Раздел

Консультант

Подпись, дата

задание выдал

задание принял

Цифровая защита фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 кВ, Эффективность использования, выбор уставок в границах Тайгинской дистанции

Кондратьев Ю. В.

29.01.09

Технико – экономическое обоснование использования цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 кВ

Ларина И. В.

7.05.09

Техника безопасности при производстве монтажа и настройке устройства ЦЗАФ-3,3 кВ

Кообар А.А.

12.05.09

Станция

Координаты станции, км

Примечание

1

2

3

Болотное

3459

Объект

Название объекта

Координаты объекта, км

1

2

3

ЭЧЭ-301

о.п.Таскаево

3478

ППС

о.п. Таскаево

3482

ПС

ст. Юрга – 1

3490

ППС

ст. Тутальская

3501

ЭЧЭ-302

ст. Тутальская

3502

ППС

о.п. 3512 км

3507

ПС

о.п. 3512 км

3511

ППС

о.п. 3512 км

3515

ЭЧЭ-303

о.п. Тальменка

3519

ППС

о.п. 3525 км

3525

ЭЧЭ-304

ст. Литвиново

3529

ПС

ст. Яшкино

3538

ЭЧЭ-305

о.п. Хопкино

3544

ЭЧЭ-306

о.п. Кузель

3556

ЭЧЭ-307

ст. Тайга

3565

ППС

б.п. 235 км

3574

ЭЧЭ-308

о.п. Пихтач

3581

ПС

ст. Анжерская

3594

ЭЧЭ-309

ст. Судженка

3603

ППС

о.п. Мальцево

3608

ПС

о.п. 3614 км

3614

ППС

о.п. Мальцево

3621

ЭЧЭ-311

ст.Яя

3623

ППС

о.п. Почитанка

3627

ПС

о.п. Почитанка

3631

ППС

о.п. Почитанка

3636

ЭЧЭ-312

ст. Ижморская

3640

ПС

ст. Ижморская

3648

ППС

ст. Ижморская

3653

ЭЧЭ-313

о.п. Иверка

3657

ППС

о.п. 3668

3660

ПС

о.п. 3668

3668

ЭЧЭ-315

ст. Берикульская

3678

ППС

о.п. 3688

3682

ПС

о.п. 3688

3691

ЭЧЭ-316

ст. Антибесская

3696

ППС

б.п. 3704 км

3701

ЭЧЭ-317

б.п. 3704 км

3704

Станция

Координаты станции, км

Ограничение скорости

1

2

3

Болотное

3459

40

Тын

3469

80

Таскаево

3477

70

Юрга – 1

3490

70

Тутальская

3503

80

Тальменка

3518

70

Литвиново

3530

80

Яшкино

3536

70

Хопкино

3548

80

Тайга

3565

60

Пихтач

3581

80

Анжерская - Западная

3591

80

Анжерская

3595

70

Судженка

3602

75

Яя

3623

80

Ижморская

3639

70

Берикульская

3678

80

Антибесская

3697

60

Мариинск

3706

80

Элемент тяговой

сети

Таскаева

Тутальская

Тальменка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

1

2

3

4

5

6

7

Фидер контактной сети №1

0,06

4А-185

0,24

5А-185

0,05

5А-185

Фидер контактной сети №2

0,06

4А-185

0,22

5А-185

0,04

5А-185

Фидер контактной сети №2

0,06

4А-185

0,22

5А-185

0,04

5А-185

Фидер контактной сети №3

1,05

4А-185

0,96

4А-185

0,26

4А-185

Фидер контактной сети №4

1,09

4А-185

0,91

5А-185

0,24

5А-185

Отсос

0,07

10А-185

0,13

8А-185

0,07

8А-185

Элемент тяговой

сети

Литвиново

Хопкино

Кузель

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

Фидер контактной сети №1

0,3

5А-185

0,05

5А-185

0,05

4А-185

Фидер контактной сети №2

0,31

5А-185

0,04

5А-185

0,05

4А-185

Фидер контактной сети №3

0,06

5А-185

0,04

5А-185

0,12

4А-185

Фидер контактной сети №4

0,08

5А-185

0,07

5А-185

0,12

4А-185

Отсос

0,11

12А-185

0,04

12А-185

0,21

4А-185

Элемент тяговой

сети

Тайга

Пихтач

Судженка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

1

2

3

4

5

6

7

Фидер контактной сети №1

0,18

5А-185

1,130

5А-185

0,51

5А-185

Фидер контактной сети №2

0,08

5А-185

1,180

5А-185

0,6

5А-185

Фидер контактной сети №3

0,09

5А-185

1,375

5А-185

0,03

5А-185

Фидер контактной сети №4

0,08

5А-185

1,350

5А-185

0,03

5А-185

Отсос

0,1

9А-185

0,200

8×2А-185

0,03

8×2А-185

Элемент тяговой

сети

Яя

Ижморская

Иверка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

Фидер контактной сети №1

0,24

5А-185

0,05

5А-185

0,06

4А-185

Фидер контактной сети №2

0,22

5А-185

0,03

5А-185

0,04

4А-185

Фидер контактной сети №3

0,03

5А-185

0,43

5А-185

0,24

4А-185

Фидер контактной сети №4

0,07

5А-185

0,43

5А-185

0,28

4А-185

Отсос

0,03

12М-120

0,03

8×2А-185

0,04

12А-185

Элемент тяговой

сети

Берикульская

Антибесская

б.п. 3704 км

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

Длина, км

Марка

1

2

3

4

5

6

7

Фидер контактной сети №1

0,04

4А-185

0,42

4А-185

0,05

4А-185

Фидер контактной сети №2

0,03

4А-185

0,38

4А-185

0,09

4А-185

Фидер контактной сети №3

0,40

4А-185

0,05

4А-185

0,05

4А-185

Фидер контактной сети №4

0,43

4А-185

0,05

4А-185

0,09

3А-185

Отсос

0,03

9А-185

0,24

10А-185

0,10

8А-185

Rкc, Ом/км

Хтс, Ом/км

Iдоп,А

tдл,°С

Тпр, ми

М120+2МФ100+4Р75

0,0627

0,464

1642

100

5,83

3А-185

0,0540

0,567

1770

90

6,34

4А-185

0,04

0,504

2360

90

6,34

5А-185+4Р75

0,032

0,531

2950

90

6,34

8А-185+4Р75

0,0268

0,526

3540

90

6,34

Название

Таскаево

Тутальская

Тальменка

Литвиново

Тип подстанции

транзитная

транзитная

транзитная

транзитная

Тип понизительного трансформатора

1 ТДНГ-15000/110/10

2 ТДНГ-15000/110/10

1 ТДН-16000/110/10

2 ТДН-16000/110/10

1 ТДНГ-10000/110/10

2 ТДНГ-10000/110/10

1 ТДН-10000/110/10

2 ТДН-10000/110/10

Количество понизительных трансформаторов в работе

1

1

1

1

Тип преобразовательного трансформатора

ТРДП-12500/10Ж-У1

ТДП-12500/10Ж-У1

ТРДП-12500/10Ж-У1

ТРДП-12500/10Ж-У1

Количество преобразовательных трансформаторов в работе

2

2

2

2

Мощность короткого замыкания, МВ·А

1653

2458

2300

1814

Название

Хопкино

Кузель

Тайга

Пихтач

1

2

3

4

5

Тип подстанции

транзитная

транзитная

транзитная

отпаечная

Тип понизительного трансформатора

1 ТДНГ-10000/110/10

2 ТДНГ-10000/110/10

1 ТДТН-10000/110/35/6

2 ТДНГ-10000/110/10

1 ТДТН-25000/110/35/6

2 ТДТН-25000/110/35/6

1 ТДНГ-10000/110/10

2 ТДН-16000/110/10

Количество понизительных трансформаторов в работе

Таблица 12 – Параметры тяговых подстанций Судженка, Яя, Ижморская, Иверка.

Таблица 13– Параметры тяговых подстанций Берикульская, Антибесская, б.п. 3704 км

По этим данным в программе Кортэс смоделировали участок Болотная – Мариинск. Для удобства участок был разбит на два участка: Болотная – Тайга и Тайга – Мариинск. В дальнейшем будем рассматривать подробный расчет только участок Тайга – Мариинск. Расчет участка Болотная – Тайга производится по аналогии.

1.2 Программное обеспечение, подготовка данных для тяговых и электрических расчетов

Программный комплекс Кортэс предназначен для решения на персональных ЭВМ в среде Windows 98/Me/2000/XP различных расчётных задач, связанных с выбором параметров, определением характеристик режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения и их отдельных элементов.

Во многих отношениях Кортэс является преемником пакета программ NORD, работающего в операционной системе MS-DOS и обладающего в связи с этим ограниченными возможностями. В реализации новых программ максимально использован принцип совместимости “вверх” с базами данных устройств и участков, созданными с помощью пакета NORD. Интерфейс пользователя, с одной стороны, соответствует стандартам современных операционных систем, с другой – в нём сохранён стиль управления программами предшествующего пакета.

Среди новых основных возможностей, реализованных в Кортэс, можно отметить следующие:

• определение тяговой нагрузки с учётом рекуперации энергии, а также кратности тяги по отдельным перегонам участка;

• выполнение электрических расчётов на основе моделирования графика движения поездов различных категорий – скоростных, пассажирских, грузовых (в том числе повышенной массы), пригородных и др.;

• расчёт схем питания фидерных зон от нескольких тяговых подстанций при наличии примыкающих участков;

• учёт реальной схемы подключения фидеров подстанций и постов секционирования к контактной сети при заданном расположении воздушных промежутков.

Комплекс Кортэс имеет гибкую структуру и включает в себя программные модули различного назначения, связанные общими базами данных и способами управления. Набор модулей может пополняться компонентами для решения специфических задач как в области проектирования систем электроснабжения, так и их эксплуатации.

Для запуска и управления работой комплекса используется программа KtMain. С её помощью осуществляется выбор решаемой задачи, текущего каталога данных, типа данных, имени рабочего файла, а также запуск необходимых программ.

Каждой задаче соответствует набор программных модулей для её решения – специальных и общего назначения. Например, в задаче «Расчёты системы постоянного тока 3,3 кВ» общие модули используются для редактирования параметров участка, выполнения тяговых расчётов, корректировки их результатов и формирования базового графика движения поездов; специальные программы предназначены для управления базами данных устройств электроснабжения постоянного тока, построения схем питания участка и выполнения необходимых расчётов этих схем.

Все данные (файлы), относящиеся, например, к отдельной дороге, дистанции электроснабжения или проекту, располагаются в любой доступной папке (директории) диска и образуют каталог данных. Большинство программ комплекса работает только с фиксированным каталогом, заданным при её запуске. Этот принцип предотвращает “распыление” файлов, используемых одновременно несколькими модулями, по пространству диска.

Каждый модуль комплекса предназначен для работы с определёнными типами данных, которые различаются расширением имени файла. В зависимости от выбранного типа данных программа KtMain формирует список файлов в рабочем каталоге и предоставляет возможность запуска необходимого модуля для обработки любого – рабочего файла – из указанного списка.

Основными исходными данными для расчетов являются:

1) Дорога. Наименование дороги вводится в произвольной форме и может содержать любой комментарий.

2) Участок. Если эта строка пустая, то после ввода таблицы раздельных пунктов название участка формируется из наименований граничных станций участка. Название участка может быть откорректировано так же, как и наименование дороги.

3) Профиль. В заголовке таблицы «Продольный профиль» вводится начальная координата участка, затем заполняются (последовательно по ходу километров) графы «Длина элемента» и «Уклон». Длина элемента вводится в километрах. Отрицательное значение уклона соответствует спуску. Наибольшее число элементов профиля равно 1000. Конечная координата участка определяется автоматически по сумме длин элементов.

4) Раздельные пункты. Параметры этой таблицы служат для разделения участка на перегоны, для которых рассчитываются интегральные показатели электропотребления – расходы электроэнергии и время хода. По названиям пунктов указываются направление, границы участка движения и остановки поезда в процессе тягового расчета. Как минимум на участке должны быть два раздельных пункта – начальный и конечный. Таблица содержит графы: «Наименование станции», «Наличие путевого развития», «Координата на плане» и «Фактическая координата по первому пути».

5) Ограничения скорости вводят для всего участка сначала в прямом (по ходу километров), затем в обратном направлении.

Эти данные вводятся непосредственно в ходе работы программы Кортэс и могут быть сохранены на диске. К расчетным параметрам поезда относятся тип состава и серия локомотива, которые вводятся из постоянной базы данных подвижного состава. Кратность тяги, масса и длина состава корректируются перед выполнением расчета.

Результатами расчетов являются расходы и потери электроэнергии по участку, средние и максимальный токи плеч каждой подстанции, наибольшие средние токи фидеров и температуры нагрева проводов подвески за период 1 и 3 мин, минимальные значения напряжения в контактной сети межподстанционных зон. Эти параметры определяются на основе имитационного моделирования движения поездов при заданном (пакетном) или случайном чередовании межпоездных интервалов и масс поездов. Для проверки работы защит тяговых подстанций необходимо знать минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов и максимальные рабочие токи по фидерам подстанций.

Для этого необходимо произвести тяговые и электрические расчеты на заданном участке при движении по нему поездов массой 4000 т, 5800 т и 6500 т. Расчет производится в режиме отсутствия движения на соседнем пути и в режиме случайного графика движения. Для проведения тягового расчета необходимо знать профиль пути, ограничения скоростей движения, тип локомотива, состав и массу поезда. Все эти параметры вводятся в файл данных при помощи редактора параметров участка – программы Uchastk из состава программного комплекса КОРТЭС.

1.2.1 Составление профиля пути

Программа Uchastk является составной частью комплекса Кортэс и предназначена для ввода и редактирования параметров расчетных участков. К этим параметрам относятся: число главных путей, названия и координаты расположения раздельных пунктов, спрямленный продольный профиль пути с учётом фиктивных уклонов от кривых, категории и типы обращающихся на участке поездов, ограничения скорости для каждой категории поезда и др. данные.

Для удобства работы с программой имеется панель данных (рисунок 1), которая постоянно присутствует в основном окне программы и может перемещаться в его пределах. Служит панель для ввода основных характеристик участка и выбора таблиц для редактирования.

Спрямленный продольный профиль пути вместе с раздельными пунктами для расчетного участка Тайга - Мариинск приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Панель данных для ввода параметров участка Тайга - Болотная

В правой нижней части панели данных находится кнопка «Просмотр», которая открывает окно отображения раздельных пунктов, рельефа пути и ограничений скорости по категориям поездов и направлениям движения (рисунок 1).

Данное окно предоставляет возможность быстрого перехода к редактированию параметров участка. Щелчком мыши по элементу рельефа открывается таблица «Продольного профиля» и в ней выделяется соответствующая ячейка. То же относится и к участкам ограничений скорости, если соответствующая таблица заполнена корректно.

Рисунок 2 – Профиль пути расчетного участка Тайга - Мариинск

1.2.2 Тяговые расчеты

Выполнение тяговых расчетов производятся с использованием программы Trelk пакета программ Кортэс. Тяговые расчёты производятся в этой программе численным интегрированием уравнения движения поезда с заданным шагом по времени, что обусловлено требованиями к расчётам режимов систем тягового электроснабжения. Для их выполнения был использован файл данных, созданный при помощи программы Uchastk, а также тип локомотива, состав и массы базовых поездов четного и нечетного направлений.

На данном участке в качестве тяги используются 3 типа электровозов: секция ВЛ10, ВЛ11, и 2ВЛ10 с массой 4000,5800 и 6500 соответственно

Для проведения расчета поездов массой 6500 т выбираем 2 секции электровоза ВЛ10, массы базовых поездов для четного и нечетного направлений берем как максимальные значения масс поездов прошедших по участку. Результатом тягового расчета является расход энергии, рекуперация, максимальный ток поезда, максимальный перегрев обмотки двигателя электровоза, техническая скорость поезда (рисунок 3). Также программа Trelk выдает графики зависимостей выше перечисленных параметров от движения поезда по участку (рисунок 4).

Рисунок 3 – Результаты тягового расчета

Рисунок 4 – График зависимости максимального тока поезда, максимального перегрева обмотки двигателя электровоза, технической скорости поезда массой 6500 т от движения по расчетному участку

1.2.3 Создание схемы расчетного участка

Программа KAUbas является составной частью комплекса Кортэс и предназначена для формирования схем, используемых при электрических расчётах системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,3 кВ.

Схема участка может содержать до четырёх путей и произвольное количество межподстанционных зон. В качестве граничных объектов схемы могут быть заданы как тяговые подстанции (ЭЧЭ), так и другие объекты – пост секционирования (ПС), пункт параллельного соединения (ППС) или продольные секционные разъединители (ПРС). Учитывается реальная схема расположения воздушных промежутков и точек подключения фидеров ЭЧЭ, ПС к контактной сети. Все объекты схемы могут располагаться как по ходу километров, так и в обратном порядке.

На постах секционирования (кроме граничных или питающих примыкания) предусмотрен специальный выключатель «О», с использованием которого ПС полностью выводится из работы и функционально замещается объектом ПРС. Посты секционирования имеют две системы шин, соединённые выключателем «Ш», который служит для создания петлевых схем питания контактной сети.

Параметры понижающих трансформаторов, тяговой сети, фидерных и отсасывающих линий, а также установок компенсации выбираются из соответствующих каталогов постоянной базы данных, которая предварительно готовится с помощью программы DbFxKA. Предусмотрена возможность преобразования базы данных устройств и параметров схем из пакета программ NORD-A. Схема основного хода и отдельно каждой ветви отображается в специальном окне (рисунок5). С помощью кнопок «+», «–», расположенных справа от линейки прокрутки, можно изменять горизонтальный масштаб схемы от 1:1 до 1:16 с шагом удвоения. В дальнейшем для примера будем рассматривать участок Яя – ижморская, приведенный на рисунке 6 в масштабе 1:8

Рисунок 5 –Схемы основного хода участка Тайга - Мариинск

Рисунок 6 –Схемы основного хода расчетного участка Яя – Ижморская в масштабе 1:8

1.3 Краткие сведения о релейной защите

На фидерах тяговых подстанций и постов секционирования, пунктах параллельного соединения основная функция защиты тяговой сети от коротких замыканий выполняется автоматическими быстродействующими выключателями, с помощью которых можно осуществить токовую отсечку, максимальную токовую и максимальную импульсную токовые защиты.

На тяговых подстанциях, постах секционирования, пунктах параллельного соединения, в других местах межподстанционной зоны (при необходимости) следует применять, кроме того, защиту минимального напряжения (потенциальную).

На фидерах тяговых подстанций и постов секционирования, в пунктах параллельного соединения могут использоваться, кроме того, комплекты, содержащие защиту по сопротивлению, защиты, реагирующие на переходные процессы, другие виды защит.

На фидерах тяговых подстанций и постов секционирования защита от токов близких коротких замыканий осуществляется максимальной импульсной токовой защитой (МИЗ) с помощью автоматических быстродействующих выключателей, имеющих время отключения не более 50 мс.

Полное время отключения короткого замыкания с учетом действия всех выключателей зоны не должно превышать 90 мс. Допускается для резервных защит контактной сети с двойным контактным проводом увеличение этого времени от 0,2 до 0,3 с при условии, что перед автоматическим или оперативным повторным включением выключателя осуществляется опробование контактной сети испытателем короткого замыкания (ИКЗ).

Посты секционирования участков постоянного тока в соответствии с ПУСТЭ должны иметь следующие виды защит тяговой сети:

• на фидерах первая ступень — быстродействующий выключатель с максимальной импульсной токовой направленной защитой;

• на шинах потенциальная защита с выдержкой времени.

Первая и вторая ступени защит должны иметь изменяемые уставки срабатывания, переключение которых может осуществлять энергодиспетчер или оперативный персонал по телеуправлению.

Пункты параллельного соединения должны иметь следующие виды защит:

• потенциальную защиту;

• максимальную или максимальную импульсную токовые ненаправленные защиты, выполняемые с помощью автоматического быстродействующего выключателя.

Для обеспечения условий устойчивости функционирования защит при больших нагрузках и в вынужденных режимах (при выведении поста секционирования или выпадении одной тяговой подстанции) на постах секционирования и в пунктах параллельного соединения могут устанавливаться короткозамыкатели, приводимые в действие защитой минимального напряжения (потенциальной).

1.3.1 Максимальная токовая защита

Защита может быть использована в межподстанционной зоне как основная или резервная на фидерах тяговых подстанций и постов секционирования. На фидерах подстанций и постов секционирования она должна быть поляризованной (направленной), на пунктах параллельного соединения – неполяризованной. Максимальная токовая защита (МТЗ) применяется, кроме того, на коротких тупиковых фидерах, например, станционных, деповских.

Защита может выполняться с помощью датчиков тока, которые при срабатывании разрывают цепь держащей катушки быстродействующего выключателя, либо самим быстродействующим выключателем без индуктивного шунта.

Быстродействующие автоматические выключатели без индуктивных шунтов или с уменьшенным пакетом пластин на шинах шунта реагируют на ток, протекающий через размагничивающий виток. Этот ток пропорционален, а при отсутствии шунта равен току защищаемого фидера I_ф. При условии:

,(1.1)

где – уставка срабатывания выключателя, происходит отключение выключателя.

Чем больше разница между 1_ф и I_мтз в момент срабатывания, тем быстрее происходит процесс отключения.

Зона действия максимальной токовой защиты ограничена расстоянием от тяговой подстанции, на котором выполняются условия чувствительности. При этом уставку защиты выбирают по выражению:

(1.2)

где – максимальный ток рабочего режима;

– максимальный ток рабочего режима;

k_з – коэффициент запаса, принимают 1,15;

– коэффициент возврата, для быстродействующих выключателей и других защит, не имеющих выдержки времени, принимают равным 1; для электронных защит с выдержкой времени, реагирующих на на возрастание контролируемого параметра, принимают равным; для электронных защит с выдержкой времени, реагирующих на снижение контролируемого параметра, принимают равным;

– коэффициент чувствительности должен быть не меньше величин, указанных в таблице 1.

При соблюдении этих условий на однопутном участке возле поста секционирования может быть небольшая зона неселективного отключения. Так, при к.з. в точке кЗ (рисунок 7) может отключиться не только выключатель Q3, но и одновременно с ним выключатель Q1.

Рисунок 7 – Схема питания однопутного участка

На двухпутном участке с постом секционирования выключатели работают, как правило, селективно. Объясняется это следующим, при к.з., например, в точке к1 (рисунок 8) через выключатель Q5 протекает ток к.з., почти в 3 раза больший, чем через любой подстанционный выключатель. Выключатели Q3, Q4, Q6 во внимание не принимаются, так как они поляризованные и на к.з. в точке к1 не реагируют. Уставка, выбранная для выключателя Q5 по условию (1.1), меньше, чем уставка для подстанционных выключателей Ql, Q2, Q7, Q8. Значит, разность между током фидера и уставкой для выключателя Q5 много больше, чем для любого другого выключателя и, следовательно, время его отключения будет существенно меньше, чем выключателей подстанций. Поэтому при к.з. в точке к1 сначала отключается выключатель Q5 и затем Q 7. Выключатели Q1 и Q2 отключиться не успеют. При к.з. в середине зоны между постом ПС и подстанцией В выключатели Q5 и Q7 отключаются практически одновременно.

Рисунок 8 – Схема расположения мертвых зон

Если для расчетных точек к1 и к2 условие (1.1) не выполняется, то зону защиты выключателей подстанции и поста уменьшают (увеличивают значение ). В этом случае для выключателей подстанции А и подстанции Б образуются мертвые зоны возле поста секционирования, а для выключателей поста – мертвые зоны возле подстанции. Защита подстанций не реагирует на к.з. в мертвых зонах возле поста, а защита поста не реагирует на к.з. в мертвых зонах возле подстанций.

1.3.2 Максимальная импульсная токовая защита

Максимальная импульсная токовая защита (МИЗ) реализуется с помощью автоматических быстродействующих выключателей с индуктивным шунтом или реле РДШ; используется как основная в межподстанционной зоне для фидеров подстанций и постов секционирования, а также тупиковых фидеров (станционные, деповские). Для пунктов параллельного соединения может использоваться только при неполяризованных выключателях в качестве резервной.

Для повышения чувствительности выключателя к коротким замыканиям параллельно размагничивающему витку подключается индуктивный шунт. При этом выключатель, как реле прямого действия, приобретает новые свойства: он реагирует не только на значения тока, но и на признаки, характеризующие изменение его в переходном процессе.

Уставка срабатывания выбирается по условию (1.1) при к_в=1, в котором коэффициент запаса к_з принимают равным 1,15-1,25.

Выбранная уставка проверяется по наименьшему значению при котором замыкании в конце зоны защиты. При этом уставка выключателей фидеров тяговых подстанций должна отвечать следующим условиям:

• для выключателей типа АБ2/4 и АБЗ/4 с полным пакетом стальных пластин индуктивного шунта (240 мм), а также выключателей ВАБ-28 с реле РДШ-1

;(1.3)

• для выключателей АБ2/4 (выпуска 1966 года и позже) при полном пакете стальных пластин индуктивного шунта (200 мм), выключателей типа

• ВАБ-43-4000/30-Л-УХЛ4 с номинальными параметрами индуктивного шунта, а также выключателей ВАБ-28 с реле РДШ-3000:

;(1.4)

• При наличии на фидере подстанции двух соединенных последовательно выключателей допускается для каждого из них выбирать разные уставки (кроме выключателей ВАБ-43-4000/30-Л-УХЛ4, для которых уставка обоих выключателей должна быть одинаковой). Уставка I_у,МИЗ,1 выключателя с уменьшенным от 65 до 70 процентов пакетом стали индуктивного шунта. Уставка I_у,МИЗ,2 второго выключателя с полным пакетом шунта должна отвечать условию:

I_у,МИЗ,2 ≤ (1,6 – 1,8)I_к,min;(1.5)

• для выключателей типа ВАБ-43-6300/30-Л-УХЛ4 с номинальными параметрами индуктивного шунта:

;(1.6)

Уставка автоматических быстродействующих выключателей с индуктивными шунтами на постах секционирования и пунктах параллельного соединения выбирается по условию (1.1). Выбранная уставка проверяется по условию:

.(1.7)

1.3.3 Защита минимального напряжения

Защиты минимального напряжения реагируют на уровень напряжения в тяговой сети. Основным органом такой защиты является реле минимального напряжения, которое подключается к контактной сети через добавочный резистор. Оно срабатывает, когда уровень напряжения в контактной сети (в месте подключения реле) становится ниже уставки срабатывания U.

Защита минимального напряжения (ЗМН) может использоваться на постах секционирования и пунктах параллельного соединения. Она может устанавливаться также на перегоне при воздействии на короткозамыкатель или при условии передачи информации на смежные подстанции или пост секционирования по каналам телемеханики.

На пунктах параллельного соединения потенциальная защита может использоваться как основная, в остальных случаях — как резервная.

Нижний уровень уставки реле выбирается равным 500-600 В, верхний — в диапазоне 2200-2500 В. При напряжении в контактной сети выше нижнего уровня уставки контакты реле замкнуты. Если напряжение выше верхнего уровня, стабилитроны переходят в режим стабилизации. Токи в мостовой схеме перераспределяются и реле размыкает контакты. Таким образом, контакты реле замыкаются только при напряжении в сети выше нижнего и ниже верхнего уровня уставки. При нормальном напряжении в сети, а также в случае его отсутствия контакты разомкнуты. Нет необходимости вводить в цепь реле блок-контакты фидерных выключателей. Поэтому команда на включение короткозамыкателя или на отключение выключателей подается не каскадно, а сразу. Время отключения при этом уменьшается.

Уставка срабатывания выбирается по условию:

(1.8)

где – наименьшее допустимое напряжение в контактной сети при нормальной работе, принимаемое равным 2700 В;

Выбранная уставка проверяется на чувствительность к коротким замыканиям по формуле:

(1.9)

где – наибольшее напряжение в месте установки защиты при коротком замыкании в расчетной точке.

Если потенциальная защита является основной (пункты параллельного соединения), то она выполняется без выдержки времени. При использовании ее в качестве резервной применяется выдержка времени, величина которой на 0,1-0,2 с больше, чем у резервной защиты с наибольшей выдержкой времени.

1.3.4 Защита по сопротивлению

Дистанционная защита может использоваться в качестве основной или (и) резервной на фидерах подстанций и постов секционирования, а также как резервная на пунктах параллельного соединения. Защита выполняется, как правило, одноступенчатой или двухступенчатой. В устройстве ЦЗАФ-3,3 дистанционная защита (защита по сопротивлению) выполнена в одноступенчатом варианте.

Выдержка времени любой ступени резервной защиты не должна превышать от 0,2 до 0,3 с.

При использовании одноступенчатой или первой ступени двухступенчатой дистанционной защиты в качестве резервной ее выдержка времени устанавливается, как правило, не более чем от 0,1 до 0,15 с. Допускается использование этой ступени без выдержки времени.

Уставку срабатывания резервной защиты выбирают по условию:

(1.10)

где – наименьшее значение сопротивления петли короткого замыкания, измеряемое защитой выключателя;

– коэффициент отстройки. Для защит, реагирующих на ток, его производную тли интегральное за заданный промежуток времени, принимают значение 1,2-1,6. Для защит, реагирующих на напряжение или сопротивление петли короткого замыкания, принимают равным 0,85-0,9

Уставка срабатывания резервной защиты R_у выбирается по условию:

(1.11)

где – - максимальное значение сопротивления петли короткого замыкания, Ом.

Коэффициент чувствительности к_ч в выражении (1.11) принимается равным 1,25.

Для второй ступени коэффициент чувствительности принимаем 1,15. Вторая ступень защиты по сопротивлению на постах секционирования при нормальной схеме питания, как правило не применяется.

Вторая ступень двухступенчатой дистанционной защиты используется на выключателях тяговой подстанции в качестве резервной при нормальной схеме питания.

Выбранная уставка проверяется на нечувствительность к нормальным режимам по условию:

(1.12)

где – коэффициент адаптации. Для защиты без адаптации принимают равным 1, для защит с адаптацией осуществляющих автоматическое загрубление уставки при больших тяговых токах принимают равным 1,2-1,3;

Достоинством защиты по сопротивлению является независимость зоны ее действия от уровня напряжения в контактной сети. Зашита по сопротивлению на фидерах тяговых подстанций обеспечивает требуемые условия чувствительности в зоне примерно на 20 % длиннее, чем токовая защита.

Эффективным является применение защиты по сопротивлению в дополнение к максимальной импульсной защите, осуществляемой быстродействующими выключателями. При больших размерах движения быстродействующие выключатели обычно имеют значительное число ложных отключений, а уставку их для отстройки от нормального режима поднять не удается, так как при этом сокращается зона защиты. Однако, если применить защиту по сопротивлению, то можно на 30-40 % увеличить уставку срабатывания быстродействующего выключателя так, чтобы сократить или вообще исключить его ложные отключения в нормальном режиме. Сокращение зоны действия максимальной импульсной защиты при коротком замыкании при этом не опасно, поскольку эта зона будет перекрываться защитой по сопротивлению. Совместное применение максимальной импульсной защиты и защиты по сопротивлению позволяет обеспечить требуемую чувствительность при тяговых токах фидеров на 20-25 % большие, чем только при одной токовой защите. Особенно эффективно применение защиты по сопротивлению на фидерах постов секционирования, поскольку при удаленных к.з. напряжение на их шинах снижается значительно больше, чем на подстанциях.

1.3.5 Защита реагирующая на приращение тока

Контроль за приращением тока осуществляет схема, приведенная на рисунке 9.

Рисунок 9 – Функциональная схема защиты реагирующей на приращение тока

Функциональная схема содержит трансформатор TAV с воздушным зазором, режекторный фильтр ZF, пороговые элементы фиксированного времени КТ интегратор А и выходной орган ВО. Интегратор А имеет информационный вход, на который поступает напряжение с фильтра ZF, и управляющий вход, соединенный с выходом элемента времени КТ. Интегрирование производится в интервале времени, пока на управляющем входе имеется разрешающий сигнал. Постоянная времени интегратора принимается равной 3-5 с.

На вторичной обмотке трансформатора TAV при этом образуются сигналы, которые после очищения в фильтре ZF от пульсаций интегратора А получает сигнал . Амплитуда этого сигнала в конце интервала времени в некотором масштабе пропорциональна приращению тока в контактной сети.

Если эта амплитуда превысит уставку порогового элемента KV2, то последний сработает и через выходной орган отключит выключатель Q. Уставка , определяемая порогом срабатывания элемента KV2, выбирается по условию:

(1.13)

где – наибольшее приращение тока в нормальном режиме;

– наименьшее приращение тока при к.з.;

– коэффициент снижения приращения тока короткого замыкания при наличии значительной нагрузки в момент, предшествовавший повреждению контактной сети, принимают 0,7-0,8

Коэффициенты принимают равным 1,1-1,3.

В качестве принимают значение тока протекающего через рассматриваемый выключатель подстанции или поста секционирования при к.з. в конце зоны защиты, при условии, что до момента к.з. ток нагрузки был равен нулю.

Велечину принимают, как правило, на основе опытных данных для конкретного участка.

1.3.6 Защита по скорости нарастания тока

В электронных схемах в качестве датчика скорости нарастания тока используется тот же трансформатор с воздушным зазором в магнитопроводе TAV, а вместо реле тока используют реле напряжения на операционном усилителе с большим входным сопротивлением, выполняющее роль порогового элемента. Функциональная схема защиты (рисунок 10) содержит режекторный (заграждающий) фильтр ZF, реле напряжения (компаратор) KV, элемент удлинения сигнала (реле времени) KT и выходной орган ВО. Фильтр ZF и элемент удлинения сигнала КТ подавляют помехи, которые образуются за счет процессов коммутации в выпрямительных агрегатах и неидеального сглаживания выпрямленного тока сглаживающими устройствами тяговых подстанций.

При изменении в контактной сети величины тока в нормальном или в режиме к.з. в самый первый момент на вторичной обмотка трансформатора TAV возникает э.д.с. Напряжение уставки порогового элемента KV обозначим . Если скорость нарастания тока в переходном процессе достаточно велика, то будет выполняться соотношения:

(1.14)

(1.15)

где – наибольшее значение э.д.с. на вторичной обмотке трансформатора в нормальном режиме;

– наибольшее значение э.д.с. на вторичной обмотке трансформатора в режиме к.з.

Рисунок 10 – Функциональная схема защиты по скорости нарастания тока

В этом случае пороговый элемент KV переключается и через элемент КТ подается сигнал на выходной орган ВО, который осуществляет отключение выключателя Q. Элемент КТ удлиняет сигнал. поступивший от KV примерно на 1,6 мс.

Уставку срабатывания выбирают по условию:

(1.16)

Коэффициент запаса k_з принимают равным 1,1-1,3, коэффициент чувствительности должен быть не менее величин, указанных в таблице 15.

1.4 Расчет уставок защиты ЦЗАФ-3,3

1.4.1 Расчет параметров нормального режима

К расчетным параметрам нормального режима относят величины максимальных токов, минимальных значений напряжений и минимальных значений сопротивлений, измеряемых защитами фидеров тяговых подстанций и постов секционирования, а также защитами, установленными на пунктах параллельного соединения.

Максимальный ток фидера на подстанциях, постах секционирования и пунктах параллельного соединения вычисляют на основании данных о значениях пускового тока поезда максимальной массы и средних токах за время хода по межподстанционной зоне поездов максимальной и расчетной массы, определяемых на основании тяговых расчетов.

При отсутствии таких расчетов значение пускового тока I_тр (тока трогания) одного локомотива принимают по таблице 14. При кратной тяге значение пускового тока увеличивают пропорционально числу электровозов (секций) в поезде.

На участке Тайга - Мариинск используются электровозы постоянного тока ВЛ10, ВЛ11 и 2 секции 2ВЛ10.

Средние по длине межподстанционной зоны эффективные токи I_г грузовых поездов максимальной и расчетной массы вычисляют по формуле:

(1.17)

гдеw_г — удельный расход электроэнергии на движение грузового поезда массой Q_г , Вт·ч/(т·км);

Q_г — масса грузового поезда, т;

v — средняя скорость движения грузового поезда массой Q_г в межподстанционной зоне, км/ч;

U_э — номинальное напряжение электровоза, принимаем равным

3000 В;

к_эф — коэффициент эффективности тока поезда;

к_з — коэффициент, учитывающий дополнительное электропотребление в зимних условиях (принимают равным 1,1);

к_d — коэффициент, учитывающий соотношение между средним значением выпрямленного тока и действующим значением переменного тока (принимают равным 1);

к_U — отношение действующего значения напряжения первичной обмотки трансформатора электровоза к среднему значению выпрямленного напряжения (принимают равным 1);

к_м — коэффициент мощности электровоза (принимают равным 1);

h — коэффициент полезного действия (принимают по таблице 14).

Допускается принимать значение удельного расхода электроэнергии на движение грузовых поездов w_г равным, Вт·ч/(т·км), для типов профилей пути. Для участка Тайга - Мариинск принимаем w_г=17 Вт·ч/(т·км), что соответствует холмистому профилю пути.

Значение коэффициента эффективности тока поезда к_эф определяют по формуле:

к_эф = 1 + 0,2 (1.18)

где  — отношение времени хода поезда по зоне _х ко времени его хода под током _т ( = _х / _т ). Значение  зависит от профиля пути и режима ведения поезда. Оно изменяется в пределах от 1,1 до 2,5 и принимается по данным тяговых расчетов. Наиболее распространенные значения от 1,2 до 1,4.

Принимаем 1,3.

к_эф =1+0,2∙1,3=1,26

Масса 4000 т.

Масса 5800 т.

Масса 6500 т.

Расчетную величину максимального тока фидера подстанции I_н,mах вычисляют по формуле:

(1.19)

где I_гр — средний ток грузового поезда расчетной массы, А;

I_гм,тр — ток трогания поезда максимальной массы, А;

I_гм — средний ток грузового поезда максимальной массы, А;

n_э — расчетное число поездов в расчетной зоне на одном пути;

n_э,гм — то же поездов максимальной массы. Значение n_э,гм принимается равным двум, если число поездов максимальной массы за сутки составляет от 5 до 25 % общего числа поездов и равным единице, если число поездов максимальной массы за сутки составляет менее 5 % общего числа поездов, принимаем равным 1;

к — коэффициент, равный единице при одностороннем питании и равный двум при двухстороннем питании контактной сети. Принимаем к = 2.Значение расчетного числа поездов n_э в расчетной зоне на одном пути принимают равным:

— для однопутных участков n_э = 4;

— для двухпутных участков

(1.20)

где _х — время хода поезда по расчетной зоне, мин;

 — период графика (интервал попутного следования, принимаем 8 мин), мин;

— длина расчетной зоны, км;

v — средняя скорость движения, км/ч.

Рассмотрим расчет межподстанционной зоны Яя – Ижморская. На границах межподстанционной зоны расположены тяговые подстанции ЭЧЭ-311 Яя и

ЭЧЭ-312 Ижморская. В середине межподстанционной зоне расположены пост секционирования ПС Почитанка, так же установлены пункты параллельного соединения ППС расположенные на 3028 и 3037 км.

Длина межподстанционной зоны составляет 17,1 км. На рисунке 11 представлена расчетная схема межподстанционной зоны.

Рисунок 11 – Расчетная схема межподстанционной зоны

Значение расчетного числа поездов n_э в расчетной зоне на одном пути принимают равным:

Расчетное значение максимального тока фидера тяговой подстанции:

Расчетное значение максимального тока фидера поста секционирования вычисляют по формуле:

(1.21)

где  — длина расчетной зоны, км;

_АВ — расстояние между смежными подстанциями А и В, км;

n'_э , n'_э,гм — расчетные значения числа грузовых поездов и числа грузовых поездов максимальной массы в зоне защиты поста секционирования.

Для одностороннего питания принимают к=1, /_АВ = 1. Для двухстороннего питания к = 2.

Расчетное значение максимального тока фидера поста

секционирования А:

Расчетное значение максимального тока фидера поста

секционирования Б:

Максимальный рабочий ток пункта параллельного соединения вычисляют при условии, что возле него трогается поезд расчетной массы, при этом соседние пути полагают незагруженными:

(1.22)

где n — число путей с включенной под напряжение контактной сетью, принимаем равным 2.

Минимальное значение напряжения на шинах тяговой подстанции постоянного тока в нормальном режиме работы принимают

Для постов секционирования и пунктов параллельного соединения в нормальном режиме работы величину этого напряжения принимают В, а для слабо загруженных участков и в схемах с отключенной тяговой подстанцией —

Минимальное значение сопротивления R_н,min, измеряемое защитами выключателей подстанций, постов и пунктов параллельного соединения контактной сети постоянного тока в нормальном режиме работы, вычисляют по формуле:

(1.23)

Минимальное значение сопротивления R_н,min, измеряемое защитами выключателей подстанций в нормальном режиме работы:

Минимальное значение сопротивления R_н,min, измеряемое защитами выключателей постов секционирования в нормальном режиме работы:

Пост секционирования А.

Пост секционирования Б.

Минимальное значение сопротивления R_н,min, измеряемое защитами выключателей пунктов параллельного соединения в нормальном режиме работы:

Выбор уставок защит производится на основе сравнения параметров нормального режима при максимальных нагрузках и установившегося режима короткого замыкания в заданной точке тяговой сети. В основе выбора лежат нормативные требования по обеспечению показателей устойчивости функционирования защиты от коротких замыканий.

Уставка срабатывания определяется для каждого фидера, при данных расчетах принято допущение, что параметры первого и второго пути одинаковы. Поэтому уставки будут определяться для одного фидера тяговой подстанции Яя питающего межподстанционную зону Яя – Ижморская. Также рассчитываем уставки срабатывания защит для фидеров поста секционирования, а именно для фидера С2 и С4.

2. Расчет максимальной токовой защиты

Уставка срабатывания максимальной защиты I_у выбирается по условию

(1.24)

где – коэффициент возврата реле, для цифровой защиты ЦЗАФ-3,3 принимаем равным 0,98;

– коэффициент запаса, принимаем равным 1,1.

Для фидера тяговой подстанции Яя ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 4400 А.

Для фидера тяговой подстанции Ижморская ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 4400 А.

Для фидера 2 поста секционирования ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 2200 А.

Для фидера 4 поста секционирования ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 2250 А.

Выбранные уставки проверяются по чувствительности к коротким замыканиям в конце зоны защиты по формуле

(1.25)

где –наименьшее значение тока, при коротком замыкании в конце зоны защиты или зоны резервирования, выбирается по данным программы Кортэс.

Для фидера тяговой Яя подстанции:

Для фидера тяговой подстанции Ижморская:

Для фидера 2 поста секционирования:

Для фидера 4 поста секционирования:

2. Расчет защиты по сопротивлению

При использовании первой ступени защиты как основной выдержка времени не применяется, а уставку срабатывания R_y выбирают по условию

(1.26)

где – отношение наименьшего допустимого напряжения U_н,min к максимальному току I_н,max в нормальном режиме, выбирается по данным программы Кортэс;

– коэффициент адаптации, принимаем равный 1;

– коэффициент запаса, принимаем равным 1,3;

– коэффициент возврата, принимаем равным 0,8.

Для фидера тяговой подстанции Яя сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 0,72 Ом.

Для фидера тяговой подстанции Ижморская сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 0,72 Ом.

Для фидера 2 поста секционирования сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 1,32 Ом.

Для фидера 4 поста секционирования сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 1,32 Ом.

Выбранные уставки проверяются по чувствительности к коротким замыканиям в конце зоны защиты по формуле

(1.27)

где – наибольшее значение сопротивления, при коротком замыкании в конце зоны защиты или зоны резервирования, выбирается по данным программы Кортэс.

Для фидера тяговой подстанции Яя:

Для фидера тяговой подстанции Ижморская:

Для фидера 2 поста секционирования:

Для фидера 4 поста секционирования:

2. Расчет направленной защиты по приращению тока

Данная защита не имеют явно выраженной зоны действия. Она может использоваться только совместно с защитами, реагирующими на величину тока или сопротивления петли короткого замыкания как блокировка для улучшения отстроенности от параметров нормального режима.

Уставка срабатывания определяется по формуле

(1.28)

где – коэффициент запаса, принимаем равным 1,25;

– наибольшее приращение тока в нормальном режиме, для электровозов ВЛ 10 и ВЛ 11 принимаем 1300 А.

Для фидера тяговой подстанции Яя ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Для фидера тяговой подстанции Ижморская ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Для фидера 2поста секционирования ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Для фидера 4 поста секционирования ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Выбранные уставки проверяются по чувствительности к коротким замыканиям по формуле

(1.29)

где –минимальное приращение тока при коротком замыкании, выбирается по данным программы Кортэс;

– коэффициент снижения приращения тока короткого замыкания при наличии значительной нагрузки в момент, предшествовавший повреждению контактной сети, принимаем равным 0,8.

Для фидера тяговой подстанции Яя:

Для фидера тяговой подстанции Ижморская:

Для фидера 2 поста секционирования:

Для фидера 4 поста секционирования:

2. Расчет направленной защиты по критической скорости нарастания тока

Данная защита так же как и предыдущая не имеет явно выраженной зоны действия. Она может использоваться только совместно с защитами, реагирующими на величину тока или сопротивления петли короткого замыкания как блокировка для улучшения отстроенности от параметров нормального режима.

Скорости изменения тока в нормальном режиме и при коротком замыкании принимаются на основании опытных данных конкретного участка.

Скорость изменения тока при коротком замыкании превышает, как правило, от 90 до 100 А/с, а в нормальном режиме обычно ее значение меньше чем от 60 до 80 А/с. Однако в нормальном режиме бывают случаи, когда значение этой скорости существенно возрастает. Такое явление имеет место при проезде воздушных промежутков (1000-1500 А/с), при пуске электропоездов (80-300 А/с), после отрыва токоприемников от контактного провода и последующего его касания при больших скоростях движения.

В связи с тем что на данном участке находится остановочная площадка, где происходит остановка электропоездов, то принимаем скорость изменения тока при коротком замыкании равным 300 А/с. И соответственно ток уставки 300 А/с.

Результаты расчета всех остальных тяговых подстанций и постов секционирования приведены в таблицах 15, 16 и 17.

2. Расчет защиты минимального напряжения

Защита минимального напряжения может использоваться на постах секционирования и пунктах параллельного соединения. Она может устанавливаться также на перегоне при воздействии на короткозамыкатель или при условии передачи информации на смежные подстанции или пост секционирования по каналам телемеханики.

Уставка срабатывания определяется по условию (1.8):

Для фидера 2 и 4 поста секционирования напряжение уставки равно:

Диапазон напряжения при котором срабатывает ЦЗАФ-3,3 от 30 до 1000 В, поэтому принимаем напряжение уставки защиты для постов секционирования равную 1000 В. При этом зона действия защиты уменьшена и будет являться ближним резервом.

Таблица 15 – Результаты расчета уставок максимальной токовой защиты

1

2

3

4

5

6

ПС

Тын

С3

3112

2239,31

2550

1,22

С4

3112

2239,31

2550

1,22

ЭЧЭ Таскаево

Ф1

5852

4217,73

4800

1,22

Ф2

5852

4217,73

4800

1,22

Ф5

12938

4950,77

5600

2,31

Ф4

12938

4950,77

5600

2,31

ПС

Юрга-1

С1

2480

2158,53

2450

1,01

С2

2480

2158,53

2450

1,01

С3

3296

2792,23

3150

1,05

С4

3296

2792,23

3150

1,05

ЭЧЭ Тутальская

Ф1

10174

4950,77

5600

1,82

Ф2

10174

4950,77

5600

1,82

Ф5

5531

3694,13

4200

1,32

Ф4

5531

3694,13

4200

1,32