Характеристика второй ступени защиты на комплексной плоскости сопротивлений имеет вид окружности, центр которой совпадает с началом осей координат.
При снижении напряжения на шинах поста секционирования ненаправленная дистанционная защита ДС2 автоматически переводится в режим токовой отсечки без выдержки времени, резервируя также при этом "мёртвую зону" первой ступени ДС1.
Общая характеристика электронной защиты фидера поста секционирования получается путём наложения характеристик первой и второй ступеней и является комбинированной.
Общая характеристика электронной защиты фидера поста секционирования получается путем наложения характеристик первой и второй ступеней, т.е. является комбинированной.
Диапазон уставок по сопротивлению:
ненаправленная дистанционная защита - 5-58 Ом
направленная дистанционная зашита - 6,8-63 Ом
Диапазон срабатывания по углу сдвига фаз направленных защит от 45-1+5 до 95-5+20
Диапазон уставок по току:
Дистанционные защиты 1 ступени - 1,7-20 А;
Дистанционные защиты 2 ступени - 1,6 - 15 А;
Ускоренные токовые отсечки - 1,8-25 А.
На основании вышерассмотренных общих сведений о защитах фидеров контактной сети тяговой подстанции и поста секционирования необходимо составить их функциональные схемы. Эти схемы должны содержать силовую коммутационную аппаратуру, трансформаторы тока и напряжения с промежуточными трансформаторами, измерительные, логические и выходные органы.
Первичное сопротивление срабатывания первой ступени- ДС1- определяется исходя из условия отстройки от К.З. на шинах поста секционирования:
Zсэ1=котс*| Zвх1 | = 0.8*12,7*ej*63.84=10,16*ej*63.84,
где котс- коэффициент отстройки ( меньше 1, так как применяется минимальное реле, срабатывающее при уменьшении сопротивления на его зажимах) Принимается равным 0,8-0,85 Zвх1- входное сопротивление при К.З. в конце защищаемой зоны, т.е. у шин поста секционирования.
Входное сопротивление Zвх1 определяется при К.З. в точке к1 (рис.1.3) и отключенном смежном пути:
Zвх= Z01*l2=0.508·еj*63.84·25=12,7·ej*63.84=5,599+j*11,399,
где Z01- сопротивление 1км тяговой сети одного пути двухпутного участка. Находится в соответствии с выражением
Z01= (r1kc+r2p) +j* (X1kc+X2pэ). Ом.
где составляющие соответственно активные и реактивные сопротивления контактной подвески и рельсовых путей. L2- расстояние от подстанции до поста секционирования.
Рис.2.1
Для первой ступени защиты должна быть обеспечена селективность по отношению к максимальному току "подпитки", протекающему через защищаемый фидер от смежной подстанции при К.З. на соседнем фидере (точка к4, см. рис.1.3)
Определим сопротивление 1 км тяговой сети одного пути двухпутного участка используя выражение (3):
Z01 = (0.159 + 0.065) + j· (0.276 + 0.18) = 0.224 + j0.456 = 0.508 еj*63.84 Ом/км
uксн =0.5* (uквн-си +иксн-нн - uквн-нн) = 0.5. (10.5 + 6-17) = - 0.25%.
Итак, сопротивление тягового трансформатора, согласно выражению (9):
X m =10/75\100·27.52/25-0.25/100·27.52/25=3.176 Ом.
Сопротивление системы в режиме минимума, согласно выражению (8):
Xs min=U2н/Sкз min27.52/500=1.512 Ом
Тогда, сопротивление тяговой подстанции в режиме минимума энергосистемы, согласно выражению (7):
Zmin=2·j· (Xs min+Xm) =2·j· (1.512 + 3.176) = j·.9.376 = 9.376*ej·90 Ом.
Сопротивление 1 км тяговой сети двух путей двухпутного участка при параллельном соединении подвесок определим по формуле (6):
Z01= (0,159+0,065) +j* (0,276+0,180) =0,224+j*0,456 ом/км =0,508*ej63,84ом/км
Z02 = (0.159/2+0.065) +j (0.169+0.180) = 0.1446+j·0·349 = 0.3778-ej67·45" Ом.
Минимальное напряжение на шинах подстанции при коротком замыкании на шинах поста секционирования согласно выражению (5):
Ukmin= 27.5·0.3778·25/ 10.134+0.3778·25=13.266кВ.
Тогда напряжение срабатывания защиты, согласно выражению (4) будет равно:
Uсз=13.266/1.3=10.205кВ.
Величину сопротивления Zсз1, исходя из условия обеспечения селективности по отношению к максимальным токам подпитки от смежной подстанции определим по формуле:
Zсз1=Uсз1/kз*Ikmax, ом (10)
где "Ikmax" - максимальный ток, протекающий через защищаемый фидер от соседней подстанции А при коротком замыкании на соседнем фидере (точка к4), определим по формуле:
Ikmax =Uн/2*|ZпАmax+Z02*l|,A (11)
где ZпАmax - сопротивление подстанции А в режиме максимума энергосистемы.
ZПАmax=2·j· (Xsmax+Xm/2) = 2·j· (Uн2/Sкзmax+ Xm/2) = 2·j· (27.52/700 + 3.176/2) = j·5.337= 5.337ej90°ом.
Максимальный ток короткого замыкания, согласно выражению (11):
Ik max=Uн/2·|ZnAmax+Z02·l|=27.5·103/2· (5.337+0.3778·50) =567.549 A
Сопротивление срабатывания I ступени ДЗ, согласно выражению (10):
Zсз1=Uсз1/kз*Ikmax=10.205/ 1.2·567.549=0.015
За окончательное сопротивление принимаем 0.015
Выбранное сопротивление срабатывания Zсз1 проверяется на селективность по отношению к максимальным токам нагрузки фидера.
Zсз1≤ZH min/k3 где ZH min
- минимальное сопротивление нагрузки
ZH min = Up min /I H max=25/450= 0, 056 Zсз1=0,015≤0,056/1,2=0,047
k3 - коэффициент запаса =1.2-1.3, 0.0155 ≤ 0,047 - условие выполняется.
Первичный ток срабатывания ускоренной токовой отсечки Iсз уто выбирается из условия отстройки от К.З. в конце защищаемой зоны, т.е. у поста секционирования:
Iсз уто=кз*Iкmax=1.2*1524,73= 1829,68А
где кз- коэффициент запаса, кз= 1,2-1,3; Ikmax- максимальный ток К.З., протекающий через защищаемый фидер подстанции при К.З. на шинах поста секционирования (точка к1, см. рис.1.3), смежный путь считается отключённым.
Ток
Ikmax= Uн/|Zпmax+ Z01*l1| = 27.5*103/|5,336 + 0.508 · 25| = 1524,73А
где Zпmax- сопротивление подстанции в режиме максимума
Zпmax=2*j* (Xsmax+ Xт/n);
Xsmax=27,52/700=1,080 ом
Zпmax=2*j* (1,080+3,176/2) =j*5,336=5,336ej90°ом.
Выбранное значение Iсз уто проверяется по условию селективности к максимальному нагрузочному току:
Iсз уто≥ кз*Iнmax.1829,68≥1,3*450=585.
Условие выполняется.
Затем проверяется чувствительность УТО:
кч=Ikmin/Iсз уто ≥2
где Ikmin-минимальный ток, протекающий по фидеру при К.З. непосредственно за выключателем ( точка к2, см. рис.2 )
Ток Ikmin определяется по выражению:
Ikmin=0,9*Uн/|Zпmin| = 0,9*27,5*103 /9,376=2639,718А
где Zпmin- сопротивление подстанции в режиме минимума энергосистемы. Определяется по формуле при n=1
Кч=Ikmin/Iсзуто=2639,718/1829,68=1,44
Условие кч≥2 не выполняется, значит требуется корректировка тока срабатывания УТО, исходя из выражения:
Iсзуто=Ikmin/2=2639,718/2=1319,859A
Первичное сопротивление срабатывания второй ступени выбирается исходя из минимального тока К.З. на шинах смежной подстанции точка к3, Zсэ11= кч*|Zkmax|, где кч- коэффициент чувствительности; Zkmax- максимальное сопротивление, замеряемое защитой при К.З. на шинах смежной подстанции.
При этом смежный путь на участке пост секционирования - подстанция А считается отключенным. Значение Zkmax при узловой схеме питания определяется по выражению:
Zkmax= 2* (Z02*l1+Z01*l2), Ом,
а при раздельном питании путей:
Zkmax= 2*Z02*l.
За расчётное значение Zkmax принимается наибольшее из полученных.
Zkmax=2· (0.3778ej67,45*25+0,508*ej63,84*25) =2* (3,617+j*8,727+5,6+j*11,405) =2* (9,217+j*20,132) =18,434+j*40,264=44,28ej65,4
Zkmax при раздельной схеме питания, согласно выражению:
Zkmax=2*Z02*l=2*0,3778*ej67,45*50=37,78*ej67,45=14,488+j*34,892ом.
За расчётное значение Zkmax принимается наибольшее из полученных значений, то есть 44,28ом.
Тогда сопротивление срабатывания второй ступени дистанционной защиты
Zcз11=кч*|Zkmax|=2*44,28=88,56ом.
Полученные при расчетах значения первичных сопротивлений Z^, напряжения L/сз и тока 1сз срабатывания защит нужно привести ко вторичным сторонам измерительных трансформаторов, то есть определить для соответствующих величин уставки реле электронных защит:
ZcpJ=ZC3nm/nH,
Ucp=UC3/nH,
Icp=Iсз. /nm. получим:
Zcp1=10.16-200/270=7.526 Ом;
Zcp2=88,56-200/270=65.6 Ом;
Uср=10.205-103/270=37.796 В
Iср=1319,859/200=6,599 А
где
nт, пн - соответственно коэффициент трансформации трансформатора тока и напряжения.
Найденные числовые значения соответствующих первичных и вторичных параметров следует указать на построенной в масштабе общей (совмещённой) характеристике электронной защиты подстанции, указав на ней также зоны срабатывания - несрабатывания.
Далее следует привести (в масштабе) график селективности защит заданного фидера тяговой подстанции, т.е. указать зоны действия и времена срабатывания электронных защит
Рис.2.4 - Совмещенная характеристика электронной защиты подстанции
а) Дистанционная направленная защита ДС1.
Первичное сопротивление срабатывания ДС1 выбирается из условия отстройки от К.З. на шинах смежной подстанции:
Zсз1=котс*|Zвх1|, Ом.
Zсз1=0,85*|5,599+j*11,399|=0,85*|12,7*ej63,84|=10,795ом
где котс- коэффициент отстройки, котс= 0,8-0,85 (0,5 при наличии телеблокировки).
Zвх1- входное сопротивление при К.З. в конце защищаемой зоны, т.е. у шин смежной подстанции.
Входное сопротивление Zвх1 определяется на основании выражения (1.15).
Селективность защиты 1-й ступени ДС1 по отношению к токам нагрузки обеспечивается его угловой характеристикой, в связи с чем её можно было бы не проверять. Однако во избежание случаев неселективного действия защиты при нагрузках, имеющих значительную долю тока холостого хода трансформаторов электроподвижного состава, выбранное сопротивление Zсз1 проверяется по выражению Zсз1≤Zнmin/кз. При этом минимальное напряжение на шинах поста секционирования в рабочем режиме принимается равным 22кв, а максимальный ток нагрузки фидера поста секционирования приведён в задании.
Zнmin=Uрmin/Iнmax=22*103/200=110 ом.
10,795≤110/1,3=84,615 ом.
Условие селективности выполняется.
б) Ускоренная токовая отсечка (УТО).
За первичный ток срабатывания УТО выбирается наибольшее из двух значений:
Iсз уто≥к31*Iнmax;
Iсз уто≥к32*Ikmax>1,3*200=260А,
где к31, к32- коэффициенты запаса, к31=1,2-1,3; к32=1,5-2; Iнmax- максимальный ток нагрузки фидера поста секционирования; Ikmax- максимальный ток, протекающий по фидеру поста секционирования ( например, В5, см. рис.1.3) при К.З. у шин подстанции Б ( точка к3, см. рис.1.3). Ток Ikmax определяется при условии отключения смежного пути на участке пост секционирования - подстанция, где произошло К. З.:
Ikmax= Uн/|ZпБmax+ Z02*l1+ Z01*l2|,
где ZпБmax- сопротивление подстанции Б в режиме максимума энергосистемы.
ZПБmax=5,337ej90°
Ikmax=27500/|5,337ej90+0,508ej63,84°*25+0,3778*ej67,45*25|=1000,655А
Iсзуто>к32*Ikmax=2*1000,655=2001,31A
Выбранное значение Iсз уто проверим на селективность по отношению к максимальным токам " подпитки", протекающим через фидер поста секционирования ( например, В5, см. рис1.3) при К.З. на смежном фидере вблизи поста секционирования.
I´kmax= Uн/2*|ZпБmax + Z02*l2|, А
Ikmax=27500/ (2*|j*5,337+ ( (0,1449+j*0,3489) *25|) =777,627A
Если условие Iсзуто>к32*Ikmax при подстановке него тока Ikmax не выполняется, то следует считать, что исправление неселективных действий УТО осуществляется при помощи АПВ.
Iсзуто>к32*Ikmax=2*777,627=1555,254A.
Первичное сопротивление срабатывания выберем по выражению:
Zсз2=кч*|Z´kmax|, Ом
Кч - коэффициент чувствительности, кч=1.5;
Zkmax - сопротивление короткого замыкания,
Z´kmax=2*Z01*l2, Ом Z´kmax=2* (0,508*ej63,84) *25=25,4*ej63,84ом.
Zсз2=1,5*|25,4еj63,84|=38,1 ом.
Проверку выбранного значения Zсз2 на селективность по отношению к максимальным нагрузочным токам поста секционирования можно не производить ввиду того, что эти токи невелики.
При близких к посту секционирования коротких замыканиях напряжение на его шинах значительно понижается и орган ДС2 переводится в режим токовой отсечки без выдержки времени. Напряжение перевода Uсз выбирается по условию:
Uсз>кч*Ukmax,
Где Ukmax - максимальное напряжение на шинах поста секционирования при коротком замыкании на расстоянии 2-3 км от поста.
При этом предполагается, что выключатель В1 отключен, энергосистема работает в режиме максимума и на подстанциях параллельно работают два трансформатора.
Напряжение Ukmax определяется по формуле:
Ukmax=Uн*|Zокс1*lk|/|Zэкв+Zокс*lk|, кв
Где: lk - расстояние от шин поста секционирования до точки к. з. (2-3 км);
Zэкв - эквивалентное сопротивление:
Zэкв= (Zпаmax+Z02*l1) * (Zпбmax+Zокс1*l2+Z2pэ* (l2-lk)) / (Znamax+Z02*l1+Zпбmax+Zокс1*l2+Z2рэ* (l2-lk)),
Zэкв= (j5,337+ (0,1446+j*0,349) *25) * (j*5,337+ ( (0,159+j*0,276) *25) + (0,065+j*0,18) * (25-3)) / (j*5,697+ (0,1446+j*0,349) *25+j*5,337+ (0,159+j*0,276) *25+ (0,065+j*0,18) * (25-3)) =
8,916*ej-49.9=6,314+j*5,666ом.
Где Zокс1-сопротивление 1 км контактной подвески одного пути двухпутного участка.
Z2рэ - сопротивление 1 км рельсовых путей двухпутного участка.
Ukmax=27,5*| (0,318*ej60,05) *3|/| (6,314+j*5,666) + ( (0,318*ej60,05) *3) |=2,66 кв.
Uсз>1,5*2,66=3,99кв
Zср1=10,795*120/270=4,798ом.
Zср2=38,1*120/270=16,933ом.
Uср1=3,99*103/270=14,777в
Iср=Iсрз/nm=1555,254/120=12,96A.
1. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. Учебник для ВТУЗов ж. д. трансп. - М.: "транспорт", 1981. - 215 с.
2. Фигурнов Е.П. Защита тяговых сетей переменного тока от коротких замыканий. М., - Транспорт, 1979, 160с.
3. Справочник по релейной защите / М.А. Беркевич, В. Н, Вавин, М.Л. Голубев и др.; Под ред. Берковича М.А. М. - Л., Госэнергоиздат, 1963, 512 с.
Страницы: 1, 2
