РЕФЕРАТЫ ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Реферат: Расчет электронных защит фидеров 27.5 кВ контактной сети тяговых подстанций
Расчет электронных защит фидеров 27.5 кВ контактной сети тяговых подстанцийЗащита 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 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
, (1.56)
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
, (1.57)
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.=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,
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
(1.67)
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):
1.5.6.4 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 |
Мощность 1-го потребит. |
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 |
20.0 |
|
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 |
Устройства управления и защиты |
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: 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:
Ток кратковременного разряда в аварийном режиме:
(1.63)
где
¾
ток кратковременной нагрузки привода ВМТ-110Б:
Необходимую расчетную емкость батареи определим:
(1.64)
где
¾
длительность разряда при аварии, принимаемая для тяговых подстанций равной 2 часам.
А*ч
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 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. 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.
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:
