Повышение надежности и качества электроснабжения потребителей тяговых подстанций переменного тока
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………….. 5
1 ОСОБЕННОСТИ НАДЕЖНОСТИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ИХ РАБОТУ……………………………………………… 12
1.1 Надежности силовых трансформаторов тяговых подстанций переменного
тока………………………………….………………………………………………… 12
1.2 Характеристики и анализ качества электроэнергии в тяговой сети переменного
тока и его влияние на надежность оборудования………………..………………… 21
1.3 Эффективность работы силового оборудования тяговых подстанций
выработавшего свой ресурс………………………………………………..………… 32
1.4 Выводы по разделу 1………………………………………………………………. 37
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА. 38
2.1 Аналитическая математическая модель надежности трансформатора……… 38
2.2 Численно – математическая модель надежности силового
электрооборудования электрических подстанций………………………….… 48
2.2.1 Особенности нейронных сетей для прогнозирования надежности и
эффективности элементов системы электроснабжения……..………… 48
2.2.2 Численно – математическая модель на основе ИНС для прогнозирования
надежности электрооборудования ……………………………………..… 52
2.3 Математическая модель несимметричных режимов и параметров
фильтрокомпенсирующих устройств в системе тягового
электроснабжения……………………………………………………………….. 55
2.3.1 Общие сведения и постановка задачи…………………………………… 55
2.3.2 Расчетная модель несимметрии напряжений…………………….……… 60
2.3.3 Расчетная модель фильтрокомпенсирующего устройства с изменяемыми
параметрами……………………………………………………………….. 64
2.4 Выводы по разделу 2…………………………………………………………….. 66
3 КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
И ПУТИ ИХ УЛУЧШЕНИЯ ………………………………………………………… 67
3.1 Анализ надежности элементов трансформатора на основе статистических
данных…………………………………………………………………………… 67
3.2 Результаты прогнозирования сопротивления изоляции силового
трансформатора с применением нейронных сетей на годовом перспективном
участке времени…………………………………………………………………. 74
3.3 Влияние качества электроэнергии на надежность системы
электроснабжения……………………………………………………….………. 86
3.4 Выводы по разделу 3……………………………………………………………. 92
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ
ОБОРУДОВАНИЯ И КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КРАСНОЯРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ……………. 93
4.1 Влияние температурных режимов на работоспособность силового
трансформатора мощностью 40000 кВА………………………………………. 93
4.1.1 Особенности проведения экспериментальных исследований…………. 93
4.1.2 Структура тяговой подстанции…………………………………………… 95
4.1.3 Особенности тепловыделения силового трансформатора при пиковых
нагрузках………………………………………………………………….. 97
4.2 Исследования режимов работы системы тягового электроснабжения………. 104
4.3 Анализ влияния повышенной электрической нагрузки на тепловой режим
силового трансформатора системы тягового электроснабжения 27,5 кВ…. 112
4.3.1 Основные особенности и допущения при исследовании силовых
трансформаторов тяговых подстанций………….…………………….. 112
4.3.2 Результаты теплового расчета силового трансформатора при
повышенной нагрузке……………………………………………………. 121
4.4 Анализ повышения надежности оборудования электрических подстанций
тягового электроснабжения при работе в критических режимах…………… 129
4.5 Выводы по разделу 4…………………………………………………………… 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………… 137
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ…………………………………………………………. 139
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………… 141
ПРИЛОЖЕНИЕ А Квантили распределения ХИ-квадрат..……………..………… 154
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Протоколы проверок отношения сопротивления изоляции
R60/R15 силового трансформатора ТДТНЖ за 5 лет………………………………. 156
ПРИЛОЖЕНИЕ В Расчетный профиль пути для расчета в программном комплексе
КОРТЭС……………………………………………………………………………… 164
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Загрузка силовых трансформаторов Красноярской железной
дороги по результатам контрольных замеров……………………………………… 166
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Акт внедрения результатов диссертационной работы…..….. 171
Актуальность научной работы. Система электроснабжения железной
дороги является одним из её основных комплексных элементов, во многом
определяющим пропускную способность и надежность железнодорожного
транспорта, а следовательно, во многом определяющим реализацию стратегии
развития железных дорог России.
Система электроснабжения включает в себя линии электропередач,
контактную сеть, питающую и отсасывающую линии, рельсовый путь, силовую
подстанцию.
Уровень надежности системы тягового электроснабжения (СТЭ)
непосредственно влияет как на безопасность движения поездов, так и на
бесперебойность движения поездов, что особенно важно при прохождении
тяжеловесных составов, так как значительно возрастают токовые нагрузки и
становятся выше номинальных значений.
В связи с этим к надежному функционированию системы тягового
электроснабжения предъявляются особые требования по надежности,
исключающие аварийные ситуации. Надежность такого оборудования
определяется следующими свойствами: вероятностью безотказной работы,
техническим ресурсом оборудования и его элементов, ремонтопригодностью
оборудования, качеством электроснабжения.
Повышение надежности, эффективности работы, продолжительности
сроков эксплуатации, качества электроэнергии в системе тягового
электроснабжения во много раз уменьшает экономические потери от простоя
оборудования и снижает затраты на ремонты.
Основные положения диссертационной работы находятся в рамках плана
научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на 2013-2015г.
и соответствуют направлениям: «Разработка системы диагностики силовых
трансформаторов в режиме реального времени», «Разработка интеллектуальной
системы тягового электроснабжения переменного тока 1х25 кВ», «Разработка
системы диагностики коммутационного оборудования тяговых подстанций».
Вопросам надежного функционирования и эффективной эксплуатации
системы тягового электроснабжения посвящены работы ученых: Бардушко В.Д.,
Гука Ю.Б., Крюкова А.В., Закарюкина В.П., Львова Ю.Н., Марквардта К.Г.,
Молина Н.И., Пантелеева В.И., Тихомирова П.М., Фигурнова Е.П., Христинича
Р.М., Худоногова А.М., Черемисина В.Т., Чижмы С.Н. и других. Известные работы
не содержат готовых методик, позволяющих учесть комплексное влияние
функционально не связанных параметров на надежное и эффективное
функционирование СТЭ и качество электроснабжения при повышенных тяговых
нагрузках.
Обеспечение надежного и эффективного функционирования системы
тягового электроснабжения, повышение качества электроснабжения потребителей
тяговых подстанций переменного тока при увеличении пропускной способности и
прохождении составов повышенной массы, разработка методики расчета
надежности СТЭ являются актуальными задачами.
Цель исследования: теоретическое обоснование технических решений для
повышения качества электроэнергии и эффективности работы системы тягового
электроснабжения, основанных на учёте взаимосвязи технического состояния и
режимов работы силовых трансформаторов тяговых подстанций на различных
этапах их жизненного цикла.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе
решены следующие задачи:
1. Выявлены причины повреждаемости силовых трансформаторов тяговых
подстанций при предельных тяговых нагрузках и проведен анализ современных
методов и способов их диагностики.
2. Построена математическая модель надежности повреждаемости силового
трансформатора тяговой подстанций, учитывающая взаимосвязи его технического
состояния и режимов работы на различных этапах его жизненного цикла.
3. Разработана методика расчета системы «симметрирующее устройство –
фильтрокомпенсирующее устройство» и выявлены границы ее применения при
определении качества напряжения системы тягового электроснабжения.
4. Создана методика прогнозирования режимов работы силового
оборудования системы тягового электроснабжения на основе комплексного
использования системы «Нейронная сеть – КОРТЭС».
5. Разработаны практические рекомендации по повышению надежности и
эффективности силового оборудования и качества напряжения системы тягового
электроснабжения.
Объект исследования: система тягового электроснабжения.
Предмет исследования: надежность системы тягового электроснабжения и
качество электроснабжения потребителей тяговых подстанций.
Методы исследований. Поставленные задачи решены современными
методами теории вероятности с использованием методов теории надежности,
методов прогнозирования и математической статистики, нейросетевого
моделирования, методов теории электрических цепей и электроснабжения,
экспериментальных исследований.
Научная новизна диссертационной работы:
1. Предложена математическая модель повреждаемости силового
трансформатора тяговой подстанции, учитывающая техническое состояние и
электрические тяговые нагрузки на различных этапах его жизненного цикла.
2. Установлены математические зависимости системы «симметрирующее
устройство-фильтрокомпенсирующее устройство», позволяющие определить
параметры качества электроэнергии для эффективной работы системы тягового
электроснабжения.
3. Выявлены взаимосвязи и характер влияния параметров и режимов работы
системы тягового электроснабжения на надежность и эффективность силовых
трансформаторов.
4. Разработана методика прогнозирования режимов работы силового
оборудования на основе комплексного использования системы «Нейронная сеть –
КОРТЭС», позволяющая определить номинальные параметры системы тягового
электроснабжения при прохождении составов повышенной массы.
Достоверность результатов. Достоверность полученных научных
результатов, изложенных в работе, определяется строгим обоснованием расчетных
методик и принимаемых допущений, корректным применением современных
методов научных исследований, удовлетворительным совпадением расчетных
результатов с экспериментальными данными, полученными на действующем
промышленном оборудовании. Все разделы работы логически взаимосвязаны, а
выводы и рекомендации органически вытекают из материалов теоретических и
экспериментальных исследований.
Реализация полученных результатов. Результаты исследований
диссертационной работы используются для повышения надежности силового
оборудования и улучшения качества электроснабжения потребителей тяговых
подстанций Красноярской железной дороги (КрасЖД), а также для увеличения
срока безаварийной эксплуатации оборудования районных подстанций публичного
акционерного общества «Межрегиональная распределительная сетевая компания
Сибири» (ПАО «МРСК Сибири). Результаты диссертационной работы внедрены в
учебный процесс Красноярского института железнодорожного транспорта –
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (8 отзывов)
4.9 (298 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (66 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
5 (91 отзыв)
4.9 (20 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
4.8 (40 отзывов)
