_методички / Релейная защита / Кондратьев-21.82

Защита от пробоя вентилей, которая при повреждении одного вентиля (одной параллельной группы) в фазе (вентильном плече) преобразователя воздействует на сигнал, двух вентилей и более – на отключение.

На некоторых типах преобразователей (ПВКЕ-2, ПВЭ-5АУ1 и др.) защита от пробоя вентилей не предусматривается.

Защита от длительной перегрузки преобразовательного агрегата, воздействующая с выдержкой времени на сигнал или на включение резервного агрегата.

Защита от исчезновения или превышения допустимой несимметрии им-

пульсов управления на одной или нескольких фазах (для преобразователей с управляемыми вентилями), действующая на сигнал или на отключение преобразователя. При этих ненормальных режимах в рельсовых цепях СЦБ могут появиться токи гармоник с частотами, кратными 50 Гц, с соответствующими недопустимыми последствиями.

Защита от перегрева преобразовательного трансформатора. Контроль температуры верхних слоев масла в трансформаторе осуществляется термосигнализатором (ТС-100, СТ-2 ЦНИИ). При температуре масла свыше +55°С независимо от нагрузки включается дутьевое (при наличии такового) охлаждение трансформатора. При нагрузке по току выше 70 % номинальной независимо от температуры масла также включается дутьевое охлаждение. При достижении маслом температуры от +75 до +80°С подается сигнал о перегреве трансформатора.

Тепловая защита от превышения допустимой температуры полупроводниковой структуры вентилей преобразователя, воздействующая на управление системой принудительного охлаждения вентильных блоков, включение резервных преобразовательных агрегатов, сигнал и отключение преобразователя.

Защита от коммутационного и индуктированного атмосферного пере-

напряжения на сторонах вторичного напряжения преобразовательного трансформатора и выпрямленного тока, которая осуществляется ограничителями перенапряжения.

Аппаратура автоматического регулирования мощности (АРМ) для по-

вышения надежности электроснабжения и коэффициента мощности электрической тяги и уменьшения потерь электрической энергии в преобразовательных агрегатах (при наличии на подстанции двух агрегатов и более).

20

При выборе трансформаторов тока необходимо также учитывать, что на инверторных и выпрямительно-инверторных агрегатах предусматривается по одному комплекту вторичных обмоток трансформаторов тока для подключения счетчиков электроэнергии (одного счетчика реактивной энергии и двух – со стопорами активной энергии) и датчиков тока и переключения режимов.

2.6. Релейная защита линий автоблокировки, фидеров нетяговых потребителей и линий «два провода – рельс» (ДПР)

На электрифицированных железных дорогах применяются три схемы питания высоковольтных линий автоблокировки: односторонняя (консольная), встречно-консольная и двусторонняя (параллельная).

При односторонней схеме линия автоблокировки питается от одной из тяговых подстанций, при исчезновении на ней напряжения питание линии автоблокировки автоматически переводится на смежную тяговую подстанцию. Простота этой схемы определила ее наибольшее распространение.

При встречно-консольной схеме питания в середине фидерной зоны на высоковольтной линии автоблокировки делается раздел зоны и напряжение в данную линию подается от обеих подстанций. При такой схеме питания в случае отключения любой из питающих тяговых подстанций включается разъединитель или выключатель поста секционирования и питание высоковольтной линии автоблокировки будет осуществляться от смежной тяговой подстанции.

Встречно-консольная схема питания имеет некоторые преимущества по сравнению с односторонней (улучшение уровня напряжения в линии автоблокировки, включение в случае повреждения части высоковольтной линии между тяговыми подстанциями), поэтому этой схеме следует отдавать предпочтение.

При двусторонней схеме высоковольтная линия автоблокировки питается от двух смежных тяговых подстанций. Эта схема питания высоковольтных линий автоблокировки не получила широкого распространения, так как в ней могут возникать значительные по величине уравнительные токи, затрудняющие выполнение токовой релейной защиты.

Высоковольтные линии автоблокировки, как правило, выполняются напряжением 6 или 10 кВ, в последнее время они сооружаются напряжением 10 кВ, так как при этом напряжении в случае одной и той же передаваемой мощности снижаются потери напряжения и, следовательно, увеличивается про-

21

пускная способность таких линий. Заметим, что на электрифицированных железных дорогах переменного тока при питании высоковольтной линии автоблокировки напряжением частотой 75 Гц напряжение 10 кВ не рекомендуется вследствие большой зарядной мощности линии, приводящей к значительному увеличению напряжения и тока однофазного замыкания.

На электрифицированных железных дорогах, сооружаемых в малонаселенных районах с тяжелым профилем пути, при наличии линий ДПР высоковольтной линии автоблокировки могут выполняться однофазными при напряжении 27,5 кВ.

В большинстве случаев питание высоковольтных линий автоблокировки осуществляется от шин собственных нужд тяговой подстанции 0,23 (0,38) кВ через повышающий трансформатор, реже – от шин 6 (10) и 27,5 кВ.

Присоединение высоковольтных линий автоблокировки к шинам 6 (10) кВ выполняется так, чтобы не было электрической связи с другими высоковольтными линиями, в том числе с ЛЭП продольного электроснабжения. Это требование обусловлено ограничением тока однофазного замыкания на землю, которое оказывает влияние на линии связи и рельсовые цепи автоблокировки. Исключение электрической связи между линией автоблокировки и другими высоковольтными линиями достигается установкой изолированных трансформаторов.

Повышающие трансформаторы защищаются предохранителями.

На высоковольтных линиях автоблокировки устанавливаются следующие типы защиты:

от двухфазного, трехфазного короткого замыкания и перегрузки – максимальная токовая защита с выдержкой времени в двухфазном двухрелейном исполнении или максимальная токовая защита с выдержкой времени в двухфазном трехрелейном исполнении;

от двухфазного и трехфазного короткого замыкания – токовая отсечка с ограниченной зоной действия (10 – 20 % длины фидерной зоны);

от однофазного короткого замыкания – токовая защита с выдержкой времени с трансформаторами тока нулевой последовательности или направленная токовая защита типа ЗЗП-1 (ЗЗП-1М);

от понижения или исчезновения напряжения на шинах пункта питания – защита минимального напряжения.

22

Для повышения надежности электроснабжения на высоковольтных линиях автоблокировки применяются устройства АПВ и АВР.

На тяговых подстанциях, как правило, предусматриваются фидеры, предназначенные для питания нетяговых нежелезнодорожных потребителей от шин 6 (10) или 35 кВ. На таких фидерах устанавливаются следующие типы защиты:

от двухфазного, трехфазного короткого замыкания и перегрузки – максимальная токовая защита с выдержкой времени в двухфазном двухрелейном исполнении или в трехфазном трехрелейном;

от двухфазного и трехфазного короткого замыкания – токовая отсечка без выдержки времени в двухфазном двухрелейном исполнении или в трехфазном трехрелейном;

от замыкания одной фазы на землю – защита с действием на сигнал.

На электрифицированных железных дорогах переменного тока питание нетяговых железнодорожных потребителей осуществляется линиями ДПР. Линия ДПР располагается непосредственно на опорах контактной сети и, как правило, имеет схему консольного питания. У приемников электрической энергии устанавливаются комплектные трансформаторные подстанции, подключаемые к линии ДПР через предохранители.

На линиях ДПР устанавливаются следующие типы защиты:

от двухфазного, трехфазного короткого замыкания и перегрузки – максимальная токовая защита в двухфазном двухрелейном исполнении и, как правило, без выдержки времени;

от двухфазного и трехфазного короткого замыкания – токовая отсечка в двухфазном двухрелейном исполнении.

На отключение фидеров ДПР действует также защита минимального напряжения шин 27,5 кВ.

Питание нетяговых железнодорожных потребителей на электрифицированных железных дорогах постоянного тока осуществляется линиями продольного электроснабжения (ЛПЭ 10 кВ). На таких линиях кроме максимальной токовой защиты и токовой отсечки предусматривается установка защиты от замыканий на землю с действием на сигнал или на отключение.

23

2.7. Релейная защита компенсирующих и многофункциональных оптимизирующих устройств

Для компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки на электрифицированных железных дорогах переменного тока применяются устройства поперечной емкостной компенсации (УПК). Устройства УПК могут устанавли-

ваться

на

тяговых подстанциях,

постах

секционирования и электрово-

зах (рис. 2.4).

Для

исключения

резонанса

на

3-й, 5-й, 7-й, ... гармониках последова-

тельно

с

конденсаторной

батареей

включается реактор, индуктивность ко-

торого выбирается из условия равенства

емкостного

сопротивления батареи

и

индуктивного сопротивления

реактора

для гармоники частотой 150 Гц.

В целях повышения и стабилиза-

ции напряжения в тяговой сети в усло-

виях непрерывно изменяющихся тяго-

Рис. 2.4. Схема включения УПК

вых нагрузок применяются устройства

на посту секционирования (ПС)

продольной емкостной

компенсации

(ПЕК), которые, кроме того, обеспечивают частичное симметрирование напряжения 27,5 кВ и компенсацию реактивной мощности.

На тяговых подстанциях устройства ПЕК включаются на стороне 27,5 кВ тягового трансформатора (рис. 2.5).

При больших потерях напряжения в тяговой сети, что имеет место на электрифицированных участках с односторонним питанием, устройства ПЕК включаются непосредственно в тяговую сеть [2].

На УПК, состоящих из конденсаторов со встроенными предохранителями секций, предусматривается установка следующих типов защиты:

от тока короткого замыкания и перегрузки – максимальная токовая защита с выдержкой времени;

от тока короткого замыкания – продольная дифференциальная токовая защита;

24

от пробоя изоляции конденсаторов – дифференциальная защита по напряжению;

от коммутационного перенапряжения – резисторы, включаемые в цепь УПК в переходном режиме.

а б в

Рис. 2.5. Схемы включения ПЕК на тяговой подстанции:

а– в отсасывающий провод; б – в отсасывающую линию; в – в три фазы На устройства ПЕК устанавливаются следующие типы защиты:

от тока короткого замыкания (при коротком замыкании на электровозах или в тяговой сети) – шунтирующие разрядники и высоковольтные выключатели;

от перегрузки – защита максимального напряжения; от нарушения изоляции обкладок конденсатора – балансная токовая

защита; от нарушения изоляции платформ – групповые разрядники в сочетании с

балансной токовой защитой.

3. ЗАЩИТА ПОНИЖАЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА

Расчет релейной защиты включает в себя определение первичного тока Iс.з (напряжения Uс.з , сопротивления Zс.з и т. п.) срабатывания защиты, тока Iс.р (напряжения Uс.р, сопротивления Zс.р и т. п.) срабатывания реле, коэффициентов чувствительности защиты kч для основной и резервных зон, выдержки времени соответствующих органов защиты (реле времени, промежуточных) и других

25

параметров, характеризующих работу защиты. Кроме того, производится выбор типа и номинальных параметров реле (тока, напряжения, времени, промежуточных, сигнальных и т. п.), типа и коэффициентов трансформации трансформаторов тока (для встроенных трансформаторов тока кроме номинального коэффициента трансформации уточняется выбранная отпайка), а также проверка трансформаторов тока на 10%-ную погрешность.

3.1. Максимальная токовая защита ввода 27,5 кВ

Реле тока МТЗ на стороне 27,5 кВ понижающего трансформатора тяговой подстанции переменного тока (ввода 27,5 кВ) включаются на сумму токов двух трансформаторов (объединенная МТЗ). Такое решение принято в целях отстройки защиты от токов КЗ на стороне 38,5 (11) кВ при двух включенных трансформаторах на шины 38,5 (11) кВ.

Для трехобмоточных трансформаторов с объединенной МТЗ на стороне 27,5 кВ первичный ток срабатывания защиты определяется по формуле:

	Iс.з =	kнkсзI	нагр max	,	(3.1)
		kв
	где kн – коэффициент надежности, kн = 1,15 – 1,25;				kсз – коэффициент самоза-
	пуска (для МТЗ ввода 27,5 кВ kсз = 1); kв –		коэффициент возврата реле (для реле

типа РТ-40 kв = 0,85 – 0,90); Iнагр max – максимальный ток нагрузки (для МТЗ ввода 27,5 кВ Iнагр max = (2 ÷ 4) Iн.т) , А (Iн.т – номинальный ток обмотки 27,5 кВ понижающего трансформатора, А).

Ток срабатывания реле рассчитывается по уравнению:

Iñ.ð	=	Iñ.çkñõ	,	(3.2)
		kò.ò

где kсх – коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения вторичных обмоток трансформатора тока и реле; kт.т – коэффициент трансформации трансформаторов тока

26

kò.ò	=	I1ò.ò	,	(3.3)
		I2ò.ò

где I1т.т – номинальный ток обмотки соответствующего напряжения понижающего трансформатора, принимается равным ближайшему большему значению из стандартных значений, А; I2т.т – вторичный ток трансформатора тока, А.

Чувствительность защиты по току определяется при минимальном значении тока двухфазного короткого замыкания на шинах 27,5 кВ. При объединенной схеме защиты минимальным будет ток короткого замыкания при работе одного трансформатора в минимальном режиме работы питающей системы.

Коэффициент чувствительности защиты должен удовлетворять условию:

k÷	=	I (2)	ê min	³1,5,	(3.4)
		Iñ.ç

где I(2)к min – значение тока короткого замыкания на шинах 27,5 кВ, А,

I (2)	= 0,86I (3) ,	(3.5)
ê min	ê mi

где I(3)к min – значение тока короткого замыкания на шинах 27,5 кВ при работе одного трансформатора, А.

Если условие (3.4) по отношению к коэффициенту чувствительности не выполняется, следовательно, токовую защиту необходимо дополнить блокировкой минимального напряжения.

Схема максимальной токовой защиты трансформатора на стороне 27,5 кВ приведена на рис. 3.1.

Выдержка времени выбирается из условия селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени tн.п защиты присоединений, питающихся от шин 27,5 кВ:

tз.в(27,5) = tн.п + ∆t,

(3.6)

где ∆t – ступень селективности, ∆t = 0,4 – 0,6, с.

27

При необходимости для повышения коэффициента чувствительности максимальная токовая защита может быть дополнена блокировкой минимального напряжения для ввода 27,5 кВ, тогда первичный ток срабатывания защиты рассчитывается по выражению (3.1) при Iнагр max = 2Iн.т. Напряжение срабатывания реле блокировки вычисляется по формуле:

Uс.р =	Uраб min	,	(3.7)
	kвkнkт.н
где Uраб min – минимальное рабочее напряжение, Uраб min = 0,9Uном, В; Uном –			но-
минальное напряжение, В; kн – коэффициент надежности, kн = 1,15 – 1,25;

kв – коэффициент возврата реле (для реле минимального напряжения типа РН-50 kв = 1,2); kт.н – коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

а

б

Рис. 3.1. Схема максимальной токовой защиты трансформатора на стороне 27,5 кВ: а – схема первичной коммутации;

б– схема вторичной коммутации

3.2.Максимальная токовая защита ввода 38,5 (11) кВ

Первичный ток срабатывания МТЗ ввода 38,5 (11) кВ рассчитывается по формуле (3.1) при

28

к min

Iнагр max = (2 – 3) Iн.т,	(3.8)
где Iн.т – номинальный ток обмотки 38,5 (11) кВ понижающего трансформа-
тора, А.
Ток срабатывания реле вычисляется по уравнению (3.2)	в тех случаях,

когда от шин 38,5 (11) кВ осуществляется питание потребителей с нагрузкой, состоящей в основном из электродвигателей (например, мощных насосных станций с двигателями 6 – 10 кВ).

Чувствительность защиты характеризуется выполнением условия (3.4) при минимальном значении тока I(2)к min, протекающего по вводу 38,5 (11) кВ при двухфазном коротком замыкании на шинах. На тяговых подстанциях постоянного тока проверяется также чувствительность МТЗ ввода 11 кВ для резервной зоны по минимальному току I(3) трехфазного короткого замыкания на выводах вторичной обмотки трансформатора выпрямительного агрегата. При этом значение коэффициента чувствительности защиты должно быть в пределах:

k÷.ðåç	=	I (3)	ê min	³ 1, 2,	(3.9)
		Iñ.çkò
где kт – коэффициент трансформации тягового (преобразовательного)					транс-

форматора, равный отношению номинальных линейных напряжений его первичной и вторичной обмоток.

При необходимости для увеличения коэффициента чувствительности МТЗ ввода 38,5 (11) кВ применяют блокировку минимального напряжения. В таком случае первичный ток срабатывания защиты вычисляется по выражению (3.1) при Iнагр max = Iн.т, а напряжение срабатывания реле блокировки минимального напряжения – по формуле (3.7). Коэффициент чувствительности защиты рассчитывается так же, как и для ввода 27,5 кВ.

Схема максимальной токовой защиты тягового трансформатора на стороне 38,5 кВ приведена на рис. 3.2.

Выдержка времени защиты на отключение секционного выключателя рассчитывается по формуле:

tз.с 38,5(11) = tн.п + t ,

(3.10)

29