Дипломная работа: Устройства контроля проходящего короткого замыкания в контактной сети переменного тока

Кстати, предлагаемое устройство автоматизации поста секционирования может применяться и на постах секционирования на выключателях, в тех случаях, когда по алгоритму автоматизации меж подстанционной зоны выключатели поста секционирования отключаются в бестоковую паузу (Южный ход Горьковской ж.д.)

Отметим ещё важное свойство применения УККЗ. Срабатывание УККЗ (контакта 10) свидетельствует о том, что одновременно действуют два фактора:

а) питающие линии контактной сети обеих смежных тяговых подстанций отключились от КЗ;

б) отсутствие устойчивого КЗ.

Поэтому оправдано не отключать («разбирать») ПС.

Экономический эффект применения предлагаемой полезной модели состоит в том, что при аварийных режимах в подавляющих случаях посты секционирования не будут «разбираться» и аварийный режим пройдет без негативных последствий.

Устройство автоматизации поста секционирования контактной сети переменного тока на разъединителях с трансформатором напряжения подключенным к шине, реле напряжения и реле времени, действующими на отключение разъединителей в бестоковую паузу. Схема отличается тем, что введено УККЗ в тяговой сети с выходным размыкающим контактом, формирующим последовательно соединенным размыкающим контактом реле напряжения и цепочку на включение реле времени.

Цель полезной модели.

При проходящих КЗ (самоликвидирующихся) не отключать ПС, тем самым повысить эксплуатационную надежность электроснабжения.

Для реализации цели полезной модели введено устройство контроля проходящего КЗ в тяговой сети с выходным размыкающим контактом, который формирует с последовательно соединенным размыкающим контактом реле напряжения цепочку на включение реле времени. В результате при проходящих КЗ, которых 90 % и более от всех ПС не будут отключаться, что повысит эксплуатационную надежность электроснабжения.

4. Проектный раздел. Принципы автоматизации электроснабжения с устройствами контроля проходящих КЗ

4.1 Проектный вариант поста секционирования с терминалом ИнТер

Проект поста секционирования с терминалом ИнТер заключается в следующем действии [12]:

- трансформатора напряжения TV, который установлен на здании ПСК Окская;

- трансформатора тока TA, установленного на выключателе Q ПСК Окская.

Вывода первичной обмотки трансформатора напряжения TV подсоединены: один конец заземлен, о другой установлен между выключателем и линейным разъединителем, к вторичной обмотке трансформатора напряжения TV подключён модуль датчиков тока и напряжения (МДТН) блока защиты и автоматики (БЗА) терминала ИнТер 27,5.

При подключении трансформаторов тока TA к токовым входам терминала ИнТер 27,5, следует заземлять вторичные обмотки TA на токовом клемнике, с дальнейшим подключением к модулю датчиков тока и напряжения (МДТН) блока защиты и автоматики (БЗА) терминала ИнТер 27,5.

Схема подключения электромагнитного привода выключателя приведен на (рисунке 4.1). Особенности этой схемы.

Команда включения ВВ подается через промежуточное реле (КТЛ) с большой коммутационной способностью, что исключает возможность повреждения выходного реле ИнТер при отказе привода выключателя выполнить операцию включения (когда ток в цепи контактора не отключается блок - контактом привода).

Сигнал РПО ВВ снимается с обмотки контактора включения (КМ), что позволяет контролировать не только отключенное положение выключателя, но и готовность выключателя к операции включения. Сигнал РПВ ВВ снимается с отключающей катушки (YA1), что позволяет контролировать готовность выключателя к операции отключения.

Команда отключения ВВ формируется двумя соединенными параллельно выходными сигналами «ВВ откл.» для надежности отключения. Один из этих сигналов формируется электронным ключом, что обеспечивает максимальное быстродействие токовых отсечек.

В цепь отключения заводятся также следующие сигналы:

а) «Отказ ИнТер», который отключает выключатель при выявлении самодиагностикой функции защит или при исчезновении питания блока;

б) кнопка аварийного отключения питающей линии (SB1), которая обеспечивает аварийное отключение питающей линии, минуя ИнТер-27,5-ФТС;

в) сигналы отключения от резервных защит: - сигнал отключения от смежной питающей линии либо сигнал отключения от внешнего устройства резервных защит. В последнем случае, чтобы иметь возможность выполнять АПВ и запись осциллограмм после аварийного отключения от этого устройства сигнал отключения подается также на дискретный вход терминала ИнТер-27,5- ФТС (XI:06).

Конденсаторы С1 и С2 - являются искрогасящими и предохраняют от «залипания» контакты выходных реле БЗА. Диоды VD1…VD3 служат для шунтирования обратного напряжения, возникающего при размыкании соответствующих индуктивных цепей [7].

Рисунок 4.1 - Схема подключения электромагнитного привода выключателя

Рисунок 4.2 - Однолинейная схема поста секционирования Окская с устройством контроля проходящих КЗ с терминалом ИнТер Где Q1, Q2, Q3 - вакуумные выключатели; ТА1, ТА2, ТА3 - трансформаторы тока; ТV1, TV2, TV3 - трансформаторы напряжения; 1QF1, 1QF2, 1QF3, 2QF1, 3QF1 - разъединители; 1FU1, 2FU1, 3FU1, 3FU2, 3FU3 - плавкие вставки; 1Т1, 1Т2, 2Т1 - понижающие трансформаторы; FV - вентильный разрядник; А1 - шкаф управления питающих линий; А2 - шкаф телемеханики; 1А1, 1А2, 1А3 - терминалы ИнТер; RS - 485 - интерфейс подключения.

4.2 Существующий вариант ПСК с защитой УЭЗФМ

На (рисунке 4.3) изображена неэффективная действующая схема ПСК Окская без устройств контроля напряжения, с двухзонной системой защит УЭЗФМ.

Рисунок 4.3 -Действующая однолинейная схема ПСК Окская Где Q1, Q2, Q3 - вакуумные выключатели; ТА1, ТА2, ТА3 -трансформаторы тока; 1QF1, 1QF2, 1QF3, 2QF1, 3QF1 - разъединители; 1FU1, 2FU1 - плавкие вставки; 1Т1,1Т2,2Т1 - понижающие трансформаторы; FV -вентильный разрядник, TV - трансформатор напряжения.

Структурная схема УЭЗФМ.

На питающих линиях поста секционирования Окская, применена двухступенчатая дистанционная защита, дополненная ускоренной токовой отсечкой. При этом в отличие от комплекта защиты питающей линии тяговой подстанции, первая ступень защиты поста секционирования ? направленная дистанционная защита, отключающая без выдержки времени в пределах большей части зоны пост секционирования ? подстанция, где она является основной защитой. Первая ступень содержит элементы KZ1 и KW (ФТН), образующие направленную дистанционную защиту. Характеристика этой защиты имеет вид сектора. Эта защита имеет мертвую зону по напряжению при КЗ вблизи поста. При КЗ в мертвой зоне срабатывает ускоренная токовая отсечка, роль которой выполняет блок КА.

Вторая ступень ? ненаправленная дистанционная защита, отключающая с выдержкой времени 0,4…0,5 с т.е. виды на зоне пост секционирования - подстанция, к которым нечувствительна 1-я ступень защиты, а также резервирующая 1-ю ступень защиты и устройства телеблокировки в случае их отказа [31].

Рисунок 4.4 - Структурная схема УЭЗФП

4.3 Новый алгоритм автоматизации системы электроснабжения

Новый алгоритм автоматизации электроснабжения контактной сети позволяет снизить перерыв питания контактной сети в аварийных ситуациях с 5…6 с до 0,5…2 с.

Для этого вводится быстродействующее БАПВ с задержкой 0,5…2 с на выключателе поста секционирования, устанавливается телемеханическая связь выключателей поста секционирования и тяговых подстанций и по факту включения выключателя поста секционирования по БАПВ включается соответствующий аварийно-отключенный выключатель на тяговой подстанции;

Для реализации нового алгоритма не требуются дополнительные капитальные затраты, так как по проекту трансформаторы напряжения ТН-27,5 кВ, используемые для БАПВ, должны быть установлены на каждой питающей линии контактной сети поста секционирования;

Предлагается на выключателе поста секционирования установить быстродействующее БАПВ со временем задержки 0,5…2 с и основное АПВ (2-я ступень) с задержкой в 4…6 с по блокировке по наведенному напряжению.

На равнинных участках с целью повышения надежности успешных быстродействующих БАПВ целесообразно поднять минимальное значение времени БАПВ с (0.5 с) до (1…2 с);

На участках с подъемами более 6‰ и с тяжеловесным движением следует установить минимальное значение времени быстродействующего БАПВ 0,5… 0,7 с.

Совершенно ясно, что если установить трансформатор напряжения на питающей линии контактной сети поста секционирования, то вопрос решается элементарно. Но в этом случае монтаж трансформаторов напряжения на каждой питающей линии приведет к значительному удорожанию проекта.

Возможен другой вариант - оставить без изменения существующую схему АПВ питающей линии на посту секционирования, то есть «слепое» АПВ с выдержкой 4…6 с.

При этом требуемое сокращение времени отсутствия напряжения в контактной сети до 0,5…2 с в случае проходящих КЗ. Однако при устойчивых КЗ выключатель поста секционирования повторно включается также как в существующих схемах.

Но наиболее рациональным вариантом является реализация зависимого АПВ поста секционирования с использованием телемеханики.

Рисунок 4.5 - Новый алгоритм автоматизации системы электроснабжения

Таблица 4.1 - Системы защит, исполненные терминалом ИнТер для ПСК Окская (узловая)

4.4 Расчёт токов КЗ и проверка выбранного оборудования

4.4.1 Составление схемы замещения и расчёт тока

Составляем схему замещения тяговой сети для выбранного участка контактной сети.

Рисунок - 4.6 Схема замещения

Исходя из действующих значений контактной подвески марок ПБСМ 95, ПБСА 50/70,МФ-100 и рельсов Р-65 принимаем значения сопротивления тяговой сети (контактной сети и рельсового пути) однопутного участка Xтс=0,467 Ом/км [30].

Суммарное значение контактной подвески:

Принимая в расчёт развёрнутую длину контактной подвески заданных участков, получим:

;

,

.

Найдем сопротивление тяговых подстанций в максимальном режиме по формуле [28]:

,

Где - индуктивная составляющая сопротивления подстанции, Ом;

напряжение на выводах тяговой обмотки трансформатора, принимаем значение 27,5 кВ;

мощность на вводах в подстанции;

номинальная мощность трансформатора подстанции МВА;

число включенных в работу трансформаторов, принимаем режим 1 трансформатор;

напряжение короткого замыкания трансформатора, для трансформатора 40 МВА = 9,4, 25 и 20 МВА = 10,5 %;

заводской допуск на величину напряжения короткого замыкания, принимаем значение максимального режима -0,05.

,

,

,

В схеме замещения суммируем последовательно соединенные элементы линии с учётом коэффициента нагрузки тяговых подстанций 0,5, получим:

,

,

,

Рассчитываем параллельное соединение смежных линий:

.

.

Рассчитаем ток, проходящий через пост секционирования при напряжении на шинах поста 27,5 кВ:

.

Ток , проходящий по каждой питающей линии на посту секционирования:

,

,

,

4.4.2 Проверка оборудования ПСК Окская на устойчивость

4.4.2.1 Термическая устойчивость

Проверим термическую устойчивость линии выключателя вакуумного ВВС-27,5 20/1600 для каждой питающей линии:

Условие проверки выключателей на термическую устойчивость:

В_Н ? В_К

Где В_Н - нормируемый тепловой импульс,

В_Н = I²_т • t_т (4.2)

I_т - предельный ток термической стойкости, согласно технического паспорта устройстваI_т = 20 кА;

В_К - расчётный тепловой импульс.

t_т - время протекания тока термической стойкости, согласно паспорта технического устройства t_т = 3 с

В_Н = 20² • 3=1200 кА

В_К = I²(t_откл + Т_а), (4.3)

Где I - начальное значение апериодической составляющей, I = I_К

t_откл - время, в течение которого проходит ток

Т_а - постоянная времени апериодической составляющей тока,

Т_а = 0,05 с

t_откл = t_з + t_в (4.4)

Гдеt_з - время действия защиты;

для питающей линии 27,5 кВ t_з = 0,5 с

t_в - полное время отключения выключателя до погасания дуги,

t_в = 0,06 с

Для питающей линии 27,5 кВ:

t_откл = 0,5 + 0,06 = 0,56 с.

В_Кф1 = I²_Ф1(t_откл + Т_а) = 1,013² (0,56+ 0,05)=0,627 кА;