Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроснабжение железных дорог. Учебное пособие
.pdf
дистанционная защита с точки зрения выбора уставки относится к защитам второй группы (см. (14.7)). Поэтому условие выбора
уставки Z
Z
где
режиме;
Z
роткого замыкания;
будет выглядеть следующим образом:
с.з
Z
р
kZ Z
чк с.з
max
— минимальное значение сопротивления при рабочем
р
min
— максимальное значение сопротивления при режиме ко-
к
max
min
,ЈЈ
(14.50)
kk
вн
kч — коэффициент чувствительности защиты, равный 1,2–1,5
(в зависимости от расчетной схемы короткого замыкания [24];
kн — коэффициент надежности защиты, равный 1,1–1,3;
kв — коэффициент возврата реле сопротивления, равный 1,15–
1,25 [24], см. также (14.5).
ZZ
Определение
защиты от токов к. з. в тяговой сети системы электроснабжения
,,
рк
min max
Z
и особенности дистанционной
с.з
2×25 кВ приведены в [24].
Дистанционная защита на участках постоянного тока носит на-
звание «защита по сопротивлению». Ее описание приводится в [24].
14.8. Краткие сведения
о некоторых других защитах
К физическим признакам, которые могут быть использова-
ны при построении защиты от токов короткого замыкания, относят скорость нарастания тока dI/dt и бросок (приращение) тока DI
(см. 14.1).
На участках переменного тока в момент постановки трансформатора на электровозе под напряжение амплитуда броска намагничивающего тока может быть равна 500–600 А при наличии на участке
продольной емкостной компенсации и отсутствии защиты от субгармоник (см. 9.2, 9.3). После внезапного отключения фидера и автоматического повторного включения броски тока на межподстанционной зоне длиной 40–70 км достигают 1500–2500 А [24]. Установившиеся значения тока к. з. в удаленных точках на расстояниях
между тяговыми подстанциями 50–65 км на двухпутном участке
изменяются в диапазоне от 700 до 900 А. При наличии постов секционирования эти значения будут примерно в два раза больше.
311
На участках постоянного тока при пуске электропоездов и двенадцатиосных электровозов ток достигает 2100–3600 А. Изменение
схемы соединения двигателей сопровождается бросками (приращениями) тока до 900–1200 А [18]. При коротком замыкании на основе данных, приведенных в [26], можно считать, что бросок тока
на однопутных участках составляет не менее 1600 А, а на двухпутных — не менее 2200 А.
Скорость изменения тока на участках постоянного тока в начальный момент пуска составляет для электровозов примерно
30 кА/с, а для электропоездов 80–320 кА/с [24]. В эксплуатации,
особенно при больших скоростях движения, происходят кратковременные отрывы токоприемников локомотивов от контактных
проводов, что равносильно кратковременному исчезновению напряжения и повторному его появлению. Такое же явление наблюдается при отключении фидера защитой (например, от перегрузки)
и его повторном включении устройствами АПВ. В случае повторного появления напряжения возникают броски токов переходного режима, значение которых зависит от длительности перерыва
питания. При отрывах токоприемников броски тока достигают
500 А и имеют крутизну фронта 60–80 кА/с. Скорость же изменения тока к з. может изменяться от 70–100 кА/с (при удаленных коротких замыканиях) и до 500–700 кА/с (при коротких замыканиях вблизи шин подстанций) [24].
Приведенные данные о скорости нарастания тока dI/dt и бросках тока DI в режиме короткого замыкания и рабочем режиме показывают, что по этим характеристикам довольно сложно судить
о режиме в тяговой сети. Хотя броски тока при коротком замыкании, как правило, больше, чем при рабочем режиме.
Принципиальная схема защит от токов короткого замыкания,
основанных на использовании скорости нарастания тока и броска
тока, а также теория их работы приведены в [5, 17, 25].
Ток электровозов и электропоездов с выпрямительными установками на участках переменного тока имеет несинусоидальную
форму, содержащую весь спектр нечетных гармоник. Наибольшую
долю составляют третья и пятая гармоники. Процентное содержание третьей гармоники в кривой тока электровоза составляет 18 %
[17]. Процентное содержание гармоник уменьшается с увеличением тока электровоза. Для фидера оно зависит также от числа электровозов на зоне питания, большему значению нагрузки соответствует меньшее процентное содержание гармоник. Это объясняется сдвигом фаз третьей и пятой гармоник токов отдельных поездов,
312
вследствие чего они суммируются геометрически. Содержание третьей гармоники в рабочем токе фидера не падает ниже 7–12 % [17,
24]. В то же время содержание третьей гармоники в токе к. з. даже
при максимально возможной остаточной тяговой нагрузке не выше
2–4 %. Принципиальная схема защиты по относительной величине
третьей гармонической составляющей тока фидера приведена в [17].
В последние годы в результате выполненных разработок были
созданы цифровые защиты от токов к. з. в тяговой сети для участков постоянного и переменного тока [29].
Для участков постоянного тока было разработано устройство
цифровых защит и автоматики фидеров ЦЗАФ-3,3. Комплект
ЦЗАФ-3,3 включает в себя следующие защиты от токов к. з.:
— двунаправленная максимальная токовая для прямого и об-
ратного направлений от 500 до 8000 А (прямым направлением тока является его протекание от шин в контактную
сеть). Выполняет две функции: максимальной токовой защиты контактной сети и защиты от коротких замыканий
в распределительном устройстве 3,3 кВ. В последнем случае защита отключает фидер контактной сети, предотвращая тем самым подпитку короткого замыкания в РУ-3,3 кВ
от смежной тяговой подстанции;
— направленная по приращению тока;
— направленная по критической скорости нарастания тока;
— направленная дистанционная (защита по сопротивлению);
— по минимальному напряжению.
Все защиты имеют уставку и по времени выдержки. Все уставки
изменяются ступенчато, с определенным шагом. Предусмотрены
возможность задания трех различных наборов уставок защит, что
повышает надежность отключения короткого замыкания и уменьшает вероятность ложного срабатывания комплекта защиты, а таже
выбор одного из них в качестве расчетного варианта.
Комплект цифровой защиты для участков переменного тока
ЦЗА-27,5-ФКС, выполняя функции автоматики, управления, сигнализации, контроля параметров и ряд других, включает в себя следующие виды защит от токов к. з. [29]:
— токовая отсечка с мгновенным действием на отключение
по действующему значению первой гармоники тока;
— токовая отсечка с мгновенным действием на отключение
по мгновенному значению тока (в аварийной ситуации мгно-
венное значение тока может превышать действующее зна-
чение установившегося тока к. з. в 2,82 раза;
313
— дистанционная, имеет четыре ступени, первая из них может
быть направленной или ненаправленной. Три оставшиеся
ступени — направленные с реле сопротивления, обладающим сложной характеристикой срабатывания в виде сектора на комплексной плоскости, ограниченного сверху дугой,
соответствующей значению уставки по модулю полного сопротивления, и двумя углами, заданными своими уставками, рис. 14.27. Значения углов j1 и j2 (см. рис. 14.27) могут
изменяться соответственно от 0 до 60° и от 90 до 170°. Все
ступени дистанционной защиты выполняются с выдержкой
времени;
+
jX
Z
у
j
2
j
1
0
Рис. 14.27. Характеристика срабатывания
направленных реле сопротивления
в устройстве ЦЗА-27,5-ФКС
+
R
— резервная токовая от близких коротких замыканий, вызыва-
ющих существенное снижение напряжения, приходящиеся
на реле сопротивления; ступени направленной дистанционной защиты автоматически резервируются соответствующими ступенями резервной токовой защиты. Автоматическое
переключение на резервную токовую защиту происходит
при падении значения напряжения на фидере ниже значения минимального напряжения, равного 3 % номинального напряжения;
— по минимальному напряжению.
314
Гла ва 15
УСИЛЕНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
15.1. Причины, обусловливающие необходимость
усиления систем электроснабжения
электрифицированных железных дорог
На электрифицированных участках проблема усиления систем
электроснабжения возникает, когда из-за возрастающей тяговой
нагрузки на зонах питания показатели работы системы не соответствуют установленным нормативам. К таким показателям, как
правило, относят:
— средний уровень напряжения на токоприемнике электро-
подвижного состава за время хода 3 мин (по наиболее тяже-
лому, с точки зрения уровня напряжения на токоприемни-
ке, отрезку пути межподстанционной зоны), который дол-
жен быть не менее 21 кВ на участках переменного тока и 2,7
кВ на участках постоянного тока [2];
— максимальные эффективные токи фидеров тяговых подстан-
ций за интервалы времени 20,3 и 1 мин, которые не долж-
ны превышать допустимых по нагреву токов для существу-
ющего на участке типа контактной подвески [30];
315
— максимальные рабочие токи фидеров тяговых подстанций
и постов секционирования и минимальные напряжения в тяговой сети, которые не должны нарушать условие, по которому были выбраны действующие уставки защит от токов короткого замыкания, используемые на фидерах (см. (14.13),
(14.37), (14.48) и (14.50));
— перегрузки выпрямительных агрегатов на тяговых подстан-
циях постоянного тока, которые не должны превышать допустимых [6], и температуры наиболее нагретой точки обмотки и верхних слоев масла трансформатора [6].
Увеличение тяговой нагрузки на зонах питания может иметь место из-за увеличения суточных размеров движения в связи с возрастанием грузопотока, внедрением более мощного электроподвижного состава, появлением на участках тяжеловесных поездов.
В последние годы на электрифицированные участки поступают
новые мощные грузовые и пассажирские электровозы постоянного и переменного тока. В частности, появились 8-осные грузовые электровозы постоянного тока 2ЭС4К — Дончак, 2ЭС6 —
Синара, 2ЭС10 — Гранит с длительной мощностью, соответственно 5920, 6000 и 7600 кВт и грузовой электровоз переменного тока
2ЭС5К — Ермак с длительной мощностью 6120 кВт. Следует отметить и пассажирские электровозы постоянного тока ЭП-1М
и ЭП-2К с длительной мощностью 4400 кВт и двухсистемный пассажирский электровоз ЭП-20 (на 3 кВ постоянного тока и 25 кВ
переменного тока) с длительной мощностью 6600 кВт.
Появление тяжеловесных поездов на двухпутных участках, движение которых, как правило, имеет место по одному из путей, значительно увеличивает нагрузку, приходящуюся на все элементы
системы. Очень важно знать, сумеет ли система электроснабжения участка при ее существующих параметрах выдержать возрастающие перегрузки. Это можно сделать, применяя метод расчета
системы электроснабжения с использованием имитационной модели ее работы, так как он позволяет учесть действительные условия эксплуатации, в том числе и с точки зрения организации движения поездов [6].
316
15.2. Основные способы усиления системы
электроснабжения участков постоянного тока
Самым эффективным способом усиления системы электроснабжения на участках постоянного тока при расчетном напряжении
в контактной сети 3 кВ является строительство дополнительной
тяговой подстанции на межподстанционной зоне. Применяется
в том случае, когда другие способы усиления системы (увеличение
сечения контактной подвески, пункты параллельного соединения
контактной сети, дополнительные выпрямительные агрегаты на существующих тяговых подстанциях, вольтодобавочные устройства
на тяговых подстанциях и в контактной сети, тяговые трансформаторы с плавным бесконтактным регулированием напряжения)
не позволяют улучшить показатели работы системы электроснабжения в необходимой мере. Однако такой способ усиления системы, улучшающий все показатели ее работы, достаточно дорогой.
С экономической точки зрения предпочтительнее установка
на межподстанционной зоне одноагрегатного тягового блока, принципиальная схема которого изображена на рис. 15.1 [31, 32]. Его питание осуществляется от распредустройства РУ-10 кВ (ОРУ-35 кВ)
ближайшей тяговой подстанции. Вариант электроснабжения тягового блока напряжением 110 кВ значительно усложняет его конструкцию и вряд ли конкурентен с другими видами усиления. Подвеску проводов ЛЭП-10 или ЛЭП-35 кВ сечением 3хАС-95 можно выполнить на опорах контактной сети или, используя линию
продольного электроснабжения. Другой вариант — применение
ВЛ СЦБ при переводе питания этих устройств от контактной сети
через преобразователи напряжения 3,0 кВ постоянного тока в напряжение 0,22 кВ переменного тока [6].
Комплектный регулируемый телеуправляемый тяговый блок,
разработанный институтом «Уралгипротранс», снабжен устройством автоматического бесконтактного регулирования напряжения [32]. Желательно в качестве РУ-3,3 кВ блока использовать существующее оборудование поста секционирования.
Еще один вариант усиления системы электроснабжения постоянного тока — использование пункта повышенного напряжения ППН-6,6 кВ [32]. На ближайшей тяговой подстанции дополнительно устанавливается специальный преобразовательный агрегат с выходным напряжением постоянного тока 6,6 кВ
(рис. 15.2), подаваемым по проводам 2 А-185 к месту установки
ППН-6,6 кВ. Преобразовательный агрегат со стороны переменного
317
тока подключается к РУ-10 или ОРУ-35 кВ, а со стороны постоянного тока — к РУ-6,6 кВ через разъединители и быстродействующий автомат на 6,6 кВ с установкой индивидуального фильтрустройства и реактора в тяговых шинах агрегата. В ППН-6,6 кВ напряжение 6,6 кВ преобразуется в напряжение 3,3 кВ постоянного
тока и подается через РУ-3,3 кВ в тяговую сеть.
ТРДП-12500/35
РНДЗ-35/1000 ХЛ1
ЛЭП-35
К контактной сети
Рис. 15.1. Однолинейная схема
одноагрегатного тягового блока
–
В-ТПЕД-3,15к-
3,3к-21-У1
+
ФУ
Отсос
Все оборудование одноагрегатного тягового блока или ППН6,6 кВ размещается в камерах заводского изготовления, полностью
комплектуется на заводе-изготовителе и доставляется на площадку для монтажа в виде готовых блоков.
Сравнение вариантов усиления по потере мощности, количеству и составу оборудования показывает, что усиление системы
3,3 кВ с применением одноагрегатного тягового блока является
более предпочтительным [32].
Установка одноагрегатных тяговых блоков или ППН-6,6 кВ позволяет существенно улучшить показатели работы системы электроснабжения постоянного тока, указанные в 15.1.
Если в эксплуатации требуется улучшить отдельные показатели работы системы, то применяют менее затратные способы усиления. Следует отметить, что такие методы усиления, как увеличение сечения контактной подвески, применение пунктов параллельного соединения контактной сети, установка дополнительных
318
выпрямительных агрегатов, которые применялись ранее, на начальных этапах решения проблемы усиления системы, себя практически исчерпали. Чаще для улучшения отдельных показателей
работы системы применяют регулирование напряжения на тяговых подстанциях или непосредственно в тяговой сети.
РУ-10
+
+
–
ФУ
Отсос Отсос
Рис. 15.2. Однолинейная схема
преобразовательного агрегата 6,6 кВ
+–
–
Ф-6,6
Рассмотрим основные способы регулирования напряжения
в системе электроснабжения постоянного тока.
1. Ступенчатое контактное регулирование напряжения транс-
форматоров.
Изменение коэффициента трансформации головных трехфазных трансформаторов осуществляется изменением числа витков
первичной обмотки, соединенной в звезду. Последнее облегчает
коммутационную аппаратуру при регулировании напряжения под
319
нагрузкой, так как разрываются меньшие токи. Кроме того, регулирование напряжения на первичной стороне необходимо для того,
чтобы подводимое к первичной обмотке напряжение не превосходило допустимых для каждого ответвления значений. В противном
случае возрастают намагничивающий ток и потребляемая реактивная мощность, увеличивается искажение кривой напряжения [33].
Для регулирования трансформаторы снабжаются специальными регулировочными ответвлениями. В зависимости от способа переключения регулировочных ответвлений различают трансформаторы следующих типов:
— не имеющие устройств для переключения ответвлений под
нагрузкой. Они сокращенно названы трансформаторами
с ПБВ (с переключением без возбуждения);
— снабженные встроенными устройствами для регулирования
напряжения под нагрузкой (РПН), в которых изменение коэффициента трансформации производят без отключения.
Для изменения коэффициента трансформации с ПБВ трансформаторы необходимо отключать от сети. Такие переключения делаются редко, при сезонном изменении нагрузки (1–2 раза в год).
Трансформаторы с РПН позволяют изменять коэффициент
трансформации несколько раз в сутки. Условная принципиальная
схема одной фазы трансформатора с РПН показана на рис. 15.3 [33].
5
4
НН
·
I
3
·
I
2
1
·
0,5
I
П
1
К
Р
1
К
2
П
2
·
0,5
I
ВН
320
·
I
Рис. 15.3. Схема фазы трансформатора с РПН
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]