Повышение надежности и качества электроснабжения потребителей тяговых подстанций переменного тока

Луковенко, Антон Сергеевич

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 –

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Оценка и обеспечение эффективности воздушных электрических сетей напряжением 20 кВ
    📅 2022год
    🏢 ФГБУН Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук