Обозначения и сокращения

АПВ	?	автоматическое повторное включение
АСУ	?	автоматизированная система управления
АЦП	?	аналого-цифровой преобразователь
БЗА	?	блок защиты автоматики
БУ	?	блок управления
ВВ	?	высоковольтный выключатель
ВЛ	–	высоковольтная линия электропередачи
ДУ	?	дистанционное управление
ЗЗ	?	«земляная защита»
ЗМН	?	защита минимального напряжения
ИТП	?	интеллектуальный терминал присоединения
КЗ	?	короткое замыкание
КС	?	контактная сеть
ЛЗШ	?	логическая защита шин
ЛР	?	линейный разъединитель
МДТН	?	модуль датчиков тока и напряжения
МКА	?	модуль контроллера автоматики
МКИЗ	?	модуль контроллера измерения и защит
МП	?	модуль питания
МПК	?	микропроцессорный комплекс
МТЗ	?	максимальная токовая защита
МУ	?	местное управление
НДЗ	?	направленная дистанционная защита
ННДЗ	?	ненаправленная дистанционная защита
ОР	?	обходной разъединитель
ПВ	?	плата ввода дискретных сигналов
ППС	?	пункт параллельного соединения
ПС	?	пост секционирования
ПЭВМ	?	персональная электронно-вычислительная машина
РТЗ	?	резервная токовая защита
ТО	?	токовая отсечка
ТП	?	тяговая подстанция
ТС	?	тяговая сеть
УРОВ	?	резервирование при отказе выключателя
ЭППЗУ	?	электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство

Введение

Релейная защита (РЗ) предназначена для локализации повреждений, предотвращения или сокращения ущерба при внезапном возникновении повреждений или ненормальных режимов работы электроэнергетических устройств получения, преобразования, распределения и передачи электроэнергии, обеспечения устойчивости, надежности и живучести систем электроснабжения. Она является обязательной частью всех электроэнергетических установок, объектов и систем напряжением 1 кВ и выше. Релейная защита имеет особо важное и самостоятельное функциональное назначение, представляет собой сложную информационную систему, состоящую из комплекса взаимосвязанных электромагнитных, электронных и микроэлектронных устройств, а также источников питания.

Для защиты оборудования тяговых подстанций (ТП) электрифицированных железных дорог используются в основном те же защиты, что и на понизительных подстанциях энергосистем. Особое место занимают защиты тяговых сетей, обладающие своей спецификой. В тяговых сетях переменного тока максимальные токи нагрузки являются соизмеримыми с минимальными токами короткого замыкания и это обстоятельство вызывает существенные трудности для защиты, которая должна четко разграничить эти режимы. Для этого защиту стремятся выполнить так, чтобы она реагировала на какие-либо дополнительные признаки, характерные для нормальных и аварийных режимов именно тяговых сетей.

Развитие релейной защиты тяговых сетей (ТС) переменного тока прошло несколько этапов. В начале массовой электрификации железные дороги страны по системе однофазного переменного тока (60-е годы прошлого столетия) использовались те же защиты, что и в промышленных сетях 35 кВ. Однако вскоре стало ясным, что из-за особенностей тяговых сетей такие защиты не способны обеспечить эффективную защиту от коротких замыканий (КЗ). Уже в 70-х годах того же столетия были разработаны электронные защиты фидеров контактной сети (КС) (Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта) и началось их массовое производство. Заложенные в эти устройства идеи, принципы, технические решения намного опередили уровень техники того периода, подтверждены многолетней практикой применения, остаются актуальными и в настоящее время при переходе элементной базы на микроэлектронику и микропроцессорные комплексы.

Сейчас наступил новый этап, связанный с освоением в производстве цифровых защит электротяговых сетей переменного тока на основе интеллектуальных терминалов (микропроцессорных многофункциональных комплексов МПК). Такой терминал осуществляет не только функции непосредственно релейной защиты, но и функции автоматики, управления, сигнализации, контроля параметров нагрузки, регистрации событий и аварийных процессов, самодиагностики, связи, сервисные функции. Цифровые защиты (интеллектуальные терминалы) для устройств электроснабжения железных дорог производятся НТЦ «Механотроника», ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО», оригинальные разработки выполнены во ВНИИЖТе.

Одновременно с этим разработаны уточненные и усовершенствованные методы расчетов нормального и аварийного режимов, необходимые для обоснованного выбора уставок защиты, выполнены исследования по защите сети при коротких замыканиях через большое переходное сопротивление, при перекрытии нейтральных вставок, при противогололедных режимах, по определении удаленности места повреждения и др.

В 2004 году Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «Российские железные дороги» утверждены Руководящие указания по релейной защите систем тягового электроснабжения (ЦЭТ-23), в которых сконцентрированы и обобщены имеющиеся в этой области разработки и достижения.

Релейная защита электротяговых сетей переменного тока является одной из основных частей дисциплины «Релейная защита», по которой предусматривается выполнение курсового проекта (работы). Разработка и проектирование релейной защиты электротяговых сетей рассматривается также в дипломных проектах (работах).

Реальное проектирование релейной защиты осуществляется для всего электрифицированного участка и проводится обычно в три этапа. На первом этапе на основе расчета параметров и анализа нормального и аварийного режимов работы защищаемого объекта намечают принципиальные решения в части защиты, обеспечивающие требуемые технические характеристики. На втором этапе осуществляется выбор схемы защиты и спецификации аппаратуры и на третьем выбирают рабочие уставки устройств защиты, строят графики зон действия.

Курсовое и дипломное проектирование отражает все этапы реального проектирования и с учетом отводимого времени максимально приближено к нему. По заданию предполагается проектирование только одного комплекта релейной защиты, устанавливаемого на выключателях либо тяговой подстанции, либо поста секционирования.

В учебном пособии изложены методы расчета и выбора релейной защиты фидеров контактной сети переменного тока: приведены методики расчета параметров короткого замыкания и нормального режима, принципы выбора релейной защиты фидеров контактной сети тяговых подстанций и постов секционирования (ПС); приведены методики расчета уставок и определения зон действия защит, рассмотрены структурные и функциональные схемы защиты.

Приведены задания и исходные данные, порядок выполнения курсового (дипломного) проекта (работы). Даны формулы, схемы и графики, а также справочные данные, необходимые при расчетах и выборе релейной защиты контактной сети переменного тока.

Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения по специальности 190401 «Электроснабжение железных дорог», а также для слушателей курсов повышения квалификации и инженерно-технических работников, связанных с разработкой, проектированием и эксплуатацией релейной защиты.