Захист фідера контактної мережі тягової підстанції є двоступеневою.
При розрахунку використовуються наступні значення питомих опорів тягової мережі:
Z11-повне питомий опір тягової мережі одноколійного ділянки, Ом / км;
Z21-повне питомий опір тягової мережі одноколійного колії двоколійного ділянки при відсутності струму в контактній мережі сусідньої колії, Ом / км;
Z22-повне питомий опір тягової мережі одноколійного колії двоколійного ділянки при однакових за величиною і напрямком токах в контактній мережі обох шляхів, Ом / км.
1.5.6.1 Дистанційна ненаправленная захистЄ першим ступенем захисту ДС-1 відключає без витримки часу к.з. в межах 80-85% зони підстанція-пост секціонування. Для виключення помилкових дій першого ступеня захисту через значне зниження напруги при к.з. на складному шляху передбачений автоматичний переклад датчика ДС-1 в режим датчика струму.
У цих випадках, тобто при значному зниженні напруги, що надходить від трансформатора напруги, струм у схемі ДС-1 визначається стабілізованою напругою Uст, у зв'язку з чим ДС-1 перетворюється на датчик струму.
Так як перший ступінь захисту має власний час спрацьовування 30 ¸ 60 мс., То з метою зменшення часу відключення к.з., що супроводжуються великим струмом, додатково застосована ще прискорена струмова відсічення (УТО), що має власний час спрацьовування 5 ¸ 10 мс.
Другий ступінь захисту, захищаючи зону до шин суміжної підстанції, являє собою дистанційну спрямований захист з витримкою часу 0.4 ¸ 0.5 с. У цьому ступені використовується датчик повного опору ДС-2 з круговою характеристикою радіусом, рівним опору спрацьовування другого ступеня, і фазовий орган ФТН, що забезпечує спрацьовування другого ступеня в заданому діапазоні кутів (45 ¸ 1995 °).
Первинне опір спрацьовування захисту вибирається найменшим з наступних трьох умов:
а) за умовою селективної роботи з захистами фідерів поста секціонування
Zс.з. = (0.8 -0.85) * Z11 * l / 2; (1.55)
де l = 50 км - відстань до суміжної підстанції.
Zс.з. = 0.85 * 25 * 0.42 = 8.925 Ом.
б) за умовою селективності до максимального струму навантаження фідера
, (1.56)
де Uр.мін - мінімальна напруга на шинах підстанції в робочому режимі (Uр.мін = 25кВ);
Кн = 1.2 - 1.3 - коефіцієнт надійності;
Iн.max - максимальний струм нагтузкі фідера підстанції, кА.
Zс.з. = 25000 / (1.2 * 500) = 41.7 Ом.
в) за умовою селективності до максимального струму підживлення від сусідньої підстанції Б при к.з. на сусідньому фідері
, (1.57)
де Uс.з. - напруга перекладу захисту в режим струмового відсічення.
Uс.з. = Uк.мін / Кн, (1.58)
де Uк.мін - мінімальна напруга на шинах підстанції при к.з. на шинах поста секціонування.
Напруга Uк.мін визначається за формулою:
Uк.мін = Uном * Z11 * l1 / (4 * (X ¢ c.мін.а + Xп.т.) + Z11 * l1), (1.59)
де Uн - номінальна напруга 27.5 кВ;
l1 - відстань до поста секціонування;
X ¢ с.мін.а - опір живильної системи підстанції А для мінімального режиму роботи, наведене до напруги 27.5 кВ, Ом;
X ¢ с.мін.а = Xс.мін.а * (Uном / Uc) 2; (1.60)
Xс.мін.а - мінімальне опір системи;
Xп.т. - Опір понижувального трансформатора, наведене до напруги 27.5 кВ, Ом;
Xп.т = uк.п. * U2ном / (100 * Sп.т.); (1.61)
Sп.т - номінальна потужність понижуючого трансфор-матора, МВ * А;
Iк.max.Б - максимальний струм підживлення від сусідньої підстанції;
Iк.max.Б = Uном / (4 X ¢ с.макс.Б +2 Xп.т. * Z22 * l); (1.62)
X ¢ с.макс.Б - опір живильної системи сусідньої підстанції для максимального режиму роботи, наведене до напруги 27.5 кВ, Ом.
X ¢ с.мін.а = 25 * 1.2 * (27:5 / 115 *) 2 = 1.72 Ом,
Xп.т = 17 * 27.52 / (100 * 40) = 3.21 Ом,
Uк.мін = 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.
Остаточним опором спрацьовування Zс.з. є найменше з трьох значень. Вибираємо:
Zс.з. = 8.93 Ом.
Опір, напруга і струм спрацьовування електронних захистів визначаємо за формулами
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)
де Кт.т. - коефіцієнт трансформації трансформатора струму;
Кт.н. - коефіцієнт трансформації трансформатора напруги.
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. Прискорена струмова відсічення (УТО)Первинний струм спрацювання прискореного струмового відсічення Iс.з.УТО вибирається найбільшим з 2-х, обчислених за умовами:
а) за умовою селективності роботи з захистами поста секціонування:
Ic.з. = Кн * Iк.макс, (1.66)
де Iк.макс - максимальний струм к.з., що протікає через захищається фідер підстанції при к.з. на шинах поста секціонування, кА:
Iк.макс .= Uном / (2 X ¢ с.мін.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) за умовою селективності максимальному току навантаження фідера:
Ic.з. = Кн * Iн.макс. (1.68)
Ic.з. = 1.25 * 0.5 = 0.625 А.
Чутливість УТО перевіряється за умовою
(1.67)
де Iк.мін .- мінімальний струм протікає по вимикача при к.з. поблизу встановлення захисту.
Кч = 2.512 / 1.66 = 1.2 <2.
Оскільки умова (1.67) не виконується, то струм спрацювання захисту зменшуємо (скорочуємо зону її дії), приймаючи її рівною
Iс.з. = Iк.мін. / 2. (1.68)
Iс.з. = 2.512 / 2 = 1.526 А.
1.5.6.3. Дистанційна спрямована захист з витримкою часу (ДЗ2п)Є другим ступенем захисту.
Первинне опір спрацьовування другого ступеня вибирається виходячи з мінімального струму к.з. на шинах суміжної підстанції.
(1.60)
де Zк max ¾ максимальний опір вимірюється захистом при к.з. на шинах суміжної підстанції, при цьому суміжний шлях на ділянці поста секціонування ¾ суміжна підстанція вважається відключеною, Ом;
kr = 1.5 ¾ коефіцієнт чутливості захисту.
а) при вузловій схемою:
б) при роздільному харчуванні шляхів:
За розрахункове значення Zк max приймається найбільше з отриманих Zк max = 45.82 Ом.
Установка по куту другого ступеня фідера підстанції дорівнює 64.74 °.
Тоді за (1.60):
Підставимо результат розрахунку електронного захисту фідера тягової підстанції.
Отримані при розрахунках значення первинних опорів Zс.з. напруги Uс.з. і струму Iс.з. спрацьовування захистів потрібно привести до вторинних сторонам вимірювальних трансформаторів, тобто визначити для відповідних величин уставки реле електронних захистів.
(1.61)
де ¾ відповідно коефіцієнти трансформації ТТ і ТН;
= 1000 / 5 = 200
= 27500/100 = 275
Тоді по (1.61):
Визначаємо первинний струм спрацьовування МТЗ
при
Тоді
Визначаємо коефіцієнт чутливості:
Тоді струм спрацювання реле:
За [11] вибираємо струмова реле типу РТ40 / 6 з паралельними сполуками обмоток з
За [11] вибираємо реле часу типу ЕВ-225 з діапазоном уставок 0.5 ¸ 3.5 с.
1.5.7. Розрахунок власних потреб підстанціїПід власними потребами електроустановки розуміються всі допоміжні пристрої, механізми та апаратура, необхідні для експлуатації в нормальному й аварійному режимах, до них належать: трансформатори власних потреб, акумуляторна батарея, зарядно-підзарядний пристрій (ЗПП).
До схемами живлення установок власних потреб пред'являються наступні вимоги:
¾ забезпечення достатньо високої надійності живлення споживачів власних потреб;
¾ простота виконання і невелика вартість;
¾ простота експлуатації і малі експлуатаційні витрати;
¾ безпеку обслуговування.
Харчування споживачів власних потреб може бути індивідуальне, групове, змішане. В даний час широко застосовують змішане харчування, коли найбільш відповідальні споживачі підключаються безпосередньо до шин джерел власних потреб.
Розрахунок власних потреб підстанції зводиться до розрахунку потужності і вибору типу трансформатора власних потреб. Розрахункова максимальна потужність для живлення приймачів власних потреб, яка припадає на один трансформатор визначається з суми навантажень власних потреб підстанції [12].
У таблиці 1.13 наведено споживачі і їхні потужності.
Табліца1.13Потужність споживачів власних потреб.
N | Найменування споживачів | Потужність 1-го споживе. | к-ть споживе. | Повна мощн. |
1 | Підігрів масла викл.: | |||
ВМТ-110Б | 15.0 | 1 | 15.0 | |
З-35М | 3.6 | 6 | 21.6 | |
ВМУЕ-35Б | 1.8 | 6 | 10.8 | |
ВМУЕ-27.5Б | 1.8 | 5 | 9.0 | |
2 | Підігрів приводів викл.: | |||
ВМТ-110Б, ВМУЕ-35Б, ВМУЕ-27.5Б | 0.8 | 18 | 14.4 | |
3 | Обдув понижувального трансформатора потужністю Sн = 40 МВ * А | 10.0 | 2 | 20.0 |
4 | Привід ПДН-1 | 1.5 | 16 | 24.0 |
5 | Підігрів шаф СН | 6.0 | 2 | 12.0 |
6 | Підігрів приладових відсіків: | |||
КРУН РУ 10 кВ | 15.0 | 1 | 15.0 | |
КРУН автоблокування | 5.0 | 2 | 10.0 | |
7 | Освітлення відкритій частині підстанції | 5.0 | 1 | 5.0 |
8 | Трансформатори автоблокування | 100.0 | 1 | 100.0 |
9 | Черговий пункт дистанції к.с. | 54.0 | 1 | 54.0 |
10 | Пересувна база масляного господарства | 20.0 | 1 | 20.0 |
11 | Опалення будівлі підстанції | 40.0 | 1 | 40.0 |
12 | Освітлення будівлі підстанції | 3.0 | 1 | 3.0 |
13 | Калорифер приміщення акумуляторної | 8.0 | 1 | 8.0 |
14 | Вентиляція приміщення акумуляторної | 4.0 | 1 | 4.0 |
15 | Вентиляція машинного залу | 1.6 | 1 | 1.6 |
16 | Підзарядний пристрій батареї | 10.0 | 1 | 10.0 |
17 | Електричний обігрівач душа | 18.0 | 1 | 18.0 |
18 | Слюсарна майстерня | 3.0 | 1 | 3.0 |
19 | Неврахована навантаження | 100.0 | 1 | 100.0 |
Таким чином, сумарна потужність споживачів СН дорівнює S = 508.4 кВт.
Прийнятий трансформатор власних потреб ТМ-630/35 задовольняє потребам потужності нетягових споживачів.
1.5.8. Розрахунок і вибір акумуляторної батареїНа тягових підстанціях зазвичай застосовують постійний оперативний струм, джерелом якого є акумуляторні батареї типу СК, що працюють в режимі постійного підзаряду. Акумуляторну батарею вибирають за необхідної ємності, яка визначається типовим номером батареї, і за напругою, яка повинна підтримуватися на шинах постійного оперативного струму.
До постійної навантаженні на підстанціях відносяться ланцюга управління, сигналізації, захисту, автоматики, телемеханіки, блокувань безпеки і т.д.
Кількість послідовно з'єднаних акумуляторних елементів визначається необхідною напругою на шинах. В останні роки на тягових підстанціях застосовують батареї на 220 В [12]. Навантаження батареї наведено в таблиці 1.14.
Таблиця 1.14Навантаження батареї
N | Споживачі | Кількість | Струм оди | Навантаження батареї, А | |
постійного струму | Ниці, А | довгих. | Кратковремен. | ||
Постійно приєднані приймачі: | |||||
1 | Лампи положення вимикачів | 25 | 0.065 | 1.6 | ¾ |
2 | Пристрої керування й захисту | ¾ | ¾ | 15 | ¾ |
Приймачі приєднані при аварійному режимі: | |||||
1 | Пристрої телекерування, телесигналізації і зв'язку | ¾ | ¾ | 1.4 | ¾ |
2 | Аварійне освітлення | ¾ | ¾ | 10 | ¾ |
3 | Привід вимикача ВМТ-110Б | ¾ | ¾ | ¾ | 244 |
РАЗОМ: | 28 | 244 | |||
Послідовність вибору батареї:
Струм тривалого розряду в аварійному режимі: (1.62)
де ¾ сума струмів постійного навантаження, А;
¾ сума струмів в аварійному режимі, А.
Тоді з таблиці 1.14 маємо:
(1.63)
де ¾ струм короткочасного навантаження приводу ВМТ-110Б:
(1.64)
де ¾ тривалість розряду при аварії, яка приймається для тягових підстанцій рівної 2 годинах.
А * год
(1.65)
де ¾ ємність акумулятора СК-1; при тривалості розряду
ч. маємо
= 22 А * год
Тоді
приймаємо N = 3
Вибираємо номер батареї по струму короткочасного розряду: (1.66)
де 46 ¾ короткочасно дозволений розрядний струм акумулятора типу СК-1, А;
Остаточно приймаємо акумуляторну батарею СК-6.
Визначимо повне число послідовно включених елементів батареї: (1.67)
де ¾ напруга на шинах включення приймається 258 В при первинній напрузі підстанції 110 кВ;
¾ напруга акумуляторного елемента при заряджанні, рівне 2.15 В.
Напруга заряду ЗПП
(1.68)
де n ¾ повне число елементів акумулятора.
Зарядний струм батареї:
(1.69)
де ¾ зарядний струм для батареї СК-6, А.
Розрахункова потужність ЗПП
(1.70)
За отриманими в процесі розрахунку напрузі, струму і потужності приймаємо зарядно-підзарядні агрегат типу ВАЗН-380/260-40/80. Технічні дані якого задовольняють умовам вибору: