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

Стр 1 из 13Следующая ⇒

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Пояснительная записка к дипломному проекту

ИНМВ. 130057. 000 ПЗ

СОГЛАСОВАНО

Консультант по экономике – Студент гр. 44 А

доцент кафедры ЭУ

И. В. Ларина А.В. Краснобаев

Консультант по безопасности Руководитель –

и экологичности – доцент кафедры ЭЖТ

старший преподаватель

кафедры БЖЭ

А.А. Кообар Ю. В. Кондратьев

Нормоконтролер –доцент кафедры ЭЖТ

Е. Ю. Салита

Омск 2009

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Факультет Электромеханический

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

Специальность 101800 (190401) «Электроснабжение железных дорог»

Специализация 101801 «Электроснабжение железных дорог»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

______________О.А. Сидоров

“____”________________2009г.

ЗАДАНИЕ

на дипломный проект студенту

Краснобаеву Антону Валерьевичу

1. Тема проекта: «Цифровая защита фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 кВ, эффективность использования, выбор установок в границах Тайгинской дистанции электроснабжения № 57/С от «29» января 2009г.

2. Срок сдачи студентом законченного проекта 15 июня 2009г.

Исходные данные к проекту

1. Руководящее указание по релейной защите систем тягового электроснабжения

2. Характеристики и параметры участка железной дороги.

3. Ограничения скорости на участке железной дороги.

4. Параметры контактной сети, питающих и отсасывающих линий.

5. Параметры тяговых подстанций.

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов).

1. Выбор уставок срабатывания цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока для действующего участка Болотная – Мариинск.

1.1 Характеристика рассматриваемого участка.

1.2 Программное обеспечение, подготовка данных для тяговых и электрических расчетов.

1.3 Краткие сведения о релейной защите.

1.4 Расчет уставок защиты ЦЗАФ-3,3.

1.4.1 Расчет параметров нормального режима.

1.4.2 Расчет максимальной токовой защиты.

1.4.3 Расчет защиты по сопротивлению.

1.4.4 Расчет направленной защиты по приращению тока.

1.4.5 Расчет направленной защиты по критической скорости нарастания тока.

1.4.6 Расчет защиты минимального напряжения.

1.4.7 Проверка цифровой защиты на ложное срабатывание.

1.5 Описание и работа устройства ЦЗАФ-3,3.

1.5.1 Назначение.

1.5.2 Технические характеристики устройства ЦЗАФ-3,3.

1.5.3 Устройство и работа устройства ЦЗАФ-3,3.

2. Технико – экономическое обоснование использования цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока.

2.1 Годовой эффект совокупных затрат и расчёт срока окупаемости

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

3.1 Характеристика возможных опасных и вредных производственных факторов при монтаже и настройки устройства ЦЗАФ-3,3.

3.2 Организационные мероприятия по технике безопасности

3.3 Технические мероприятия по обеспечению безопасности

3.4 Оценка эффективности технических средств защиты, обеспечивающих безопасность работ

Графический материал, выполненный в электронном виде.

Лист 1 Параметры участка для расчета цифровых защит фидеров контактной сети

Лист 2 Расчетная схема участка Омск – Густафьево.

Лист 3 Результаты тяговых расчетов для грузового поезда расчетной массой 6000 тонн по направлению Густафьево – Омск.

Лист 4 Результаты расчета уставок максимальной токовой защиты.

Лист 5 Результаты расчета уставок дистанционной защиты.

Лист 6 Результаты расчета уставок защит по приращению тока, минимального напряжения и по критической скорости нарастания тока.

5. Консультанты по проекту

Раздел


	Консультант	Подпись, дата
задание выдал	Консультант	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

Руководитель проекта________________________ Ю. В. Кондратьев

6. Календарный план

Разделы дипломного проекта	Сроки выполнения разделов проекта	Отметки о выполнении разделов проекта
Цифровая защита фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 кВ, Эффективность использования, выбор уставок в границах Тайгинской дистанции		Выполнено
Технико – экономическое обоснование использования цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3		Выполнено
Техника безопасности при производстве монтажа и настройке устройства ЦЗАФ-3,3		Выполнено

7. Дата выдачи задания: 29 января 2009 г.

Руководитель ________________ Ю. В. Кондратьев

Задание к исполнению принял ________________ А.В. Краснобаев

Реферат

УДК 621.316.925(075.8)

Дипломный проект содержит 98 страниц, 14 рисунков, 25 таблиц, 13 источников, 1 приложение

Дистанция электроснабжения, цифровая защита, уставка, фидер, тяговая подстанция, пост секционирования, максимальный рабочий ток, минимальный ток короткого замыкания, ложное срабатывание защиты.

Объектом исследования является участок постоянного тока Болотная – Мариинск Западно-Сибирской железной дороги.

Цель работы – исследование работы защит тяговых подстанций при пропуске поездов расчетной массы 4000 т.

Методы исследования – аналитические.

Результаты произведенных расчетов планируется использовать на Западно-Сибирской железной дороге.

Дипломный проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2007, графический материал представлен на дискете в конверте на обороте обложки.

The abstract

UDC 621.316.925(075.8)

Degree project contains 100 pages, 14 drawings, 25 tables, 13 sources, 1 exhibit

The Distance of supply, digital protection, уставка, feeder, tractive substation, post of the sectioning, maximum worker current, minimum current of the short circuit, false срабатывание protection.

The Object of the study is an area of the direct current Bolotnay - Mariinsk West-Siberian railway.

The Purpose of the work - a study of the work of protection tractive substation at gap train accounting mass 4000 t.

Methods of the study - analytical.

The Results made calculation is planned use on West-Siberian railway.

The Degree project is executed in text editor Microsoft Word 2007, graphic material was submitted for diskette in envelope on turn of the cover.

Содержание

Введение

1. Выбор уставок срабатывания цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока для действующего участка Болотная – Мариинск

1.1 Характеристика рассматриваемого участка

1.1.1 Раздельные пункты участка Болотное – Мариинск

1.1.2 Параметры контактной сети, питающих и отсасывающих проводов

1.1.3 Параметры тяговых подстанций

1.2 Программное обеспечение, подготовка данных для тяговых и электрических расчетов

1.2.1 Составление профиля пути

1.2.2 Тяговые расчеты

1.2.3 Создание схемы расчетного участка

1.3 Краткие сведения о релейной защите

1.3.1 Максимальная токовая защита

1.3.2 Максимальная импульсная токовая защита

1.3.3 Защита минимального напряжения

1.3.4 Защита по сопротивлению

1.3.5 Защита реагирующая на приращение тока

1.3.6 Защита по скорости нарастания тока

1.4 Расчет уставок защиты ЦЗАФ-3,3

1.4.1 Расчет параметров нормального режима

1.4.2 Расчет максимальной токовой защиты

1.4.3 Расчет защиты по сопротивлению

1.4.4 Расчет направленной защиты по приращению тока

1.4.5 Расчет направленной защиты по критической скорости нарастания тока

1.4.6 Расчет защиты минимального напряжения

1.4.7 Проверка цифровой защиты на ложное срабатывание

1.5 Описание и работа устройства ЦЗАФ-3,3

1.5.1 Назначение

1.5.2 Технические характеристики устройства ЦЗАФ-3,3

1.5.3 Устройство и работа устройства ЦЗАФ-3,3

2. Технико-экономическое обоснование использование цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока

2.1 Годовой эффект совокупных затрат и расчет срока окупаемости

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

3.1 Характеристика возможных опасных и вредных производственных факторов при монтаже и настройке устройства ЦЗАФ-3,3

3.2 Организационные мероприятия по технике безопасности

3.3 Технические мероприятия по обеспечению безопасности

3.4 Оценка эффективности технических средств защиты, обеспечивающих безопасность работ

Заключение

Библиографический список

Введение

В системах электроснабжения нередко внезапно возникают короткие замыкания (к.з.) и другие нормальные режимы работы. Различают короткие замыкания между фазами электрической установки (междуфазное короткое замыкание), а также между фазой и землей (замыкание на землю). В трансформаторах и электрических машинах, кроме того, возможны межвитковые замыкания в обмотке одной фазы. Короткие замыкания возникают вследствие дефектов, старения и загрязнения изоляции токоведущих частей, обрыва и схлестывания проводов при сильном ветре или гололеде, неисправности в цепях электроподвижного состава, ошибочных переключений. Электрическая дуга в месте замыкания способна вызывать пережоги, оплавления и разрушения электрического оборудования и распределительных устройств, отжиг и обрыв контактных проводов. Разрушения оказываются тем значительнее, чем больше ток в дуге и время ее существования. Чтобы короткое замыкание не вызвало большого ущерба, поврежденное электрооборудование необходимо как можно быстрее отключить.

К другим ненормальным режимам относятся, прежде всего, перегрузки. Этот режим характеризуется протеканием по неповрежденному оборудованию токов, превышающих длительно допустимое значение. Перегрузки опасны вследствие чрезмерного повышения температуры токоведущих частей и преждевременного старения изоляции. Снижение или увеличение напряжения относительно предельных нормативных значений и качания в энергосистеме также являются проявлением ненормальных режимов.

Ненормальные режимы, как и короткое замыкание, могут явиться причиной аварий, т.е. порчей или разрушением оборудования, недоотпуском потребителям электроэнергии. Чем быстрее отключается участок электрической системы, на котором произошло короткое замыкание или возник ненормальный режим работы, тем меньше возможностей для возникновения и развития аварий. За доли секунды необходимо выявить такой участок и отключить как можно меньшую часть электрической системы, чтобы обеспечить бесперебойное электроснабжение максимально возможного числа потребителей.

Отключение электрической системы осуществляется коммутационными аппаратами – высоковольтными выключателями, привод которых снабжен специальным механизмом. Для отключения выключателя необходимо осуществить управляющее воздействие на этот механизм. Автоматические устройства, служащие для выявления короткого замыкания и ненормальных режимов и воздействующие в необходимых случаях на механизм отключения выключателя или на сигнал, называют релейной защитой.

Релейная защита выполняется с помощью реле. Реле – это автоматически действующий аппарат, осуществляющий скачкообразные изменения в управляемых системах при заданном значении воздействующей на него величины. При этом под воздействующей понимается величина, на которую должно реагировать реле (ток, напряжение, температура и т.д.).

Релейная защита является частью комплекса устройств автоматики в системе электроснабжения железных дорог. Вместе с устройствами автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР) релейная защита образует так называемую систему противоаварийной автоматики (автоматики управления в аварийных режимах).

Релейная защита, контролирующая состояние только одного объекта и отключающая при аварийных режимах выключатель только данного объекта, называется индивидуальной. Во многих случаях основные свойства защиты (чувствительность, селективность, быстродействие) улучшаются, если индивидуальные устройства взаимосвязаны.

До недавнего времени релейная защита, и другие устройства автоматики выполнялись только на релейно-контактных элементах. В последние десятилетия широко начали применять электронные устройства. Это повышает надежность защит, уменьшает их размеры, собственное потребление и эксплуатационные расходы, а также позволяет реализовать совершенно новые функциональные зависимости. Применение полупроводниковой электроники дает возможность выполнить релейную защиту вместе с другими устройствами автоматики и телемеханики в виде единой системы, комплекса.

Применение микроэлектроники и микропроцессорных систем еще больше повышает эффективность релейной защиты и автоматики, открывает перспективы для передачи функций релейной защиты и автоматики специальным управляющим вычислительным машинам, которые будут управлять устройствами электроснабжения в нормальных и аварийных режимах. В этой связи особое значение приобретает изучение алгоритмов (программ), которым должно подчиняться действие релейной защиты внезависимости от той элементной базы, на основе которой она выполнена.

Таблица 10 – Параметры тяговых подстанций Таскаево, Тутальская, Тальменка, Литвиново.

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

Таблица 11 – Параметры тяговых подстанций Хопкино, Кузель, Тайга, Пихтач.

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	1	1	1	10
Тип преобразовательного трансформатора	ТДП-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	1763	1597	1613	2057

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

Название	Судженка	Яя	Ижморская	Иверка
1	2	3	4	5
Тип подстанции	отпаечная	транзитная	транзитная	опорная
Тип понизительного трансформатора	1 ТДНГ-15000/110/10 2 ТДН-16000/110/10	1 ТДТГ-15000/110/35/6 2 ТДТН-1-6000/110 /35/6	1 ТДТНГ-15000/110 /35/10 2 ТДТНГ-15000/110 /35/10	1 ТДНГ-15000/110/10 2 ТДНГ-15000/110/10
Количество понизительных трансформаторов в работе	1	1	1	1
Тип преобразовательного трансформатора	ТРДП-12500/10Ж-У1	ТРДП-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	3076	1458	1218	1251

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

Название	Берикульская	Антибесская	б.п. 3704 км
1	2	3	4
Тип подстанции	транзитная	транзитная	транзитная
Тип понизительного трансформатора	1 ТДТН-16000/110/35 2 ТДТН-16000/110/35	1 ТДТН-10000/110/35 2 ТДТН-10000/110/35	1 ТДНГ-10000/110/10 2 ТДНГ-10000/110/10
Количество понизительных трансформаторов в работе	1	1	1
Тип преобразовательного трансформатора	ТРДП-12500/10Ж-У1	ТРДП-12500/10Ж-У1	ТРДП-12500/10Ж-У1
Количество преобразовательных трансформаторов в работе	2	2	2
Мощность короткого замыкания, МВ·А	870	808	835

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.

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

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

Рисунок 5 –Схемы основного хода участка Тайга - Мариинск

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

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.

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.

Таблица 14 – Параметры электровозов

Серия электровоза Мощность часового режима, кВт Мощность длительного режима, кВт КПД Пусковой ток, А Ток ограничения, А ВЛ8 4200 3760 0,89 2350 2320 (ОП1) 1950 (ПП) ВЛ10 5360 4600 0,90 2900 2780 (ОПЗ) 2670 (ОП2) 2480 (ОП1) 2300 (ПП) ВЛ11 8040 6900 0,88 4350 4080 (ПП) ВЛ15 9000 8400 0,88 4600 4310 (ПП)

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

Средние по длине межподстанционной зоны эффективные токи I_ггрузовых 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_гв 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_гравным, 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_эфопределяют по формуле:

к_эф= 1 + 0,2 (1.18)

где  — отношение времени хода поезда по зоне _хко 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,_m_ахвычисляют 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,гмпринимается 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_эв 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_эв 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.

Назначение

Устройство ЦЗАФ-3,3 предназначено для выполнения функций релейной защиты фидеров контактной сети постоянного тока напряжения 3,3 кВ в комплектных распределительных устройствах (КРУ) тяговых подстанций (ТП), постов секционирования (ПС) и пунктов параллельного соединения (ППС), а так же для выполнения функций противоаварийной автоматики, измерения, контроля и сигнализации, местного и дистанционного управления коммутационными аппаратами. Оно может включаться в автоматизированную систему управления подстанции в качестве подсистемы нижнего уровня. Устройство предназначено для эксплуатации в регулярно отапливаемых помещениях. Внешний вид устройства ЦЗАФ-3,3 кВ представлен на рисунке 13.

Рисунок 13 – Внешний вид ЦЗАФ-3,3 кВ

Заключение

В дипломном проекте произведен расчет токов на шинах тяговых подстанциях в нормальном режиме и при коротком замыкании для участка Болотная – Мариинск Тайгинской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги, электрифицированного на постоянном токе. Произведены тяговые расчеты в программе Кортэс. Выбраны уставки цифровых защит для каждого фидера тяговых подстанций и постов секционирования, находящихся в пределах заданного участка. Описаны характеристики устройства ЦЗАФ-3,3кВ.

В специальной части дипломного проекта произведены расчеты уставок цифровых защит для фидеров контактной сети. Произведена проверка уставок цифровых защит на ложное срабатывание.

В экономической части произведен расчет Технико – экономическое обоснование использования цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 кВ в границах Тайгинской дистанции электроснабжения.

В разделе «Охрана труда и техники безопасности» рассмотрены технические мероприятия по технике безопасности при производстве монтажа и настройке устройства ЦЗАФ-3,3 кВ.

Библиографический список

1 Руководящее указание по релейной защите системы тягового электроснабжения

2 Фигурнов Е.П. Релейная защита. Учебник для вузов ж.-д. трансп. – М.: Желдориздат, 2002. 720 с.

3 Инструкция по организации обращения грузовых поездов повышенного веса и длины на железных дорогах Российской Федерации. М.: Трансинфо, 2001.32 с.

4 Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. – М.: Транспорт, 1982. 528 с.

5 Справочник по электроснабжению железных дорог / Под ред. К.Г. Марквардта. – М.: Транспорт, 1980. Т-1.

6 Почаевец В.С. Электрические подстанции: Учеб. для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. – М.:Желдориздат, 2001. – 512 с.

7 Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. М., 1989. 608 с.

8 Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. М.: Министерство путей сообщения , 1997. 78 с.

9 Тимофеев Д.В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. Изд. 2-е, перераб. и доп., М: Энергий, 1972 г., 296 с.

10 Совершенствование методов расчета и конструкций устройств системы энергоснабжения железных дорог. Тр. ВНИИ транспортного строительства. Вып. 105. Под. ред. д.т.н. В.П. Шурыгина, Москва, 1977 г.

11 Инструкция по технике безопасности при эксплуатации тяговых подстанций, пунктов электропитания и секционирования электрифицированных железных дорог, утвержденная МПС РФ 17.10.96 г. ЦЭ-402

12 СТП ОмГУПС–1.2–02. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления текстовых документов. Омск, 2002. 29 с.

13 СТП ОмГУПС–1.1–02. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Основные положения. Омск, 2002. 13 с.