Диссертация (Разработка и совершенствование алгоритмов селективной и неселективной систем защиты тяговых сетей переменного тока), страница 5

Кроме того, предоставляемые энергосистемойзначениямощностиКЗполученыдлясимметричнойсистемыснесимметричным КЗ на каждой из подстанций. Так, при КЗ в тяговой сетипри ее двухстороннем питании формируются две несимметрии наВЛ-110(220)кВ в районе ТП. Всё это указывает на сложность расчетов токовКЗ в тяговой сети и объясняет необходимость ввода ряда допущений внормативный метод расчета [2; 3].В отраслевых нормативных документах по расчету токов КЗ в тяговойсети, в которых эквивалентное сопротивление СВЭ определяется помощности КЗ на вводах 110(220) кВ ТП, приняты следующие допущения[2; 3]:311.Сопротивление ТП при двухфазном КЗ в тяговой сетипредставлено суммой сопротивлений СВЭ и трансформатора.

При этом СВЭпредставленасимметричнойтрехфазнойсистемойпрямойпоследовательности.2.При расчете сопротивления по мощности КЗ на вводахподстанции предложено использовать базовое напряжение энергосистемы,которое принимается приведенным к напряжению тяговой обмотки – 27,5 кВ(см. Пример 4.1 в [2]). При расчете сопротивления ТП предложенонапряжение на ее шинах принимать: 27,2 кВ – для минимального режимаэнергосистемы; 27,5 кВ – для среднего и максимального режимаэнергосистемы.

При расчете токов КЗ не учитывается тяговая нагрузка,транзитная нагрузка по продольной ВЛ-110(220) кВ и т.д.Метод расчетов c использованием мощности КЗ на шинах питающегонапряжения подстанции для эквивалентирования сопротивлением СВЭ, вчастности, широко применяется в промышленных электрических сетях.ОднаковСТЭподобноеэквивалентированиесетивнешнегоэлектроснабжения имеет существенные особенности. При представленииэнергосистемы сопротивлениями на вводах 110(220) кВ, вводимыми в схемузамещения межподстанционной зоны [2; 3], игнорируется электрическаясвязь между двумя смежными подстанциями, к которым подключена тяговаясеть, то есть не учитывается взаимное сопротивление их по линиям110(220) кВ.

В результате изменяется токораспределение в тяговой сети,подключеннойкэтимподстанциям,иопределяетсясущественнаяметодическая погрешность в расчетах токов КЗ питающих линий контактнойсети, которая увеличивается с уменьшением мощности КЗ на шинахпитающегонапряжения110(220) кВтяговыхподстанций[38].Напогрешности расчетов токов КЗ в СТЭ по причине упрощенногопредставления СВЭ было указано раньше рядом авторов [39; 40; 41].32Следует указать, что расчет токов КЗ в СТЭ с учетом реальной схемыСВЭ рассмотрен в [42-46], при этом в расчетах [42; 43] введены продольная ипоперечная несимметрия тяговой сети.1.3.1 Влияние упрощенного представления энергосистемы на схемузамещенияНа примере реальной схемы СВЭ покажем влияние упрощенногопредставления энергосистемы на схему замещения, а, следовательно, и навид матрицы сопротивлений.Будемдвухпутныйрассматриватьучасток,двухцепнуюлиниюэлектрифицированныйна110кВ,питающуюпеременномтокенапряжением 27,5 кВ (рисунок 1.9).

Кроме того, межподстанционную зонувыберем с малыми значениями мощности КЗ на шинах 110(220) кВ ТП(около 500 МВ·А), так как погрешность возрастает при снижении мощностиКЗ.Как правило, для расчета токов КЗ на ТП сети СВЭ эквивалентируют спредставлением схемы замещения на рисунке 1.10,а. Для подстанций 2 и 3(рисунок 1.9) сопротивления ветвей схемы, приведенные к напряжению27,5 кВ следующие Z1 = (0,7 + j1,78)/2, Z2 = 0,6 + j1,1 Ом, Z3 = 1 + j2,7 Ом иZ4 = 0,5 + j1,265 Ом. Данная схема преобразуется в схему замещения нарисунке 1.10,бссопротивлениямиZ5 = 0,643 + j1,479 Ом,Z6 = 0,144 + j0,276 Ом и Z7 = 0,237 + j0,674 Ом. Таким образом, в схемезамещения на рисунке 1.10,б собственными сопротивлениями узлов 2 и 3 (безучета тяговой сети) будут сопротивления Z22 = Z5 + Z6 и Z33 = Z5 + Z7, авзаимное сопротивление – Z23(Z32) = Z5. Укажем, что взаимное сопротивлениеZ23(Z32) отражает электрическую связь по линиям 110(220) кВ между ТП.33Рисунок 1.9 – Схема внешнего электроснабжения ТПМатрица узловых сопротивлений, в итоге, принимает следующий вид:гдеэлементыпо=0,263 + 0,587 0,214 + 0,495,0,214 + 0,495 0,294 + 0,719главнойдиагонали(1.40)являютсясобственнымисопротивлениями узлов 2 и 3, а остальные элементы – взаимнымсопротивлением между данными узлами [47].Рисунок 1.10 – Схемы замещения при совместном расчете СВЭ и СТЭТеперь разберём схему замещения в нормативном методе расчета,когда СВЭ представлена только собственными сопротивлениями Z'22 и Z'33(рисунок 1.11), полученными по мощности КЗ на вводах питающегонапряжения 110(220) кВ подстанций.

В этом случае для той же схемы СВЭ(рисунок1.9)матрицасопротивленийузлов2и3подстанций,34соответствующая схеме на рисунке 1.11, будет представлена в видедиагональной и запишется следующим образом:=0,263 + 0,5870.00,294 + 0,719(1.41)Рисунок 1.11 – Схема замещения с СВЭ, представленной толькособственными сопротивлениямиЗдесь Z'22 и Z'33 собственные сопротивления узлов 2 и 3 подстанций.Таким образом, матрица (1.41) будет содержать только входныесопротивления подстанций, соответствующие собственным сопротивлениямматрицы (1.40), расположенным на главной ее диагонали, а связь по линиям110(220) кВ между подстанциями, то есть взаимные сопротивления междуузлами 2 и 3 будут отсутствовать (см.

рисунок 1.11).Такаязаписьупрощаетрасчет,новноситдополнительнуюпогрешность.1.3.2 Сравнение результатов расчета токов КЗ во всем диапазонемощностей КЗ на шинах питающего напряженияCравнение производилось со значениями токов КЗ, рассчитанных пореальным схемам внешнего электроснабжения с ВЛ-110кВ и с ВЛ-220 кВ.35При приведенном напряжении на шинах районных подстанций 27,5 кВ сравниваются два варианта:1.Вариант,гдесхемавнешнегоэлектроснабженияэквивалентируется сопротивлением, рассчитанным по мощности КЗ нашинах ТП.2.Вариант, где рассматривается схема внешнего электроснабженияпредставлена в полном объеме, то есть при полной схеме внешнегоэлектроснабжения, питающей ТП.Для реализации задачи определения токов КЗ для двух схемэлектроснабжения с ВЛ-110 кВ и с ВЛ-220 кВ и их сравнения выполненследующий объем расчетов:– расчет по нормативномым документам [2; 3], то есть припредставлении энергосистемы сопротивлениями, полученными по заданноймощности КЗ на шинах 110(220) кВ ТП;– расчетсучетомэлектроснабжения.Расчетвыполненпредставленнаяфазныхкоординатах,впараметровреальнойвручную,схемывнешнеготрехфазнаярассматриваетсявсистема,качествефиктивной схемы прямой последовательности.

Впрочем, точно такие жерезультаты можно получить и по программе совместного расчета системтягового и внешнего электроснабжения РАСТ-05К [48-50];– приведены экспериментальные данные токов КЗ в тяговой сетисхемы электроснабжения с ВЛ-110 кВ и выполнено их сравнение сполученными результатами расчетов.Рассматриваются две реальные схемы внешнего электроснабжения:участка С - Ш с ВЛ-110кВ Горьковской железной дороги с 4-мя ТП и участкаВЛ-220 кВ c 14 ТП Восточного региона страны. Расчет выполнен дляближних и дальних ТП от питающей их районной подстанции.Расчеты реальных схем электроснабжения.1.Схема электроснабжения участка С – Ш (рисунок 1.12).36Питание участка осуществляется от районной подстанции С с тремяавтотрансформаторами АТ-125.

Сопротивление прямой последовательностина шинах 110 кВ подстанции С (на схеме РП-1), приведенное к напряжениютяговой сети – 0,04+j0,2 Ом.Тяговые подстанции ТП-2 и ТП-4 – опорные, а ТП-1 и ТП-3 –промежуточные.Длины участков сети ВЛ-110 кВ С – Ш указаны на рисунке 1.12, ахарактеристикитрансформаторовТПрасчетногоучасткаС–Швтаблице 1.1.Рисунок 1.12 – Схема участка С – Ш с ВЛ-110кВ Горьковской ж.д. с 4-мя ТПТаблица 1.1 – Характеристики трансформаторов ТП расчетного участкаТяговая подстанцияТП-1ТП-2ТП-3ТП-4Тип фазировки2332Sном, МВА40404040Uвн, кВ110110110110Мощность КЗ, МВА1324566367272Тяговая сеть четного и нечетного пути выполнена подвескойПБСМ-95 + МФ-100, на схеме указаны ПС, выполненные на разъединителях.В расчетах принимаем сопротивления АС-120 – 0,244 + j0,427 Ом/км иАС-185 – 0,159 + j0,413 Ом/км.1.1.Расчеты токов КЗ в тяговой сети между ТП-1 – ТП-2 и ТП-3 –ТП-4 по рисунку 1.12.КЗ в межподстанционной зоне ТП-1 – ТП-2.37Схема замещения рассматриваемого участка энергосистемы при КЗ вмежподстанционной зоне ТП-1 – ТП-2 была преобразована к виду нарисунке 1.13.

Сопротивления ветвей схемы, приведенные к тяговомунапряжению, получили значения Z1 = 0,04 + j0,2 Ом, Z2 = 0,139 + j0,361 Ом,Z3 = 1,0 + j2,61 Ом и Z4 = 0,554 + j1,438 Ом.Сопротивления обеих подстанций ZТП1 = ZТП2 = 0,1+ j2,0 Ом. Значениесопротивления тяговой сети межподстанционной зоны ТП-1 – ТП-2 равноZТС = 5,886 + j15,533 Ом.Полученные по программе РАСТ-05К значения токов КЗ в тяговой сетик ТП-1 и к ТП-2 (по сопротивлению ZТС, рисунок 1.13) представлены втаблице 1.2.Рисунок 1.13 – Cхема замещения участка ТП-1 – ТП-2 с ВЛ-110 кВДалее расчет КЗ выполним по схеме замещения, когда СВЭэквивалентируется сопротивлениями, определяемыми мощностью КЗ нашинах питающего напряжения 110 кВ ТП, то есть когда не учитываетсяреальная связь между смежными подстанциями по сети 110 кВ. Дляповышения точности результатов сравнения мощность КЗ на шинах 110 кВТП определим по рассчитанным сопротивлениям на рисунке 1.13, покоторой, в итоге, будут найдены собственные сопротивления ТП (приотключеннойсопротивлениятяговойнасети).шинахВрезультате110 кВТП-1иполученыТП-2собственныесоответственно:0,168 + j0,532 Ом и 0,45 + j1,265 Ом (приведены к напряжению 27,5 кВ).38Результаты расчета токов КЗ представлены в таблице 1.2.КЗ в межподстанционной зоне ТП-3 – ТП-4.По исходным данным получены сопротивления для схемы нарисунке 1.14, приведенные к напряжению 27,5 кВ: Z1 = 0,45 + j1,265 Ом,Z2 = 0,839 + j1,468 Ом, Z3 = 1,57 + j2,75 Ом и Z4 = 0,73 + j1,28 Ом.Рисунок 1.14 – Cхема замещения участка ТП-3 – ТП-4 с ВЛ-110 кВСопротивления подстанций ZТП1 = ZТП2 = 0,1 + j2,0 Ом.