Спрощенний метод розрахунку параметрів мікропроцесорного захисту по збільшенню струму Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.332:621.316.93

О. А. ДАНИЛОВ (ДНУЗТ)

Днтропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi акад. Лазаряна,

вул. Лазаряна 2, м. Днтропетровськ, 49010, УкраТна, тел./факс (096) 2235983, ел. пошта: [email protected]

СПРОЩЕННИЙ МЕТОД РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТР1В М1КРОПРОЦЕСОРНОГО ЗАХИСТУ ПО ЗБ1ЛЬШЕННЮ СТРУМУ

Вступ

Тяговi навантаження електрифiкованих зал> зниць постшного струму, на вiдмiну вщ наван-тажень iнших споживачiв електроенерги, хара-ктеризуються особливими властивостями. 1х значення практично весь час змшюються, а змiни носять випадковий ^ у бiльшостi випад-кiв, мають швидкозмiнний характер. Аварiйний режим також характеризусться збiльшенням струму. Протiкання струму короткого замикан-ня, навiть короткочасно, може привести до перепалу контактного проводу. Тягова мережа не мае резерву, тому И захист повинний бути без-вщмовним i швидкоддачим.

Основним пристроем для захисту фiдерiв контактно! мереж постшного струму електрифшо-ваних залiзниць е швидкодiючi вимикачi (ШВ), в яких реалiзований максимальний iмпульсний захист (М1З). Вiн реагуе не тшьки на величину струму, але й на швидюсть його змiни. Крiм того вiн автоматично адаптуеться шд попереднi значення струму, яю протiкали до аварп. Однак !хтх можливостей, пов'язаних з визначенням режимiв роботи тягово! мереж: аварiйний або нормаль-ний, недостатньо. Останнiм часом все бшьше впроваджуються мiкропроцесорнi захисти. Для захисту вiд аварiйних режимiв фiдерiв контактно! мереж постiйного струму найбшьше розповсю-дження отримали м^опроцесорт комплекти ЦЗАФ-3,3 [1].

Аналiз кнуючих методiв розрахунку

Мiкропроцесорний комплект ЦЗАФ-3,3 включае в собi декiлька автономних захистiв. Захист по збiльшенню струму виник, як спроба iмiтувати роботу М1З швидкодiючого вимика-ча. ШВ з iндуктивним шунтом спрацьовуе при рiзних кидках струму в залежносп вiд попере-днього навантаження. Чим бшьше навантаження, тим менший кидок струму викликае вщк-лючення ШВ. Для реалiзацi! функцi! максимального iмпульсного струмового захисту в мш-ропроцесорному захистi ЦЗАФ-3,3

використовуеться захист по збшьшенню струму (ЗПТ). Далi всi скорочення захистiв надаються такими, якi використовуються в офщшнш до-

кументацi! на ЦЗАФ-3,3 [1]. Для його налашту-вання необхщно визначити чотири значення: Ти - час вимiрювання приросту струму; Шуст -уставка по збшьшенню струму; Ка - коефщент адаптаци; Тв - витримка часу на вщключення.

Складшсть визначення цих параметрiв поля-гае в тому, що Шуст залежить вiд Ти, а Ка зале-жить вiд ¿/уст i струмiв в нормальному режимi. Iснуючi методи для розрахунку цих параметрiв, використовують деякi припущення i аналiз в> домих навантажень. Але зазначаеться, що в разi хибних спрацьовувань, необхiдно коригувати значення, або провести розрахунки з викорис-танням iмiтацiйного моделювання [2].

Для розумiння, як правильно налаштувати цей захист, необидно скористуватися графшом спрацьовування з осями струму навантаження та кидкiв струму. Розробники цього захисту пропонують сшввщношення струмiв навантаження до кидюв струму таке, як зображено на рис. 1 [3]. На цьому рисунку: I - вюь струмiв; А1 - вiсь збiльшення струмiв; 1у - струм уставки максимального струмового захисту (МТЗ); Д/уО- уставка по збшьшенню струму.

Рис. 1. Характеристика спрацьовування захисту по збшьшенню струму

Область спрацьовування захисту позначена широкою смугою.

Як видно з рис. 2, збшьшення струму залежить вщ сталого струму короткого замикання (1кз), постшно! часу кола к.з. (Тк), часу вим> рювання (Ти), струму навантаження (1нав), який протшав до виникнення авари. Ця залеж-нiсть описуеться вщомою формулою змiни струму [4]

© Данилов О. А., 2014

/к = 1н + (1к -1н )(1 - е 1/Тк ) = = /н + А/(1 - е-/Тк ).

(1)

Д1

Рис. 2. Характер змши струму к.з. в залежносп ввд навантаження

Коефщент Ка вщображае зменшення кидюв струму при збшьшенш струму навантаження. Граф1чно вш е кутом нахилу в1др1зка [А7у0;10] на рис. 1.

По шструкцн вибору уставок [5] коефщент Ка ор1ентовно можна знайти по формула

д/ЕРСмакс

Ка = (0,22 * 0,26)(1,5* 2)-

(2)

0,8 •1ЕРСмакс де д/ЕРСмакс - максимальне значення збшь-шення струму електровоза, А;

/ЕРСмакс - максимальний пусковий струм,

А.

Недолгом ще! формули е великий розбп значення при вибор! р1зних коефщенпв (бшь-ше 60%) { складшсть вибору струм1в е.р.с. при наявносп р1зних титв електровоз1в.

По шструкцн розрахунку уставок [6] коефь щент Ка рекомендовано визначати по формула

Ка <

(1 - а)д/у0

/

н,тах

де а - коефщент вщ 0,7 до 0,8;

д/

У0

'к,тт 1,15

(3)

(4)

де /к,тт - мшмальний струм к.з.

По цш формул! коефщент Ка розраховуеть-ся досить приблизно. Тому пот1м необхщно виконати перев1рку по формул!, в якш е серед-нш струм навантаження { максимальне збшь-шення струму при нормальному режима Яю теж можна тдрахувати досить приблизно.

Струм при к.з. залежить вщ часу. Тому значення збшьшення струму при аварн залежить вщ часу вишру. В обох шструкщях рекомендовано приймати час вишрювання Ти вщ 0,1 до

0,5 секунди в залежност вщ типу контактно! мережа

Розрахунки та дослщження

Мшропроцесорний захист фщер!в контактно! мереж постшного струму ЦЗАФ-3,3 вклю-чае декшька захиспв, як вщстежують зм1ну струму. Вс вони програмуються окремо. Для розрахунку уставок максимального струмового захисту (МТЗ) необхщно розрахувати найбшь-ший ошр кола к.з. (Кк), мшмальний струм к.з., струм уставки МТЗ (1устМТЗ). Для захисту , який реагуе на швидюсть зростання струму (ЗСНТ) необидно розрахувати ¿ндуктившсть кола к.з. (¿к). Вс щ величини використовують-ся для розрахунку параметр1в захисту ЗПТ. Тому розрахунок уставок захисту ЗПТ доцшьно виконувати шсля розрахунку захиспв МТЗ 1 ЗСНТ.

Для розрахунку Ка необхщно визначити зб1-льшення струму для р1зних навантажень за де-який постшний пром1жок часу Ти. Проанал1зу-вавши багато осцилограм р1зних к.з., було при-йняте ршення про доцшьшсть приймати час вим1рювання (Ти) р1вний постшнш часу кола к.з. (Тк). Це дозволяе спростити розрахунок:

(1 - е-/Тк) = (1 - е~Ти/Тк) = (1 - е"1) = 0,632 ,(5)

Для розробки формул уставок використаемо граф1чне зображення на рис 3.

1устМТЗ

Рис. 3. Графш для визначення уставок ЗПТ

Коефщент адаптацн граф1чно вщображае кут нахилу. Для прямо! 1устМТЗ Ка=1. Для прямо! А1у коефщент адаптацн можна знайти по формул!:

Ка = (А/у -А/н)/ Кк , (6)

де А1у - мшмальне зб!льшення струму к.з. при вщсутност навантаження;

А1н - м!н!мальне збшьшення струму к.з. при навантаженш 1н;

1н - середне навантаження фщера.

<

© Данилов О. А., 2014

Для розрахунку приймаемо, що Ти=Тк. Тод1 отримаемо:

А1у = 0,632(0,95^хх - ид) / ^ , (7)

де ихх - напруга холостого ходу на шинах +3,3кВ, (В); _

ид - падшня напруги в дуз1 (можна прийма-ти 200 В), (В);

Ик - ошр кола к.з.

0,95-коефщ1ент, який враховуе 5% знижен-ня напруги в енергосистемц

0.632.- частка збшьшення струму за час г=Тк.

А/у = 0,632(0,95ихх - /н • ^ - ^д)/ Кк ,(8)

де 1н - середне навантаження фщера;

Кп - внутршнш отр пщстанцн.

Розрахунок по цим формулам дозволяе дос-татньо просто 1, в той же час, точно визначити параметри захисту по збшьшенню струму. Вс даш вже вщом1 з попередшх розрахунюв при визначенш параметр1в для максимального струмового захисту.

Постшна часу Тк залежить вщ вщсташ м1ж пщстанщею 1 точкою к.з. З1 збшьшенням вщсташ Тк зменшуеться. Це пояснюеться тим, що вщношення шдуктивносп реактора до опору пщстанцн бшьше, шж вщношення шдуктивносп тягово! мереж1 до !! опору. Для розрахунку уставок релейного захисту завжди беруть най-прш1 ситуацн. За менший час струм зросте на

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Устройство цифровых защит и автоматики фидеров ЦЗАФ-3,3. Руководство по эксплуатации 1СР.251.208-01РЭ. С-Петербург, Издательство НИИЭФА-ЭНЕРГО, 2005 г. - 74 с.

2. Кузнецов, С.М. Выбор уставок электронных защит с коррекцией на имитационной модели / С.М Кузнецов, И.С. Демиденко, А.В. Гашкова [и д.р.], Транспорт: Наука, Техника, Управление // ВИНИТИ.- 2011.-№12.- С. 22-24.

3. Гречишников, В.А. Сравнительный анализ существующих максимально-импульсных защит, реализуемых в блоках микропроцессорных защит БЗ-М1 или ЦЗАФ-3,3 / .В.А. Гречишников., В.Н. Пупынин . Журнал «Электро»,2004 №3. - С. 11-14.

4. Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2ч. Ч.2. 3-е изд. Перераб. И доп. [Текст] / Е.П. Фи-гурнов.-М.:ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. - 604 с.

5. Инструкция по выбору уставок защит терминала ЦЗАФ-3,3.(дополнение к части 1-ой «Руководящих материалов по релейной защите систем тягового электроснабжения», ЦЭ ОАО «РЖД», 2005 г)-М., 2009. - 51 с.

6. Инструкция о порядке расчета и выбора уставок защиты тяговой сети постоянного тока, 2012. - 96 с.

менше значення. Кр1м того захист ЗПТ повинен захищати всю лшда без мертвих зон. Тому Тк необхщно розраховувати на всю довжину лшп, яку захищае захист. Для перев1рки цього методу розрахунку використовувались експеримен-тальш данш штучних к.з. двоколшно! дшьнищ з тяговою мережею М120+2МФ100+Р65.

Час вим1рювання в пристро! ЦЗАФ-3,3 можна виставляти вщ 0 до 990 мс з штервалом 10 мс. 1нтервал 10 мс достатньо великий { може вносити похибки м1ж розрахунками { реальною роботою захисту. В захист1 МРЗС д1апазон часу вщ 0 до 500 мс з штервалом 1 мс, який забезпе-чуе точне налаштування часу вишрювання зп-дно з розрахунками.

Висновки

Мшропроцесорний захист по швидкост1 зро-стання струму ¡мггуе роботу швидкод1ючого вимикача з шдуктивним шунтом. В1н мав бути одним з основних захист1в фщер1в контактно! мереж1 пост1йного струму. Враховуючи склад-н1сть { неоднозначн1сть розрахунюв уставок, на практиц1 в1н майже не використовуеться.

Приймаючи час вим1рювання р1вний пост1й-н1й часу кола короткого замикання, можна зна-чно спростити розрахунки без внесення додат-ково! похибки.

REFERENCES

1. Ustroystvo tsifrovyih zaschit i avtomatiki fiderov TsZAF-3,3. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Device of digital defence and automats of $ngepoB of ^A®- 3,3. Guidance on exploitation] 1SR.251.208-01RE. S-Peterburg, Izdatelstvo NIIEFA-ENERGO, 2005. 74 p.

2. Kuznetsov, S.M. Vyibor ustavok elektronnyih zaschit s korrektsiey na imitatsionnoy modeli [Choice of setpoints of electronic protection with a correction on a simulation model], Transport: Nauka, Tehnika, Uprav-lenie // VINITI, 2011, no. 12, pp. 22-24.

3. Grechishnikov, V.A., Pupynin V.N. Sravnitelny-iy analiz suschestvuyuschih maksimalno-impulsnyih zaschit, realizuemyih v blokah mikroprotsessornyih zaschit BZ-M1 ili TsZAF-3,3 [Comparative analysis of existing maximally-impulsive protection, realized in blocks microprocessor protections BZ-M1 or CZAF-3,3] «Elektro»,2004, no 3, pp. 11-14.

4. Figurnov E. P. Releynaya zaschita: Uchebnik. [Relay protection. Textbook] V 2ch. Ch.2. 3-e izd. Pere-rab. I dop. .-M.:GOU «Uchebno-metodicheskiy tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte» [Educational methodical center is by education on a railway transport], 2009. 604 p.

5. Instruktsiya po vyiboru ustavok zaschit terminala TsZAF-3,3.(dopolnenie k chasti 1-oy «Rukovodyaschih materialov po releynoy zaschite sistem tyagovogo el-

© Данилов О. А., 2014

Ключовi слова: тягова мережа, захист релейний мкропроцесорний, постшний струм, вимикач швид-код^чий, струмовий захист.

Надiйшла до друку 14.10.2014.

ektrosnabzheniya» [Instruction on the choice of setpoints of protection terminal of CZAF- 3,3. (adding to part of 1th "Leading materials on relay defence of the systems of hauling power supply"], TsE OAO «RZhD», 2005 g), Moscow, 2009, 51 p.

6. Instruktsiya o poryadke rascheta i vyibora ustavok zaschityi tyagovoy seti postoyannogo toka [Instruction about the order of calculation and choice of setpoints of defence of traction network of direct-current], 2012, 96 p.

Внутршнш рецензент Сиченко В. Г.

Зовшшнш рецензент AHdpieHKo П. Д.

Захист контактно! мережi постшного струму в^грае важливу роль в забезпеченш надшносп роботи електропостачання залiзниць. Новi мiкропроцесорнi захисти фiдерiв контактно! мережi постiйного струму включають в собi декiлька незалежних захиспв. Для налаштування захисту по збшьшенню струму необ-хiдно визначити параметри, як знаходяться в залежносп мiж собою. Тому уставка для цього захисту може розраховуватися в декшька цик^в пiдбором коефiцiентiв i все одно в процесi експлуатацп потребуе пода-льшого уточнення. Мета роботи полягае у визначенш необхщних параметрiв для налаштування захисту по збшьшення струму простим на практик розрахунком, але в той же час достатньо точним. В статт показано, що приймаючи час вимiрювання змiни струму кратний постшнш часу кола короткого замикання можна достатньо спростити розрахунки i визначити вс параметри для налаштування мкропроцесорного захисту.

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени акад. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, г. Днепропетровск, 49010, Украина, тел./факс (096) 2235983, эл. почта: [email protected]

УПРОЩЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ЗАЩИТЫ ПО ПРИРАЩЕНИЮ ТОКА

Защита контактной сети постоянного тока играет большую роль в обеспечении надежной работы электроснабжения железных дорог. Новые микропроцессорные защиты фидеров контактной сети постоянного тока включают в себя несколько независимых защит. Для настройки защиты по приращению тока необходимо определить параметры, которые находяться в зависимости между собой. Поэтому уставка для этой защиты может расчитываться в несколько циклов подбором коэффициентов и все равно в процессе эксплуатации возникает необходимость дальнейшего уточнения. Цель работы заключается в определении необходимых параметров для настройки защиты по приращению тока простым на практике расчетом, но в тоже время достаточно точным. В статье показано, что принимая время измерения тока кратное постоянной времени цепи короткого замыкания можно упростить расчеты и определить все параметры для настройки микропроцессорной защиты.

Ключевые слова: тягова сеть, защита релейная микропроцессорная, постоянный ток, выключатель быстродействующий, токовая защита.

Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after academician Lazaryan, 2 Lazaryan Street, Dnepropetrovsk, Ukraine , 49010, tel. (0562) 471674, e-mail: [email protected]

SIMPLIFIED METHOD OF CALCULATION OF PARAMETERS OF MICROPROCESSOR DEFENCE ON INCREASE OF CURRENT

Defense of contact network of direct-current plays a large role providing of reliable work of power supply of railways. New microprocessor defense of feeders of contact network of direct-current plug in itself a few independent defense. For tuning of defense on the increase of current not walked around to define parameters which are independence between itself. Therefore a setpoint for this defense can reach in a few cycles by the selection of coefficients and however in the process of exploitation there is a necessity of further clarification.

The purpose of work consists in determination of necessary parameters for tuning of defense on the increase of current by a simple in practice calculation, but in also time suffices exact. It is routine in the article, that accepting time of measuring of current multiple permanent time of chain of short circuit it is possible to simplify calculations and define all of parameters for tuning of microprocessor defense.

Keywords: traction network, relay defense, microprocessor, direct current, fast-acting switch, current protection.

УДК 621.332:621.316.93

А. А. ДАНИЛОВ (ДНУЖТ)

Внутренний рецензент Сыченко В. Г. UDC 621.332:621.316.93 O. A. DANYLOV (DNURT)

Внешний рецензент Андриенко П. Д.

Internal reviewer Sichenko V. G.

External reviewer Andrienko P. D.

© Данилов О. А., 2014