147177 (Модернизация релейной защиты на тяговой подстанции Улан-Удэ на базе микропроцессорной техники)

Иркутский Государственный Университет Путей Сообщения

Пояснительная записка к дипломному проекту

ДП.ЭЖТ.190401.ПЗ

Модернизация релейной защиты на тяговой подстанции Улан-Удэ на базе микропроцессорной техники

Руководитель проекта:

Ст.преподователь каф. "ЭЖТ"

Музыка Д.Ф.

Содержание

Введение

1. Основные понятия и комплекты релейной защиты

1.1 Общие положения

1.2 Основные виды релейной защиты

2. Современное состояние релейной защиты фидеров контактной сети

2.1 Микропроцессорные защиты

2.2 Электронная защита

3. Расчет уставок релейных защит фидера контактной сети тягово подстанции ЭЧЭ-58 Заудинск

3.1 Исходные данные

3.2 Расчет параметров тяговой подстанции

3.3 Расчет уставок срабатывания 3-х ступенчатой УЭЗФМ

3.4 Расчет уставки четвертой ступени дистанционной защиты (ДЗ)

3.5 Расчет уставки срабатывания максимально токовой защиты фидера контактной сети (МТЗ)

4. Исследование условий для замены релейной защиты УЭЗФМ-ФКС-27,5 на ЦЗА-ФКС-27,5 на тяговой подстанции Заудинск

4.1 Техническое обслуживание ЦЗА

4.2 Диагностирование

4.3 Текущий ремонт ЦЗА

4.4 Функции самодиагностики

4.5 Меры безопасности при техническом обслуживании

4.6 Пример схемы подключения устройств ЦЗА-27,5-ФКС при резервировании защит фидеров контактной сети

4.7 Настройка

5. Диагностирование микропроцессорных защит при помощи современных приборов

5.1 Внешний осмотр

5.2 Источники напряжения

5.3 Настройка Ретом -41М

5.4 Главное меню

5.5 Управление выходными контактами

5.6 Проверка времен аозврата и срабатывания

5.7 Силовые клеммы прибора

5.8 Цифровой мультиметр

5.9 Программный модуль. Ручная проверка реле тока и напряжения

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Обеспечение электробезопасности при работе на тяговых подстанциях

6.2 Инженерно-технические мероприятия по повышению устойчивости работы тяговой подстанции в условиях чрезвычайных ситуаций

6.3 Обслуживание измерительных приборов, устройств релейной защиты, вторичных цепей

6.4 Расчет заземляющего устройства

7. Расчет экономической эффективности от внедрения релейной защиты ЦЗА-27,5-ФКС тяговой подстанции Заудинск

7.1 Расчет затрат на установку и эксплуатацию ЦЗА-27,5

7.2 Расчет затрат на установку и обслуживание УЭЗФМ-27,5

7.3 Расчет срока окупаемости по приведенным затратам

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Основной задачей системы тягового электроснабжения является обеспечение эксплуатационной работы железной дороги. Для этого необходимо, чтобы мощность всех элементов системы электроснабжения была достаточной для обеспечения потребной каждому локомотиву мощности при самых разнообразных условиях работы железнодорожной линии.

Эта задача может быть решена только при правильно выбранных параметрах системы электроснабжения, т.е. обеспечивающих работу оборудования в допустимых для него пределах по нагрузке и необходимое качество электроэнергии (в первую очередь уровень напряжения).

Известно, что недопустимое для данного элемента электрической установки увеличение нагрузки может привести к выходу его из строя. Следовательно, параметры устройств системы электроснабжения должны быть выбраны так, чтобы они бесперебойно работали в течение времени, определяемого их нормальным сроком службы.

Наряду с этим на электрифицированных железных дорогах неизбежны редко встречающиеся случайные сочетания нагрузок (расположения поездов), вызванные особыми условиями эксплуатации, например, пропуск поездов с минимальными межпоездными интервалами после непредусмотренных длительных перерывов движения и др. Такие сочетания нагрузок предъявляют к системе электроснабжения весьма высокие требования. При проектировании системы электроснабжения такие редко встречающиеся сочетания нагрузок не всегда принимают во внимание; пропуск поездов в этих случаях регулируется диспетчером с учетом возможностей системы электроснабжения.

Передача электрической энергии по проводам связана с некоторым понижением напряжения у потребителя, тем большим, чем больше потребляемая им мощность и чем дальше от питающего центра он расположен. Вследствие этого поезда, удаляющиеся от подстанций, питаются электрической энергией при более низком напряжении, и если нельзя изменить режим ведения поезда, то снижается скорость его движения. Производительность локомотива зависит от уровня напряжения в контактной сети, поэтому вопрос поддержания определенного значения напряжения в сети у поезда является весьма важным для обеспечения нормальной работы электрифицированных железных дорог.

Надежность, бесперебойность и экономичность работы электрифицированной дороги зависят от резервирования различных элементов устройства. Резервирование на тяговых подстанциях переменного тока осуществляется путем установки двух понизительных трансформаторов. В случае отключения одного из них включается другой, и таким образом обеспечиваются нормальные размеры движения на линии. В случае же отключения всей подстанции ее нагрузка воспринимается смежными, резервирование же в таком случае предусматривается в виде запаса мощностей трансформаторов. При этом необходимо знать размеры движения, которые можно обеспечить в условиях отключения одной подстанции.

В системах электроснабжения нередко внезапно возникают короткие замыкания (к.з.) и другие ненормальные режимы работы. Различают к.з. между фазами электрической установки (междуфазное к.з.), а также между фазой и землей (замыкание на землю). В трансформаторах и электрических машинах, кроме того, возможны межвитковые замыкания в обмотке одной фазы. К.з. 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 и т. п. Электрическая дуга в месте замыкания способна вызывать пережоги, оплавление 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 к.з. не вызвало большого ущерба, поврежденное электрооборудование необходимо как можно быстрее отключить.

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 к.з. и ненормальных режимов и воздействующие в необходимых случаях на механизм отключения выключателя или на сигнал, называют релейной защитой.

К релейной защите в соответствии с ее назначением предъявляют следующие требования: избирательность, надежность, резервирование, быстродействие, чувствительность.

Кроме того, релейная защита должна быть по возможности недорогой и безопасной в обслуживании.

1. Основные понятия и комплекты релейной защиты

1.1 Общие положения

Релейная защита какого-либо элемента электроустановки состоит из комплекта различных реле, соединенных по определенной схеме. Релейная защита по назначению делится на основную и дополнительную.

Основной защитой называют такую защиту, которая действует при повреждении в пределах всего защищаемого элемента, время ее действия должна быть намного короче, чтобы обеспечить бесперебойную работу неповрежденной части системы. Поэтому основную защиту стремятся выполнить быстродействующей.

К основным защитам относятся: максимальная токовая защита (МТЗ), максимальная токовая с независимой выдержкой времени (МТЗ НВ), дифференциальная (ДЗ), дистанционная.

Дополнительные защиты применяются в качестве резервных защит или вспомогательных. Резервной защитой называют такую защиту, которая резервирует защиты последующих (по направлению от источника питания) элементов системы на случай отказа действия их защит или выключателей.

Вспомогательной защитой называют такую защиту, которую устанавливают в дополнение к основной защите. (Токовая отсечка, отсечка по напряжению).

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, поток газовых пузырей и т. д.).

Являясь составной частью комплекса устройств автоматики, релейная защита обладает в то же время спецификой, выделяющей ее в самостоятельные научное и научно-техническое направления, основы которых базируются на фундаментальных положениях теории стационарных и нестационарных электромагнитных и электромеханических процессов, теории надежности, математической логики, электрических аппаратов, электроники и микроэлектроники и др. Назначением релейной защиты является локализация повреждений, предотвращение или сокращение ущерба при внезапном возникновении повреждений или ненормальных режимов работы электроэнергетических устройств выработки, передачи, преобразования и распределения электроэнергии, обеспечение устойчивости, надежности и живучести систем электроснабжения. 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).

Защита первых электрических установок от коротких замыканий осуществлялась с конца позапрошлого столетия плавкими предохранителями. В начале XX века появились сначала реле тока, а потом и реле напряжения. С 1910 года начинают использоваться токовые защиты, дополненные реле направления мощности. Реле сопротивления, как составная часть дистанционной защиты, стали выпускаться в начале 20-х годов. Для реле тока и напряжения использовались электромагнитные механизмы, реле направления мощности и сопротивления выполнялись на индукционном принципе.

К началу 30-х годов относится появление высокочастотных защит линий электропередач с электронными лампами. С конца 40-х годов наметилась тенденция конструирования реле с использованием полупроводниковых диодов и транзисторов. Уже в 60-х годах такие реле стали получать все большее распространение и в настоящее время, например, вместо индукционных реле направления мощности и сопротивления выпускаются полупроводниковые.

В 80-х годах стали появляться отдельные реле и комплекты защит, выполненные с применением элементов микроэлектроники (аналоговых и цифровых микросхем). Дальнейшая тенденция развития техники релейной защиты связана с использованием микропроцессорных комплексов. Такие комплексы осуществляют как функции релейной защиты, так и ряд дополнительных и сервисных функций (автоматическое повторное включение, определение места повреждения, фиксация параметров аварийного режима и т.п.) с отображением на встроенном дисплее.

С развитием техники релейной защиты уменьшались ее габариты и собственное потребление, улучшались ее характеристики, повышались быстродействие, чувствительность и надежность, совершенствовались алгоритмы функционирования. Все это позволяет более уверенно решать основную проблему: четкое разграничение аварийного и нормального режимов.

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.

Взаимная связь таких устройств может быть продольной и поперечной. Продольная взаимная связь объединяет защиты АК1 и АК2 на разных концах (на входе и выходе) одного объекта, например, линии – рисунок 1, а. Взаимная связь, при которой объединяются защиты АК1 и АК2 разных объектов, присоединенных к общим шинам, называется поперечной - рисунок 1, б.

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 вне зависимости от той элементной базы, на основе которой она выполнена.

1.2 Основные виды релейной защиты

Наибольшее распространение получили токовые защиты. Для них воздействующей величиной является ток, проходящий по токоведущим частям электрической установки в месте включения защиты. Измерительный орган защиты приходит в действие, если воздействующая величина (контролируемый ток) превысит заранее установленное значение, называемое уставкой срабатывания.