Защита фидеров контактной сети тяговой подстанции и поста секционирования (стр. 2 из 3)

Первая ступень защиты имеет "мёртвую зону" при К.З. вблизи поста секционирования. В этом случае значительно понижается напряжение на его шинах, которое становится недостаточным для срабатывания датчика ДС1.

В связи с этим первая ступень включает в себя также ускоренную токовую отсечку (УТО), которая является основной защитой при К.З. в пределах "мёртвой зоны". Характеристикой УТО является окружность с центром в начале координат комплексной плоскости сопротивлений.

Вторая ступень защиты - дистанционная ненаправленная защита ДС2- отключает с выдержкой времени 0,4-0,5с.К.З. в зоне, где не работает первая ступень защиты, а также осуществляет её резервирование в зоне работы первой ступени.

Таким образом, защита второй ступени ДС2 распространяется на весь участок поста секционирования и подстанцией, являясь при этом основной для участков, находящихся между концом первой ступени и шинами смежной подстанции.

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.

2. Расчёт уставок электронной защиты фидеров подстанции

2.1 Ненаправленная дистанционная защита ДС1

Первичное сопротивление срабатывания первой ступени- ДС1- определяется исходя из условия отстройки от К.З. на шинах поста секционирования:

Z_сэ1=к_отс*| Z_вх1 | = 0.8*12,7*e^j*63.84=10,16*e^j*63.84,

где к_отс- коэффициент отстройки ( меньше 1, так как применяется минимальное реле, срабатывающее при уменьшении сопротивления на его зажимах) Принимается равным 0,8-0,85 Z_вх1- входное сопротивление при К.З. в конце защищаемой зоны, т.е. у шин поста секционирования.

Входное сопротивление Z_вх1 определяется при К.З. в точке к₁ (рис.1.3) и отключенном смежном пути:

Z_вх= Z₀₁*l₂=0.508·е^j*63.84·25=12,7·e^j*63.84=5,599+j*11,399,

где Z₀₁- сопротивление 1км тяговой сети одного пути двухпутного участка. Находится в соответствии с выражением

Z₀₁₌ (r_1kc+r_2p) +j* (X_1kc+X_2pэ). 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 е^j*63.84 Ом/км

u_ксн =0.5* (u_квн-си+и_ксн-нн - u_квн-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):

X_smin=U²_н/S_{кз min}27.5²/500=1.512 Ом

Тогда, сопротивление тяговой подстанции в режиме минимума энергосистемы, согласно выражению (7):

Z_min=2·j· (X_smin+X_m) =2·j· (1.512 + 3.176) = j·.9.376 = 9.376*e^j·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*e^j63,84ом/км

Z₀₂ = (0.159/2+0.065) +j (0.169+0.180) = 0.1446+j·0·349 = 0.3778-e^j67·45" Ом.

Минимальное напряжение на шинах подстанции при коротком замыкании на шинах поста секционирования согласно выражению (5):

U_kmin= 27.5·0.3778·25/ 10.134+0.3778·25=13.266кВ.

Тогда напряжение срабатывания защиты, согласно выражению (4) будет равно:

U_сз=13.266/1.3=10.205кВ.

Величину сопротивления Z_сз1, исходя из условия обеспечения селективности по отношению к максимальным токам подпитки от смежной подстанции определим по формуле:

Z_сз1=U_сз1/k_з*I_kmax, ом (10)

где "I_kmax" - максимальный ток, протекающий через защищаемый фидер от соседней подстанции А при коротком замыкании на соседнем фидере (точка к4), определим по формуле:

I_kmax =U_н/2*|Z_пАmax+Z₀₂*l|,A (11)

где Z_пАmax - сопротивление подстанции А в режиме максимума энергосистемы.

Z_ПАmax=2·j· (X_smax+X_m/2) = 2·j· (U_н²/S_кзmax+ X_m/2) = 2·j· (27.5²/700 + 3.176/2) = j·5.337= 5.337e^j90°ом.

Максимальный ток короткого замыкания, согласно выражению (11):

I_{k max}=U_н/2·|Z_nAmax+Z₀₂·l|=27.5·10³/2· (5.337+0.3778·50) =567.549 A

Сопротивление срабатывания I ступени ДЗ, согласно выражению (10):

Z_сз1=U_сз1/k_з*I_kmax=10.205/ 1.2·567.549=0.015

За окончательное сопротивление принимаем 0.015

Выбранное сопротивление срабатывания Z_сз1 проверяется на селективность по отношению к максимальным токам нагрузки фидера.

Z_сз1≤Z_{H min}/k₃ где Z_{H min}

- минимальное сопротивление нагрузки

Z_Hmin= U_pmin/I_Hmax=25/450= 0,056 Z_сз1=0,015≤0,056/1,2=0,047

k3 - коэффициент запаса =1.2-1.3, 0.0155 ≤ 0,047 - условие выполняется.

2.2 Ускоренная токовая отсечка (УТО)

Первичный ток срабатывания ускоренной токовой отсечки I_{сз уто} выбирается из условия отстройки от К.З. в конце защищаемой зоны, т.е. у поста секционирования:

I_{сз уто}=к_з*I_кmax=1.2*1524,73= 1829,68А

где к_з- коэффициент запаса, к_з= 1,2-1,3; I_kmax- 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

I_kmax= U_н/|Z_пmax+ Z₀₁*l₁| = 27.5*10^3/|5,336 + 0.508 · 25| = 1524,73А

где Z_пmax- сопротивление подстанции в режиме максимума

Z_пmax=2*j* (X_smax+ X_т/n);

X_smax=27,5²/700=1,080 ом

Z_пmax=2*j* (1,080+3,176/2) =j*5,336=5,336e^j90°ом.

Выбранное значение I_{сз уто} проверяется по условию селективности к максимальному нагрузочному току:

I_{сз уто}≥ к_з*I_нmax.1829,68≥1,3*450=585.

Условие выполняется.

Затем проверяется чувствительность УТО:

к_ч=I_kmin/I_{сз уто} ≥2

где I_kmin-минимальный ток, протекающий по фидеру при К.З. непосредственно за выключателем ( точка к₂, см. рис.2 )

Ток I_kminопределяется по выражению:

I_kmin=0,9*U_н/|Z_пmin| = 0,9*27,5*10³ /9,376=2639,718А

где Z_пmin- сопротивление подстанции в режиме минимума энергосистемы. Определяется по формуле при n=1

К_ч=I_kmin/I_сзуто=2639,718/1829,68=1,44

Условие к_ч≥2 не выполняется, значит требуется корректировка тока срабатывания УТО, исходя из выражения:

Iсзуто=I_kmin/2=2639,718/2=1319,859A

2.3 Вторая ступень дистанционная направленная защита ДС2

Первичное сопротивление срабатывания второй ступени выбирается исходя из минимального тока К.З. на шинах смежной подстанции точка к₃, Z_сэ11= к_ч*|Z_kmax|, где к_ч- коэффициент чувствительности; Z_kmax- максимальное сопротивление, замеряемое защитой при К.З. на шинах смежной подстанции.

При этом смежный путь на участке пост секционирования - подстанция А считается отключенным. Значение Z_kmaxпри узловой схеме питания определяется по выражению:

Z_kmax= 2* (Z₀₂*l₁+Z₀₁*l₂),Ом,

а при раздельном питании путей:

Z_kmax= 2*Z₀₂*l.

За расчётное значение Z_kmaxпринимается наибольшее из полученных.

Z_kmax=2· (0.3778e^j67,45*25+0,508*e^j63,84*25) =2* (3,617+j*8,727+5,6+j*11,405) =2* (9,217+j*20,132) =18,434+j*40,264=44,28e^j65,4

Z_kmax при раздельной схеме питания, согласно выражению:

Z_kmax=2*Z₀₂*l=2*0,3778*e^j67,45*50=37,78*e^j67,45=14,488+j*34,892ом.

За расчётное значение Z_kmaxпринимается наибольшее из полученных значений, то есть 44,28ом.

Тогда сопротивление срабатывания второй ступени дистанционной защиты