Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения

ОмГУПС (ОмИИТ)

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

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

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.

3. 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

4. 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.

Руководитель проекта________________________ Ю. В. Кондратьев

6. Календарный план

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 MicrosoftWord 2007, графический материал представлен на дискете в конверте на обороте обложки.

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.

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

1.1 Характеристика рассматриваемого участка

Для выполнения расчетов по влиянию массы поезда на работу защит тяговых подстанций принят участок Западно–Сибирской железной дороги Болотное – Мариинск, электрифицированный на постоянном токе. Начало расчетного участка станция Болотное 3459 км, конец – станция Мариинск 3706 км.

1.1.1 Раздельные пункты участка Болотное – Мариинск

Размещение раздельных пунктов представлено в таблице 1

Таблица 1 – Раздельные пункты с указанием километража

Положение объектов на данном участке представлено в таблице 2, ограничение скорости по участкам – в таблице 3.

Таблица 2 – Положение объектов на участке Болотное - Мариинск

Таблица 3 – Ограничения скорости на участке Болотное - Мариинск

1.1.2 Параметры контактной сети, питающих и отсасывающих проводов

На двухпутном участке Болотная - Тайга на обоих путях применяется контактная подвеска типа М-120+2МФ-100. Тип рельсов – Р-75.

Марка, длина и сечение питающих и отсасывающих фидеров представлены в таблицах 4 – 8.

Таблица 4 – Марка и длина питающих и отсасывающих фидеров тяговых подстанций Таскаево, Тутальская, Тальменка

Таблица 5 – Марка и длина питающих и отсасывающих фидеров тяговых подстанций Литвиново, Хопкино, Кузель

Таблица 6 – Марка и длина питающих и отсасывающих фидеров тяговых подстанций Тайга, Пихтач, Судженка

Таблица 7 – Марка и длина питающих и отсасывающих фидеров тяговых подстанций Яя, Ижморская, Иверка

Таблица 8 – Марка и длина питающих и отсасывающих фидеров тяговых подстанций Берикульская, Антибесская, б.п. 3704 км

Параметры контактной подвески, питающих и отсасывающих фидеров представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Параметры контактной подвески, питающих и отсасывающих фидеров

1.1.3 Параметры тяговых подстанций

Питание всех тяговых подстанций осуществляется от ОАО «Кузбассэнерго» и тяговая подстанция Таскаево получает питание от ОАО «Новосибирскэнерго». Данные о подстанциях приведены в таблицах 10 – 13

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

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

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 Trelkпакета 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 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.

1.3.2 Максимальная импульсная токовая защита

Максимальная импульсная токовая защита (МИЗ) реализуется с помощью автоматических быстродействующих выключателей с индуктивным шунтом или реле РДШ; используется как основная в межподстанционной зоне для фидеров подстанций и постов секционирования, а также тупиковых фидеров (станционные, деповские). Для пунктов параллельного соединения может использоваться только при неполяризованных выключателях в качестве резервной.

Для повышения чувствительности выключателя к коротким замыканиям параллельно размагничивающему витку подключается индуктивный шунт. При этом выключатель, как реле прямого действия, приобретает новые свойства: он реагирует не только на значениятока, но и на признаки, характеризующие изменение его в переходном процессе.

Уставка срабатывания выбирается по условию (1.1) при к_в =1, в котором коэффициент запаса к_з принимают равным 1,15-1,25.

Выбранная уставка проверяется по наименьшему значению при котором замыкании в конце зоны защиты. При этом уставка выключателей фидеров тяговых подстанций должна отвечать следующим условиям:

· для выключателей типа АБ2/4 и АБЗ/4 с полным пакетом стальных пластин индуктивного шунта (240 мм), а также выключателей ВАБ-28 среле РДШ-1

;(1.3)

· для выключателей АБ2/4 (выпуска 1966 года и позже) при полном пакете стальных пластин индуктивного шунта (200 мм), выключателей типа

· ВАБ-43-4000/30-Л-УХЛ4 с номинальными параметрами индуктивного шунта, атакже выключателей ВАБ-28 с реле РДШ-3000:

;(1.4)

· При наличии на фидере подстанции двух соединенных последовательно выключателей допускается для каждого из них выбирать разные уставки (кроме выключателей ВАБ-43-4000/30-Л-УХЛ4, для которых уставка обоих выключателей должна быть одинаковой). Уставка I_у,МИЗ,1 выключателя с уменьшенным от 65 до 70 процентов пакетом стали индуктивного шунта. Уставка I_у,МИЗ,2 второго выключателя с полным пакетом шунта должна отвечать условию:

I_у,МИЗ,2 ≤ (1,6 – 1,8)I_{к, min} ;(1.5)

· для выключателей типа ВАБ-43-6300/30-Л-УХЛ4 сноминальными параметрами индуктивного шунта:

;(1.6)

Уставка автоматических быстродействующих выключателей с индуктивными шунтами напостах секционирования и пунктахпараллельного соединения выбирается по условию (1.1). Выбраннаяуставка проверяется по условию:

.(1.7)

1.3.3 Защита минимального напряжения

Защиты минимального напряжения реагируют на уровень напряжения в тяговой сети. Основным органом такой защиты является реле минимального напряжения, которое подключается к контактной сети через добавочный резистор. Оно срабатывает, когда уровень напряжения в контактной сети (в месте подключения реле) становится ниже уставки срабатывания U.

Защита минимального напряжения (ЗМН) может использоваться на постах секционирования и пунктах параллельного соединения. Она может устанавливаться также на перегоне при воздействии на короткозамыкатель или при условии передачи информации на смежные подстанции или пост секционирования по каналам телемеханики.

На пунктах параллельного соединения потенциальная защита может использоваться как основная, в остальных случаях — как резервная.

Нижний уровень уставки реле выбирается равным 500-600 В, верхний — в диапазоне 2200-2500 В. При напряжении в контактной сети выше нижнего уровня уставки контакты реле замкнуты. Если напряжение выше верхнего уровня, стабилитроны переходят в режим стабилизации. Токи в мостовой схеме перераспределяются и реле размыкает контакты. Таким образом, контакты реле замыкаются только при напряжении в сети выше нижнего и ниже верхнего уровня уставки. При нормальном напряжении в сети, а также в случае его отсутствия контакты разомкнуты. Нет необходимости вводить в цепь реле блок-контактыфидерных выключателей. Поэтому команда на включение короткозамыкателя или на отключение выключателей подается не каскадно, а сразу. Время отключения при этом уменьшается.

Уставка срабатывания выбирается по условию:

(1.8)

где – наименьшее допустимое напряжение в контактной сети при нормальной работе, принимаемое равным 2700 В;

Выбранная уставка проверяется на чувствительность к коротким замыканиям по формуле:

(1.9)

где – наибольшее напряжение в месте установки защиты при коротком замыкании в расчетной точке.

Если потенциальная защита является основной (пункты параллельного соединения), то она выполняется без выдержки времени. При использовании ее в качестве резервной применяется выдержка времени, величина которой на 0,1-0,2 с больше, чем у резервной защиты с наибольшей выдержкой времени.

1.3.4 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.

1.3.5 Защита реагирующая на приращение тока

Контроль за приращением тока осуществляет схема, приведенная на рисунке 9.

Рисунок 9 – Функциональная схема защиты реагирующей на приращение тока

Функциональная схема содержит трансформатор TAV с воздушным зазором, режекторный фильтр ZF, пороговые элементы фиксированного времени КТ интегратор А и выходной орган ВО. Интегратор А имеет информационный вход, на который поступает напряжение с фильтра ZF, и управляющий вход, соединенный с выходом элемента времени КТ. Интегрирование производится в интервале времени, пока на управляющем входе имеется разрешающий сигнал. Постоянная времени интегратора принимается равной 3-5 с.

На вторичной обмотке трансформатора TAV при этом образуются сигналы, которые после очищения в фильтре ZF от пульсаций интегратора А получает сигнал . Амплитуда этого сигнала в конце интервала времени в некотором масштабе пропорциональна приращению тока в контактной сети.

Если эта амплитуда превысит уставку порогового элемента KV2, то последний сработает и через выходной орган отключит выключатель Q. Уставка , определяемая порогом срабатывания элемента KV2, выбирается по условию:

(1.13)

где – наибольшее приращение тока в нормальном режиме;

– наименьшее приращение тока при к.з.;

– коэффициент снижения приращения тока короткого замыкания при наличии значительной нагрузки в момент, предшествовавший повреждению контактной сети, принимают 0,7-0,8

Коэффициенты принимают равным 1,1-1,3.

В качестве принимают значение тока протекающего через рассматриваемый выключатель подстанции или поста секционирования при к.з. в конце зоны защиты, при условии, что до момента к.з. ток нагрузки был равен нулю.

Велечину принимают, как правило, на основе опытных данных для конкретного участка.

1.3.6 Защита по скорости нарастания тока

В электронных схемах в качестве датчика скорости нарастания тока используется тот же трансформатор с воздушным зазором в магнитопроводе TAV, а вместо реле тока используют реле напряжения на операционном усилителе с большим входным сопротивлением, выполняющее роль порогового элемента. Функциональная схема защиты (рисунок 10) содержит режекторный (заграждающий) фильтр ZF, реле напряжения (компаратор) KV, элемент удлинения сигнала (реле времени) KT и выходной орган ВО. Фильтр ZF и элемент удлинения сигнала КТ подавляют помехи, которые образуются за счет процессов коммутации в выпрямительных агрегатах и неидеального сглаживания выпрямленного тока сглаживающими устройствами тяговых подстанций.

При изменении в контактной сети величины тока в нормальном или в режиме к.з. в самый первый момент на вторичной обмотка трансформатора TAV возникает э.д.с. Напряжение уставки порогового элемента KV обозначим . Если скорость нарастания тока в переходном процессе достаточно велика, то будет выполняться соотношения:

(1.14)

(1.15)

где – наибольшее значение э.д.с. на вторичной обмотке трансформатора в нормальном режиме;

– наибольшее значение э.д.с. на вторичной обмотке трансформатора в режиме к.з.

Рисунок 10 – Функциональная схема защиты по скорости нарастания тока

В этом случае пороговый элемент KV переключается и через элемент КТ подается сигнал на выходной орган ВО, который осуществляет отключение выключателя Q. Элемент КТ удлиняет сигнал. поступивший от KV примерно на 1,6 мс.

Уставку срабатывания выбирают по условию:

(1.16)

Коэффициент запаса k_з принимают равным 1,1-1,3, коэффициент чувствительности должен быть не менее величин, указанных в таблице 15.

1.4 Расчет уставок защиты ЦЗАФ-3,3

1.4.1 Расчет параметров нормального режима

К расчетным параметрам нормального режима относят величины максимальных токов, минимальных значений напряжений и минимальных значений сопротивлений, измеряемых защитами фидеров тяговых подстанций и постов секционирования, а также защитами, установленными на пунктах параллельного соединения.

Максимальный ток фидера на подстанциях, постах секционирования и пунктах параллельного соединения вычисляют на основании данных о значениях пускового тока поезда максимальной массы и средних токах за время хода по межподстанционной зоне поездов максимальной и расчетной массы, определяемых на основании тяговых расчетов.

При отсутствии таких расчетов значение пускового тока I_тр (тока трогания) одного локомотива принимают по таблице 14. При кратной тяге значение пускового тока увеличивают пропорционально числу электровозов (секций) в поезде.

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

Средние по длине межподстанционной зоны эффективные токи I_г грузовых 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_г в 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_г равным, 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_эф определяют по формуле:

к_эф = 1 + 0,2 (1.18)

где  — отношение времени хода поезда по зоне _х ко 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 ах} вычисляют 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,гм принимается 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_э в 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_э в 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.

1.4.2 Расчет максимальной токовой защиты

Уставка срабатывания максимальной защиты I_у выбирается по условию

(1.24)

где – коэффициент возврата реле, для цифровой защиты ЦЗАФ-3,3 принимаем равным 0,98;

– коэффициент запаса, принимаем равным 1,1.

Для фидера тяговой подстанции Яя ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 4400 А.

Для фидера тяговой подстанции Ижморская ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 4400 А.

Для фидера 2 поста секционирования ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 2200 А.

Для фидера 4 поста секционирования ток уставки срабатывания равен:

Принимаем ток уставки равный 2250 А.

Выбранные уставки проверяются по чувствительности к коротким замыканиям в конце зоны защиты по формуле

(1.25)

где –наименьшее значение тока, при коротком замыкании в конце зоны защиты или зоны резервирования, выбирается по данным программы Кортэс.

Для фидера тяговой Яя подстанции:

Для фидера тяговой подстанции Ижморская:

Для фидера 2 поста секционирования:

Для фидера 4 поста секционирования:

1.4.3 Расчет защиты по сопротивлению

При использовании первой ступени защиты как основной выдержка времени не применяется, а уставку срабатывания R_y выбирают по условию

(1.26)

где – отношение наименьшего допустимого напряжения U_{н, min} к максимальному току I_{н, max} в нормальном режиме, выбирается по данным программы Кортэс;

– коэффициент адаптации, принимаем равный 1;

– коэффициент запаса, принимаем равным 1,3;

– коэффициент возврата, принимаем равным 0,8.

Для фидера тяговой подстанции Яя сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 0,72 Ом.

Для фидера тяговой подстанции Ижморская сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 0,72 Ом.

Для фидера 2 поста секционирования сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 1,32 Ом.

Для фидера 4 поста секционирования сопротивление уставки срабатывания равно:

Принимаем сопротивление уставки равным 1,32 Ом.

Выбранные уставки проверяются по чувствительности к коротким замыканиям в конце зоны защиты по формуле

(1.27)

где – наибольшее значение сопротивления, при коротком замыкании в конце зоны защиты или зоны резервирования, выбирается по данным программы Кортэс.

Для фидера тяговой подстанции Яя:

Для фидера тяговой подстанции Ижморская:

Для фидера 2 поста секционирования:

Для фидера 4 поста секционирования:

1.4.4 Расчет направленной защиты по приращению тока

Данная защита не имеют явно выраженной зоны действия. Она может использоваться только совместно с защитами, реагирующими на величину тока или сопротивления петли короткого замыкания как блокировка для улучшения отстроенности от параметров нормального режима.

Уставка срабатывания определяется по формуле

(1.28)

где – коэффициент запаса, принимаем равным 1,25;

– наибольшее приращение тока в нормальном режиме, для электровозов ВЛ 10 и ВЛ 11 принимаем 1300 А.

Для фидера тяговой подстанции Яя ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Для фидера тяговой подстанции Ижморская ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Для фидера 2поста секционирования ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Для фидера 4 поста секционирования ток уставки равен:

Принимаем ток уставки равным 1650 Ом.

Выбранные уставки проверяются по чувствительности к коротким замыканиям по формуле

(1.29)

где –минимальное приращение тока при коротком замыкании, выбирается по данным программы Кортэс;

– коэффициент снижения приращения тока короткого замыкания при наличии значительной нагрузки в момент, предшествовавший повреждению контактной сети, принимаем равным 0,8.

Для фидера тяговой подстанции Яя:

Для фидера тяговой подстанции Ижморская:

Для фидера 2 поста секционирования:

Для фидера 4 поста секционирования:

1.4.5 Расчет направленной защиты по критической скорости нарастания тока

Данная защита так же как и предыдущая не имеет явно выраженной зоны действия. Она может использоваться только совместно с защитами, реагирующими на величину тока или сопротивления петли короткого замыкания как блокировка для улучшения отстроенности от параметров нормального режима.

Скорости изменения тока в нормальном режиме и при коротком замыкании принимаются на основании опытных данных конкретного участка.

Скорость изменения тока при коротком замыкании превышает, как правило, от 90 до 100 А/с, а в нормальном режиме обычно ее значение меньше чем от 60 до 80 А/с. Однако в нормальном режиме бывают случаи, когда значение этой скорости существенно возрастает. Такое явление имеет место при проезде воздушных промежутков (1000-1500 А/с), при пуске электропоездов (80-300 А/с), после отрыва токоприемников от контактного провода и последующего его касания при больших скоростях движения.

В связи с тем что на данном участке находится остановочная площадка, где происходит остановка электропоездов, то принимаем скорость изменения тока при коротком замыкании равным 300 А/с. И соответственно ток уставки 300 А/с.

Результаты расчета всех остальных тяговых подстанций и постов секционирования приведены в таблицах 15, 16 и 17.

1.4.6 Расчет защиты минимального напряжения

Защита минимального напряжения может использоваться на постах секционирования и пунктах параллельного соединения. Она может устанавливаться также на перегоне при воздействии на короткозамыкатель или при условии передачи информации на смежные подстанции или пост секционирования по каналам телемеханики.

Уставка срабатывания определяется по условию (1.8):

Для фидера 2 и 4 поста секционирования напряжение уставки равно:

Диапазон напряжения при котором срабатывает ЦЗАФ-3,3 от 30 до 1000 В, поэтому принимаем напряжение уставки защиты для постов секционирования равную 1000 В. При этом зона действия защиты уменьшена и будет являться ближним резервом.

Таблица 15 – Результаты расчета уставок максимальной токовой защиты

Таблица 16– Результаты расчета уставок дистанционной защиты

Таблица 17– Результаты расчета уставок направленной защиты по приращению тока

Проверка цифровой защиты на ложное срабатывание

Для проверки защит на ложное срабатывание в программе Кортэс построены случайные графики движения поездов заданных масс по двум направлениям для участка Болотная – Тайга и участка Тайга – Мариинск, и получены максимальные токи нагрузки фидеров тяговых подстанций. Фрагмент график движения поездов на участке Тайга – Болотная представлен на рисунке 12. Максимальные значения фидеров тяговых подстанций приведены в таблице 18

Рисунок 12 - Фрагмент графика движения поездов на участке Тайга – Мариинск

Результаты расчетов значений токов показали, что при пропуске поездов заданных масс в обоих направлениях со случайным графиком движения. Максимальная токовая защита фидеров контактной сети не сработает, т.к. максимальные рабочие токи по фидерам контактной сети не превышают значений уставок защит фидеров контактной сети и значений уставок вводов 3,3 кВ (таблицы 18). Исходя из этого можно сделать вывод, что комплекты защит тяговых подстанции на участке Болотная – Мариинск Тайгинской дистанции электроснабжения ложно не сработают.

Тблица 18 – Результаты сравнения значения максимальных токов фидеров тяговых подстанций и токов уставок максимальной токовой защиты

В связи с тем, что на некоторых фидерах ток уставки меньше максимального рабочего тока, то для предотвращения ложного срабатывания защиты завышаем уставки (таблица19).

Таблица 19 – Измененные токи уставок максимальной токовой защиты

1.5 Описание и работа устройства ЦЗАФ-3,3

1.5.1 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

1.5.2 Технические характеристики устройства ЦЗАФ-3,3

1.5.2.1 Характеристики электропитания

Питание устройства ЦЗАФ-3,3 может осуществляться как от источника напряжением постоянного тока в диапазоне 95…345 В, так и от источника напряжения переменного тока в диапазоне 75…242 В.

Мощность, потребляемая устройством ЦЗАФ-3,3 от источника оперативного тока, не более 15 Вт.

1.5.2.2 Характеристики функций защит

Характеристики функций защит приведены в таблице 20

Таблица 20 - Функции защит представленных в устройстве ЦЗАФ-3,3

1.5.3 Устройство и работа устройства ЦЗАФ-3,3

1.5.3.1 Общие сведения об устройстве

Устройство ЦЗАФ-3,3 состоит из двух основных частей: блока защиты и автоматики (БЗА) и блок управления (БУ). Между собой они соединены интерфейсным кабелем. Структурная схема устройства приведена на рисунке 14.

Рисунок 14 – Структурная схема устройства ЦЗАФ-3,3

Сигналы от датчиков тока и напряжения поступают на БЗА в модуль контроллера защит (МКЗ), где осуществляется измерение тока и напряжения и вычисления производных параметров (сопротивления, скорость нарастания тока). Результаты используются в алгоритмах защит, а так же передают контроллеру автоматики (МКА), который транслирует их в блок управления (БУ) для вывода на дисплей. Контроллер осуществляет обработку алгоритмов защит и принимает решение об аварийном отключении быстродействующего выключателя.

Контроллер автоматики осуществляет следующие функции:

- обработку алгоритмов автоматики;

- управление ячейкой распределительного устройства;

- логическую обработку информации, поступающей из плат ввода дискреиных сигналов (ПВ1);

- формирует команды управления и сигнализации, которые передаются на выходные реле и ключи, установленные в плате ввода (ПВ2);

- связывается по последовательным каналам с блоком управления, автоматизированными системами управления и ПЭВМ.

Блок управления осуществляет следующие функции:

- местное управление БВ и ЛР с индикацией их состояния;

- сигнализацию аварийных отключений;

- отображение текущей информации о токе и напряжения фидера контактной сети.

1.5.3.2 Функции выполняемые устройством ЦЗАФ-3,3 кВ

Устройство ЦЗАФ-3,3 выполняет следующие функции:

- функция защиты фидера;

- функции автоматики;

- управление быстродействующими выключателями;

- управление линейным выключателем;

- функции сигнализации;

- регистрация событий и аварийных процессов;

- функции самодиагностики.

Устройство ЦЗАФ-3,3 выполняет следующие функции защиты:

- двунаправленную максимальную импульсную защиту. Срабатывание происходит при направлении тока от шин в контактную сеть без выдержки времени, при обратном направлении срабатывает с фиксированной выдержкой времени в 100 мс;

- направленную дистанционную защиту. Срабатывание происходит при прямом направлении тока от шин в контактную сеть с выдержкой времени 100 мс. При выходе измеренных значений за нижний предел диапазона уставок приведенных в таблице 19 действие защиты блокируется;

- направленную защиту по приращению тока. Срабатывание защиты происходить в прямом направлении тока. Уставки защиты адаптируются к текущему значению тока. Значение уставок на каждой ступени автоматически меняются в зависимости от тока нагрузки, предшествующего приращению тока;

- направленную защиту по критической скорости нарастания тока.

- защиту по минимальному напряжения. Срабатывание защиты происходит при напряжении на фидере от 30 до 1000 В с фиксированной выдержкой времени

- 200 мс.

Функции автоматики и управления выключателем БВ:

- автоматическое повторное включение. Устройство ЦЗАФ-3,3 реализует функции однократного или двукратного автоматического повторного включения выключателя и блокировку выключателя. Алгоритм АПВ выключателя запускается по факту срабатывания защит, а так же при самопроизвольном отключении выключателя.

При неисправности устройства ЦЗАФ-3,3 или быстродействующего выключателя АПВ блокируется. Так же блокируется входным дискретным сигналом устройства резервирования отказов выключателя УРОВ и входным сигналом переменного напряжения более 10 В от испытателя короткого напряжения ИКЗ. Так же при срабатывании защиты по минимальному напряжению или при срабатывании внешней защиты АПВ блокируется. Устройство ЦЗАФ-3,3 производит ускоренное АПВ пр появлении напряжения со стороны отключенного фидера;

- резервирование отказов выключателей. Устройство резервирования отказов выключателей(УРОВ) состоит из двух компонентов: УРОВ-датчик (УРОВд) и УРОВ-приемник (УРОВп). Сигнал УРОВд формируется после срабатывания любой из защит, действующих на отключение, по истечению контрольного времени 0,6 с после подачи команды «Отключить БВ» при наличии тока в фидере, превышающего заданный порог, или при наличии сигнала с высоковольтного реле напряжения (РНВ);

- управление коммутационными аппаратами. Устройство ЦЗАФ-3,3 обеспечивает два режима управления выключателями и линейными разъединителями:

местный (МУ), клавишами управления выключателями, расположенными на пульте блока управления,

дистанционный (ДУ) – по каналу АСУ, также по дискретным входам.

При включении устройство автоматически переводится в режим дистанционного управления.

Функции сигнализации:

- аварийная сигнализация. Сигнал «Аварийное отключение» формируется при аварийном отключении выключателя, кроме оперативного отключения. Снятие сигнала производится подачей команды «квитирование». Команда может быть подана оператором или по каналу АСУ. Устройство ЦЗАФ-3,3 сохраняет значение сигнала, «Аварийное отключение» при пропадания питания. После подачи питания состояние сигнала восстанавливается.

Устройство ЦЗАФ-3,3 имеет дискретный вход к которому можно подключить либо земляную защиту, либо защиты от дуговых замыканий. Подача сигнала на этот выход приводит к выдачи команды на отключение БВ без выдержки времени. Данное устройство обеспечивает защиту от многократных включений. При подачи команды на включение БВ, устройство блокирует последующие команды. Блокировка снимается через 1,5 с после снятия команды.

- сигнализация общего контроля изоляции. Сигнал ОКЦ формируется устройством при условии наличия всех контролируемых напряжений в распределительном устройстве и выдается в схему общеподстанционной сигнализации в виде замкнутого состояния контактов реле, при отсутствии хотя бы одного из контролируемых напряжений контакты реле разомкнуты. Контакты реле сигнала «ОКЦ» замкнуты, если питание БЗА выключено.

- сигнализация о неисправности устройства ЦЗАФ-3,3. Сигнал выдается при обнаружении системой самодиагностики устройства неисправности, препятствующей его работе, а также при неисправности БВ.

Неисправностями выключателя являются:

совпадение значений сигналов положения выключателей «РПО» и «РПВ»;

невыполнение команд включения и отключения выключателя за контрольное время 0,5 с.

Сигнализация осуществляется дискретными выходными реле, по каналам связи, светодиодной сигнализацией на панели блока управления и визуально в виде сообщений на дисплее блока управления.

Функции регистрации событий и аварийных процессов:

- измерение параметров контактной сети. Устройство ЦЗАФ-3,3 выполняет измерение значения тока и напряжения фидера контактной сети. Результаты измерений отображаются на дисплее блока управления или могу быть считаны по каналу АСУ. В качестве дополнительного параметра на дисплее выводится температура окружающей среды, измеряемая датчиком температуры.

- регистрация аварийных событий. Устройство ЦЗАФ-3,3 регистрирует и осциллографирует шестнадцать аварийных событий. По каждому аварийному событию в осциллограммах фиксируется такая информация, как: мгновенные значения тока и напряжения с дискретностью мс на отрезке 0,6 с; значения тока и напряжения в момент аварии с регистрацией времени и даты; значение уставок всех защит и наименование защиты, выдавшей команду на отключение выключателя.

Просмотр аварийных событий осуществляется на дисплее БУ. Просмотр осциллограмм осуществляется при помощи ПВЭМ.

- накопление информации

В состав накапливаемой информации входят следующие параметры:

- количество срабатываний каждой защиты;

- количество пусков АПВ, отдельно для первого и второго цикла;

- общее количество отключений БВ;

- количество аварийных отключений;

- суммарный ток всех отключений БВ (кА/разы).

Просмотр и сброс накопительной информации осуществляется с пульта блока управления. Время хранения накопленной информации при отключенном питании устройства ЦЗАФ-3,3 не ограничено.

Система самодиагностики устройства ЦЗАФ-3,3.

Самодиагностика работы устройства выполняется контроллером автоматики и непрерывно в течении всего времени работы устройства ЦЗАФ-3,3 и обеспечивает:

- контроль связи контроллера автоматики с контроллером защит;

- контроль связи контроллера автоматики с блоком управления;

- контроль работоспособности датчика тока типа ДТМ-4/20С;

- контроль выходного напряжения датчика типа ДТМ-4/20С;

- контроль выходного напряжения датчика напряжения;

Периодический, с интервалом 5 минут, контроль датчика напряжения в тестовом режиме, если его выходной сигнал равен нулю.

Результаты самодиагностики анализируются контроллером автоматики. Возможны три состояния устройства:

- «устройство исправно»;

- «частично отказ устройства» - система диагностики обнаружила неисправность, не влияющую на выполнение основной функции устройства – функции защиты;

- «устройство неисправно» - система диагностики обнаружила:

- неисправность, препятствующую выполнению функций защит;

- неисправность датчика тока или напряжения;

- неисправность БВ.

Связь устройства ЦЗАФ-3,3 с ПЭВМ и АСУ

В устройстве ЦЗАФ-3,3 предусмотрена возможность подключения к ПЭВМ и к АСУ тяговой подстанции (АСУ ТП) в качестве подсистемы нижнего уровня.

Подключение осуществляется:

-для считывания осциллограмм аварийных отключений;

-в качестве пульта управления;

При подключении к АСУ устройство ЦЗАФ-3,3 выполняет:

- дистанционное управление ячейкой 3,3 кВ;

- передачу информации о текущих электрических параметрах фидера контактной сети (дистанционное управление);

- передачу информации о работе функций защит и автоматики;

- сброс элементов сигнализации, имеющих память (квитирование);

- передачу информации о текущих значениях параметров настройки устройства ЦЗАФ-3,3 (уставок) и изменение настроек;

- передачу информации о параметрах аварийных событий;

- установку времени и даты, синхронизацию часов;

- передачу результатов самодиагностики 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

Если внедрение мероприятия требуют дополнительных затрат, то определяется экономический эффект совокупных годовых затрат.

Годовой эффект совокупных затрат определяется по формуле, р.:

(2.1)

где – экономия эксплуатационных расходов;

– капитальные вложения, включают в себя стоимость оборудования и его монтаж;

– коэффициент эффективности, для железнодорожного транспорта принимаем 0,1.

Капитальные вложения определяются по формуле

(2.2)

где – стоимость оборудования, стоимость одного комплекта цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 равна 300 тыс. р.;

– стоимость монтажа защиты, составляет 50% от стоимости оборудования.

Капитальные затраты на установку защиты ЦЗАФ-3,3 составили

450 тыс. р.

Экономия эксплуатационных расходов рассматривается как вариант выхода из строя быстродействующего выключателя постоянного тока марки ВАБ-49. На тяговых подстанциях постоянного тока на фидере 3,3 кВ устанавливается 2 выключателя типа ВАБ-49 последовательно. Обычно при аварии из строя выходят оба выключателя.

состоит из нескольких составляющих, а именно:

1. Материалы для замены выключателя (стоимость одного выключателя ВАБ-49 составляет 345 тыс. р.);

2. Работа по замене выключателя (состав исполнителей и норму времени при замене одного выключателя приведена в таблице 21).

3. Единый социальный налог.

4. Амортизация технологического оборудования (рассматривается способ доставки до мест).

5. Топливо. Доставка осуществляется при помощи автомотрисы АДМ с расходом дизельного топлива 20 литров на 100 км.

6. Прочие расходы.

1. Материалы для замены выключателя. Стоимость одного выключателя ВАБ-49 составляет 345 тыс. р. Нам необходимо заменить 2 выключателя. Общая стоимость составит 690 тыс. р.

2. Работа по замене выключателя Согласно технологической карте замену выключателя ВАБ-49 выполняют два электромонтера и один электромеханик ремонтно-ревизионного участка. Состав исполнителей и норма времени при установке выключателя приведена в таблицы 21.

Таблица 21 −Состав исполнителей и норма времени при установке нового выключателя типа ВАБ-49

Оплата труда рабочих осуществляется по часовым тарифным ставкам, определяемым на основе тарифной сетки по оплате труда рабочих.

Тарифная сетка состоит из четырех уровней оплаты труда:

- первый уровень – оплата труда рабочих, занятых на работах, не связанных с движением поездов, ремонтом и обслуживанием подвижного состава и технических средств;

- второй уровень – оплата труда рабочих, связанных с движением поездов, ремонтом и обслуживанием подвижного состава и технических средств;

- третий уровень – оплата труда рабочих, выполняющих работы по содержанию инфраструктуры на участках железных дорог со скоростным более 160 км/час и высокоскоростным движением пассажирских поездов;

- четвертый уровень – оплата труда рабочих локомотивных бригад.

Электромеханик и электромонтеры ремонтно-ревизионного участка относятся к первому уровню оплаты труда.

Месячная тарифная ставка рабочего первого разряда оплаты труда по первому уровню оплаты труда установлена с 1 апреля 2007 г. 4705 руб.

Доплата рабочим, занятым на тяжелых работах, работах с вредными, опасными и иными особыми условиями труда устанавливается в размере до 24% тарифной ставки (оклада).

Доплата по районному коэффициенту производится в местностях, где в соответствии с законодательством РФ установлены эти коэффициенты. Размер доплаты определен правительством РФ и составляет от 10 до 80 % заработной платы. На Западно-Сибирской железной дороге районный коэффициент составляет 30 %.

Часовая савка, доля премии и вредность для электромонтеров приведена в таблице 22.

Месячный оклад, доли премия и вредность для электромеханика приведена в таблице 23.

Таблица 22 – Часовая тарифная ставка, доля премии и вредности для электромонтёров 5-го и 3-го разрядов

Таблица 23 – Месячный оклад, доли премия и вредность для электромеханика

Расчет фонда основной заработной платы работников, участвующих в проектировании, создании стенда или опытного образца производится на основании объема трудовых затрат и существующих систем должностных окладов или тарифных ставок и определяется по формуле:

(2.3)

где – основной фонд заработной платы, р.;

– дополнительный фонд заработной платы, р.

Основной фонд заработной платы, на установку выключателя ВАБ-49 для электромонтеров, рассчитывается по формуле, р.:

(2.4)

где – время установки выключателя, ч.;

– часовая тарифная ставка, р/ч.;

– премия;

– районный коэффициент;

– доплаты за вредность;

– доплаты за разовые поездки.

Основной фонд заработной платы, на установку выключателя ВАБ-49 для электромонтеров, рассчитывается по формуле, р.:

(2.5)

где – должностной оклад, р.;

– месячный фонд рабочего времени одного работника, ч.

Основной фонд заработной платы электромонтера 5 разряда:

Основной фонд заработной платы электромонтера 3 разряда:

Основной фонд заработной платы электромеханика

Дополнительная заработная плата устанавливается в процентах к основной (9-15 %). Она зависит от удельного веса отпускного времени:

(2.6)

(2.7)

где 251 – количество рабочих дней в году при пятидневной рабочей недели;

t_отп – продолжительность очередного отпуска.

Для работников ремонтно-ревизионного участка продолжительность очередного отпуска составляет 31 день.

Дополнительный фонд заработной платы электромонтера 5 разряда:

Дополнительный фонд заработной платы электромонтера 3 разряда:

Дополнительный фонд заработной платы электромеханика:

Общий фонд заработной платы на установку одного выключателя:

3 Единый социальный налог.

Отчисления на социальные нужды (единый социальный налог) составляют 26,7 % от фонда заработной платы.

Единый социальный налог определяется по формуле:

Единый социальный налог с заработной платы на установку одного выключателя:

4 Амортизация технологического оборудования. Предположим самый худший вариант – замена выключателя на самой дальней тяговой подстанции обслуживаемого участка ЭЧЭ 317 ОП 3704 км, расстояние до склада дистанции электроснабжения расположенного на станции тайга 138 км.

5 Топливо. Расход топлива автомотрисы АДМ 0,2 литра на километр.

Расходы на топливо до места и обратно составляет:

6 Прочие расходы.

Прочие расходы составляют 12,36 % от суммы затрат на материал, работу по замене выключателя, ЕСН, амортизацию и топливо, т.е. первых пяти пунктов таблицы 4

Все затраты на установку выключателей ВАБ-49 приведены в таблице 24.

Таблица 24 – Экономия эксплуатационные расходы

Годовой эффект совокупных затрат определяется по формуле, р.:

Срок окупаемости срок определяется по формуле

(2.9)

Коэффициент эффективности определяется по формуле

(2.10)

Применение цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 выгодно, так как эффективность от внедрения данной защиты составляет 2,334 и окупится менее чем за полгода.

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

Охрана труда - это система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе производства.

Вся работа по технике безопасности должна быть направлена на создание системы организационных мероприятий и технических средств, предназначенных для предотвращения воздействия на рабочий персонал опасных и вредных производственных факторов.

Опасный производственный фактор - это фактор, воздействие которого на работающий персонал в определенных условиях приводит к травме или к внезапному резкому ухудшению здоровья. К резкому ухудшению здоровья можно отнести отравление, тепловой удар, облучение.

Вредный производственный фактор - это фактор, воздействие которого на работающий персонал в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности. В зависимости от уровня и продолжительности воздействия вредный производственный фактор может стать опасным.

При выполнении работ по монтажу и настройке устройства ЦЗАФ-3,3 возможны следующие вредные и опасные факторы:

- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- повышенный уровень статического электричества;

- повышенный уровень электромагнитных полей;

- недостаточная освещенность рабочей зоны вследствие неправильной установки осветительных приборов;

- пониженная подвижность воздуха – устройство ЦЗАФ-3,3 кВ устанавливается как в щитовой тяговой подстанции (блок управления), так и в распределительном устройстве 3,3 кВ (блок защит и автоматики), в которых производятся работы, не имеют системы вентиляции;

- умственное перенапряжение, монотонность труда - при производстве работ со схемами вторичной коммутации необходима повышенная внимательность и сосредоточенность.

Основным опасным фактором по количеству и степени травматизма является повышенное напряжение в электрической цепи. Перечислим ситуации, при которых может произойти поражение человека электрическим током:

- прикосновение неизолированного от земли человека к токоведущим частям электроустановки, находящимся под напряжением;

- приближение человека, неизолированного от земли, на опасное расстояние к токоведущим незащищенным частям электрооборудования;

- прикосновение неизолированного от земли человека к нетоковедущим металлическим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением из-за нарушения изоляции;

- прикосновение человека к двум точкам земли, находящимся под разными потенциалами (напряжение шага);

- действие электрической дуги;

- освобождение человека, находящегося под напряжением.

Тяжесть поражения человека электрическим током зависит от следующих факторов:

1) сила тока;

2) электрическое сопротивление цепи человека;

3) длительность протекания тока через тело человека;

4) род и частота тока;

5) индивидуальные свойства организма человека;

6) условия окружающей среды.

Таблица 25 – Допустимые значения напряжений прикосновения и токов протекающие через тело человека при нормальном режиме работы установки

Примечание:

1 Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности действий не более 10 минут в сутки и установлены, исходя из реакции ощущения.

2 Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25 °С) и влажности (относительная влажность более 75 %), должны быть уменьшены в три раза.

Принимая, что рабочее напряжение равно 3000 В, а сопротивление тела человека 1000 Ом получаем 1=3 А.

3.2 Организационные мероприятия по технике безопасности

Мероприятия, предусматриваемые техникой безопасности, включают: улучшение технических процессов, применение безопасной техники (машин, механизмов, устройств выполненных с учетом всех требований охраны труда), установку ограничительных и блокирующих устройств, применение средств индивидуальной защиты.

Мероприятия по электробезопасности делятся на организационные и технические. Организационные мероприятия - изучение правил и инструкций по технике безопасности и производственной ситуации, с проверкой знаний и систематическим контролем их исполнения. Технические мероприятия -использование необходимых средств защиты, использование в работе только исправных инструментов и приспособлений, постоянный контроль членов бригады друг за другом [12].

К организационным мероприятиям по обеспечению безопасности работы относятся:

- назначение лиц, ответственных за безопасное ведение работ;

- выдача наряда или распоряжения;

- выдача разрешения на подготовку рабочих мест и на допуск;

- подготовка рабочего места и допуск;

- надзор при выполнении работы;

- оформление перерывов в работе, перевода на другое место, окончание работы.

К работам на электроустановках могут быть допущены работники не моложе 18 лет, которые прошли медицинский осмотр, производственное обучение безопасным методам работ и имеющим удостоверение о проверке знаний по электробезопасности. Уровень требуемых знаний определяется присвоенной квалификационной группой по технике безопасности. Чем выше квалификационная группа, тем больше требований предъявляется к работнику.

Все работы в действующих электроустановках производятся по нарядам или распоряжениям. Наряд - допуск есть письменное задание на производство работы, составленное на бланке установленной формы, определяющее содержание и зону (место) работы, необходимые меры безопасности, состав бригады и лиц, ответственных за безопасность проведения работы.

Все работы выполняются по нарядам, распоряжениям, который выдается не более чем за 24 часа до ее начала, срок действия наряда определяется длительностью работ, но недолжен превышать пяти календарных дней. Право выдачи наряда может быть предоставлено электротехническому персоналу предприятия с группой по электробезопасности не ниже пятой, а также имеющим стаж работы не менее 3-х лет. Лицо, выдающее наряд устанавливает необходимость и объем работы, отвечает за возможность безопасного ее выполнения, достаточность квалификации ответственного руководителя, производителя или наблюдающего, а также членов бригады. Наряд на работу заполняется в 2-х экземплярах через копирку чернилами, шариковой ручкой. Запись должна быть ясной и четкой в обоих экземплярах. Исправления и зачеркивания в наряде не допускаются. При передаче наряда по телефону (радио) лицо, выдающее наряд, заполняет 1 бланк наряда и диктует полный его текст (в форме телефонограммы) производителю работ, который заполняет бланк наряда с обратной проверкой. При этом вместо подписи лица, выдающего наряд, указывают его фамилию, подтверждаемую подпись принимающего наряд.

Если при чтении наряда у производителя работы возникают, какие-либо сомнения, он обязан немедленно потребовать разъяснения у лица, выдающего наряд.

Один экземпляр наряда должен находится у производителя работ до их полного окончания, а другой (копия) – у лица, выдающего наряд.

До выписки наряда необходимо руководителю работ дать заявку энергодиспетчеру, на выполнение указанной работы. В заявке должны быть указаны:

- состав бригады;

- зона (место) работы;

- категория работ и меры безопасности.

Энергодиспетчер должен согласовать с диспетчером связи о выполнении данной работы.

Работа производится в составе не менее двух человек, включая руководителя работ и членов бригады с группой по электробезопасности не менее 4-й. Лицо, выдающее наряд обязательно должен провести целевой инструктаж руководителю работ об обеспечениях предстоящей работы, порядок ее выполнения, о чем производится запись в журнале регистрации инструктажа по охране труда с росписью инструктируемого. Руководитель должен допустить бригаду к работе лишь после получения разрешения на работу от энергодиспетчера.

Перед допуском к работе по наряду или распоряжению руководитель обязан на месте работы произвести инструктаж членов бригады, в котором должен указать:

- условия производства работ (категорию, технологию);

- точные границы зон и мест работы членов бригады;

- места наложения заземления;

- порядок перемещения в зоне работы;

- места, на которых запрещается работа.

После проведения инструктажа все члены бригады должны расписаться в специальной графе наряда.

Во всех случаях работы допуск осуществляет руководитель работ после того как он лично непосредственно на месте работы убедится в правильности всех мероприятий, обеспечивающих безопасного выполнения работ. Надзор за работающими должен осуществлять руководитель работ. Лица, ведущие надзор, обязаны непрерывно контролировать выполнение работ исполнителями, следить за соблюдением требований техники безопасности. Если руководителю работ необходимо на короткое время отлучиться с места работы, то бригада должна прекратить работу, собраться в одном месте и возобновить работу лишь после возвращения руководителя. По окончании работ руководитель обязан: дать команду прекратить работу, убрать инструмент и приспособления, убедиться в полной готовности ремонтируемых устройств, снять ограждения с места работ, дать уведомление об окончании работ.

После полного окончания работ руководитель закрывает наряд и передает его лицу, выдавшему наряд, или руководителю дистанции, которые обязаны проверить правильность заполнения наряда.

3.3 Технические мероприятия по обеспечению безопасности

Техническими мероприятиями, обеспечивающими безопасность работающих со снятием напряжения и заземлением, являются:

- проведение необходимых отключений и принятие мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационной аппаратуры;

- вывешивание запрещающих плакатов на приводах ручного и на ключах и дистанционного управления коммутационной аппаратурой;

- проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;

- установка заземлений (установлены переносные заземления);

- ограждение при необходимости рабочего места или оставшихся под напряжением токоведущих частей и вывешивание на ограждения плакатов безопасности.

Проведение необходимых отключения и принятие мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационной аппаратуры

На месте производства работ со снятием напряжения должны быть отключены:

- токоведущие части, на которых будет производиться работа;

- неогражденные токоведущие части, к которым возможно приближение людей, используемых ими ремонтной оснастки и инструмента.

Отключают оборудование, подлежащее ремонту, и те токоведущие части, к которым при работе можно случайно прикоснуться на опасное состояние при напряжении 3,3 кВ оно составляет 0,6 метра.

Отключенный участок отделяют со всех сторон от токоведущих частей, от которых может быть подано напряжение. Разрыв должен быть видимым с каждой стороны.

Приводы разъединителей механически запирают навесным или блокировочным замком. При дистанционном управлении снимают предохранители обоих полюсов в силовой цепи привода.

Вывешивание запрещающих плакатов на приводах ручного и на ключах и дистанционного управления коммутационной аппаратурой

На ключах управления и приводах, на предохранителях, при помощи которых может быть подано напряжения к месту работы, вывешивают плакаты «Не включать - работают люди».

Проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током

Отсутствие напряжения проверяют указателем напряжения. Перед пользованием исправность указателя обязательно проверяют, приближая его щуп к заведомо находящимся под напряжением токоведущим частям на расстояние, достаточное для появления свечения лампы. Если лампа начинает светиться, то указатель исправен.

В электроустановках выпрямленного тока 3,3 кВ отсутствие напряжения проверяется прослеживанием схемы в натуре.

В случае, если дверь ячейки сблокирована с заземляющим ножом, то после включения ЗН проверку отсутствия напряжения производить не требуется.

Установка заземления (установка переносных заземлений)

После того как проверено отсутствие напряжения, отключенные токоведущие части заземляют с помощью переносного заземления. При этом вначале один конец переносного заземления присоединяют к магистрали заземления, а другие концы, с помощью изолирующей штанги и в диэлектрических перчатках, на отключенные токоведущие части.

Накладывают заземление со всех сторон, откуда может быть подано напряжение так, чтобы отключенный для работы участок или оборудование находилось между ними. Этим обеспечивается наиболее надежная защита работающих от случайного появления напряжения.

Переносные заземления устанавливаются и снимаются в диэлектрических перчатках с применением штанги из изолирующего материала.

На токоведущих частях места наложения заземления выделяют двумя черными полосами, промежуток между которыми зачищают до металла.

Заземляющие проводники изготовляют из гибкого медного провода сечением 50 мм, соединение их путем скрутки или заземление случайными проводниками не допускается.

Снимают заземление в обратном порядке, т.е. сначала с токоведущих частей, а затем с магистрали заземления.

В РУ - 3,3 кВ независимо от включения стационарных заземляющих ножей необходимо устанавливать переносное заземление непосредственно на месте работ. При выполнении работ на ЭЧЭ с отключением РУ - 3,3 кВ каждый фидер контактной сети должен быть заземлен отдельным переносным заземлением. Использование при этом трехфазных заземлений не допускается.

Ограждение рабочего места или оставшихся под напряжением токоведущих частей и вывешивание на ограждения плакатов безопасности

Неотключенные токоведущие части, доступные для случайного прикосновения, должны быть на время работы ограждены. Для временного ограждения применяют щиты (ширмы), экраны и т.п., изготовленные из дерева или других изоляционных материалов. На ограждении должен быть укреплен плакат «Стой. Напряжение».

После включения заземляющих ножей и установки переносных заземлений и вывешивания на приводах разъединителей и выключателей нагрузки переносных плакатов «Заземлено» в закрытых электроустановках на сетчатых или сплошных ограждениях ячеек, соседних с местом работы и расположенных напротив, должны быть вывешены плакаты «Стой. Напряжение».

Соседние ячейки и ячейки, расположенные напротив места работы, не имеющие указанных ограждений, а также проходы, куда персоналу нельзя входить, должны быть ограждены переносными щитами (ширмами), канатами с такими же плакатами на них. Переносные щиты устанавливают с таким расчетом, чтобы они не препятствовали выходу персонала из помещения в случае возникновения опасности.

На всех подготовленных рабочих местах после наложения заземления и ограждения рабочего места должен быть вывешен плакат «Работать здесь». Вдоль пути от входа в электроустановку до места ремонтных работ устанавливают временные ограждения или переносные щиты.

На временных ограждениях участка ремонтных работ и на постоянных ограждениях соседних ячеек вывешивают плакат: «Стой - высокое напряжение». Плакат «Работать здесь» помещают там, где будут вестись работы.

3.4 Оценка эффективности технических средств защиты, обеспечивающих безопасность работ

Персонал, обслуживающий электроустановку, должен быть снабжен всеми необходимыми средствами защиты, обеспечивающими безопасность его работы.

Изолирующие электрозащитные средства подразделяются на две категории: основные и дополнительные средства защиты.

К основным средствам защиты для электроустановок напряжением до 1000 В относятся: изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, ручной изолирующий инструмент.

К дополнительным средствам защиты для электроустановок напряжением до 1000 В относятся: диэлектрические галоши, диэлектрические ковры и изолирующие подставки, изолирующие колпаки, покрытия и накладки, приставные лестницы, стремянки изолирующие стеклопластиковые.

Использование этих средств защиты в различных сочетаниях позволяет обеспечить защиту людей от прикосновения к токоведущим частям, от опасности перехода на нетоковедущие части, от шаговых напряжений, от опасности перехода высокого напряжения на сторону низкого.

При выполнении работ по ремонту устройств релейной защиты применяются следующие средства коллективной защиты: защитное отключение, блокировка от самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры, защитное ограждение, предупредительная сигнализация, защитное заземление, знаки безопасности.

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-3,3кВ.

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.