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. 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)
гдеUк.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
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:
/>