_методички / Релейная защита / Кондратьев-21.100

z21 – полное удельное сопротивление тяговой сети одного пути двухпутного участка при отсутствии тока в контактной сети соседнего пути, Ом/км;

z22 – полное удельное сопротивление тяговой сети одного пути двухпутного участка при одинаковых по величине и направлению токах в контактной сети обоих путей, Ом/км. Значения удельных сопротивлений тяговой сети приведены в табл. 5.1.

Т а б л и ц а 5 .1

Значения удельного сопротивления тяговой сети

	Тип	Тип		Расчетные удельные сопротивления zmn
						тяговой сети, Ом/км
	подвески	рельсов
			r11	x11	z11	r21	x21	z21	r22	x22	z22
	ПБСМ70 +	Р43	0,25	0,48	0,54	0,23	0,43	0,49	0,28	0,56	0,63
		Р50	0,24	0,47	0,53	0,22	0,43	0,48	0,26	0,56	0,62
	+ МФ85
		Р65	0,23	0,46	0,51	0,22	0,42	0,47	0,26	0,54	0,60
	ПБСМ70 +	Р43	0,24	0,47	0,53	0,22	0,42	0,47	0,26	0,54	0,60
		Р50	0,23	0,46	0,51	0,21	0,42	0,47	0,24	0,54	0,59
	+ МФ100
		Р65	0,22	0,45	0,50	0,21	0,41	0,46	0,24	0,52	0,57
	ПБСМ95 +	Р43	0,22	0,44	0,49	0,20	0,39	0,44	0,24	0,52	0,57
		Р50	0,21	0,43	0,48	0,19	0,39	0,43	0,22	0,52	0,56
	+ МФ100
		Р65	0,20	0,42	0,47	0,19	0,38	0,42	0,22	0,50	0,55
	М95 +	Р43	0,16	0,42	0,45	0,14	0,37	0,39	0,18	0,50	0,53
		Р50	0,15	0,41	0,44	0,13	0,37	0,39	0,16	0,50	0,52
	+ МФ100
		Р65	0,14	0,40	0,42	0,13	0,36	0,38	0,16	0,48	0,51
	М120 +	Р43	0,15	0,40	0,43	0,13	0,35	0,37	0,16	0,48	0,51
		Р50	0,14	0,39	0,41	0,12	0,35	0,36	0,14	0,48	0,50
	+ МФ100
		Р65	0,13	0,38	0,40	0,12	0,34	0,36	0,14	0,46	0,48

5.1. Расчет ненаправленной дистанционной защиты

Уставку срабатывания Zу ННДЗ ненаправленной дистанционной защиты (ННДЗ) выбирают из следующих трех условий.

1) По условию селективности работы с защитами фидеров поста секционирования:

Zу ННДЗ kотсZк ,

(5.1)

10

где Zк – сопротивление петли короткого замыкания, измеряемое защитой выключателя QA1 (см. рис. 5.1), Ом; kотс – коэффициент отстройки, kотс = 0,8 0,85.

Значение Zк определяют по выражениям для однопутного и двухпутного участков соответственно:

Zк z11lАП ;	(5.2)
Zк z21lАП ,	(5.3)

где lАП – расстояние от тяговой подстанции А до поста секционирования, км. 2) По условию селективности к максимальному току нагрузки фидера:

	Zу ННДЗ		Uн min		,	(5.4)
			kн I	н max А

где Uн min – минимальное напряжение на шинах подстанции в нормальном режиме, В (Uн min = 25000 В); kн – коэффициент надежности, kн = 1,2 1,3; Iн max А – максимальный ток нагрузки фидера подстанции А, А.

В расчетах принимаем Iн max А = Iн.т 27,5, где Iн.т 27,5 – номинальный ток обмотки 27,5 кВ понижающего трансформатора, А.

3) По условию селективности к максимальному току подпитки от соседней подстанции B при коротком замыкании на соседнем фидере в точке К2

(см. рис. 5.1):

	Zу ННДЗ		Uк min		,	(5.5)
			kн I	н max B

где Uк min – минимальное напряжение на шинах подстанции при коротком замыкании на шинах поста секционирования, В; Iн max В – максимальный ток подпитки от соседней подстанции В, протекающий по выключателю фидера QA2 при коротком замыкании в точке К2 (см. рис. 5.1), А.

Значение Uк min определяется по выражениям для однопутного и двухпутного участков соответственно:

11

где uк ВН

	Uк min			Uном z11lАП		;		(5.6)
					ZпА min ) z11lАП
				2(Zc min A
	Uк min			Uном z22lАП			,	(5.7)
					ZпА min ) z22lАП
			4(Zc min A
где Uном – номинальное напряжение на шинах подстанции, кВ (Uном = 27,5 кВ);
	– сопротивление питающей системы подстанции А для минимального
Zc min A

режима работы, приведенное к напряжению 27,5 кВ, Ом; ZпА min – сопротивление тяговой подстанции А в режиме минимума энергосистемы, Ом.

	определяется по выражению:
Значение Zc min A
				Uc		Uc		2
								,	(5.8)
	Zc min A		(3)
			3Iк.з min Uном

где Uc – напряжение питающей системы подстанции А (Uc = 110 (220) кВ), кВ;

I (3)	= 0,86 I (3)	минимальное значение тока трехфазного короткого замыкания
к.з min	к

на шинах 110 (220) кВ (в курсовой работе принимается расчетное значение тока трехфазного короткого замыкания), А.

Значение ZпA min определяется по формуле:

ZпA min	uк ВН U 2
			ном	,	(5.9)
	100 Sп.т A

– напряжение короткого замыкания понижающего трансформатора со стороны высокого напряжения (ВН) на сторону 27,5 кВ, %; Sп.т А – номинальная мощность понижающего трансформатора подстанции А, МВ А.

Значение тока Iн max В определяется по выражению:

12

Iк max В				Uном						.
	4Zc max B 2ZпB max z22 (lАП lПB )
В расчетах принимаем Zc max B			= 1,2 Zc min A .
Значение сопротивления тяговой подстанции В в режиме
энергосистемы ZпB max определяется по выражению:
		Z			uк ВН			U 2
Z								ном	.
	пB max		пA max
					100 2Sп.т A

(5.10)

максимума

(5.11)

На однопутных участках режим, в котором была бы возможна неселективная работа ННДЗ из-за подпитки короткого замыкания от соседней подстанции В, отсутствует и выполнение условия (5.5) не требуется, поэтому первичное сопротивление срабатывания защиты ННДЗ для однопутных участков выбирается наименьшим из вычисленных по выражениям (5.1) и (5.4).

Сопротивление срабатывания реле ННДЗ определяют по формуле:

Zс.р ННДЗ		Zу ННДЗkт.т	,	(5.12)
		kт.н

где kт.т и kт.н – коэффициенты трансформации трансформаторов тока данного фидера и напряжения.

5.2. Расчет трехступенчатой направленной дистанционной защиты

Первая ступень направленной дистанционной защиты (НДЗ1) имеет зону, не доходящую до шин поста секционирования во избежание излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях. Эта ступень не имеет выдержки времени. Свойство направленности этой ступени обеспечивается либо блокировкой по току (БТ) при ненаправленном реле сопротивления, либо применением направленного реле сопротивления.

Вторая ступень направленной дистанционной защиты (НД32) выполняется с выдержкой времени и должна обеспечить нормативное значение коэф-

13

фициента чувствительности при коротких замыканиях на шинах поста секционирования. Если при расчете уставки окажется, что такая характеристика не отстроена от нормального режима, то допускается использовать характеристику НД32, как у первой ступени.

Третья ступень направленной дистанционной защиты (НДЗ3) является резервной, она должна срабатывать с требуемым коэффициентом чувствительности в том случае, если отказывают защиты или выключатель поста секционирования. Эта ступень имеет еще большую выдержку времени.

5.2.1. Расчет первой ступени трехступенчатой направленной дистанционной защиты НДЗ1

Уставку срабатывания Zу НДЗ1 первой ступени дистанционной защиты выбирают по условию селективности так, чтобы защита не срабатывала при коротком замыкании за постом секционирования:

Zу НДЗ1 kотсZк ,

(5.13)

где Zк – сопротивление петли короткого замыкания, измеряемое защитой выключателя QA1, Ом; kотс – коэффициент отстройки, kотс = 0,85 0,90.

Для однопутного участка значение Zк определяется по формуле:

Zк z11lАП .

(5.14)

Для схемы узлового и параллельного питания тяговой сети двухпутного участка

Zк z21lАП ,

(5.15)

где lАП – расстояние от тяговой подстанции А до поста секционирования, м. Выбранная по условию (5.13) уставка срабатывания проверяется на не-

чувствительность к режимам нормальной работы по формуле:

Zу НДЗ1	Zн min	,	(5.16)
	kвkз

14

где Zн min – минимальное сопротивление нагрузки, Ом; kв – коэффициент возврата, kз – коэффициент запаса, kз = 1,1 1,3.

Поскольку первая ступень дистанционной защиты не имеет выдержки времени, то для нее kв = 1.

Минимальное сопротивление нагрузки определяется по выражению:

Zн min	Uн min	,	(5.17)
	Iн max A

где Uн min – минимальное напряжение на шинах подстанции в нормальном режиме, В (Uн min = 25000 В); Iн max А – максимальный ток нагрузки фидера подстанции А, А. В расчетах принимаем Iн max А = Iн.т 27,5.

Сопротивление срабатывания реле НДЗ1 определяют по формуле:

Zс.р НДЗ1		Zу НДЗ1kт.т	,	(5.18)
		kт.н

5.2.2. Расчет второй ступени трехступенчатой направленной дистанционной защиты НДЗ2

Уставку срабатывания Zу НДЗ2 второй ступени дистанционной защиты вычисляют по формуле:

Zу НДЗ2 kчZк ,

(5.19)

где Zк – максимальное сопротивление, измеряемое защитой, при коротком замыкании на выводах выключателя смежной подстанции в режиме минимума энергосистемы и с учетом сопротивления дуги, Ом; kч – коэффициент чувствительности, kч 1,25.

Для однопутного участка
Zк z11lАП .	(5.20)

15

Для схемы узлового и параллельного питания тяговой сети двухпутного участка

Zк 2z22lАП .

(5.21)

Выбранная по условию (5.19) уставка срабатывания проверяется на нечувствительность к режимам нормальной работе по формуле (5.16).

Поскольку вторая ступень дистанционной защиты выполняется с выдержкой времени от 0,3 до 0,7 с, то для нее kв = 1,1 1,15.

Сопротивление срабатывания реле НДЗ2 определяют по формуле (5.18) с заменой Zу НДЗ1 на Zу НДЗ2 .

5.3. Расчет токовой отсечки

Токовая отсечка используется в качестве дополнительной защиты фидеров тяговых подстанций и постов секционирования.

Уставка срабатывания токовой отсечки Iу ТО выбирается такой, чтобы по условиям селективности защита не срабатывала при повреждении на смежном участке:

Iу ТО kотс Iк max ,

(5.22)

где Iк max – максимальный ток, протекающий при коротком замыкании через выключатель фидера подстанции; kотс – коэффициент отстройки, kотс = 1,3 1,5.

Для однопутного участка ток Iк max вычисляют по выражению:

	Iк max		Uрасч		.	(5.23)
			ZпА max	z11lАП

Для схемы узлового и параллельного питания тяговой сети двухпутного участка

	Iк max		Uрасч		,	(5.24)
			ZпА max	z21lАП
			16

где Uрасч – напряжение контактной сети в режиме максимума энергосистемы, В, Uрасч = 28900 В; ZпА max – сопротивление тяговой подстанции А в режиме максимума энергосистемы, Ом; lАП – расстояние от подстанции А до поста секционирования, км.

Выбранная по уравнению (5.22) уставка срабатывания ТО проверяется по условию:

Iк min	kч ,	(5.25)
Iу ТО

где Iк min – минимальный ток, протекающий при коротком замыкании через выключатель фидера подстанции; kч – коэффициент чувствительности, kч = 1,2.

Для однопутного участка значение Iк min вычисляют по выражению:

I Uрасч . (5.26)

к min	ZпА min

Для схемы узлового и параллельного питания тяговой сети двухпутного участка

Iк min	U		1		1		,
		расч						(5.27)
		ZпА min			2(ZпА min z22lАП z22lПВ

где Uрасч – напряжение контактной сети в режиме минимума энергосистемы, В, Uрасч = 26200 В; ZпА min – сопротивление тяговой подстанции А в режиме минимума энергосистемы, Ом; lПВ – расстояние от поста секционирования до подстанции В, км.

Ток срабатывания реле ТО определяют по формуле:

I			Iу ТО	.	(5.28)
	с.р ТО
			kт.т

5.4. Расчет защиты минимального напряжения

17

Защита минимального напряжения (ЗМН) может использоваться как резервная на постах секционирования и основная на пунктах параллельного соединения. На постах секционирования ЗМН выполняется, как правило, с выдержкой времени на одну ступень выше, чем у дистанционной защиты второй ступени, т. е. от 0,6 до 1,0 с, на пунктах параллельного соединения (ППС) – без выдержки времени.

Уставку срабатывания Uу ЗМН выбирают и проверяют по условиям:

Uу ЗМН kчUк max ;				(5.29)
Uу ЗМН		Uн min	,	(5.30)
		kвkз

где Uк max – наибольшее значение напряжения контактной сети в месте установки защиты при коротком замыкании в расчетной точке, В; Uн min – наименьшее значение напряжения контактной сети в том же месте в нормальном режиме, Uн min = 21000 В; kч – коэффициент чувствительности, kч = 1,3; kв – коэффициент возврата, kв = 1,15 1,25 (для ППС kв = 1); kз – коэффициент запаса, kз = 1,1 1,3.

Для минимального напряжения в нормальном режиме, равного 21000 В, и указанных значениях коэффициентов возврата и запаса для постов секционирования принимают Uу ЗМН = 14500 В, а для ППС (kв = 1) Uу ПЗ = 17500 В.

Расчет ЗМН заключается в определении коэффициента чувствительности kч по формуле:

	kч		U	у ЗМН	(5.31)
			Uк max

и в сравнении его с нормативным значением.

Напряжение Uк max вычисляют для максимального режима с обязательным учетом параметров места повреждения.

Для однопутного участка значение Uк max вычисляют по выражению:

18

ZпВ max

Uк max				Uрасчrд			.
			(ZпА max	z11lАП )(ZпB max	z11lПB )	r		(5.32)
						д
			ZпА max z11lАП ZпB max z11lПB

Для схемы узлового питания тяговой сети на шинах поста секционирования и для схемы параллельного питания тяговой сети двухпутного участка значение Uк max вычисляют по формуле:

Uк max				Uрасчrд			,
			(ZпА max	z22lАП )(ZпB max	z22lПB )	r		(5.33)
						д
			ZпА max z22lАП ZпB max z22lПB

где Uрасч – напряжение контактной сети в режиме максимума энергосистемы, В, Uрасч = 28900 В; rд – сопротивление дуги, Ом (rд = 0,1 ÷ 1,0 Ом); ZпА max,

– сопротивление тяговых подстанции А и В соответственно в режиме максимума энергосистемы, Ом.

Напряжение срабатывания реле ЗМН определяют по формуле:

U			Uу ЗМН	.	(5.34)
	с.р ЗМН
			kт.н

6. РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

6.1. Расчет максимальной токовой защиты преобразовательного агрегата

Максимальная токовая защита преобразовательного агрегата на реле РТ-40 с выдержкой времени 0,4 – 0,6 с, применяемая на действующих тяговых подстанциях, выполняется в двухфазном трехрелейном исполнении. Расчет уставок защиты производится в следующей последовательности.

1. Определяется предварительное значение первичного тока срабатывания защиты:

для шестипульсовой нулевой параллельной схемы –

19