Диссертация (792610), страница 10
Текст из файла (страница 10)
С таким же временем выключатель в4 ПСотключит КЗ в точке K1, находящейся в зоне 0,15·L вблизи ТП1.Поскольку в устройствах электроснабжения используют современныевакуумные выключатели и микропроцессорные защиты [78; 79], можнопринять tB равным 0,04…0,06 с, а tЗ – 0,03…0,035 с. Время действия второйступени защит ССЗ tЗII составит (0,03…0,035) с + 0,3 с, где 0,3 с ее выдержкавремени.72Рисунок 3.1 – Схема межподстанционной зоны ТП1–ТП2 с ПС (а) и еерасчетное начертание (б); графики селективности защит выключателей в2 (в)и в4 (д) и их временные характеристики срабатывания (г и е) при ССЗ73Таким образом, со стороны подстанций ТП1 и ТП2 к местам К1 и К3 взоне 0,15·L вблизи подстанции ТП1 и ПС будут притекать токи КЗ в течениевремени tВ + tЗII = (0,04…0,06) c + [(0,03…0,035) с + 0,3 с] = (0,37…0,395) с,то есть пока не отключатся выключатели в2 и в4.Если в месте КЗ образуется электрическая дуга (происходит дуговоеКЗ), то столь массированное воздействие токов КЗ почти наверняка приведетк пережогу контактных проводов.НСЗ тяговой сети позволяет уменьшить вероятность пережогаконтактных проводов [73].
В случае ее применения все ступени защитвыключателей ТП и ПС выполняются без выдержек времени (рисунок 3.2,в,г)и с зоной действия, охватывающей всю межподстанционную зону L > (L1 +L2). Поэтому КЗ в любой точке межподстанционной зоны приводит котключению всех выключателей ТП, питающих эту зону, – в1, в2, в7 и в8, атакже ближайшего к месту КЗ выключателя ПС, например в4 приповреждении в точке К2.74Рисунок 3.2 – Схемы (а) и (б) те же, что и на рисунке 3.1; графикиселективности защит выключателей в2 (в) и в4 (д) и их временныехарактеристики срабатывания (г и е) при НСЗ75Естественно, что при такой системе защиты вероятность пережогаконтактных проводов будет существенно меньше, чем при ССЗ.
Ксожалению,вданнойситуациипридетсямиритьсясвременнымобесточиванием всей межподстанционной зоны, что может привести кнежелательным нарушениям графика движения поездов. Именно поэтомуНСЗ не получила широкого распространения и чаще всего применяется научастках железных дорог с ПС на разъединителях.3.2Частично-неселективная система защиты от токов КЗУменьшить вероятность пережогавыборомуставокзащитсвозможнымконтактныхпроводов можнонеселективнымотключениемнекоторых участков сети [70; 80-86]. Этот способ, позволяющий наиболеебыстро отключить повреждение в пределах всей защищаемой зоны, лежит воснове новой системы защиты, так называемой «частично-неселективной»(ЧНСЗ).
Существуют два ее варианта.Первый вариант [84], предложенный д.т.н. Л.А. Германом и к.т.н.В.А. Зимаковым, реализуется следующим образом. Основные дистанционныезащиты межподстанций зоны выполнены, как и при ССЗ, трехступенчатыми,причем зоны действия вторых и третьих ступеней защит (зоны II и IIIсоответственно) имеют выдержку времени (например, для выключателя в2так, как это показано на рисунке 3.1,в,г), а дистанционные защиты всехвыключателей ПС приняты во всех ступенях с нулевыми выдержкамивремени (например, для выключателя в4, рисунок 3.2,д,е.Кроме того, выключатели всех присоединений питающих линий ПСоборудуют устройствами зависимого АПВ, включающими выключательповрежденной питающей линии только после того, как появляетсянапряжение перед выключателем со стороны контактной сети. В данномслучае ЧНСЗ работает следующим образом.76При КЗ в точке К1 (в зоне 0,15·L вблизи ТП1) неселективно, с нулевойвыдержкой времени отключаются выключатели в3 и в4 ПС.
На ТП защитыработают в штатном режиме, то есть отключается выключатель тогоприсоединенияпитающейлинии,взонекоторогонаходитсяК1(выключатель в2). Затем по зависимому АПВ выключателей питающихлиний ПС контактной сети включается та питающая линия, в зоне которой небыло КЗ.Если замыкание было проходящим, то есть после снятия напряжения сконтактной сети оно исчезло, то по зависимому АПВ включаются обаотключившихся присоединения питающих линий ПС.
Точно так же работаетзащита, если присоединения ПС неселективно отключились при КЗ настанционной питающей линии или в системе «два провода – рельс». Такимобразом, КЗ отключается с нулевой выдержкой времени, а зависимое АПВПС исправляет неселективное отключение присоединения ПС.При КЗ в точке К3 в зоне 0,15·L вблизи ПС селективно, без выдержкивремени отключаются выключатель в4 присоединения ПС и выключатель в2присоединения ТП1 от второй ступени защиты с выдержкой времени.Поэтому вероятность пережога контактных проводов в рассмотренномварианте сохраняется, но она становится примерно в два раза меньше, чем приССЗ.Второй вариант ЧНСЗ [85; 86] предложен д.т.н. В.Н.
Пупыниным иавтором настоящей работы. В нем одновременно решаются сразу двепроблемы:обеспечиваетсяотключениеКЗвлюбойточкемежподстанционной зоны без выдержки времени (как и при НСЗ) иодновременно многократно сокращаются зоны и число неселективныхотключений выключателей (по сравнению с НСЗ).77Рисунок 3.3 – Схемы (а) и (б) те же, что и на рисунке 3.1; графикиселективности защит выключателей в2 (в) и в4 (д) и их временныехарактеристики срабатывания (г и е) при втором варианте ЧНСЗ78В таком случае защиты выключателей присоединений ТП и ПСвыполняются трехступенчатыми, как и при ССЗ. Однако, длина зоныдействия I первых ступеней дистанционных защит без выдержки времениувеличиваются с 0,85 до 1,15·L, где L – расстояние подстанция – пост.Графики селективности защит выключателей в2 и в4 показаны на рисунке3.3,в,д, а реализуемые ими временные характеристики срабатывания нарисунке 3.3,г,е.Во втором варианте частично-неселективной системы защиты КЗ влюбой точке межподстанционной зоны будут отключаться без выдержкивремени.
Однако при КЗ в зонах, меньших 0,15·L, вблизи ПС, неселективно(без выдержки времени) будут отключаться также выключатели ТП1 и ТП2неповрежденных зон, а при КЗ в зонах, меньших 0,15·L, вблизи ТП –выключатель неповрежденной зоны ПС.При этом время протекания всех токов КЗ (tВ + tЗI) от ТП1 и ТП2минимально – (0,04…0,06) c + (0,03…0,035) с = (0,07…0,095) с. Это означает,что при таком способе организации защиты вероятность пережога контактныхпроводов, как и при НСЗ, крайне мала.Более того, вследствие взаимодействия токов КЗ в контактных сетяхпараллельных путей межподстанционной зоны реальные зоны неселективныхотключений выключателей, именуемые истинными зонами неселективности,существенно меньше 0,15·L, что будет показано ниже.Теперь остановимся на особенностях расчета уставок защит исследуемойсистемы.Расчет уставок второй и третьей ступеней дистанционных защит ЧНСЗ,повторяющих защиты селективной системы, а также их отстройка от режиманагрузки по углу уставки описаны в работах [2; 3].Сопротивление срабатывания первой ступени защит ЧНСЗ длядвухпутного участка (рисунок 3.3,б) должно быть определено по выражению:гдеСЗ= кЧ ∙ 2 ∙∙,кЧ – коэффициент чувствительности, равный 1,15.(3.1)79Отстройка от нагрузки первой ступени дистанционных защит ЧНСЗ вслучае выполнения ее направленной (на ТП или ПС) производится по углусдвига фаз между током и напряжением, аналогично отстройке второй итретьей ступени.
При КЗ угол фазового сдвига тягового тока увеличиваетсядо 60-65°[87].Первая ступень может быть выполнена ненаправленной (на ТП), присоблюдении условия отстройки от нагрузочного режима:гдеСЗ≤НкЗ,(3.2)zНmin – минимальное сопротивление нагрузкикЗ – коэффициент запаса, равный 1,15...1,3 [2; 3].Это должно обеспечить несрабатывание защит ЧНСЗ при характеристикесрабатывания, имеющей вид окружности с центром в начале координат,отличающейся большим количеством ложных отключений [88; 89].Характеристики срабатывания направленной (ДЗН1) и ненаправленной(ДЗ1) первой ступени и направленной (ДЗН2) второй ступени дистанционныхзащит ЧНСЗ приведены на рисунке 3.4, где штрихпунктирной линией показанахарактеристика срабатывания ненаправленной первой ступени защит приселективной системе.Таким образом, можно утверждать, что второй вариант ЧНСЗ (далееЧНСЗ) превосходит рассмотренные выше системы защиты контактной сетипеременного тока.Важно отметить, что к такому способу организации защиты можнолегко перейти от ССЗ простым удлинением первых зон всех защит ТП и ПС от0,85 до 1,15·L, а неселективные отключения выключателей, в свою очередь,могут быть исправлены АПВ.80Рисунок 3.4 – Угловые характеристики срабатывания первой ступенидистанционных защитВрезультатепереходанаЧНСЗчислоложныхотключенийвыключателей питающих линий ТП и ПС уменьшится, а, значит, повыситсянадежность электроснабжения тяговой сети.Данная система защиты реализована на участке Муром – ВековкаГорьковской железной дороги с помощью интеллектуальных терминалов«ИнТер-27,5-ФКС».
Ранее на этом участке использовали НСЗ.3.3Анализ специфических режимов работы ЧНСЗВыполнение дистанционных защит ЧНСЗ от токов КЗ с увеличеннойзоной действия первой ступени без выдержки времени, как уже отмечалось,делает возможным мгновенное, то есть без выдержки времени отключениеКЗ в пределах всей защищаемой зоны.81Такое решение в организации защиты от токов КЗ, кроме того, можетстать причиной неселективного действия ряда защит системы приповреждении вблизи подстанций или поста и поэтому требует отдельногоизучения.Для определения характера неселективных отключений выключателейпри ЧНСЗ найдем величину зоны неселективного действия защит системы, тоесть реальную длину участка настраиваемой зоны защит, выходящего запределы защищаемой зоны.Висследовании[55],вкоторомоцениваетсявозможностьиспользования на присоединениях питающих линий ПС дистанционныхзащит во всех ступенях с нулевыми выдержками времени, для решенияаналогичной задачи принят графоаналитический способ.
Это обусловленоневозможностью аналитического решения из-за трансцендентного характерауравнений, получаемых при применении на ПС дистанционных защит скруговойхарактеристикойсрабатывания,проходящейчерезначалокоординат.В настоящее время наибольшее распространение в тяговых сетяхполучили дистанционные защиты с круговой характеристикой, симметричнорасположенной относительно начала координат (на ТП) и защиты с лучевойхарактеристикой срабатывания (на ТП и ПС) [2; 3]. Использованиеуказанных характеристик срабатывания позволяет получить алгебраические(линейные) уравнения и тем самым решить задачу определения характеранеселективных отключений аналитически.Воспользуемся полученными ранее формулами для определенияпараметров КЗ применительно к расчетным схемам на рисунке 2.3, гдесопротивление, замеряемое защитой выключателя в1(в2) для случая, нарисунке 2.3,а может быть найдено по формуле (2.12).Уставка первой ступенидистанционнойзащитывыключателейподстанций для расчетной схемы на рисунке 2.3,а определяется извыражения (3.1).82Раскроем формулу (2.12), подставив в нее аналитические выражениядля токов, полученные из системы уравнений (2.3) и приравняв ее правуючасть с правой частью выражения (3.1) после некоторых преобразованийполучим:гдеq =((−=−−+++−2=4(32= (3+ (,рас ∙23+(=2= (3Представив, что+2= (3+−−2−+=223=+43=∙,рас++тр) + кОТС ∙ 2тр)+++тр+тр=−−+,++трк−−к+= s;Э;Э;++(3.3)(Э;)+к+к;к;кк;к;+;+(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)Э;++2= +=к− к) +)+23,)()−(3.5);+,++−(3.4)++=−,рас ;− к) + 2−−+2− )− к) ++Э.Э;(3.10)(3.11)(3.12)(3.13)(3.14)(3.15)(3.16)(3.17)83=где2= (3+++=)+тр=23(3.18)к.=;+(3.19)Э;(3.20)(3.21);+=+;(3.22)Э;(3.23)2= (++ тр ) + Э ,3и выполнив преобразования, запишем выражение (3.3) в видеq =где=2=к−2−2=2−2=−2=2к+−2+к++2−2(3.25),++2(3.24)−+2+2−2+−2.++;;;(3.26)(3.27);(3.28)(3.29)(3.30)Умножив обе части выражения (3.25) на его знаменатель и перенеся всеего члены в левую часть получим квадратное уравнение с независимойпеременной lК:qк+(−) к + (q−Решением полученного уравнения будет:к=−(−)− (−2q) − 4q(3.31)) = 0.(q−).(3.32)Таким образом, истинная величина зоны неселективного действиязащит выключателей в1 и в2 подстанции 1 при ЧНСЗ для расчетной схемы нарисунке 2.3,а будет равнаИЗН.в (в )=−к(3.33)84или−−(ИЗН.в (в ))− (−−2q=−) − 4q(q−).(3.34)Выполнив аналогичные действия относительно защит выключателей в7подстанции 2 и в5 поста рассматриваемой расчетной схемы (рисунок 2.3,а),получим выражения, определяющие длину истинной зоны неселективногодействия защит указанных выключателей:– для защиты выключателя в7 подстанций 1где−−(ИЗН.в)− (−при том что−b=) − 4qгде=−(−)− ().−+(−z +2 )))++ (z −;)−(+23∙,расИЗН.в−2q)= 2(z −−()+ (b −+(b −=)−b );−2+,рас ∙ (3– для защиты выключателя в5 поста=−(3.35)(3.36)∙ кОТС ∙ 2=(q= ;+2−2,рас−−2q)= 2(z +)−(z +− (z=(=;23+) − 4q+b(3.37)−(3.38)(3.39);тр(3.40)(3.41));(q−−2 )+;+ (z − )),(3.42)(3.43)85=(при том что=,рас=+b2+ (3кОТС ∙ 223)+2−2,рас ∙ (=23+−(+++∙,рас+b ),++тр.32−+тр(3.44)32) ; (3.45)(3.46));(3.47)Для расчетных схем на рисунке 2.3,б,в выражения для определенияистинной величины зоны неселективного действия защит соответствующихвыключателей примут вид:– для защит выключателей в1 и в2 схемы на рисунке 2.3,бгде=−()− (−=+2== (bпри том что=ИЗН.в (в )= (c−,рас−2q−−−)кОТС ∙ 2+)=43−−+ (b− (b=) − 4q+2=2−=+4+ (3,рас∙(q−2;−−) +;+−−2),(3.48)(3.49);(3.50)(3.51);(3.52)) ;,(3.53)) ;(3.55)++тр(3.54)(3.56)– для защиты выключателя в7 схемы на рисунке 2.3,б=−(−)− (ИЗН.в−2q=) − 4q(q−),(3.57)86где= (c= (bпри том что=−,рас)−)+ (b− (b=кОТС ∙ 223+) +∙,рас;2+ (3(3.58)) ;−+,(3.60)++тр– для защит выключателя в5(в6) схемы на рисунке 2.3,вИЗН.в (в )где=при том что2= (3=,рас==−=+−+кОТС ∙ 2+=43;+тр=−(∙;,рас4+ (3+(3.61)(3.62)(3.63);)+;) ;,−2−(3.59)(3.64)(3.65),+)+Э;(3.66)(3.67)(3.68)+тр+32) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
