Государственное 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
|
| Сопротивление ЭНС в режиме мин. ЭНС, при Uб
|
Xc
|
| Тип и мощность ST
|
ТДТНЖ-40000/220 |
| Расстояние между подстанциями |
LAB
|
| 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
1.4 Вычисление токов IA
1.5 Расчёт тока выключателя QПВ1 на посту ПС…………………....................14 1.6 Определение напряжения на шинах UA
1.7 Расчёт сопротивления ZQ
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, МВ∙А;
- номинальная мощность трансформатора, МВ∙А;
- 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, 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
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
|
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
|
ZтсВ
|
Z’”тс
|
ZA
|
ZВ
|
ZAB
|
IА
|
IВ
|
IQ
|
UA
|
UВ
|
UПС
|
ZQ
|
|
| 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
|
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
|
ZтсВ
|
Z’”тс
|
ZA
|
ZВ
|
ZAB
|
IА
|
IВ
|
IQ
|
UA
|
UВ
|
UПС
|
ZQ
|
|
| 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 |