Крюков А.В. Энергосбережение: Технологии, Приборы, Оборудование (Сборник научных трудов Иркутск)

Подождите немного. Документ загружается.

– масса поездов нечетного направления 3600 тонн, межпоездной

интервал 8 минут.

Таблица 5

Сравнительный анализ эффективности различных технических средств по

напряжению на электровозе

Лимитирующая по напряжению

межподстанционная зона

Увеличение напряжения на электровозе по

сравнению с узловой схемой контактной

сети, кВ

ФКУ

на

ПСК

УПК в

фазе С

ТП

УЭП

на всю

МПЗ

ТП

на

ПСК

СТЭ

2х25

кВ

1. Тайшет – Облепиха, 44,8 км 0,69 2,69 1,77 1,5 -

2. Замзор – Ук, 40,4 км 0,82 2,65 1,43 1,97 -

3. Нижнеудинск –Худоеланская, 45,7км 0,86 3,56 1,89 - 1,91

4. Тулюшка – Харик, 44 км 0,78 2,91 1,54 1,2 1,57

5. Харик – Зима, 44,9 км 0,76 3,49 1,97 1,7 3,35

6. Селенга – Татаурово, 46,3 км 1,14 1,87 1,43 2,45 1,5

7. Заудинск – Заиграево, 48,4 км 0,8 3,65 2,63 3,42 3,35

8. Новоильинск – Кижа 27,8 км 0,55 4,4 1,46 1,55 3,78

Примечания: ФКУ – устройство фильтрации и компенсации НИЭФА-ЭНЕРГО

полезной мощностью 7500 квар (3 секции по 2500 квар) включается на посту

секционирования (ПС); УПК – установка продольной компенсации, включённая в

заземлённую фазу; полезная мощность Q

УПК

= 3000 квар, Х

УПК

= 3 Ом); УЭП –

усиливающий и экранирующий провод А -185 на всю межподстанционную зону; ТП на

ПС – однотрансформаторная тяговая подстанция на ПС Sн = 25 МВ·А; СТЭ 2х25 кВ –

система тягового электроснабжения с пятью автотрансформаторами в

межподстанционной зоне при трёхфазных трансформаторах ТП; ТП – тяговая

подстанция.

Установка продольной компенсации в заземлённой фазе на смежных

тяговых подстанциях лимитирующей межподстанционной зоны

обеспечивает наибольший эффект повышения напряжения на

токоприемниках ЭПС.

Выводы

1. Продольная компенсация в заземлённой фазе – эффективное

техническое средство повышения напряжения на токоприемниках ЭПС

при пакетном движении тяжеловесных поездов. УПК повышает

напряжение на тяговых шинах подстанции до 4...5 кВ и способна

обеспечить нормативный уровень напряжения на токоприемниках

электровозов.

2. УПК наиболее эффективна при мощностях короткого замыкания

на шинах 110(220) кВ, меньших 1000 МВ·А.

121

3. УПК способна значительно повысить пропускную способность

участка железной дороги по устройствам тягового электроснабжения при

организации тяжеловесного движения поездов.

4. УПК обеспечивает симметрирование напряжение на тяговых

шинах и улучшенный режим работы нетяговых потребителей, получающих

питание с тяговых шин.

5. В периоды пакетного движения тяжеловесных поездов

максимальные токи по плечам питания тяги могут превосходить

номинальные токи тягового трансформатора в 2...3 раза при норме 1,5 в

соответствии с ГОСТом 14209-85. В таких случаях необходима

параллельная работа тяговых трансформаторов.

122

УДК 621.331

В.Д. Бардушко, А.В. Крюков

МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ТЯГОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ –

ЭФФЕКТИВНОЕ СРЕДСТВО РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Содержание технических средств железнодорожного транспорта на

высоком эксплуатационном уровне, обеспечивающем безопасность

движения поездов и высокую эффективность процесса перевозок,

невозможно без объективной информации об их фактическом состоянии.

Объекты железнодорожного транспорта содержат большое количество

устройств, длительная эксплуатация которых без надлежащего

диагностирования технического состояния может привести к выходу их из

строя и значительному материальному ущербу. Для реализации

эффективного диагностирования этих устройств необходимы современные

методики и технические средства контроля.

Одним из наиболее дорогостоящих и ответственных элементов

системы тягового электроснабжения являются силовые трансформаторы:

тяговые (ТТ) и районные понизительные (РПТ). Многие из этих

трансформаторов отработали нормативный ресурс. Процедуры оценки

состояния изношенных трансформаторов находятся на стадии

становления. В дистанциях электроснабжения филиалов ОАО «РЖД»

имеется современная вычислительная техника, которая обеспечивает

информационную поддержку функционирования железной дороги. В

частности, внедрение автоматизированных систем учета электроэнергии

позволяет в режиме реального времени получать информацию о

получасовых расходах активной и реактивной электроэнергии на тягу

поездов и по вводам распредустройств районных потребителей 6–10 кВ.

Эта информация может быть использована для мониторинга состояния и

режимов работы силовых трансформаторов.

Актуальным представляется мониторинг для электроэнергетических

хозяйств с большим числом трансформаторов или содержащим

трансформаторы большой мощности.

На тяговых подстанциях Восточно-Сибирской железной дороги

установлено 266 тяговых (ТТ) и районных понизительных

трансформаторов (РПТ). Ранговое параметрическое распределение по

сроку службы трансформаторов представлено на рис. 1. Группировка

трансформаторов по указанному параметру приведена в табл. 1 и на рис. 2,

123

Рис. 1. Ранговое параметрическое распределение трансформаторов ВСЖД

по сроку службы

Таблица 1

Распределение трансформаторов по сроку службы

Срок службы,

лет

Более

Менее

Итого

Количество 1 25 47 122 66 5 266

Рис. 2. Распределение трансформаторов по сроку службы

124

Рис. 3. Доля изношенных трансформаторов

Анализ приведенных результатов позволяет сделать следующие

выводы:

• более трети трансформаторов (34 % от общего числа) имеют срок

службы, превышающий нормативный, равный 25 годам;

• 27 % трансформаторов имеют срок службы, превышающий 30 лет;

• через 5 лет доля ТТ и РПТ со сроком службы, превышающим

нормативный, превысит 50 %.

Отечественный и мировой опыт показывает, что эффективная

эксплуатация изношенных трансформаторов возможна только на основе

развитых систем мониторинга технического состояния, выполненных

на базе современных компьютерных и информационных технологий [1…

16].

Так, например, новые условия функционирования энергетики в

Бразилии и Германии заставили обратить самое пристальное внимание на

эксплуатацию трансформаторов, отработавших нормативный ресурс.

Эффективным средством повышения надежности работы, снижения

ремонтных расходов, продления срока службы является использование

систем непрерывного контроля состояния трансформаторов. Обработка

данных измерений, их анализ осуществляются высокоразвитой

вычислительной техникой, передача данных – современными средствами

связи и информации, включая Интернет [1].

Использование в системах математических моделей процессов в

трансформаторе позволяет надежно оценивать его состояние. Расчетный

ход процесса сравнивается с информацией, получаемой от измерительных

датчиков, выявляющих большинство развивающихся при работе дефектов.

Внедрение системы мониторинга состояния и режимов работы

группы трансформаторов тяговых подстанций позволит создать базу для

125

перехода к обслуживанию силовых трансформаторов по фактическому

техническому состоянию.

Технология контроля основных параметров режима и состояния

витковой изоляции трансформаторов позволит получить следующие

результаты.

1. Сокращение частоты

текущих ремонтов, 1/год.

2. Повышение надежности электроснабжения тяги поездов и

нетяговых потребителей.

3. Сокращение ущерба от аварийных и нештатных ситуаций.

4. Уменьшение времени нахождения системы тягового

электроснабжения в вынужденных режимах.

5. Повышение безопасности движения и сокращение времени

задержек поездов.

6. Обоснованное продление срока эксплуатации изношенных

трансформаторов.

Непрерывный контроль, безусловно, необходим для крупных

трансформаторов с длительным сроком службы, трансформаторов в

стратегически важных точках сети для защиты от большого ущерба в

случае аварии, при проведении ремонтов и ожидании косвенных

последствий аварии.

Анализ статистических данных о повреждаемости трансформаторов

(рис. 4...7) позволяет сделать следующие выводы:

• повреждаемость трансформаторов существенно возрастает после

8...12 лет эксплуатации (рис. 4 и 5):

• при условии интенсивного использования наиболее повреждаемым

узлом является устройство регулирования напряжения (РПН), рис. 6;

• если интенсивность использования РПН не высока, что характерно

для тяговых подстанций ВСЖД, то наиболее повреждаемым элементом

следует считать изоляцию обмоток.

126

Рис. 4. Кривые вероятности разрушения обмоток силовых трансформаторов

Рис. 5. Интенсивность отказов трансформаторов:

λ(t) – интенсивность потоков отказов

Рис. 6. Повреждаемость узлов трансформатора (отечественные данные):

127

МП – магнитопровод; РПН – устройство регулирования напряжения под нагрузкой

Рис. 7. Повреждаемость узлов трансформатора (зарубежные данные)

Структура системы мониторинга трансформаторов представлена на рис. 8.

В качестве исходной информации для определения степени старения витковой

изоляции используются данные о получасовых расходах электроэнергии и

показания датчиков температуры [19]. При этом определение остаточного

ресурса изоляции может осуществляться по методике, изложенной в работе

[20].

128

Рис. 8. Структура системы мониторинга тяговых трансформаторов

Общий износ изоляции обмоток состоит из динамического и

теплового износов, взятых со своими весовыми коэффициентами.

Определение этих коэффициентов представляет собой трудоемкую задачу,

требующую большого статистического материала за продолжительное

время. Такой материал может быть получен при эксплуатации систем

мониторинга. По мере накопления статистических массивов будет

совершенствоваться и сама модель оценки состояния витковой изоляции.

Предлагаемая система контроля состояния твердой изоляции

трансформаторов является открытой и имеет возможность расширения

спектра выполняемых функций.

Выводы

1. В результате внедрения системы мониторинга состояния и режимов

работы группы трансформаторов тяговых подстанций могут быть получены

эффекты в виде:

129

- сокращения частоты текущих ремонтов трансформаторов;

- обоснованного продления срока эксплуатации изношенных

трансформаторов.

2. Фактический эффект будет больше за счет сокращения времени

ремонтов районных понизительных трансформаторов, а также вследствие

повышения надежности электроснабжения, сокращения ущерба от

аварийных и нештатных ситуаций, уменьшения времени нахождения системы

тягового электроснабжения в вынужденных режимах, а также повышения

безопасности движения и сокращения времени задержек поездов.

Библиографический список

1. Алексеев Б.А. Обследование состояния силовых трансформаторов /

Б.А. Алексеев // Электрические станции. – № 5. – 2003. – С. 74–80.

2. Щурская Т.В. Вероятностная оценка прочности обмоток силовых

трансформаторов при электродинамических воздействиях токов короткого

замыкания / Т.В. Щурская // Изв. вузов. Электромеханика. – № 3. – 2001. – С. 68–72.

3. Бочев А.С. Повреждаемость обмоток тяговых трансформаторов можно

снизить / А.С. Бочев, А.В. Костюков, Т.В. Щурская // Локомотив. – № 4. – 1997. –

С. 37–38.

4. Бочев А.С. Диагностика состояния обмоток тяговых трансформаторов /

А.С. Бочев, А.В. Костюков, Т.В. Щурская // Локомотив. – № 11. – 1997. – С. 37–39.

5. Щурская Т.В. Анализ повреждаемости силовых трансформаторов ТДТНЖ -

40000/220 тяговых подстанций переменного тока / Т.В. Щурская, А.В. Костюков,

С.В. Иванов // Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль

молодых ученых в их решении. – Ростов на Дону, 1998. – С. 154–155.

6. Щурская Т.В. Комплексная система технического обслуживания силовых

трансформаторов тяговых подстанций электрических железных дорог / Т.В. Щурская //

Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта. – Ростов на Дону,

1999. – С. 207–208.

7. Щурская Т.В. Вероятностные аспекты оценки показателей

электродинамической надежности обмоток силовых трансформаторов / Т.В. Щурская

// Транспорт-2001. – Ростов на Дону, 2001. – Ч. 2. – С. 191.

8. Щурская Т.В. Расчет долговечности обмоток силовых трансформаторов /

Т.В. Щурская // Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на

железнодорожном транспорте. – Самара, 2001. – Вып. 21. – С. 108–110.

9. Бочев А.С. О концепции построения комплексной системы управления

техническим состоянием трансформаторов тяговых подстанций / А.С. Бочев,

Т.В. Щурская // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте. –

М., 2001. – С. VII–7.

10.Щурская Т.В. Учет условий эксплуатации при оценке надежности

обмоток силовых трансформаторов / Т.В. Щурская // Ресурсосберегающие технологии

на железнодорожном транспорте. – М., 2001. – С. VП – 23.

11.Щурская Т.В. Методика принятия решения о состоянии силового

трансформатора при многоаспектном анализе/ Т.В. Щурская // Новые технологии

управления движением технических объектов. - Ростов на Дону, 2002. – С. 49–53.

130