Диагностика параметров системы охлаждения как средство для повышения надежности и ресурса тепловозного дизеля Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.4.048.3 Горин Антон Владимирович,

аспирант, ВНИИЖТ ТПС, тел. + 7(499) 260-42-03, e-mail: vniizht.loc@mail.ru

ДИАГНОСТИКА ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КАК СРЕДСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И РЕСУРСА ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

A.V. Gorin

DIAGNOSTICS OF PARAMETERS OF THE COOLING SYSTEM AS MEANS OF RELIABILITY AND RESOURCE OF THE LOCOMOTIVE DIESEL INCREASE

Аннотация. В настоящее время на отечественных железных дорогах отсутствует своевременный и достоверный контроль качества теплообменного оборудования водяных систем дизелей тепловозов. Большинство из существующих дефектов в работе охлаждающих устройств дизелей остаются без внимания эксплуатирующих служб. Это приводит к значительным эксплуатационным издержкам, связанным с перерасходом полезной мощности дизеля, расходуемой на привод вентиляторной установки охлаждающего устройства, и увеличивает вероятность сброса нагрузки по причине перегрева теплоносителей системы охлаждения в пути следования тепловоза. В определенный момент времени издержки при эксплуатации тепловоза с пониженной теплорассеиваю-щей способностью охлаждающего устройства начинают превосходить стоимость работ по восстановлению его исходного состояния.

В статье предложен метод определения остаточного запаса теплорассеивающей способности охлаждающего устройства тепловозов, находящихся в эксплуатации, с использованием современных и доступных средств дигностирования основных параметров работы тепловоза в режиме реального времени на удаленном расстоянии. Определены зависимости между остаточной теплорассеивающей способностью и связанной с ней величиной перерасхода топливно-энергетических ресурсов. Даны рекомендации по выбору периодичности проведения восстановительных работ исходного состояния теплообменного оборудования с учетом оптимизации эксплуатационных затрат. Предложенный метод может быть внедрен для всех тепловозов эксплуатируемого парка, имеющих релейную систему автоматического регулирования температур теплоносителей, для сокращения эксплуатационных затрат путем своевременного обнаружения и устранения дефектов в работе системы охлаждения дизеля.

Ключевые слова: система охлаждения; теплорассеивающая способность; теплообменное оборудование; техническое состояние тепловоза; система автоматического регулирования температур; теплотехнический расчет.

Abstract. Now on the Russian Railways there is no timely and reliable quality control of the heatexchange equipment of water systems of diesels of locomotives. The majority of existing defects in operation of cooling devices of diesels remain unnoticed by operating services. It leads to the considerable operational expenses connected with an overexpendi-ture of useful power of the diesel spent on the transmission of the fan installation of the cooling device, and increases probability of dumping of loading because of an overheat of heat carriers of the cooling system in operation of a locomotive. At a given time expenses at locomotive operation with the lowered heat ability of the cooling device start surpassing the cost of works on restoration of its initial state.

In the article the method of definition of a residual stock of heat-dissipation ability of the cooling device of the locomotives which are in operation, with use of modern and available means of a diagnostics of key parameters of work of a locomotive in real time at remote distance, is offered. Dependences between residual heat-dissipation ability and the related size of fuel and energy resources overexpenditure are defined. Recommendations about a choice of frequency of carrying out recovery work of an initial condition of the heatexchange equipment taking into account optimization of operational expenses are made. The offered method can be introduced for all locomotives of operated park having relay system of automatic control of temperatures of heat carriers for reduction of operational expenses by timely detection and elimination of defects in operation of the cooling system of the diesel.

Keywords: cooling system; heat-dissipation capacity; heatexchange equipment; diesel locomotive technical condition; system of automatic control of temperatures; thermotechnical calculations.

Введение

Система охлаждения тепловозного дизеля относится к одной из ответственных систем, определяющих его надежность, технический ресурс и экономичность. Для поддержания системы охлаждения в технически исправном и работоспособном состоянии в ОАО «РЖД» предусмотрено проведение плановых видов ТО и ТР с обязательным выполнением цикловых работ по восстановлению теплорассеивающей способности (далее ТРС) теп-

лообменного оборудования для обеспечения им заданных функций в межремонтные периоды эксплуатации.

Исследования [1] показывают, что ухудшение ТРС охлаждающего устройства системы охлаждения (далее ОУ) достигает регламентированного запаса 15 % [2] быстрее, чем предусмотрено восстановление ТРС при плановом текущем ремонте тепловозу. Периодичность и объемы работ по восстановлению работоспособности тепло-

ш

обменного оборудования указаны в Руководстве по техническому обслуживанию и ремонту тепловоза.

В определенный момент времени издержки при эксплуатации тепловоза с пониженной ТРС ОУ начинают превосходить стоимость работ по восстановлению его исходного состояния. Кроме того, своевременное обнаружение и устранение дефектов в работе системы охлаждения дизеля (далее СО) позволило бы сократить риск возникновения непланового ремонта и снизить непроизводительные эксплуатационные затраты. Известные в настоящее время способы оценки ТРС ОУ тепловоза [3] не могут решить данную проблему по нескольким причинам:

- оценка может быть проведена только при реостатных теплотехнических испытаниях, связанных с отстановкой тепловоза от эксплуатации;

- стоимость таких испытаний высока и сопоставима с предполагаемым экономическим эффектом.

Таким образом, диагностика теплообменно-го оборудования тепловоза в реальном времени в межремонтный период эксплуатации является одним из способов сокращения эксплуатационных издержек.

Для достижения цели сокращения затрат необходимо решение ряда задач:

1) Разработка алгоритма оценки остаточной ТРС по данным прямых измерений.

2) Определение зависимости между остаточной ТРС ОУ и связанной с ней величиной перерасхода ТЭР.

3) Выдача рекомендаций, позволяющих оптимально снизить негативные последствия от ухудшений в работе СО дизеля.

Выявление некоторых из дефектов в работе ОУ не требует применения сложного математического аппарата. Так, например, перегревы воды или масла дизеля однозначно указывают на неисправности в работе ОУ или водомасляного теплообменника, а переохлаждение теплоносителей явно указывает на неисправности в работе САРТ. Но большинство дефектов в явном виде оценить затруднительно. Так, например, загрязнение внутренних полостей радиаторов или работа тепловоза с недемонтированными утеплительными щитами долгое время могут оставаться незамеченными [4], а перерасходы топлива тепловоза списываться на дефекты работы топливной аппаратуры ДГУ.

Каждому сочетанию режимов работы (позиция контроллера машиниста) дизеля и температур атмосферного воздуха соответствуют определенные значения мощности, затрачиваемой на привод вентиляторной установки (далее ВУ). Превыше-

ние этого значения над ожидаемым (расчетным) будет означать возникновение неисправности в работе ОУ. Из изложенного следует, что затраты мощности на привод ВУ могут являться показателем состояния охлаждающего устройства.

Для оценки состояния ОУ тепловоза достаточно регистрации следующих параметров:

- температура атмосферного воздуха, оС;

- позиция контроллера машиниста или частота вращения коленчатого вала дизеля;

- мощность ДГУ (произведение тока и напряжения на клеммах главного генератора), кВт;

- уровень температуры воды в каждом из контуров, оС;

- количество и продолжительность включений мотор-вентиляторов за выбранный промежуток времени (для релейной системы автоматического регулирования температур (далее САРТ)) или частота вращения мотор-вентиляторов (для плавной САРТ).

При этом для достижения максимальной точности расчетов необходимым условием является длительная (не менее 40 минут) работа тепловоза с неизменной нагрузкой. Однако трудность заключается в том, что тепловозы практически не работают с постоянной нагрузкой более 10...15 минут. За это время уровни температур теплоносителей, как правило, не достигают установившихся значений. Поэтому для расчета ТРС ОУ применять теорию стационарного (установившегося) теплового режима не представляется возможным.

Современные системы сбора информации позволяют отслеживать различные параметры тепловоза и его вспомогательных систем в режиме реального времени на удаленном расстоянии. Так, например, система измерительная для автоматизированного контроля параметров тепловоза «АСК ВИС-2ВК» (регистрационный № 39991-10 в Государственном реестре средств измерений Российской Федерации) позволяет регистрировать и передавать оператору, находящемуся на удаленном расстоянии, практически все из вышеперечисленных параметров (за исключением температуры воды «холодного контура» (далее ХК) и температуры атмосферного воздуха). Располагая необходимой программой обработки данных, оператор мог бы производить мониторинг текущего состояния ОУ и своевременно оповещать заинтересованные службы о неисправностях или нарушениях эксплуатации СО. Учитывая актуальность удаленного мониторинга для контроля технического состояния ОУ тепловоза, предлагается следующий алгоритм его выполнения.

Прежде всего, необходимо ввести критерии фильтрации потока данных, позволяющие отсеи-

вать недостоверные режимы. Очевидно, что наиболее точные результаты можно получить при анализе параметров ОУ, полученных при работе тепловоза с максимальной или близкой к ней нагрузкой, при высоких температурах атмосферного воздуха (выше плюс 15-20 оС) и максимальной продолжительности режима.

Для оценки фактической ТРС ОУ тепловоза, находящегося в эксплуатации, можно воспользоваться выражением [5]:

8 =

ф

(1)

где ККф и ККН0В - ТРС радиаторного блока СО

тепловоза фактическое и теоретическое, соответствующее состоянию СО тепловоза после заводского ремонта.

Тепловые процессы в СО дизеля можно представить с помощью системы уравнений теплового баланса и уравнений связи.

Уравнение теплового баланса основано на предположении, что разность между количеством подведенного и отведенного тепла к телу идет на изменение его теплосодержания [6]

й - & = , (2) а т

где й - суммарное количество тепла, подведенного к телу, Вт; й - суммарное количество тепла, отведенного от тела, Вт; См - массовая тепло-

емкость тела,

Дж а

с ' а

скорость изменения

С

средней температуры тела,

где % - удельное значение теплоотвода,

С '

¿0 - значение температуры охлаждающего воздуха, о С.

Удельное значение теплоотвода % после

смены режима нагружения СУ тепловоза за счет инерционности вентиляторов и водяных насосов в течение времени режима не постоянно. Принимаем, что после однократного возмущения (изменения нагрузки дизеля) удельная ТРС % стремится к новому установившемуся значению или представляет собой апериодическое инерционное звено и изменяется от времени по закону экспоненты [7]:

9 = 9 (т) = ?0(г=») - (^0(г=») - %0(т=0) ) * ^ 90 , (4) где 90(т=0) - значение удельного теплоотвода в

Вт

момент времени включения ВУ, %(т=оо) -

установившееся (предельное) значение удельного теплоотвода, характерное для текущей нагрузки Вт

дизеля, —; т 0 - постоянная времени, с.

5С

В настоящее время создан целый ряд программ, использующих численные методы, позволяющих моделировать тепловые режимы в сложных разветвленных системах, в том числе в системах охлаждения дизелей. Однако эти программы не предназначены для обработки большого объема потока данных и их использование для оценки текущего состояния ТРС ОУ конкретного тепловоза крайне затруднительно.

Текущее значение теплоотвода от СО Q0 зависит от уровня температуры жидкости и определяется с помощью уравнения [6]

Й0 = 90 (' - *0 ), (3)

Вт

^ - текущее значение температуры воды,о С;

Установившееся (предельное) значение удельного теплоотвода %(т=00) зависит от ТРС СО

и для перекрестного тока теплоносителей определяется уравнением [8]:

——2 .(1-/~*Г)

90(т=») = —1-(1 — 1 ), (5)

где Ж1 - водяной эквивалент потока воды через блок радиатора, Вт/оС; Ж2 - водяной эквивалент потока воздуха через блок радиатора, Вт/оС; Ъ -число секций в блоке радиатора, обдуваемом вентилятором, шт.

Водяной эквивалент для потока воды определяется из выражения

—1 = V•с]№•рв, (6)

где V - производительность водяного насоса,

м3/с; с - удельная теплоемкость воды,

Дж/(оС кг); рв - плотность воды, кг/м3.

Водяной эквивалент потока воздуха через блок радиатора

—2 = и2- Срвв, (7)

где и2 - массовая скорость воздуха перед фронтом радиаторов, —к—; /, - площадь фронта м • с

« 2

радиаторных секций, м ; с - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(оСкг).

т

с

, определяется с помощью уравнения:

Г т . У

Ч0ср]

| од

--— | д0(т№ = д(

0(т=«) ]

од 0

т

1

т

е

од

-1

у

, (8)

где т . - продолжительность у-го процесса остывания дизеля.

(9)

где т р

т . = т . —т

осу реж _ н] реж _ к]

и т

ш

Значения производительности водяного насоса V и массовой скорости воздуха перед фронтом радиаторов и2 принимаются согласно паспортным значениям в соответствии с режимом нагружения дизеля.

В данной статье рассмотрен метод диагностирования ТРС СО для тепловозов с релейной САРТ, характерной для основной серии грузовых тепловозов 2ТЭ116. При такой системе управления в случае работы СУ с постоянной нагрузкой график температуры охлаждающей жидкости в зависимости от времени состоит из периодически меняющихся процессов нагрева и остывания. Верхней и нижней границами температур теплоносителей являются уставки включения и отключения мотор-вентиляторов шахты холодильника.

Пренебрегая естественными тепловыми потерями системы охлаждения, ввиду их незначительности, принимаем, что в момент включения ВУ удельная ТРС радиаторов условно равна нулю (Чо(г=о) = 0). Тогда усредненное значение удельного теплоотвода за время единичного процесса остывания т

дятся по данным теплотехнических испытаний исследуемого тепловоза.

Усредненное (среднеинтегральное) значение теплоподвода за время единичного процесса остывания т ■ определяется с помощью уравнения

1 треж_ к]

оПср] = - {а(т)йт

реж_ щ

=а

п(т=«)

+ -

-(е

1йп

— е

1йп

(Оп(т=«) би(г=0)) .

п(т=0),

(11)

Следует учитывать, что постоянные времени т 0 и т0 в выражениях (4), (8), (9), (10) и (11)

зависят от того, каким образом изменился режим нагружения дизеля, и для каждого из сочетаний позиций контроллера до и после смены нагрузки (ПКн и ПКк соответственно) различны. те можно определить, используя данные стендовых теплотехнических испытаний дизеля, т - при испытаниях ОУ тепловоза.

Среднее значение предельной температуры, к которой стремится система в у-м процессе остывания, определим из выражения:

0-пср]

*«]■ = *0 +

Ч0ср]

(12)

■реж_н] " -реж_к] - время начала и окончания

у-го процесса остывания, прошедшее с момента переключения режима нагружения дизеля, с.

Принимаем, что текущее значение теп-лоподвода к СО Qп от дизеля изменяется от времени, прошедшего после смены режима нагрузки тепловоза, также по закону экспоненты:

т

а=а (т)=а^)—а«» — а«*») • еТап, ао)

где а - значение теплоподвода в начальный момент времени (после смены режима нагрузки дизеля), Вт; 0и(т=оо) - установившееся (предельное) значение теплоподвода, характерное для текущей нагрузки дизеля, Вт; те - постоянная времени, с.

Значения теплоподводов начального бй(т=0) и установившегося (предельного) а зависят от характера изменения нагрузки дизеля и нахо-

где - температура окружающего воздуха, оС.

Решением (2) относительно продолжительности у-го остывания т ., с учетом (3)-(12), является выражение:

ОС]

= т

СО]

1п

1 Н] 1 «у

( — t

1 К] 1 «у

где Тсо - постоянная времени для СО, с.

Т =

СО]

с рМ

Чо

ср]

(13)

(14)

где ср - теплоемкость воды при постоянном давле-

нии в СО дизеля тепловоза,

Дж

; М - масса во-

кг • К ды в СО, кг.

Ниже приведен алгоритм определения фактической ТРС ОУ (К^ф) исследуемого тепловоза

по измеренным параметрам:

1) Из потока эксплуатационных данных отбирается наиболее достоверный режим (наиболее высокая нагрузка при максимальной продолжительности) и в нем исследуются все процессы остывания, начиная с первого (у = 1).

т

реж Н1

Г

е

)

п

Т

V

т

2) Определяется усредненное значение теп-лоотвода % . за известное время единичного /-го

процесса остывания т решением системы уравнений (11)-(14).

( \

%0срр Опсрр

Т

V С°1 У

'реж _кр

''Оп

йпсрр = °п(т=да) + (е О е т

х(Оп(т=да) — °п( т=0)), Опср/

реж _нр

ТОП

) х

^ = ¿0 +

(15)

т_ = т™ .1п н

?0(

Г=о>) ]

1 + -

Л •

(16)

—1

V У

4) Рассчитывается фактическое значение К^, решением уравнения (5) относительно .

После решения выражение примет вид:

q0(т=ш)j

—2*1п

—

1 + —Мп —

1—

—1

(17)

8Ф =

2 Жпр

ж

,

(18)

где ж - количество процессов остывания в исследуемом режиме.

После того, как известно фактическое 8^-

отклонение ТРС ОУ, необходимо определить, будет ли дальнейшая эксплуатация тепловоза приносить большие убытки, чем немедленное восстановление исходного состояния СО.

Воспользуемся зависимостью снижения ТРС ОУ от времени эксплуатации, принятой в работе [10]:

т

Т

J к ч т _СрМ

ТсОР = •

3) Рассчитывается установившееся (предельное) значение удельного теплоотвода %

преобразованием уравнения (8). После преобразования уравнения (8) выражение для расчета

%0(т=ч)j будет иметь вид

5) Теоретическое значение ККт определяется согласно [3] и [9] для сочетаний Ух, и2 исследуемого режима и применяемого на тепловозе типа радиаторных секций.

К^т = / (V, и2, тип секций).

6) Отклонение ТРС ОУ 8^ исследуемого тепловоза находится из выражения (1)

8 = ККр

ф = т.

7) Расчет 8ф]- повторяется для всех процессов остывания исследуемого режима по п. 2-7.

8) Среднее значение отклонения ТРС ОУ тепловоза 8^.:

8(т) = 80 Т , (19)

где 8 0 - исходная ТРС СО дизеля тепловоза после восстановления на текущем ремонте в объеме ТР-2; Т - постоянная времени, характеризующая темп снижения ТРС, сутки.

В работах [10] и [11] показаны методы оценки эксплуатационных затрат, связанных с перерасходом полезной мощности на привод ВУ и возможным перегревом теплоносителей в пути следования тепловоза, в зависимости от степени ухудшения ТРС ОУ (РВУ(8) и Рпер(8) соответственно).

Величина эксплуатационных расходов Рсо (8ф), связанных с потерей ТРС ОУ за время

эксплуатации тепловоза от текущего момента до ближайшего текущего ремонта в объеме ТР-2, находится из выражения

тф +тТР—2

РСО(8ф ) = |[рду(8(т)) + Р„еР (8(т))]ат, (20)

тф

где Тф - расчетное время в формуле определения

8(т), прошедшее с момента эксплуатации тепловоза после восстановления ТРС его ОУ, сутки;

Ттр_2 - время, оставшееся до ближайшего текущего ремонта в объеме ТР-2 тепловозу, сутки. Определить время Тф можно из выражения

(19), подставив в него фактическое значение 8ф :

8П

Тф = Т.

8Ф

(21)

Время, оставшееся до ближайшего текущего ремонта в объеме ТР-2, можно определить из выражения

ЧР—2

т — т

тТР—2 ттек Тсут

(22)

пр j='^

где т - пробег тепловоза, при котором выполняется текущий ремонт в объеме ТР-2 тепловозу, км; т - текущий пробег тепловоза от последне-

т

е

т

ш

го ремонта в объеме ТР-2, км; £сут - среднесуточный пробег тепловоза, км/сут.

Среднесуточный пробег тепловоза £сут

определяется по данным статистической отчетности эксплуатационного депо.

Величина эксплуатационных расходов за время эксплуатации тепловоза от текущего момента до ближайшего текущего ремонта в объеме ТР-2 с выполнением восстановительных работ теплообменного оборудования в настоящий мо-определяется из выражения

Рвосст

------- РПП,

Рв

а п

+

{[рву(е(т)) + Рпер(е(т))к , (23)

где Звосст - единовременные затраты при проведении восстановительных работ, после которых ТРС СО тепловоза соответствует величине е0, руб.

Характер изменения эксплуатационных расходов Рсо и Р^оТ от времени работы тепловоза проиллюстрирован на рис. 1.

Величину Звосст необходимо уточнять у ремонтных служб ОАО «РЖД». Следует также иметь ввиду, что во время проведения восстановительных работ тепловоз эксплуатироваться не может. Поэтому подобные работы следует совмещать с плановыми техническими обслуживаниями тепловозу в объеме ТО-3, при которых обязатель-

ным условием является отставка тепловоза от эксплуатации.

Таким образом, во время эксплуатации тепловоза необходимо отслеживать ТРС его ОУ Е^ , и в момент, когда будет выполнено условие

АРСО > 0, (24)

где АРСо=РСо (Еф ) — РсТт ,

необходимо проведение работ по восстановлению состояния теплообменного оборудования тепловоза.

Заключение

1. В статье показано, что снижение тепло-рассеивающей способности системы охлаждения дизеля тепловоза оказывает значительное влияние на его экономичность, и внедрения системы контроля является актуальной задачей.

2. Разработан метод диагностирования степени отклонения теплорассеивающей способности охлаждающего устройства тепловоза от штатной работы в реальном времени без остановки от эксплуатации. Изложенный метод применим к тепловозам как магистральным, так и маневровым с релейной системой автоматического регулирования температур теплоносителей.

3. Показана возможность сокращения эксплуатационных затрат путем своевременного обнаружения и устранения дефектов в работе системы охлаждения дизеля.

Рис. 1. Характер изменения эксплуатационных расходов тепловоза, связанных с работой системы охлаждения,

от времени его работы

т

0

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Горин В.И. Охлаждающее устройство для современных тепловозов: каким ему быть? // Локомотив. 2013. № 7. С. 27-29.

2. ГОСТ 31187-2003. Тепловозы магистральные. Общие технические требования. Введ. 200407-01. М. : ИПК Издательство стандартов, 2004. 12 с.

3. РТМ 24.040.22-85, Тепловозы. Методы расчета систем охлаждения тепловозных дизелей : руководящий материал для расчетов ОАО «ВНИКТИ». 1985. 164 с.

4. Горин В.И. Резервы экономии топлива при эксплуатации тепловозов серии 2ТЭ116 // Локомотив. 2012. № 6. С. 18-19.

5. Розенблит Г.Б., Алексеев В.Г. Влияние уменьшения теплорассеивающей способности систем охлаждения тепловозного дизеля на его эксплуатационную и топливную экономичность // Двигателестроение. 1990. № 7. С. 14-15.

6. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С., Теплопередача. М. : Энергия, 1969. 440 с.

7. Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов : учеб. для вузов ж.-д. трансп. М. : Транспорт, 1989. 296 с.

8. Ткаля В.С. Методика расчета охлаждающего устройства тепловозного дизеля // Тр. ВНИТИ, 1978. Вып. 47. 54 с.

9. Панов Н.И.. Теплотехнические а аэродинамические характеристики тепловозных водовоз-душных секций с шагом оребрения 2,3 мм // Тр. МИИТ, 1970. Вып. 332. с. 94.

10. Горин А.В. К вопросу оценки вентиляторной мощности магистральных тепловозов и рекомендации по ее сокращению // Железнодорожный транспорт на современном этапе развития : сб. тр. молодых ученых ОАО «ВНИИЖТ» / под. ред. М.М. Железнова, Г.В. Гогричиани. М.: Интекст, 2013, С. 167-172. (Тр. ОАО «ВНИИЖТ»).

11. Гогричиани Г.В., Горин А.В. Метод расчета вероятности перегрева теплоносителей систем охлаждения тепловозных дизелей // Вестник ВНИИЖТ. 2013. №1. С. 60-66.

УДК 621.311 Закарюкин Василий Пантелеймонович,

д. т. н., профессор, Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: zakaryukin@gmail.com

Крюков Андрей Васильевич,

д. т. н., профессор, Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: and_kryukov@mail.ru

МОДЕЛИРОВАНИЕ МУЛЬТИФАЗНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

V.P. Zakaryukin, A. V. Kryukov

MODELLING OF MULTIPHASE POWER LINES

Аннотация: На основе мультифазных линий электропередачи можно повысить надежность электроснабжения, снизить экологическое воздействие высоковольтных ЛЭП на окружающую природную среду, обеспечить заданную пропускную способность при меньшем классе напряжения. Для практического использования мультифазных линий требуются адекватные алгоритмы моделирования электроэнергетических систем, имеющих в своем составе линии электропередачи многофазного исполнения. Такие алгоритмы могут быть реализованы на основе разработанных в ИрГУПС методов моделирования электрических систем в фазных координатах.

В статье предложена методика моделирования электроэнергетических систем, включающих в свой состав шести- и двенадцатифазные линии электропередачи. Результаты моделирования показали следующее: многофазные линии с напряжением проводов относительно земли, равным 127 кВ, имеют пропускную способность, соизмеримую с аналогичным показателем для традиционной ЛЭП 500 кВ; потери мощности в этих линиях выше, чем у трехфазной ЛЭП 500 кВ; мультифазные линии создают значительно меньшие напряженности электромагнитного поля по сравнению с трехфазной ЛЭП 500 кВ.

Мультифазные линии электропередачи имеют ряд преимуществ перед традиционными конструкциями, однако по уровню потерь уступают последним. Поэтому окончательный выбор способа передачи электроэнергии должен осуществляться на основе технико-экономических расчетов с учетом обеспечения необходимого уровня надежности электроснабжения.

Работа выполнена в рамках плана научных исследований по направлению «Интеллектуальные сети (Smart Grid) для эффективной энергетической системы будущего». Договор № 11.G34.31.0044 от 27.10.2011.

Ключевые слова: электроэнергетические системы, мультифазные линии электропередачи, моделирование режимов.

Abstract. On the basis of multiphase power lines it is possible to increase reliability ofpower supply, to reduce ecological impact of the high-voltage lines on surrounding environment, to provide the same power at a smaller class of voltage. For multiphase lines practical use adequate algorithms of electrical power systems with incorporating multiphase