Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения

Министерства путей сообщения Российской Федерации»

Факультет - Энергетический

кафедра Автоматизированные системы электроснабжения

Специальность 100800 – Электроснабжение (ж. д. транспорт)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: “Переходные процессы в устройствах электроснабжения ж. д.”

на тему: “ Защита фидера контактной сети однофазного переменного тока”

И9.70.СД.02.3.96 ПЗ

Студент группы

ЭМ-V-605

Дата

Проект защищен с оценкой

Руководитель работы

к.т.н., доц. Н.А. Попова

2006

Исходные данные

Расчетные размеры движения грузовых поездов, пар в сутки 60

Расчетные размеры движения пассажирских и пригородных

поездов, пар в сутки 19

Скорость движения, км/ч 68

Средний ток грузового поезда Iср, А 150

Ток трогания грузового поезда Iтр, А 300

Введение

Автоматизированная система управления электроснабжением железнодорожного транспорта (АСУЭ), которая находится в стадии становления, призвана обеспечить оптимальные условия передачи и распределения электроэнергии железнодорожными и нетранспортным потребителям в нормальных аварийных режимах. Нарушение нормального режима одного из элементов системы электроснабжения может повлечь за собой нарушение всего процесса перевозок на значительном расстоянии. Особенностью функционирования системы электроснабжения является, в частности, быстротечность электромагнитных и электромеханических процессов при аварийных ситуациях (нарушение нормального режима), вследствие чего диспетчерский или оперативный персонал не может успеть вмешаться в эти процессы для предотвращения их развития.

Различают устройства технологической и устройства системной автоматики. Технологическая автоматика управляет локальными процессами нормального режима на отдельных объектах и не оказывает существенного воздействия на режим работы системы электроснабжения в целом.

Система автоматики, в свою очередь, делится на:

- автоматику управления в нормальных режимах;

- автоматику управления в аварийных режимах.

Автоматика управления в нормальных режимах обеспечивает должный уровень напряжения и повышения экономичности. К ней относятся, например, устройства автоматического регулирования напряжения на шинах тяговых подстанций (т.п.). К автоматике управления в аварийных режимах относятся устройства релейной защиты, а также сетевая автоматика (автоматическое включение резерва, автоматическое повторное включение, опробование контактной сети на наличие короткого замыкания.).

В работе необходимо произвести расчёт параметров короткого замыкания (к.з.), измеряемых защитой выбранного выключателя, и построить графики зависимости этих параметров от расстояния до места к.з.

1 Расчёт параметров аварийного режима

Параметры короткого замыкания, измеряемые защитой, вычисляются в работе только для защиты одного выключателя. В соответствии с заданием принимают схему питания межподстанционной зоны и выключатель, для которого в дальнейшем производится расчёт защиты.

На рисунке 1 представлены схемы питания тяговой сети двухпутного участка: а) - полная; б) - упрощенная.

Рисунок 1а – Схема узлового питания тяговой сети двухпутного участка (полная)

Рисунок 1б – Схема узлового питания тяговой сети двухпутного участка

(упрощенная)

Для точных расчётов используют комплексные величины сопротивлений, напряжений и токов с учётом сопротивления троса группового заземления (т.г.з.) и сопротивления дуги в месте к.з. В работе все вычисления можно выполнять с использованием модулей сопротивлений, напряжений и токов.

К параметрам к.з. относятся:

- ток, протекающий через заданный выключатель;

- сопротивление, измеряемое защитой этого выключателя ;

- напряжение на тех шинах, к которым подключён выключатель .

Выключатель расположен на посту секционирования, поэтому =,где - напряжение на шинах поста секционирования.

1.1 Расчёт сопротивления тяговых подстанций А и В

Сопротивление тяговых подстанций А и В принимают одинаковыми и вычисляют по формуле 1, Ом;

, (1)

где - напряжение на вводах тяговой обмотки трансформатора, кВ;

- мощность короткого замыкания на вводах в подстанцию, МВ∙А;

- номинальная мощность трансформатора, МВ∙А;

- число включенных трансформаторов;

- напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

- заводской доступ на величину u_к .

Сопротивление подстанций вычисляют для режима максимума и режима минимума энергосистемы. В режиме максимума принимают: =27,5 кВ; =−0,05; =1; так как по заданию первичная обмотка трансформатора имеет напряжение 220 кВ, значит =11,4%.

Вычислим сопротивление подстанции для максимального режима.

Ом.

В режиме минимума энергосистемы принимают: =27,2 кВ; = +0,05; =1. По заданию первичная обмотка трансформатора имеет напряжение 220 кВ, значит =13,4%.

Мощность короткого замыкания в режиме минимума вычисляют по формуле 2, МВ∙А;

, (2)

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

МВ∙А.

Сопротивление этой же подстанции в минимальном режиме равно:

Ом.

1.2 Определение погонного сопротивления тяговой сети

Схема замещения тяговой сети при коротком замыкании показана на рисунке 2. В схеме использованы так называемые индуктивно развязанные сопротивления контактной сети, которые учитывают все взаимоиндуктивные связи между проводами и рельсами.

Рисунок 2 – Схема замещения тяговой сети

Результирующие сопротивления схемы замещения вычисляют по формулам 3, 4 и 5, Ом;

, (3)

, (4)

, (5)

где − сопротивления подстанций А и В;

− результирующее сопротивление схемы замещения тяговой сети слева от точки короткого замыкания К;

− результирующее сопротивление схемы замещения тяговой сети справа от точки короткого замыкания К;

− сопротивление схемы замещения тяговой сети в месте короткого замыкания;

− сопротивление троса группового заземления;

− сопротивление дуги.

Принимаем ==0. Сопротивления ,, для раздельного питания вычисляются по формулам 6, 7, 8 и 9, Ом;

, (6)

, (7)

, (8)

, (9)

где - погонное сопротивление тяговой сети, Ом/км;

- расстояние до точки короткого замыкания, км;

- расстояние от подстанции А до поста секционирования (ПС), км;

- расстояние от подстанции В до поста секционирования, км.

По формуле 8 рассчитываются для точки к.з. в пределах , а по формуле 9 − в пределах .

В формулах 6, 7, 8 и 9 принимают

Схема тяговой сети ТП представлена на рисунке 3, где Т - несущий трос, П - контактный провод, У- усиливающий провод, Э –экранирующий провод, Р - рельсы.

Рисунок 3 – Вид тяговой сети

Определим погонное сопротивление тяговой сети ТП двухпутного участка.

По таблице 3 методических указаний находим =0,162 Ом/км. Для двухпутного участка по условию:

=0,162 Ом/км,

=0,179 Ом/км.

1.3 Расчет результирующих сопротивлений Z_A , Z_В , Z_AB

Для нахождения значений результирующих сопротивлений, зададим расстояния ==27 км, ==27 км.

В межподстанционной зоне намечаются расчётные точки к.з. Они выбираются на шинах одной и второй подстанции, на посту секционирования и равномерно по 4-5 точек между каждой подстанцией и постом секционирования. Обязательными являются точки на шинах тяговых подстанций и посту секционирования.

Сопротивления подстанций А и В ( ) в режиме максимума и минимума энергосистемы определены в п.п. 1.1 по формуле 1.

Произведём расчёт параметров к.з. при повреждении на шинах подстанции А (=0 км) по формулам 6, 7, 8, для режима минимума и максимума энергосистемы:

Ом,

Ом,

Ом.

Произведём те же самые расчёты для L_к =32,2 км:

Ом,

Ом,

Ом.

Для остальных значений расчёты производятся аналогично, они сведены в таблицу 1 и 2 Приложения А.

По формулам 3, 4, 5 находим параметры результирующей схемы замещения:

-для минимального режима энергосистемы при =0 км:

Ом,

Ом,

Ом .

- для максимального режима энергосистемы =0 км:

Ом,

Ом,

Ом.

-для минимального режима энергосистемы при =32,2 км:

Ом,

Ом,

Ом;

- для максимального режима энергосистемы =32,2 км:

Ом,

Ом,

Ом.

Сопротивления результирующей схемы замещения при различных L_к приведены в таблице 1 Приложения А - для минимума энергосистемы (ЭНС), таблице 2 Приложения А - для максимума энергосистемы.

1.4 Вычисление токов I_А , I_В подстанции А и В

При расчёте параметров к.з. вначале вычисляют токи подстанции А и В. По этим токам определяют значения тока , заданного выключателя .

Значения токов вычисляют по формулам 10 и 11, А:

, (10)

. (11)

Расчётные напряжения подстанций А и В в работе можно принимать одинаковыми =27500 В.

Произведём расчёты токов подстанции А и В при =0 км:

в режиме минимума энергосистемы:

А,

А;

-в режиме максимума энергосистемы:

А,

А.

Те же самые расчёты для =32,2:

-в режиме минимума энергосистемы:

А,

А;

-в режиме максимума энергосистемы:

А,

А;

В таблице 2 Приложения А отображены значения токов при других значениях для режима максимума, а в таблице 1 Приложения А - для минимума энергосистемы.

1.5 Расчет тока выключателя QПВ1 на ПС

Ток I_{Q ПВ1} выключателя QПВ1, если точка короткого замыкания К находится в пределах участка , определяется из равенства:

; (12)

Когда точка К перемещается в пределах , то ток выключателя QПВ1 определяется из равенства:

(13)

Току каждого из выключателей присваивается знак «+» или «−». Знак «+» соответствует направление тока от шин, к которым подключен выключатель, в линию. Знак «−» соответствует противоположному направлению: из линии к шинам. Знак «+» обычно не ставится.

Вычислим ток выключателя QПВ1:

-в режиме минимума энергосистемы для =0 км:

А;

- в режиме минимума энергосистемы для =32,2 км:

А;

- в режиме максимума энергосистемы для =0 км:

А;

- в режиме максимума энергосистемы для =32,2 км:

А.

В таблице 2 Приложения А представлены значения тока выключателя QПВ1 на посту секционирования при различных значениях , для максимума энергосистемы. В таблице 1 Приложения А - для минимума ЭНС.

1.6 Определение напряжения U_ПС на шинах поста секционирования

Напряжение на шинах и подстанций А и В находят по формулам:

, (14)

, (15)

Эти напряжения вычисляют для режимов максимума и минимума энергосистемы. Произведём расчёт для =0 км:

-в режиме минимума энергосистемы:

В;

В;

- в режиме максимума энергосистемы:

В;

В;

Произведём расчёт для =32,2 км:

- в режиме минимума энергосистемы:

В;

В;

- в режиме максимума энергосистемы:

В;

В;

Значения величин и при разных приведены в таблице 2 Приложения А, для режима максимума энергосистемы. В таблице 1- минимума для ЭНС.

Напряжение на шинах поста секционирования ПС в том случае, когда точка короткого замыкания К находится в пределах участка , вычисляют по формуле:

(16)

Эти напряжения вычисляют для режимов максимума и минимума

энергосистемы. Произведём расчёт для =0 км:

- в режиме минимума энергосистемы:

В;

- в режиме максимума энергосистемы:

В;

Если точка короткого замыкания К находится в пределах участка , то используется формула:

(17)

Произведём расчёт для =32,2 км:

- в режиме минимума энергосистемы:

В;

- в режиме максимума энергосистемы:

В.

1.7 Расчет сопротивления Z_{Q ПВ1} , измеряемого защитой выключателя QПВ1

Сопротивление, измеряемое защитой выключателя, находим по формуле:

. (18)

Рассчитываются эти сопротивления для режима минимума и максимума энергосистемы, определим для =0 км:

-в режиме минимума энергосистемы:

Ом;

- в режиме максимума энергосистемы:

Ом.

Для L_к =32,2 км:

- в режиме минимума энергосистемы:

Ом;

- в режиме максимума энергосистемы:

Ом.

Сведём в таблицу 2 Приложения А значения для различных , в режиме максимума энергосистемы. В таблице 1 Приложения А - для минимума ЭНС. Графики, показывающие зависимость токов выключателя, напряжений на шинах и сопротивлений, измеряемых защитой, от удаленности точки короткого замыкания, приведены в приложение Б, В, Г.

2 Расчет параметров нормального режима

К параметрам нормального режима относятся:

- наибольшее значение тока ,_max , протекающего через заданный выключатель;
- наименьшее напряжение ,_min на шинах поста секционирования;

- наименьшее значение сопротивления ,_min , измеряемое защитой заданного выключателя.

При правильном выборе установок срабатывания защита не должна

реагировать на параметры ,_max , ,_min , ,_min .

Расчетную величину тока, протекающего через заданный выключатель ,_max при нормальном режиме работы для фидера тяговой подстанции вычисляют по формуле:

, (19)

где - трогание грузового поезда, А;

- средний ток грузового поезда, А;

- общее число поездов, находящихся на одном пути в расчетной зоне;

-число путей;

– расстояние между смежными подстанциями, км;

- расстояние от поста секционирования ПС до правой подстанции В, км.

Число поездов в зоне питания в нормальном режиме вычисляют по формуле:

, (20)

где - средняя скорость движения поезда, км/ч;

- интервал попутного следования поездов, принимаемый в зависимости от расчетных размеров движения поездов, как грузовых, так пассажирских и пригородных, мин;

-длина расчетной зоны, принимаемая для фидера поста секционирования =L_ПВ .

Полученное по формуле 20 дробное число округляется до целого значения. Если дробная часть равна или менее 0,1, то округление производится в меньшую сторону. Если дробная часть более 0,1,то округление производится в большую сторону.

Минимальное значение напряжения ,_min на шинах поста секционирования принимаем равным 21000 В.

Минимальное значение сопротивления ,_min , измеряемое защитами выключателей поста секционирования в нормальном режиме работы, вычисляют по формуле:

. (21)

Рассчитаем число поездов , находящиеся в период интенсивного движения в зоне 46 км между подстанциями:

поездов.

Вычисляем искомое значение максимального тока фидера поста секционирования в нормальном режиме:

A.

Минимальное значение сопротивления, измеряемое защитой фидера в нормальном режиме, рассчитаем:

Ом.

Заключение

В курсовой работе были рассчитаны параметры короткого замыкания для схемы узлового питания тяговой сети двухпутного участка. К параметрам короткого замыкания относятся:

I_Q – ток, протекающий через заданный выключатель ;

Z_Q – сопротивление, измеряемое защитой этого выключателя ;

U_ш – напряжение на тех шинах, к которым подключён выключатель .

Значения параметров к.з. при различных сведены в таблицу 1, 2 Приложения А. По данным этих значений построены графики, показывающие зависимость токов выключателя, напряжений на шинах и сопротивлений, измеряемых защитой, от удаленности точки короткого замыкания . Они показаны в приложении Б, В, Г.

Список использованных источников

1. Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Желдориздат, 2001. 720 с.

2. Фигурнов Е.П., Петрова Т.Е. Релейная защита систем электроснабжения. Ч. 2. Тяговые сети переменного тока напряжением 27,5 кВ: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. Ростов н/Д: РГУПС, 1998. 90 с.

3. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. М.: Транспорт, 1981. 216 с.

Приложение А

Таблица 1- Значение параметров аварийного режима при минимуме ЭНС

Таблица 2 - Значение параметров аварийного режима при максимуме ЭНС