Защита фидера контактной сети тяговой подстанции является двухступенчатой.
При расчете используются следующие значения удельных сопротивлений тяговой сети:
Z11 - полное удельное сопротивление тяговой сети однопутного участка, Ом/км;
Z21 - полное удельное сопротивление тяговой сети однопутного пути двухпутного участка при отсутствии тока в контактной сети соседнего пути, Ом/км;
Z22 - полное удельное сопротивление тяговой сети однопутного пути двухпутного участка при одинаковых по величине и направлению токах в контактной сети обоих путей, Ом/км.
1.5.6.1 Дистанционная ненаправленная защита
Является первой ступенью защиты ДС-1 отключает без выдержки времени к.з. в пределах 80-85 % зоны подстанция-пост секционирования. Для исключения ложных действий первой ступени защиты из-за значительного снижения напряжения при к.з. на сложном пути предусмотрен автоматический перевод датчика ДС-1 в режим датчика тока.
В этих случаях, т.е. при значительном снижении напряжения, поступающего от трансформатора напряжения, ток в схеме ДС-1 определяется стабилизированным напряжением U ст , в связи с чем ДС-1 превращается в датчик тока.
Так как первая ступень защиты имеет собственное время срабатывания 30 ¸ 60 мс., то с целью уменьшения времени отключения к.з., сопровождающихся большим током, дополнительно применена еще ускоренная токовая отсечка (УТО), имеющая собственное время срабатывания 5 ¸ 10 мс.
Вторая ступень защиты, защищая зону до шин смежной подстанции, представляет собой дистанционную направленную защиту с выдержкой времени 0.4 ¸ 0.5 с. В этой ступени используется датчик полного сопротивления ДС-2 с круговой характеристикой радиусом, равным сопротивлению срабатывания второй ступени, и фазовый орган ФТН, который обеспечивает срабатывание второй ступени в заданном диапазоне углов (45 ¸ 95°).
Первичное сопротивление срабатывания защиты выбирается наименьшим из следующих трех условий:
а) по условию селективной работы с защитами фидеров поста секционирования
Zс.з. =(0.8 -0.85)*Z11 * l /2 ; (1.55)
где l=50 км - расстояние до смежной подстанции.
Zс.з. =0.85*25*0.42=8.925 Ом.
б) по условию селективности к максимальному току нагрузки фидера
Zс.з. = Uр.мин , (1.56)
Кн*Iн.max
где Uр.мин - минимальное напряжение на шинах подстанции в рабочем режиме (Uр.мин =25кВ) ;
Кн =1.2 - 1.3 - коэффицент надежности;
Iн.max - максимальный ток нагтузки фидера подстанции, кА.
Zс.з. =25000 / (1.2*500)=41.7 Ом.
в) по условию селективности к максимальному току подпитки от соседней подстанции Б при к.з. на соседнем фидере
Zс.з.= Uс.з. , (1.57)
Кн*Iк.max.Б
где Uс.з. - напряжение перевода защиты в режим токовой отсечки.
Uс.з.= Uк.мин / Кн , (1.58)
где Uк.мин - минимальное напряжение на шинах подстанции при к.з. на шинах поста секционирования.
Напряжение Uк.мин определяется по формуле:
Uк.мин= Uном *Z11 *l1 / (4*(X ¢ c.мин.а+Xп.т.)+Z11*l1) , (1.59)
где U н - номинальное напряжение 27.5 кВ;
l1 - расстояние до поста секционирования;
X ¢ с.мин.а - сопротивление питающей системы подстанции А для минимального режима работы, приведенное к напряжению 27.5 кВ, Ом;
X ¢ с.мин.а = Xс.мин.а *(Uном / Uc )2 ; (1.60)
Xс.мин.а - минимальное сопротивление системы;
Xп.т. - сопротивление понижающего трансформатора, приведенное к напряжению 27.5 кВ, Ом;
Xп.т= uк.п. *U2 ном / (100*Sп.т.) ; (1.61)
Sп.т - номинальная мощность понижающего трансфор- матора, МВ*А;
Iк.max.Б - максимальный ток подпитки от соседней подстанции;
Iк.max.Б= Uном / (4 X ¢ с.макс.Б+2 Xп.т.*Z22*l) ; (1.62)
X ¢ с.макс.Б - сопротивление питающей системы соседней подстанции для максимального режима работы, приведенное к напряжению 27.5 кВ, Ом.
X ¢ с.мин.а =25*1.2 *(27.5 / 115 *)2 =1.72 Ом ,
Xп.т= 17*27.52 / (100*40) =3.21 Ом ,
Uк.мин= 27.5*0.55*25 / (4*(1.72*3.21)+0.55*25 =11.3 кВ,
Uc.з.= 11.3 / 1.25 =9.04 кВ,
Iк.max.Б= 27.5 / (4*0.8*1.43+2*3.21+0.55*50) =0.714 кА,
Zс.з.= 9.04 / (1.25*0.714) =10.1 Ом.
Окончательным сопротивлением срабатывания Z с.з. является наименьшее из трех значений. Выбираем:
Zс.з. =8.93 Ом.
Сопротивление, напряжение и ток срабатывания электронных защит определяем по формулам
Zс.р.= Zс.з. *Ктт / Кт.н. (1.63)
Uс.р.= Uc.з. / Кт.н. (1.64)
Iс.р.= Ic.з. / Кт.н. (1.65)
где Кт.т. - коэффицент трансформации трансформатора тока;
Кт.н. - коэффицент трансформации трансформатора напряжения.
Zс.р.= 8.93*120 / 275 =3.9 Ом ,
Uс.р.= 9040 / 275 =32.9 В ,
Iс.р.= 9040 / (8.93*120) =8.44 А.
1.5.6.2. Ускоренная токовая отсечка (УТО)
Первичный ток срабатывания ускоренной токовой отсечки I с.з.УТО выбирается наибольшим из 2-х, вычисленных по условиям:
а) по условию селективности работы с защитами поста секционирования:
Ic.з. =Кн *Iк.макс , (1.66)
где Iк.макс - максимальный ток к.з., протекающий через защищаемый фидер подстанции при к.з. на шинах поста секционирования, кА:
Iк.макс.= Uном / (2 X ¢ с.мин.а+Xп.т.+Z21*l1) . (1.67)
Iк.макс.= 27.5 / (2*1.72+3.21+0.42*25) =1.66 кА,
Ic.з. =1.25*1.66=2.075 кА.
б) по условию селективности максимальному току нагрузки фидера:
Ic.з. =Кн *Iн.макс . (1.68)
Ic.з. =1.25*0.5=0.625 А.
Чувствительность УТО проверяется по условию
Кч = Iк.мин. > 2, (1.67)
Iс.з.
где Iк.мин. - минимальный ток протекающий по выключателю при к.з. вблизи установки защиты.
Кч = 2.512 / 1.66 =1.2 < 2.
Т.к. условие (1.67) не выполняется, то ток срабатывания защиты уменьшаем (сокращаем зону ее действия), принимая ее равным
Iс.з. = Iк.мин. / 2 . (1.68)
Iс.з. = 2.512 / 2 =1.526 А.
1.5.6.3. Дистанционная направленная защита с выдержкой времени (ДЗ2п )
Является второй ступенью защиты.
Первичное сопротивление срабатывания второй ступени выбирается исходя из минимального тока к.з. на шинах смежной подстанции.
(1.60)
где Z к max ¾максимальное сопротивление измеряемое защитой при к.з. на шинах смежной подстанции, при этом смежный путь на участке поста секционирования ¾ смежная подстанция считается отключенной, Ом;
kr = 1.5 ¾ коэффициент чувствительности защиты.
а) при узловой схеме:
б) при раздельном питании путей:
За расчетное значение Z к max принимается наибольшее из полученных Z к max =45.82 Ом.
Установка по углу второй ступени фидера подстанции равна 64.74°.
Тогда по (1.60):
Подставим результат расчета электронной защиты фидера тяговой подстанции.
Полученные при расчетах значения первичных сопротивлений Z с.з. напряжения U с.з. и тока I с.з. срабатывания защит нужно привести ко вторичным сторонам измерительных трансформаторов, т.е. определить для соответствующих величин уставки реле электронных защит.
(1.61)
где 
¾ соответственно коэффициенты трансформации ТТ и ТН;
=1000/5=200
=27500/100=275
Тогда по (1.61):
1.5.6. Защита линии электропередачи 35 кВ районных потребителей
Определяем первичный ток срабатывания МТЗ
при
Тогда
Определяем коэффициент чувствительности:
Тогда ток срабатывания реле:
По [11] выбираем токовое реле типа РТ40/6 с параллельными соединениями обмоток с 
По [11] выбираем реле времени типа ЭВ-225 с диапазоном уставок 0.5 ¸ 3.5 с.
1.5.7. Расчет собственных нужд подстанции
Под собственными нуждами электроустановки понимаются все вспомогательные устройства, механизмы и аппараты, необходимые для эксплуатации в нормальном и аварийном режимах, к ним относятся: трансформаторы собственных нужд, аккумуляторная батарея, зарядно-подзарядное устройство (ЗПУ).
К схемам питания установок собственных нужд предъявляются следующие требования:
¾ обеспечение достаточно высокой надежности питания потребителей собственных нужд;
¾ простота выполнения и небольшая стоимость;
¾ простота эксплуатации и малые эксплуатационные расходы;
¾ безопасность обслуживания.
Питание потребителей собственных нужд может быть индивидуальное, групповое, смешанное. В настоящее время широко применяют смешанное питание, когда наиболее ответственные потребители подключаются непосредственно к шинам источников собственных нужд.
Расчет собственных нужд подстанции сводится к расчету мощности и выбору типа трансформатора собственных нужд. Расчетная максимальная мощность для питания приемников собственных нужд, приходящаяся на один трансформатор определяется из суммы нагрузок собственных нужд подстанции [12].
В таблице 1.13 приведены потребители и их мощности.
Таблица1.13
Мощность потребителей собственных нужд.
| N | Наименование потребителей | Мощность 1-го потребит. | кол-во потребит. | Полная мощн. |
| 1 | Подогрев масла выкл.: | |||
| ВМТ-110Б | 15.0 | 1 | 15.0 | |
| С-35М | 3.6 | 6 | 21.6 | |
| ВМУЭ-35Б | 1.8 | 6 | 10.8 | |
| ВМУЭ-27.5Б | 1.8 | 5 | 9.0 | |
| 2 | Подогрев приводов выкл.: | |||
| ВМТ-110Б,ВМУЭ-35Б,ВМУЭ-27.5Б | 0.8 | 18 | 14.4 | |
| 3 | Обдув понижающего трансформатора мощностью S н =40 МВ*А | 10.0 | 2 | 20.0 |
| 4 | Привод ПДН-1 | 1.5 | 16 | 24.0 |
| 5 | Подогрев шкафов СН | 6.0 | 2 | 12.0 |
| 6 | Подогрев приборных отсеков: | |||
| КРУН РУ 10 кВ | 15.0 | 1 | 15.0 | |
| КРУН автоблокировки | 5.0 | 2 | 10.0 | |
| 7 | Освещение открытой части подстанции | 5.0 | 1 | 5.0 |
| 8 | Трансформаторы автоблокировки | 100.0 | 1 | 100.0 |
| 9 | Дежурный пункт дистанции к.с. | 54.0 | 1 | 54.0 |
| 10 | Передвижная база масляного хозяйства | 20.0 | 1 | 20.0 |
| 11 | Отопление здания подстанции | 40.0 | 1 | 40.0 |
| 12 | Освещение здания подстанции | 3.0 | 1 | 3.0 |
| 13 | Калорифер помещения аккумуляторной | 8.0 | 1 | 8.0 |
| 14 | Вентиляция помещения аккумуляторной | 4.0 | 1 | 4.0 |
| 15 | Вентиляция машинного зала | 1.6 | 1 | 1.6 |
| 16 | Подзарядное устройство батареи | 10.0 | 1 | 10.0 |
| 17 | Электроподогреватель душа | 18.0 | 1 | 18.0 |
| 18 | Слесарная мастерская | 3.0 | 1 | 3.0 |
| 19 | Неучтенная нагрузка | 100.0 | 1 | 100.0 |
Таким образом, суммарная мощность потребителей СН равна S =508.4 кВт.
Принятый трансформатор собственных нужд ТМ-630/35 удовлетворяет потребностям мощности нетяговых потребителей.
1.5.8. Расчет и выбор аккумуляторной батареи
На тяговых подстанциях обычно применяют постоянный оперативный ток, источником которого является аккумуляторные батареи типа СК, работающие в режиме постоянного подзаряда. Аккумуляторную батарею выбирают по необходимой емкости, определяемой типовым номером батареи, и по напряжению, которое должно поддерживаться на шинах постоянного оперативного тока.
К постоянной нагрузке на подстанциях относятся цепи управления, сигнализации, защиты, автоматики, телемеханики, блокировок безопасности и т.д.
Количество последовательно соединенных аккумуляторных элементов определяется необходимым напряжением на шинах. В последние годы на тяговых подстанциях применяют батареи на 220 В [12]. Нагрузки батареи приведены в таблице 1.14.
Таблица 1.14
Нагрузки батареи
| N | Потребители | Кол-во | Ток еди | Нагрузка батареи, А | |
| постоянного тока | ницы, А | длит. | Кратковремен. | ||
| Постоянно присоединенные приемники: | |||||
| 1 | Лампы положения выключателей | 25 | 0.065 | 1.6 | ¾ |
| 2 | Устройства управления и защиты | ¾ | ¾ | 15 | ¾ |
| Приемники присоединенные при аварийном режиме: | |||||
| 1 | Устройства телеуправления, телесигнализации и связи | ¾ | ¾ | 1.4 | ¾ |
| 2 | Аварийное освещение | ¾ | ¾ | 10 | ¾ |
| 3 | Привод выключателя ВМТ-110Б | ¾ | ¾ | ¾ | 244 |
| ИТОГО: | 28 | 244 | |||
Последовательность выбора батареи:
1. Ток длительного разряда в аварийном режиме:
(1.62)
где 
¾ сумма токов постоянной нагрузки, А;
¾ сумма токов в аварийном режиме, А.
Тогда из таблицы 1.14 имеем:
2. Ток кратковременного разряда в аварийном режиме:
(1.63)
где 
¾ ток кратковременной нагрузки привода ВМТ-110Б:
3. Необходимую расчетную емкость батареи определим:
(1.64)
где 
¾ длительность разряда при аварии, принимаемая для тяговых подстанций равной 2 часам.
А*ч
4. Выбираем номер батареи по требуемой емкости:
(1.65)
где 
¾ емкость аккумулятора СК-1; при длительности разряда 
ч. имеем
=22 А*ч.
Тогда
принимаем N= 3
5. Выбираем номер батареи по току кратковременного разряда:
(1.66)
где 46 ¾ кратковременно допускаемый разрядный ток аккумулятора типа СК-1, А;
Окончательно принимаем аккумуляторную батарею СК-6.
6. Определим полное число последовательно включенных элементов батареи:
(1.67)
где 
¾ напряжение на шинах включения принимаемое 258 В при первичном напряжении подстанции 110 кВ;
¾ напряжение аккумуляторного элемента при подзарядке, равное 2.15 В.
7. Выбор зарядно-подзарядного агрегата (ЗПУ):
Напряжение заряда ЗПУ
(1.68)
где n ¾полное число элементов батареи.
Зарядный ток батареи:
(1.69)
где 
¾ зарядный ток для батареи СК-6, А.
Расчетная мощность ЗПУ
(1.70)
По полученным в процессе расчета напряжению, току и мощности принимаем зарядно-подзарядный агрегат типа ВАЗН-380/260-40/80. Технические данные которого удовлетворяют условиям выбора:
