“ Защита фидера контактной сети однофазного переменного тока”
СОДЕРЖАНИЕ: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ростовский государственный университет путей сообщенияГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения
Министерства путей сообщения Российской Федерации»
Факультет - Энергетический
кафедра Автоматизированные системы электроснабжения
Специальность 100800 – Электроснабжение (ж. д. транспорт)
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: “Переходные процессы в устройствах электроснабжения ж. д.”
на тему: “ Защита фидера контактной сети однофазного переменного тока”
И9.70.СД.02.3.96 ПЗ
Студент группы
ЭМ-V-605
Дата
Проект защищен с оценкой
Руководитель работы
к.т.н., доц. Н.А. Попова
2006
Исходные данные
Мощность к.з. на вводах ТП в режиме макс. ЭНС |
Sc =1900 МВА |
Сопротивление ЭНС в режиме мин. ЭНС, при Uб =27,5кВ |
Xc =0,945 Ом |
Тип и мощность ST понижающих трансформаторов, МВА |
ТДТНЖ-40000/220 |
Расстояние между подстанциями |
LAB =54 км |
Число путей |
m=2 |
Схема питания |
узловая |
Вид тяговой сети |
ТПУЭ |
Защита фидера контактной сети на |
посту ПС |
Расчетные размеры движения грузовых поездов, пар в сутки 60
Расчетные размеры движения пассажирских и пригородных
поездов, пар в сутки 19
Скорость движения, км/ч 68
Средний ток грузового поезда Iср, А 150
Ток трогания грузового поезда Iтр, А 300
Содержание Введение……………..………………………………………………….................4 1 Расчёт параметров короткого замыкания….…………………………………..5 1.1 Расчёт сопротивления тяговых подстанций А и В…...…………………….6 1.2 Определение погонного сопротивления тяговой сети……………………...7 1.3 Расчёт результирующих сопротивлений ZA , ZB , ZAB ……………………......10 1.4 Вычисление токов IA , IB подстанции А и В………………………………….12 1.5 Расчёт тока выключателя QПВ1 на посту ПС…………………....................14 1.6 Определение напряжения на шинах UA подстанции А……………………..15 1.7 Расчёт сопротивления ZQ ПВ1 , измеряемого защитой выключателя QПВ1………………………………………………………… 17 2 Расчет параметров нормального режима……………………………………...19 Заключение………………………………………………………………………...22 Список использованных источников…………………………………………….23 Приложение А…………………………………………………………………. ...24 Приложение Б……………………………………………………………………..26 Приложение В………………………………………………………………….....27 Приложение Г……………………………………………………………………..28 |
Введение
Автоматизированная система управления электроснабжением железнодорожного транспорта (АСУЭ), которая находится в стадии становления, призвана обеспечить оптимальные условия передачи и распределения электроэнергии железнодорожными и нетранспортным потребителям в нормальных аварийных режимах. Нарушение нормального режима одного из элементов системы электроснабжения может повлечь за собой нарушение всего процесса перевозок на значительном расстоянии. Особенностью функционирования системы электроснабжения является, в частности, быстротечность электромагнитных и электромеханических процессов при аварийных ситуациях (нарушение нормального режима), вследствие чего диспетчерский или оперативный персонал не может успеть вмешаться в эти процессы для предотвращения их развития.
Различают устройства технологической и устройства системной автоматики. Технологическая автоматика управляет локальными процессами нормального режима на отдельных объектах и не оказывает существенного воздействия на режим работы системы электроснабжения в целом.
Система автоматики, в свою очередь, делится на:
- автоматику управления в нормальных режимах;
- автоматику управления в аварийных режимах.
Автоматика управления в нормальных режимах обеспечивает должный уровень напряжения и повышения экономичности. К ней относятся, например, устройства автоматического регулирования напряжения на шинах тяговых подстанций (т.п.). К автоматике управления в аварийных режимах относятся устройства релейной защиты, а также сетевая автоматика (автоматическое включение резерва, автоматическое повторное включение, опробование контактной сети на наличие короткого замыкания.).
В работе необходимо произвести расчёт параметров короткого замыкания (к.з.), измеряемых защитой выбранного выключателя, и построить графики зависимости этих параметров от расстояния до места к.з.
1 Расчёт параметров аварийного режима
Параметры короткого замыкания, измеряемые защитой, вычисляются в работе только для защиты одного выключателя. В соответствии с заданием принимают схему питания межподстанционной зоны и выключатель, для которого в дальнейшем производится расчёт защиты.
На рисунке 1 представлены схемы питания тяговой сети двухпутного участка: а) - полная; б) - упрощенная.
Рисунок 1а – Схема узлового питания тяговой сети двухпутного участка (полная)
Рисунок 1б – Схема узлового питания тяговой сети двухпутного участка
(упрощенная)
Для точных расчётов используют комплексные величины сопротивлений, напряжений и токов с учётом сопротивления троса группового заземления (т.г.з.) и сопротивления дуги в месте к.з. В работе все вычисления можно выполнять с использованием модулей сопротивлений, напряжений и токов.
К параметрам к.з. относятся:
- ток, протекающий через заданный выключатель;
- сопротивление, измеряемое защитой этого выключателя ;
- напряжение на тех шинах, к которым подключён выключатель .
Выключатель расположен на посту секционирования, поэтому =,где - напряжение на шинах поста секционирования.
1.1 Расчёт сопротивления тяговых подстанций А и В
Сопротивление тяговых подстанций А и В принимают одинаковыми и вычисляют по формуле 1, Ом;
, (1)
где - напряжение на вводах тяговой обмотки трансформатора, кВ;
- мощность короткого замыкания на вводах в подстанцию, МВА;
- номинальная мощность трансформатора, МВА;
- число включенных трансформаторов;
- напряжение короткого замыкания трансформатора, %;
- заводской доступ на величину uк .
Сопротивление подстанций вычисляют для режима максимума и режима минимума энергосистемы. В режиме максимума принимают: =27,5 кВ; =0,05; =1; так как по заданию первичная обмотка трансформатора имеет напряжение 220 кВ, значит =11,4%.
Вычислим сопротивление подстанции для максимального режима.
Ом.
В режиме минимума энергосистемы принимают: =27,2 кВ; = +0,05; =1. По заданию первичная обмотка трансформатора имеет напряжение 220 кВ, значит =13,4%.
Мощность короткого замыкания в режиме минимума вычисляют по формуле 2, МВА;
, (2)
где - сопротивление энергосистемы (таблица 1), Ом, при базовом напряжении , кВ, которое принимается по заданию равным 27,5 кВ.
МВА.
Сопротивление этой же подстанции в минимальном режиме равно:
Ом.
1.2 Определение погонного сопротивления тяговой сети
Схема замещения тяговой сети при коротком замыкании показана на рисунке 2. В схеме использованы так называемые индуктивно развязанные сопротивления контактной сети, которые учитывают все взаимоиндуктивные связи между проводами и рельсами.
Рисунок 2 – Схема замещения тяговой сети
Результирующие сопротивления схемы замещения вычисляют по формулам 3, 4 и 5, Ом;
, (3)
, (4)
, (5)
где сопротивления подстанций А и В;
результирующее сопротивление схемы замещения тяговой сети слева от точки короткого замыкания К;
результирующее сопротивление схемы замещения тяговой сети справа от точки короткого замыкания К;
сопротивление схемы замещения тяговой сети в месте короткого замыкания;
сопротивление троса группового заземления;
сопротивление дуги.
Принимаем ==0. Сопротивления ,, для раздельного питания вычисляются по формулам 6, 7, 8 и 9, Ом;
, (6)
, (7)
, (8)
, (9)
где - погонное сопротивление тяговой сети, Ом/км;
- расстояние до точки короткого замыкания, км;
- расстояние от подстанции А до поста секционирования (ПС), км;
- расстояние от подстанции В до поста секционирования, км.
По формуле 8 рассчитываются для точки к.з. в пределах , а по формуле 9 в пределах .
В формулах 6, 7, 8 и 9 принимают
Схема тяговой сети ТП представлена на рисунке 3, где Т - несущий трос, П - контактный провод, У- усиливающий провод, Э –экранирующий провод, Р - рельсы.
Рисунок 3 – Вид тяговой сети
Определим погонное сопротивление тяговой сети ТП двухпутного участка.
По таблице 3 методических указаний находим =0,162 Ом/км. Для двухпутного участка по условию:
=0,162 Ом/км,
=0,179 Ом/км.
1.3 Расчет результирующих сопротивлений ZA , ZВ , ZAB
Для нахождения значений результирующих сопротивлений, зададим расстояния ==27 км, ==27 км.
В межподстанционной зоне намечаются расчётные точки к.з. Они выбираются на шинах одной и второй подстанции, на посту секционирования и равномерно по 4-5 точек между каждой подстанцией и постом секционирования. Обязательными являются точки на шинах тяговых подстанций и посту секционирования.
Сопротивления подстанций А и В ( ) в режиме максимума и минимума энергосистемы определены в п.п. 1.1 по формуле 1.
Произведём расчёт параметров к.з. при повреждении на шинах подстанции А (=0 км) по формулам 6, 7, 8, для режима минимума и максимума энергосистемы:
Ом,
Ом,
Ом.
Произведём те же самые расчёты для Lк =32,2 км:
Ом,
Ом,
Ом.
Для остальных значений расчёты производятся аналогично, они сведены в таблицу 1 и 2 Приложения А.
По формулам 3, 4, 5 находим параметры результирующей схемы замещения:
-для минимального режима энергосистемы при =0 км:
Ом,
Ом,
Ом .
- для максимального режима энергосистемы =0 км:
Ом,
Ом,
Ом.
-для минимального режима энергосистемы при =32,2 км:
Ом,
Ом,
Ом;
- для максимального режима энергосистемы =32,2 км:
Ом,
Ом,
Ом.
Сопротивления результирующей схемы замещения при различных Lк приведены в таблице 1 Приложения А - для минимума энергосистемы (ЭНС), таблице 2 Приложения А - для максимума энергосистемы.
1.4 Вычисление токов IА , IВ подстанции А и В
При расчёте параметров к.з. вначале вычисляют токи подстанции А и В. По этим токам определяют значения тока , заданного выключателя .
Значения токов вычисляют по формулам 10 и 11, А:
, (10)
. (11)
Расчётные напряжения подстанций А и В в работе можно принимать одинаковыми =27500 В.
Произведём расчёты токов подстанции А и В при =0 км:
в режиме минимума энергосистемы:
А,
А;
-в режиме максимума энергосистемы:
А,
А.
Те же самые расчёты для =32,2:
-в режиме минимума энергосистемы:
А,
А;
-в режиме максимума энергосистемы:
А,
А;
В таблице 2 Приложения А отображены значения токов при других значениях для режима максимума, а в таблице 1 Приложения А - для минимума энергосистемы.
1.5 Расчет тока выключателя QПВ1 на ПС
Ток IQ ПВ1 выключателя QПВ1, если точка короткого замыкания К находится в пределах участка , определяется из равенства:
; (12)
Когда точка К перемещается в пределах , то ток выключателя QПВ1 определяется из равенства:
(13)
Току каждого из выключателей присваивается знак «+» или «». Знак «+» соответствует направление тока от шин, к которым подключен выключатель, в линию. Знак «» соответствует противоположному направлению: из линии к шинам. Знак «+» обычно не ставится.
Вычислим ток выключателя QПВ1:
-в режиме минимума энергосистемы для =0 км:
А;
- в режиме минимума энергосистемы для =32,2 км:
А;
- в режиме максимума энергосистемы для =0 км:
А;
- в режиме максимума энергосистемы для =32,2 км:
А.
В таблице 2 Приложения А представлены значения тока выключателя QПВ1 на посту секционирования при различных значениях , для максимума энергосистемы. В таблице 1 Приложения А - для минимума ЭНС.
1.6 Определение напряжения UПС на шинах поста секционирования
Напряжение на шинах и подстанций А и В находят по формулам:
, (14)
, (15)
Эти напряжения вычисляют для режимов максимума и минимума энергосистемы. Произведём расчёт для =0 км:
-в режиме минимума энергосистемы:
В;
В;
- в режиме максимума энергосистемы:
В;
В;
Произведём расчёт для =32,2 км:
- в режиме минимума энергосистемы:
В;
В;
- в режиме максимума энергосистемы:
В;
В;
Значения величин и при разных приведены в таблице 2 Приложения А, для режима максимума энергосистемы. В таблице 1- минимума для ЭНС.
Напряжение на шинах поста секционирования ПС в том случае, когда точка короткого замыкания К находится в пределах участка , вычисляют по формуле:
(16)
Эти напряжения вычисляют для режимов максимума и минимума
энергосистемы. Произведём расчёт для =0 км:
- в режиме минимума энергосистемы:
В;
- в режиме максимума энергосистемы:
В;
Если точка короткого замыкания К находится в пределах участка , то используется формула:
(17)
Произведём расчёт для =32,2 км:
- в режиме минимума энергосистемы:
В;
- в режиме максимума энергосистемы:
В.
1.7 Расчет сопротивления ZQ ПВ1 , измеряемого защитой выключателя QПВ1
Сопротивление, измеряемое защитой выключателя, находим по формуле:
. (18)
Рассчитываются эти сопротивления для режима минимума и максимума энергосистемы, определим для =0 км:
-в режиме минимума энергосистемы:
Ом;
- в режиме максимума энергосистемы:
Ом.
Для Lк =32,2 км:
- в режиме минимума энергосистемы:
Ом;
- в режиме максимума энергосистемы:
Ом.
Сведём в таблицу 2 Приложения А значения для различных , в режиме максимума энергосистемы. В таблице 1 Приложения А - для минимума ЭНС. Графики, показывающие зависимость токов выключателя, напряжений на шинах и сопротивлений, измеряемых защитой, от удаленности точки короткого замыкания, приведены в приложение Б, В, Г.
2 Расчет параметров нормального режима
К параметрам нормального режима относятся:
- наибольшее значение тока ,max
, протекающего через заданный выключатель;
- наименьшее напряжение ,min
на шинах поста секционирования;
- наименьшее значение сопротивления ,min , измеряемое защитой заданного выключателя.
При правильном выборе установок срабатывания защита не должна
реагировать на параметры ,max , ,min , ,min .
Расчетную величину тока, протекающего через заданный выключатель ,max при нормальном режиме работы для фидера тяговой подстанции вычисляют по формуле:
, (19)
где - трогание грузового поезда, А;
- средний ток грузового поезда, А;
- общее число поездов, находящихся на одном пути в расчетной зоне;
-число путей;
– расстояние между смежными подстанциями, км;
- расстояние от поста секционирования ПС до правой подстанции В, км.
Число поездов в зоне питания в нормальном режиме вычисляют по формуле:
, (20)
где - средняя скорость движения поезда, км/ч;
- интервал попутного следования поездов, принимаемый в зависимости от расчетных размеров движения поездов, как грузовых, так пассажирских и пригородных, мин;
-длина расчетной зоны, принимаемая для фидера поста секционирования =LПВ .
Полученное по формуле 20 дробное число округляется до целого значения. Если дробная часть равна или менее 0,1, то округление производится в меньшую сторону. Если дробная часть более 0,1,то округление производится в большую сторону.
Минимальное значение напряжения ,min на шинах поста секционирования принимаем равным 21000 В.
Минимальное значение сопротивления ,min , измеряемое защитами выключателей поста секционирования в нормальном режиме работы, вычисляют по формуле:
. (21)
Рассчитаем число поездов , находящиеся в период интенсивного движения в зоне 46 км между подстанциями:
поездов.
Вычисляем искомое значение максимального тока фидера поста секционирования в нормальном режиме:
A.
Минимальное значение сопротивления, измеряемое защитой фидера в нормальном режиме, рассчитаем:
Ом.
Заключение
В курсовой работе были рассчитаны параметры короткого замыкания для схемы узлового питания тяговой сети двухпутного участка. К параметрам короткого замыкания относятся:
IQ – ток, протекающий через заданный выключатель ;
ZQ – сопротивление, измеряемое защитой этого выключателя ;
Uш – напряжение на тех шинах, к которым подключён выключатель .
Значения параметров к.з. при различных сведены в таблицу 1, 2 Приложения А. По данным этих значений построены графики, показывающие зависимость токов выключателя, напряжений на шинах и сопротивлений, измеряемых защитой, от удаленности точки короткого замыкания . Они показаны в приложении Б, В, Г.
Список использованных источников
1. Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Желдориздат, 2001. 720 с.
2. Фигурнов Е.П., Петрова Т.Е. Релейная защита систем электроснабжения. Ч. 2. Тяговые сети переменного тока напряжением 27,5 кВ: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. Ростов н/Д: РГУПС, 1998. 90 с.
3. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. М.: Транспорт, 1981. 216 с.
Приложение А
Таблица 1- Значение параметров аварийного режима при минимуме ЭНС
Рас-стоя-ние до точки к.з. Lк , км. |
Сопротивление схемы замещения, Ом. |
Сопротивление результирующей схемы замещения, Ом. |
Значение тока, А. |
Значе-ние тока выключателя,А. |
Напряжение на шинах подстанций А и В, В. |
Напряжение на шинах ПС, В. |
Сопротив-ление выкл-ля,Ом |
||||||
ZтсА +Z’тс ,i |
ZтсВ +Z”тс ,i |
Z’”тс ,i |
ZA |
ZВ |
ZAB |
IА |
IВ |
IQ ПВ 1 |
UA |
UВ |
UПС |
ZQ ПВ 1 |
|
0 |
0 |
8,748 |
0 |
7,05 |
15,802 |
0 |
3898,63 |
1740,31 |
-870 |
0 |
15224,25 |
7612,13 |
-8,748 |
4,6 |
0,745 |
8,003 |
0,3416 |
7,80 |
15,057 |
0,3416 |
3306,31 |
1712,59 |
-856, |
4178,1 |
15419,78 |
7928,90 |
-9,25953 |
9,2 |
1,490 |
7,258 |
0,5428 |
8,54 |
14,311 |
0,5428 |
2922,09 |
1744,54 |
-872 |
6888,3 |
15194,4 |
7563,77 |
-8,67135 |
13,8 |
2,236 |
6,512 |
0,6038 |
9,29 |
13,566 |
0,6038 |
2668,18 |
1827,02 |
-914 |
8679,3 |
14612,62 |
6621,23 |
-7,24811 |
18,4 |
2,981 |
5,767 |
0,5245 |
10,03 |
12,821 |
0,5245 |
2506,92 |
1962,09 |
-981 |
9816,8 |
13659,9 |
5077,74 |
-5,17585 |
23 |
3,726 |
5,022 |
0,304963 |
10,78 |
12,076 |
0,304963 |
2421,42 |
2161,55 |
-1080 |
10420 |
12252,94 |
2798,321 |
-2,58918 |
27 |
4,374 |
4,374 |
0 |
11,43 |
11,428 |
0 |
2406,42 |
2406,42 |
3609 |
10526 |
10525,68 |
0 |
0 |
27 |
4,374 |
4,374 |
0 |
11,43 |
11,428 |
0,0000 |
2406,42 |
2406,42 |
3609 |
10526 |
10525,68 |
0,00 |
0 |
32,2 |
5,216 |
3,532 |
0,3758 |
12,27 |
10,585 |
0,3758 |
2102,20 |
2436,80 |
2884 |
12672 |
10311,4 |
3476,51 |
1,205649 |
36,8 |
5,962 |
2,786 |
0,5587 |
13,02 |
9,8402 |
0,5587 |
1921,31 |
2541,27 |
2382 |
13948 |
9574,454 |
5543,72 |
2,327269 |
41,4 |
6,707 |
2,041 |
0,6014 |
13,76 |
9,095 |
0,6014 |
1800,68 |
2724,41 |
1956 |
14798 |
8282,644 |
6922,21 |
3,538604 |
46 |
7,452 |
1,296 |
0,5039 |
14,506 |
8,3498 |
0,5038519 |
1731,20 |
3007,55 |
1568 |
15289 |
6285,421 |
7716,26 |
4,922224 |
50 |
8,1 |
0,648 |
0,305 |
15,15376 |
7,7018 |
0,304963 |
1712,46 |
3369,39 |
1233 |
15421 |
3733,139 |
7930,40 |
6,433551 |
54 |
8,748 |
0 |
0 |
15,80 |
7,0538 |
0 |
1740,31 |
3898,63 |
870 |
15224 |
0 |
7612,13 |
8,748 |
Таблица 2 - Значение параметров аварийного режима при максимуме ЭНС
Расс-тояние до точки к.з. Lк , км. |
Сопротивление схемы замещения, Ом. |
Сопротивление результирующей схемы замещения, Ом. |
Значение тока, А. |
Значение тока выклю-чате-ля,А. |
Напряжение на шинах подстанций А и В, В. |
Напряжение на шинах ПС, В. |
Сопротив-ление выкл-ля,Ом |
||||||
ZтсА +Z’тс ,i |
ZтсВ +Z”тс ,i |
Z’”тс ,i |
ZA |
ZВ |
ZAB |
IА |
IВ |
IQ ПВ 1 |
UA |
UВ |
UПС |
ZQ ПВ 1 |
|
0 |
0 |
8,748 |
0 |
4,89 |
13,639 |
0 |
5622,40 |
2016,26 |
- 1008 |
0 |
17638,2 |
8819,1 |
-8,748 |
4,6 |
0,745 |
8,0028 |
0,3416 |
5,64 |
12,894 |
0,3416 |
4488,18 |
1961,92 |
-980,96 |
5547,67 |
17903,95 |
9322,508 |
-9,50344 |
9,2 |
1,490 |
7,2576 |
0,5428 |
6,38 |
12,149 |
0,5428 |
3814,40 |
2003,64 |
-1001,82 |
8843,21 |
17699,88 |
8935,941 |
-8,91969 |
13,8 |
2,236 |
6,5124 |
0,6038 |
7,13 |
11,404 |
0,6038 |
3391,74 |
2119,70 |
-1059,85 |
10910,52 |
17132,26 |
7860,708 |
-7,41683 |
18,4 |
2,981 |
5,7672 |
0,5245 |
7,87 |
10,658 |
0,5245 |
3130,73 |
2312,27 |
-1156,13 |
12187,13 |
16190,36 |
6076,502 |
-5,25588 |
23 |
3,726 |
5,022 |
0,304962963 |
8,62 |
9,913 |
0,304963 |
2993,29 |
2601,96 |
-1300,98 |
12859,36 |
14773,41 |
3392,419 |
-2,60758 |
27 |
4,374 |
4,374 |
0 |
9,27 |
9,265 |
0 |
2968,11 |
2968,11 |
4452,17 |
12982,53 |
12982,53 |
0 |
0 |
27 |
4,374 |
4,374 |
0,0000 |
9,27 |
9,265 |
0,0000 |
2968,11 |
2968,11 |
4452,17 |
12982,53 |
12982,53 |
0 |
0 |
32,2 |
5,216 |
3,5316 |
0,3758 |
10,11 |
8,423 |
0,3758 |
2515,03 |
3018,12 |
3491,27 |
15198,60 |
12737,95 |
4197,842 |
1,202382 |
36,8 |
5,962 |
2,7864 |
0,5587 |
10,85 |
7,678 |
0,5587 |
2253,86 |
3185,98 |
2859,62 |
16476,06 |
11916,9 |
6617,703 |
2,314193 |
41,4 |
6,707 |
2,0412 |
0,6014 |
11,60 |
6,932 |
0,6014 |
2082,45 |
3483,98 |
2340,06 |
17314,44 |
10459,36 |
8205,807 |
3,50667 |
46 |
7,452 |
1,296 |
1 |
12,34 |
6,187 |
0,503852 |
1985,25 |
3960,50 |
1873,48 |
17789,86 |
8128,593 |
9106,376 |
4,860682 |
50 |
8,1 |
0,648 |
0,304962963 |
12,99115 |
5,539146 |
0,304963 |
1962,695 |
4603,174 |
1467,71 |
17900,17 |
4985,203 |
9315,347 |
6,346867 |
54 |
8,748 |
0 |
0 |
13,63915 |
4,891146 |
0 |
2016,255 |
5622,404 |
1008,13 |
17638,20 |
0 |
8819,1 |
8,748 |