Реалізація двозонного захисту фідерів тягових підстанцій постійного струму 3,3 кВ на мікропроцесорному комплекті Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.331

ДАНИЛОВ О.А., РЯБОК1НЬ Б.А. (ДНУЗТ)

РЕАЛ1ЗАЦ1Я ДВОЗОННОГО ЗАХИСТУ Ф1ДЕР1В ТЯГОВИХ П1ДСТАНЦ1Й ПОСТ1ЙНОГО СТРУМУ 3,3 КВ НА М1КРОПРОЦЕСОРНОМУ КОМПЛЕКТ1

Представив д.т.н., професор Гетьман Г.К.

Побудова та ре^защя захисту для тягово! мережi постiйного струму мае специфiчний характер. З недавнiх чаав у якостi захисту фще-рiв 3,3 кВ почали використовувати мшропроце-сорнi комплекси, що мають в собi можливiсть налаштування величин уставок для рiзних типiв захисту, витримки часу та ш.. Комплекти мш-ропроцесорних захистiв встановлюються на кожний фщер живлячо! мереж. При вщсутнос-тi таких комплексiв захист виконують звичай-ним способом, основними елементами якого е швидкодiючий вимикач (ШВ) та реле-диференцiйний шунт (РДШ).

1сторично та технiчно склалося так, що на фщерах з великими струмами з'явилася необ-хiднiсть використання по два швидкоддачих вимикача (ШВ1 i ШВ2), якi пiдключенi посл> довно. Для зменшення хибних вiдключень ко-мутацiйних апаратiв на фiдерах контактно! мереж! (КМ) використовують, так званий, дво-зонний струмовий захист. Реатзащя такого захисту мае такий принцип: на шуш!, найближ-чого до живлячих шин ШВ1 зменшують пакет пластин, що перетворюе вимикач на датчик ма-ксимальних струмiв.

Рис. 1. Шдключення швидкодшчих вимикач1в

Уставку вибирають за умовами максимального струмового захисту (МТЗ):

К3 ' -^н.тах — ^у.МСЗ — ^к.тт ^ ^Ч '

де - коефiцiент чутливостi = 1,25;

К3 - коефiцiент запасу = 1,15 - 1,25.

Вимикач ШВ2 вибирають з повним пакетом пластин шунта, що налаштовують на уставку струмово! вiдсiчки (СВ):

^у.СВ — • ^н.тах 5

де К3 - коефiцiент запасу вибирають 1,15-1,25.

Отриману уставку перевiряють на умову:

/уСВ<(1,6-1,7)./ктш.

Обидва швидкодiючi вимикачi зблоковаш контактами, що забезпечуе вiдключення двох вимикачiв майже одночасно. Вимикач ШВ1 вiдключаеться з трохи збiльшеним часом спра-цьовування при малих струмах коротких зами-кань, а ШВ2, вщбудований вiд великих струмiв навантаження, захищае тiльки головну частину фiдера, шдвищуючи швидкодiю при вщклю-ченнi великих струшв к.з. За принципом це яв-ляе собою сполучення максимального захисту з струмовою вiдсiчкою, причому вщшчка вико-нана на максимальному iмпульсному захистi. Якщо швидкодiючий вимикач мае силовий виток розмагшчування, то вш автоматично вщк-лючае меншi струми за бiльший час. Таким чином в двозонному захист вимикач ШВ1 вико-ристовуеться як максимальний струмовий за-хист (МСЗ) з витримкою часу, а вимикач ШВ2 як струмова вщшчка (СВ) без витримки часу. Струмова вщшчка виконана на максимальному iмпульсному захистi, який реагуе на величину i швидкiсть зростання струму.

З появою нових швидкодiючих вимикачiв вiтчизняного та закордонного виробництва (ВАБ-206, Gerapid-4207) для захисту фiдерiв КМ !х встановлюють в поодинокому виконанш, пояснюючи таке встановлення бiльш потужною дугогасильною камерою. Саме з ними додатко-во встановлюють мшропроцесорний захист, що мае можливють реалiзувати декшька рiзних захистiв. Мiкропроцесорний захист фiдерiв по-стiйного струму ЦЗАФ-3,3 включае наступи струмовi захисти:

- максимальний струмовий захист (МСЗ);

- дистанцшний захист (ДЗ);

- захист по швидкост наростання струму (ЗШНС);

- захист по приросту струму (ЗПС).

Мшропроцесорний захист вимiрюе тiльки

таю параметри, як струм i напруга. Всi iншi па-раметри (отр, швидкiсть змiни струму) мiкро-процесорний захист програмно розраховуе. На-

явшсть функци осцилографування аварiйних вiдключень (запис певного перюду в момент аварп) дозволяе аналiзувати роботу захисту. Для аналiзу необхiдно мати даннi короткого замикання на початку i в кшщ дiлянки, яку за-хищае ЦЗАФ-3,3. Знаючи миттевi значення струму, напруги i алгоритм по якому ЦЗАФ-3,3 розраховуе iншi параметри можна побудувати графiки змiни цих параметрiв у часi. На рис. 2 показана осцилограма близького короткого за-микання.

и, в

/.А

8000

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000

т

т

----- •

* 1 1 А Л

1 1и г* 1» > ' \ VI /V1 * Л» \

Г 1 г * -Л * V-

0 4

270 280 290

300 310 Час.мс

320 330 340 350

Рис. 2. Миттев1 значення струму 1 напруги при к.з. б1ля шдстанцп. В1дстань до к.з - 0,9км.

Спрацював МСЗ ЦЗАФ-3,3 з уставкою 2800 А

Це типова форма струму i напруги к.з. бшя шдстанцп. Коливальний процес на приеднаннi обумовлено емнiстю фiльтр-пристрою та iндук-тивнiстю дiлянки контактно! мереж. Чим далi мiсце короткого замикання вщ шдстанцп, тим менша амплiтуда коливань i форма змiни струму наближаеться до експоненти (рис. 4). На рис. 3 представлене близьке к.з. зi значеннями струму i напруги, з якими оперуе процесор i для наочностi там же зображена швидюсть зм> ни струму &/&, обчислена по алгоритму ЦЗАФ-3,3 у кА/с.

Для програмування захисту по збшьшенню струму необхiдно вказати штервал часу, мiж яким порiвнюються величини струму. Виходя-чи з крутост наростання струму близького к.з. цей штервал повинен лежати в межах одиниць мшсекунд. Як видно з рис.3 перюд коливань лежить у межах 5-8 мс. Вибравши такий штервал можна потрапити на дшянки з невеликою рiзницею в значеннях, коли просто не викона-еться умова спрацьовування. Якщо зменшити штервал часу, то захист стае захистом по шви-дкост наростання струму. З огляду на те, що в тяговш мережi е робочi режими з великою швидюстю наростання струму (про!зд пов^ря-

ного промiжку, вiдрив струмоприймача, пуск електропо!зда) - помилкових спрацьовувань не уникнути.

310 320 Час. мс

Рис. 3. Розрахована швидшсть змши струму Л/Ж, обчислена по алгоритму ЦЗАФ-3,3 в кА/с.

Ц. в

/. А 4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

т ад ч

* : Г1 ■ у*

1

7

' / 1 / 1 Л сШс и

1 / г / \ - \

1 / I/ ' л V

0 4 260

сШЛ. кАс 400

350

300

250

200

150

100

50

270

280

300

310

320

290 Час. мс

Рис. 4. Осцилограми короткого замикання б1ля поста секцюнування. Спрацював МСЗ ЦЗАФ з уставкою 2800 А. Ввдстань до к.з = 8,9 км

Побудувавши графш змши розрахованого опору при к.з. (рис. 5), можна зробити таю ви-сновки:

1) Завдяки великш амплiтудi у перший на-швперюд коливань напруги розрахований ошр швидко зменшуеться. Швидюсть зменшення опору бшьше швидкост зростання струму.

2) Завдяки тому, що змша струму ствпа-дае по фазi з змшою напруги (рис. 4 iнтервал 270-290 мс), коливання опору згладжуються i не мають велико! амплiтуди.

3) Захист по опору з великою чутливютю може визначити к.з. в кшщ зони захисту.

L~. В I. A

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 4 260

■1 •1

Г-'

I

\ J

\ . Щ)

- • - • — - - ■ -.

R: Ом 10

270

280

290 Час. мс

300

310

320

Рис. 5. Розраховаш значения опору по алгоритму ЦЗАФ-3,3 при к.з. б™ ПСК

Як було зазначено вище, швидкоддач! ви-микач1 автоматично забезпечують селектив-нють захисту тому, що вщключають менш1 струми за бшьший час. При використанш мш-ропроцесорних захислв селектившсть забезпе-чуеться програмуванням витримки часу для р1зних захиспв. МСЗ прямо! дп в ЦЗАФ-3,3 виконана без можливосн програмування витримки часу. Тому для виконання двозонного захисту на ЦЗАФ-3,3 найбшьш доцшьно в яко-ст токово! вщички використовувати МСЗ, а для захисту вс1е! зони - захист по опору.

Струм уставки струмово! вщички визнача-ють за виразом:

I <К -I ,

У В1Д шш'

де ^шъ - розрахований мшмальний струм зони захисту;

Квд - коефщент вщстроювання (1,25 ^ 1,35).

Отриману уставку перев1ряють на умову:

/у>(1,1-1,3)./нтах.

Для вибору уставки ДЗ необхщно розраху-вати отр зони захисту. Оскшьки захист реагуе на зменшення величини, то слщ вибирати мюце к.з. з найбшьшим опором кола замикання. Тобто для розрахунку уставки ДЗ користуемось схемою для розрахунку параметр1в МСЗ. Докладные про розрахунки приведено в [2].

Уставку захисту по опору вибирають по сшввщношенню:

Яу

де Яе - екв1валентний отр кола к.з., дор1внюе суш опор1в шдстанцп, контактно! мереж!, ре-йок, живлячих та вщсмоктуючих ф!дер!в;

^юд _ коефiцieнт вщстроювання (1,3 ^ 1,5).

Уставку перевiряють по спiввiдношенню:

Rv <UH.mm / (4тах'^зХ

Де ^тах - максимальне навантаження фiдера;

UHmin - напруга на шинах пiдстанцii при максимальному навантаженню (можна прийма-ти Uttmin =3000 В);

- коефщент запасу (=1,1).

Мшропроцесорний захист використовуе миттeвi значення струму i напруги i дозволяе з великою точшстю задавати уставки захиспв.

Налаштовуючи захист МСЗ мшропроцесор-ного комплекту ЦЗАФ-3,3 як струмову вщшч-ку, а ДЗ в якосп основного захисту, можна зм> нити селектившсть.

В результатi проведених дослщжень та роз-рахункiв можна зазначити, що захист тяговоi мережi постшного струму потребуе удоскона-лення, як зi сторони технiчного виконання, так i аналiтичного розрахунку.

При удосконаленш методiв розрахунку струмiв коротких замикань та алгоршмв розрахунку уставок можна досягти покращено] селективностi захисту, зменшення кшькосп хибних спрацьовувань вимикачiв, що в резуль-татi впливае на надшшсть електропостачання тягово. мереж! постшного струму.

Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Векслер М.И. Защита тяговой сети постоянного тока от токов короткого замыкания [Текст] / М.И. Векслер - М.: Транспорт, 1976. -120 с.

2. Руководящие указания по релейной защите систем тягового электроснабжения. Защита тяговых сетей постоянного тока 3,3 кВ. Департамент электрификации и электроснабжения [Текст] / - М.: «ТРАНСИЗДАТ», 2005. -216 с.

3. Устройство цифровых защит и автоматики фидеров ЦЗАФ-3,3. Руководство по эксплуатации. 1СР.251.208-01РЭ.

Ключовi слова: постшний стум, тягове електропостачання, коротке замикання.

Ключевые слова: постоянный ток, тяговое электроснабжение, короткое замыкание.

Keywords: direct current, traction power supply, short circuit.