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

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

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

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.

1.2.1 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

1.2.2 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

1.2.3 Создание схемы расчетного участка

Программа KAUbas является составной частью комплекса Кортэс и предназначена для формирования схем, используемых при электрических расчётах системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,3 кВ.

Схема участка может содержать до четырёх путей и произвольное количество межподстанционных зон. В качестве граничных объектов схемы могут быть заданы как тяговые подстанции (ЭЧЭ), так и другие объекты – пост секционирования (ПС), пункт параллельного соединения (ППС) или продольные секционные разъединители (ПРС). Учитывается реальная схема расположения воздушных промежутков и точек подключения фидеров ЭЧЭ, ПС к контактной сети. Все объекты схемы могут располагаться как по ходу километров, так и в обратном порядке.

На постах секционирования (кроме граничных или питающих примыкания) предусмотрен специальный выключатель «О», с использованием которого ПС полностью выводится из работы и функционально замещается объектом ПРС. Посты секционирования имеют две системы шин, соединённые выключателем «Ш», который служит для создания петлевых схем питания контактной сети.

Параметры понижающих трансформаторов, тяговой сети, фидерных и отсасывающих линий, а также установок компенсации выбираются из соответствующих каталогов постоянной базы данных, которая предварительно готовится с помощью программы DbFxKA. Предусмотрена возможность преобразования базы данных устройств и параметров схем из пакета программ NORD-A. Схема основного хода и отдельно каждой ветви отображается в специальном окне (рисунок5). С помощью кнопок «+», «–», расположенных справа от линейки прокрутки, можно изменять горизонтальный масштаб схемы от 1:1 до 1:16 с шагом удвоения. В дальнейшем для примера будем рассматривать участок Яя – ижморская, приведенный на рисунке 6 в масштабе 1:8

Рисунок 5 –Схемы основного хода участка Тайга - Мариинск

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

1.3 Краткие сведения о релейной защите

На фидерах тяговых подстанций и постов секционирования, пунктах параллельного соединения основная функция защиты тяговой сети от коротких замыканий выполняется автоматическими быстродействующими выключателями, с помощью которых можно осуществить токовую отсечку, максимальную токовую и максимальную импульсную токовые защиты.

На тяговых подстанциях, постах секционирования, пунктах параллельного соединения, в других местах межподстанционной зоны (при необходимости) следует применять, кроме того, защиту минимального напряжения (потенциальную).

На фидерах тяговых подстанций и постов секционирования, в пунктах параллельного соединения могут использоваться, кроме того, комплекты, содержащие защиту по сопротивлению, защиты, реагирующие на переходные процессы, другие виды защит.

На фидерах тяговых подстанций и постов секционирования защита от токов близких коротких замыканий осуществляется максимальной импульсной токовой защитой (МИЗ) с помощью автоматических быстродействующих выключателей, имеющих время отключения не более 50 мс.

Полное время отключения короткого замыкания с учетом действия всех выключателей зоны не должно превышать 90 мс. Допускается для резервных защит контактной сети с двойным контактным проводом увеличение этого времени от 0,2 до 0,3 с при условии, что перед автоматическим или оперативным повторным включением выключателя осуществляется опробование контактной сети испытателем короткого замыкания (ИКЗ).

Посты секционирования участков постоянного тока в соответствии с ПУСТЭ должны иметь следующие виды защит тяговой сети:

·          на фидерах первая ступень — быстродействующий выключатель с максимальной импульсной токовой направленной защитой;

·          на шинах потенциальная защита с выдержкой времени.

Первая и вторая ступени защит должны иметь изменяемые уставки срабатывания, переключение которых может осуществлять энергодиспетчер или оперативный персонал по телеуправлению.

Пункты параллельного соединения должны иметь следующие виды защит:

·          потенциальную защиту;

·          максимальную или максимальную импульсную токовые ненаправленные защиты, выполняемые с помощью автоматического быстродействующего выключателя.

Для обеспечения условий устойчивости функционирования защит при больших нагрузках и в вынужденных режимах (при выведении поста секционирования или выпадении одной тяговой подстанции) на постах секционирования и в пунктах параллельного соединения могут устанавливаться короткозамыкатели, приводимые в действие защитой минимального напряжения (потенциальной).

1.3.1 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 Iф. При условии:

,(1.1)

где  – уставка срабатывания выключателя, происходит отключение выключателя.

Чем больше разница между 1ф и Iмтз 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;

kз – 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10