7.1.РАСЧЁТНЫЕ СХЕМЫ
Выбор расчетных схем определяется условиями срабатывания защиты при выбранной аппаратной реализации и вариантом схемы тяговой сети. Расчетная схема формируется из заданной (см. рис.1) путем выбора состояния выключателей и точки КЗ. Действующие нормативы определяют 24 расчетных схемы, приводимых для трех способов питания межподстанционной зоны: раздельного, узлового (с постами секционирования) и параллельного (с постами секционирования и пунктами параллельного соединения). Для рассматриваемого варианта расчетные схемы видоизменяются. Схемы, возникающие после отключения ППС, обозначены индексом "к", а соответствующие режимы названы консольными. Для других вариантов расчетные схемы разрабатываются самостоятельно.
В упрощенных расчетах и для простых схем ограничиваются несколькими схемами, в которых не требуется отдельно учитывать взаимную индуктивную связь между тяговыми сетями двух путей.
Рис.12. Расчетная схема для определения аварийных параметров
(для фидеров тяговой подстанции-Q9; для фидеров поста секционирования-Q12)
7.2. РАСЧЕТ ЗАЩИТ ФИДЕРОВ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ:
Бросок тока намагничивания нагрузки, А
Iμ=1200А
Номинальное напряжение нагрузки, кВ
Uн,N =25 кВ
Минимальная нагрузка, Ом
ZN=ZП,Н=UН,N/IП,раб,max
ZN = 25000 / 640 = 39,1 Ом
Сопротивление ЭС в режиме максимума,Ом
ZП, max =2·Z27,5, max·(Uср, С /Uср, В)2;
ZП, max = 2·287·(27,5/230)2=8,2 Ом.
Сопротивление на стороне 27,5 кВ от источника до шин:
Z27,5, max = ZС, max + ZВС, max ;
Z27,5, max = 88,6 + 199 = 287 Ом.
Сопротивление ЭС:
ZC, max = UВ, ср / (1,73 * IС, min);
ZC, max = 230 / (1,73 * 1,5) = 88,6Ом.
Сопротивление трансформатора:
ZВС, max = U2B, max * uк, ВС, +РО*(1+ 
uk) / (100*SN);
ZВС, max = 2582 * 11,4*(1+0,05) / (100*40)=199 Ом.
Сопротивления защищаемой подстанции в режиме минимума ЭС, приведенные к стороне 27,5 кВ:
ZП, min =2·Z27,5, min·(Uср, С /Uср, В)2;
ZП, min = 2·166,5·(27,5/230)2 = 4,7 Ом.
Сопротивление на стороне 27,5 кВ от источника до шин:
Z27,5, min = ZС, min + ZВС, min ;
Z27,5, min = 23 + 143,5 = 166,5 Ом.
Сопротивление ЭС:
ZC, min = UВ, ср / (1,73 * IС, max );
ZC, min = 230 / (1,73 * 5,8) = 23 Ом.
Сопротивление трансформатора:
ZВС, min = U2B, min * uк, ВС, -РО*(1+ uk) / (100*SN)
ZВС, min = 2022 * 13,4*(1+0,05) / (100*40) = 143,5 Ом.
Параметры для точки К1 (защиты для выключателя Q9)
ZТС =Znmax+Z11·L21 +Z22·L1+Z21·L21;
ZТС =8,2+0,515·11+0,301·21+0,470·19=29,1 Ом.
Сопротивление от ТП до точки К1:
ZТС, К1= Z11·L21+Z22·L1;
ZТС, К1=0,515·11+0,301·21=11,9 Ом.
Общее сопротивление до точки К1:
Z общ, к1= ZП, min + ZТС, К1;
Z общ, к1= 4,7 + 11,9=16,6 Ом.
Сопротивление первой ступени:
Z 1 ступ=0,85 . ZЛ1;
Z 1 ступ=0,85 . 0,515 . 11= 4,8 Ом
Ток КЗ в точке К1:
IK1, min, = UC/ Z 1 ступ;
IK1, min, = 25000/ 4,8 = 5208,3 А
Сопротивление второй ступени:
Z 2 ступ= Z 1 ступ +0,8 . ZТС, К1
Z 2 ступ= 4,8 +0,8 . 11,9 = 14,3 Ом
Сопротивление третьей ступени:
Z 3 ступ= Z 1 ступ +0,8 . Z2ступ.
Z 3 ступ= 4,8+0,8 . 14,3 = 16,2 Ом
Расчет токовой отсечки
Коэффициент отстойки
Котс, ТО =1,5
Нормативный коэффициент чувствительности
Кч, О, ТО = 1,2
Ток срабатывания защиты, А
IСЗ, ТО = IK3, min * Котс,ТО
IСЗ, ТО = 5208,3 *1,5 = 7812,5 А
Коэффициент чувствительности
Кч, ТО, max = IK, min / IСЗ,ТО
Кч, ТО, max = 5208,3 / 7812,5 = 0,67
Расчет ненаправленной дистанционной защиты ДЗ1
Коэффициент запаса
КЗ=Кз.ДЗ1=1,2
Коэффициент отстойки ДЗ
К отс.дз =0,85
Срабатывание защиты по отстойке от КЗ на ПС, Ом:
Zсз,1,ДЗ1 = К отс.дз* Z1ступ
Zсз,1,ДЗ1 = 0,85* 4,8 = 4,08 Ом
Срабатывание защиты по отстройке от нагрузки, Ом:
Zсз,2,ДЗ1 = ZП,Н / Кз.ДЗ1
Zсз,2,ДЗ1 = 39,1 / 1,2 = 32,6 Ом
Уставка срабатывания защиты,Ом
ZУ,ДЗ1 =<min(Zсз,1,ДЗ1 ; Zсз,2,ДЗ1)
ZУ,ДЗ1 =4,08
Расчет направленной дистанционной защиты ДЗ2
Коэффициент возврата
К в.дз2 =1,1
Срабатывание защиты по условию КЗ, Ом
Zсз,1,ДЗ2 = К ч,от.дз2* Z2ступ
Zсз,1,ДЗ2 = 1,25* 14,3 = 17,9 Ом
Срабатывание защиты по отстойке от нагрузки, Ом
Zсз,2,ДЗ2 = ZП,Н / (Кз.ДЗ2* К в.дз2 )
Zсз,2,ДЗ2 = 39,1 / (1,2* 1,1) =29,6 Ом
Уставка срабатывания защиты:
Zсз,1,ДЗ2 <= Zу,ДЗ2 =< Zсз,2,ДЗ2
Zу,ДЗ2 =23,8 Ом
Коэффициент загрубления апериодической составляющей
Nза=Im* Zу,ДЗ2 / Uср, С
Nза=1,5* 23,8 / 27,5 = 1,3
Уставка угла срабатывания защиты, эл.град
= 45 эл.град
= 110 эл.град
Расчет направленной дистанционной защиты ДЗ3
Нормируемый коэффициент чувствительности:
К Ч.О.ДЗ3 =1,25
Срабатывание по условию КЗ, Ом
Zсз,1,ДЗ3 = К ч,о.дз3 *Z3ступ
Zсз,1,ДЗ3 = 1,25*16,2 = 20,3 Ом
Уставка защиты, Ом
Zсз,1,ДЗ3 <= Zу,ДЗ3 =< Zсз,2,ДЗ2
Zу,ДЗ3 = 25 Ом
Коэффициент загрубления по высшим гармоникам
n зг=min(1,5* Zу,ДЗ3 / Zп.н.;1,5)
n зг=1,5* 25 / 39,1= 0,95
Уставка углов срабатывания защиты эл.град.
= 45 эл.град
= 110 эл.град
Рис.13 Диаграмма работы защит
7.3. РАСЧЕТ ЗАЩИТ ФИДЕРОВ ПОСТА СЕКЦИОНИРОВАНИЯ
Параметры для точки К3 (защиты для выключателя Q12).
Минимальное напряжение на ПС:
UПС,min =21 кВ
Сопротивление нагрузки:
ZПС, min = UПС, min / I ПС, раб, max;
ZПС, min = 21000 / 230=91,3 Ом.
Сопротивление от ПС (Q12) до точки К1:
ZТС, К1= Z22·L22;
ZТС, К1=0,301·19=5,7 Ом.
Сопротивление первой ступени:
Z 1 ступ=0,85 . ZТС, К1;
Z 1 ступ=0,85 . 5,7=4,9 Ом.
Ток короткого замыкания в точке К1:
IK1, min, = UC/ Z 1 ступ;
IK1, min, = 25000/ 6=4167 А.
Сопротивление от ТП до точки К3:
ZТС, К2= Z11·L21 +Z22·L1+ Z22·L22
ZТС, К2=0,515*11+0,301*21+0,301*19=17,7 Ом.
Сопротивление второй ступени:
Z 2 ступ= Z 1 ступ +0,8 . ZТС, К2;
Z 2 ступ= 4,9 +0,8 . 17,7=19,1 Ом.
Ток короткого замыкания в точке К2:
IK3, min, = UC/ Z 2 ступ;
IK3, min, = 25000/ 19,1=1308,9 А.
Расчет токовой отсечки
Коэффициент отстойки
Котс, ТО =1,2
Нормативный коэффициент чувствительности
Кч,O, ТО =1,2
Ток срабатывания по КЗ на смежном элементе, А
IСЗ,1, ТО =Iк,* Котс, ТО
IСЗ,1, ТО =1308,9* 1,2 = 1570,7 А
Ток срабатывания по коэффициенту чувствительности, А
IСЗ,2, ТО= Iк,1/ Кч,O, ТО
IСЗ,2, ТО= 4167/ 1,2 = 3472,5 А
Уставка срабатывания защиты:
IСЗ,2, ТО<= Iу, ТО<= IСЗ,1, ТО
Iу, ТО= 2521,6 А
Отключение при КЗ "за спиной":
Если Iу, ТО <= Iк,1 то “ДА" иначе "НЕТ"
2521,6 <= 4167 "ДА"
Неселективность при КЗ на смежном фидере
Если Iу, ТО <= IСЗ,1, ТО, то "ДА" иначе "НЕТ"
2521,6 <= 1579,7 "НЕТ"
Коэффициент чувствительности защиты
Кч,, ТО = Iк,1/ Iу, ТО
Кч,, ТО = 4167/ 2521,6 = 1,7
Расчет направленной дистанционной защиты ДЗ1
Граничное значение уставки, Ом
Zу,min=7,5
Коэффициент отстройки от КЗ на ПС
К отс.дз1=0,85
Коэффициент запаса по нагрузке
К з.дз1=1,2
Срабатывание по отстройке от КЗ, Ом
Zсз,1,ДЗ1= К отс.дз1 * Z1ступ
Zсз,1,ДЗ1= 0,85 * 6 = 5,1 Ом
Срабатывание по нагрузке
Zсз21,ДЗ1= zПС,min /К з.дз1
Zсз21,ДЗ1= 91,3 /1,2 = 76,1 Ом
Принятая уставка срабатывания защиты, Ом
Zу,min < Zу,ДЗ1< min(Zсз,1,ДЗ1 ; Zсз,2,ДЗ2)
Zу,ДЗ1=6,3
Уставка углов срабатывания, эл.град
= 0 эл.град
= 110 эл.град
Расчет направленной дистанционной защиты ДЗ2
Нормативный коэффициент чувствительности
КЧ,О,ДЗ2 = 1,5
Коэффициент запаса по нагрузке
К З.дз2 =1,2
Коэффициент возврата реле
К В.дз2 =1,2
Срабатывание по условию КЗ, Ом
Zсз,1,ДЗ2= К Ч,Одз2 *Z 2ступ
Zсз,1,ДЗ2= 1,5 * 19,1 = 28,7 Ом
Срабатывание по нагрузке, Ом
Zсз21,ДЗ1= zПС,min /К з.дз2* К в.дз2
Zсз21,ДЗ1= 91,3 /(1,2*1,2) = 63,4 Ом
Уставка срабатывания защиты, Ом
Zсз,1,дз2 < Zу,ДЗ2< Zсз,2,ДЗ2
Zу,ДЗ2=46,1 Ом
Расчет потенциальной защиты
Коэффициент запаса
КЗ,ПЗ = 1,25
Коэффициент возврата
К В,ПЗ = 1,15
Нормируемый коэффициент чувствительности
К Ч,О,ПЗ = 1,3
Уставка срабатывания, кВ
UУ,ПЗ= UПС,МИН*/(КЗ,ПЗ *КВ,ПЗ)
UУ,ПЗ= 21000*/(1,25*1,15) = 14,6кВ
Рис.14 Диаграмма работы защит
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте были рассмотрены защиты тяговой подстанции и тяговой сети. Защиты тяговой подстанции (понизительного трансформатора) приведены в теоретическом виде. Защиты тяговой сети приведены в теоретическом и расчетном виде.
Для защит тяговой подстанции были выбраны следующие защиты: двухступенчатая газовая защита (ГЗ), дифференциальная токовая защита (ДТЗ), максимальная токовая защита на стороне ВН, защита от перегрузки (МТЗ ПГ), защита от перегрева масла (ЗПМ), потенциальная защита (ПЗ), защитой минимального напряжения (ЗМН).
Защиты для тяговой сети выбирали в двух вариантах:
1. Защита фидера тяговой сети подстанции;(трехступенчатая дистанционная защита и токовая отсечка);
2. Защита фидера тяговой сети поста секционирования(двухступенчатая дистанционная защита и потенциальная защита).