Расчёт параметров аварийного режима

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 МВ∙А
Сопротивление ЭНС в режиме мин. ЭНС, при Uб=27,5кВ	Xc=0,945 Ом
Тип и мощность ST понижающих трансформаторов, МВ∙А	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 ZQПВ1, 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.

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, МВ∙А;

     - номинальная мощность трансформатора, МВ∙А;

     - число включенных трансформаторов;

     - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

     - заводской доступ на величину u_к.

 

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, МВ∙А;

                                                     ,                                                (2)

 

где - сопротивление энергосистемы (таблица 1), Ом, при базовом напряжении , кВ, которое принимается по заданию равным 27,5 кВ.

 

 МВ∙А.

 

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 Z_A , Z_В , Z_AB

 

      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 L_к=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 L_к приведены в таблице 1 Приложения А - для минимума энергосистемы (ЭНС), таблице 2 Приложения А - для максимума энергосистемы.

 

      1.4 Вычисление токов I_А, I_В 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 I_QПВ1 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 U_ПС 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 Z_QПВ1, 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 L_к=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 =L_ПВ.                                                       

     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:        

     I_Q– ток, протекающий через заданный выключатель ;

Z_Q– сопротивление, измеряемое защитой этого выключателя ;

     U_ш– 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.