Расчет релейной защиты
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.=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
|
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
|
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
|
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: