанции Б при к.з. на примыкающем фидере, А

Этот ток находится по формуле:

где — сопротивление подстанции Б в режиме максимума энергосистемы, Ом

— расстояние меж подстанциями, км

Окончательным сопротивлением срабатывания является меньшее из 2-ух значений.

— меньшее

Выбранное сопротивление проверяется на селективность по отношению к наибольшим токам перегрузки фидера:

<

где — малое сопротивление перегрузки, Ом

— коэффициент припаса, равный 1,2 — 1,3.

1.3.2 Ускоренная токовая отсечка (УТО)

Первичный ток срабатывания ускоренной токовой отсечки выбирается из условия отстройки от к.з. в конце защищаемой зоны, т.е. у поста секционирования:

где — наибольший ток к.з., протекающий через защищаемый фидер подстанции при к.з. на шинах поста секционирования, А

ток определяется:

Выбранное значение проверяется по условию селективности к наибольшему нагрузочному току:

>

Потом проверяется чувствительность УТО:

>

где — малый ток протекающий по фидеру при к.з. конкретно за выключателем, А

где — сопротивление подстанции в режиме минимума энергосистемы, Ом

<

Нужное условие не производится и как следует требуется откорректировать ток срабатывания УТО:

1.3.3 Направленная дистанционная защита ДС2

Первичное сопротивление срабатывания 2-ой ступени выбирается исходя из малого тока к.з. на шинах смежной подстанции.

где — наибольшее сопротивление, замеряемое защитой при к.з. на шинах смежной подстанции, Ом

при раздельном питании:

За расчетное сопротивление принимается наибольшее из приобретенных.

установка по углу 2-ой ступени защиты фидера подстанции находится в границах 45 — 95

— расчетное сопротивление.

1.4 Предоставление результатов расчетов электрической защиты фидера тяговой подстанции

Приобретенные значения первичных сопротивлений, напряжений и токов нужно привести ко вторичным сторонам измерительных трансформаторов, т.е. найти для соответственных величин уставки реле электрических защит:

— коэффициент трансформации трансформатора напряжения

— коэффициент трансформации трансформатора тока

2. Набор защиты фидера поста секционирования

2.1 Многофункциональная схема

На листе прилагаемого к курсовому проекту чертежа также изображена многофункциональная схема защиты фидера поста секционирования. Данная защита производится так же как и защита фидера тяговой подстанции 2-ух ступенчатой:

1-ая ступень — Дистанционная направленная защита ДС1, , созданная для защиты зоны 0,8 L1

2-ая ступень — Дистанционная ненаправленная защита ДС2 с выдержкой времени, созданная для резервирования первой ступени защиты фидера поста секционирования и для ликвидации «мертвых зон» по напряжению у защиты ДС1, при КЗ близких к посту секционирования.
В устройство так же включена ускоренная токовая отсечка УТО, имеющая укороченную зону деяния и созданная для предотвращения КЗ близкого к поcту.

1-ая ступень состоит из измерительного органа полного сопротивления ZI и фазового блокирующего органа . Черта первой ступени представляет собой луч (сектор) с центром сначала координат всеохватывающей плоскости, в каком зависимо от определенных критерий можно раздельно создавать регулировку по модулю полного сопротивления ZI и углу . Углы в границах луча охарактеризовывают фазовые сдвиги меж током и напряжением до точек КЗ защищаемой полосы.

2-ая ступень состоит из измерительного органа полного сопротивления ZII, чертой которого является окружность с центром сначала координат всеохватывающей плоскости и токового блокирующего органа, разрешающего срабатывать 2-ой ступени защиты лишь при наличии КЗ в защищаемой полосы. Необходимость блокирующего органа вызвана тем, что измерительный орган является не направленным и может сработать при КЗ на остальных фидерах в следствие снижения напряжения до значения, при котором сопротивление, подводимое к его зажимам, меньше сопротивления уставки срабатывания. Комбинированную характеристику получают наложением первой и 2-ой ступеней.

Схема защиты фидера поста секционирования выполнена аналогично схеме защиты фидера тяговой подстанции описанной в пт 1.1, c учетом конфигурации системы построения выше обрисованных ступеней защит.

Многофункциональная схема защиты фидера поста секционирования переменного тока

2.2 Расчет уставок защит фидера поста секционирования

2.2.1 Дистанционная направленная защита ДС1

Первичное сопротивление срабатывания ДС1 выбирается из условия отстройки от к.з. на шинах смежной подстанции:

где — входное сопротивление при к.з. в конце защищаемой зоны, т.е. у шин смежной подстанции, Ом

Селективность защиты первой ступени ДС1 по отношению к токам перегрузки обеспечивается его угловой чертой, в связи с чем ее можно было бы не инспектировать. Но во избежание случаев неселективного деяния защиты при отягощениях, имеющих значительную долю тока холостого хода трансформаторов электроподвижного трансформатора, выбранное сопротивление проверяется. При всем этом малое напряжение на шинах поста секционирования в рабочем режиме принимается равным 22кВ.

<

условие производится.

2.2.2 Ускоренная токовая отсечка (УТО)

За первичный ток срабатывания УТО выбирается наибольшее из 2-ух значений:

где ,- коэффициенты припаса, , ;

— наибольший ток перегрузки фидера поста секционирования, А;

— наибольший ток, протекающий по фидеру поста секционирования при к.з. у шин подстанции Б, А

где — сопротивление подстанции А в режиме максимума энергосистемы, Ом

Примем ток равным:

Нужно провести проверку на селективность по отношению к наибольшим токам подпитки протекающим через фидер поста секционирования пр к.з. на смежном фидере поблизости поста секционирования.

<

2.2.3 Ненаправленная дистанционная защита ДС2

Первичное сопротивление ДС2 выбирается по выражению:

где — коэффициент чувствительности, ;

— сопротивление к.з., , Ом

Проверка избранного значения на селективность по отношению к наибольшим рабочим токам поста секционирования можно не создавать ввиду того, что эти токи невелики.

Напряжение перевода в режим токовой отсечки:

где — наибольшее напряжение на шинах поста секционирования при к.з. на расстоянии 2 — 3 км от поста секционирования, кВ

где — эквивалентное сопротивление, Ом;

— сопротивление 1км контактной подвески 1-го пути двухпутного участка, Ом

<

2.3 Предоставление результатов расчетов электрической защиты поста секционирования

Приобретенные значения первичных сопротивлений, напряжений и токов нужно привести ко вторичным сторонам измерительных трансформаторов, т.е. найти для соответственных величин уставки реле электрических защит:

— коэффициент трансформации трансформатора напряжения

— коэффициент трансформации трансформатора тока

3. Совмещенные свойства электрических защит

3.1 Совмещенная черта электрических защит тяговой подстанции

Сопротивление срабатывания реле ненаправленной дистанционной защиты первой ступени:

Напряжение переключения реле в режим ускоренной токовой отсечки:

Сопротивление срабатывания реле направленной дистанционной защиты:

ток срабатывания реле ускоренной токовой отсечки:

Представим круг с радиусом Zср1 и круг с радиусом Zср2 как функции координат x от координат y:

Обозначим ограничивающие прямые для определения направленности защиты:

Результирующая черта:

3.2 Совмещенная черта электрических защит поста секционирования

Сопротивление срабатывания реле направленной дистанционной защиты первой ступени:

Напряжение переключения реле в режим ускоренной токовой отсечки:

Сопротивление срабатывания реле ненаправленной дистанционной защиты:

ток срабатывания реле ускоренной токовой отсечки:

Представим круг с радиусом Zср1 и круг с радиусом Zср2 как функции координат x от координат y:

Обозначим ограничивающие прямые для определения направленности защиты:

Результирующая черта:

Список литературы

1.2 Марквардт К.Г. «Электроснабжение электрифицированных ж.д.» М.: Транспорт, 1982г.

1.3 Фигурнов Е.П. «Релейная защита устройств электроснабжения стальных дорог» М.: Транспорт, 1981г.

1.4 Справочник по электроснабжению стальных дорог, под редакцией Марквардта К.Г. М.: Транспорт, 1980г.

1.5 Прохорский А.А. «Тяговые и трансформаторные подстанции» М.: Транспорт, 1983г.

1.6 Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования. Давыдова И.К., Попов Б.И., Эрлих. В.М., М.: Транспорт, 1978г.

]]>