Дослідження та вдосконалення системи діагностики тягової підстанції на базі Smart технологій

Р. М. Петруняк; О. О. Матусевич

УДК 621.311.4-52

Р. М. ПЕТРУНЯК, О. О. МАТУСЕВИЧ (ДНУЗТ)

Кафедра Електропостачання залiзниць, Днiпропетровський нацюнальний унiверситет залiзничного транспорту iMeHi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, 49010, м. Днтропетровськ, Укра'на, тел.: +38 (068) 338 14 98, ел. пошта archemond@rambler.ru

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТА ВДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ Д1АГНОСТИКИ ТЯГОВО1 ШДСТАНЦП НА БАЗ1 SMART ТЕХНОЛОГ1Й

Вступ

Високовольтне електрообладнання (силовi трансформатори, трансформатори струму i на-пруги, високовольтнi вимикачi та засоби захисту вiд перенапруг) тягових пiдстанцiй (ТП) е най-важливiшим обладнанням в OTCTmi тягового електропостачання. Найдорожчим елементом на будь-якш шдстанцп е перетворювач напруги -тяговий трансформатор. Бшьшють цих перетво-рювачiв напруги протягом багатьох рокiв пра-цюють при рiзних навантаженнях, клiматичних умовах i пiддаються зовнiшнiм та внутрiшнiм електромагштним та механiчним впливам.

Свiтовий досвщ показуе [1], що економiчний збиток вщ випадково! аварп потужного силового трансформатора , пов'язаний як правило i3 зупинкою руху поlздiв через вiдсутнiсть напру-

ги живлення обчислюеться мiльйонами гри-вень, а також супроводжуеться досить великими затратами на вщновлення ресурсу та праце-здатностi трансформатора. З шшого боку, характерною тенденцiею системи електропостачання е наростання ступеню зношеностi основного силового електрообладнання ТП та недостатш темпи його оновлення [2].

Основний матерiал

В даний час на електрифшованих дiлянках затзниць Украши застосовуеться постiйний та змшний струм з номiнальною напругою 3,3 i 27,5 кВ вiдповiдно. Тягове електропостачання затзниць здiйснюеться вiд 308 стацюнарних та пересувних ТП. Розподш тягових пiдстанцiй по термiну експлуатаци наведено в табл. 1 [2].

Таблиця 1

Розподш тягових шдстанщй по терм1ну експлуатаци

Тягов1 шдстанцп Юльшсть % термшу експлуатаци

до 30 рок1в до 40 рошв бшьше 40 рошв

Всього 308 21,1% (66) 14,6% (45) 64,2% (197)

В тому числг стацюнарш 295 20,2% (62) 13% (39) 65,1% (193)

пересувш 13 20,5% (3) 63,8% (6) 15,7% (4)

Як бачимо, бшьше 64% тягових пiдстанцiй системи електропостачання залiзниць Украши мають термш експлуатаци бiльше 40 рокiв.

Також необхщно враховувати аварiйнi ре-жими та короткi замикання силового обладнан-ня ТП.

Багаторiчна статистика по аваршних режимам показуе, що на ТП вщносна частота рiзних видiв пошкоджень становить [3]:

• трифазш короткi замикання - 2 %;

• двофазш короткi замикання - 7 %;

• однофазш замикання на землю - 45 %;

• подвшш замикання на землю - 15 %;

• аваршт випадки на випрямних блоках - 31 %.

Вщомо, що замикання на землю приводить

до пошкодження випрямних блоюв ТП постш-ного струму у 91 %. У силових i вимiрюваль-

них трансформаторах, як i в кабелях, пошко-дження в бiльшостi випадкiв виникають вна-слiдок специфiчних властивостей паперово-масляно! iзоляцil.

У цих умовах удосконалення системи техш-чного обслуговування i ремонту (ТО i Р) стар> ючого обладнання ТП стае не лише завданням пiдтримки його працездатностi, але i завданням пiдтримки на належному рiвнi надiйностi тягового електропостачання в цшому.

На цей час, при дослщженш технiчного стану обладнання ТП застосовуються рiзнi методи: математичш, фiзичнi, експериментальнi, стати-стичнi, тощо [4]. Основнi ознаки технiчного стану обладнання ТП, фiзичнi закономiрностi прояву дефекту та методи контролю стану силового обладнання ТП представлено в табл. 2.

Таблиця 2

Дiагностичнi ознаки, фiзичнi закономiрностi прояву дефекту, методи та засоби контролю_

Дiагностичнi ознаки Фiзична закономiрнiсть прояву дефекту Методи i техшчш засоби контролю стану об'екта

1. Зниження експлуатацш-но1 надiйностi силового об-ладнання ТП Старiння (деструкцiя). Зволоження. Змша iзоляцiйпо! ведс-танi, тощо. - вимiрювання tg5 вимiрювальний мiст Р-2026; установка М-4000; вимiрювання опору мегомметром на 2500 В; апарат АК1-70 (А1М-90). - вiзуальний контроль, 61нокл1, лшзи, ендоскопи, волоконно-оптичнi пристро!. - оптичний метод. - метод проникаючого випромiнювання (рентгено i гамма графування) -електрорентгенографш електричних кабелш i муфт.

2. Попршен-ня дiелектри-чних характеристик 1золя-ци обладнан-ня ТП Змша електрично! eмностi. Змiна дiелектричпо! проникносп. Зростання струму витоку. Зростання значення tg5. - емшсний метод. - контроль частотних характеристик. - вимiрювальний мiст Р-2026, установка М-4000. - спещальш схеми безперервного контролю 1золядп по змiнi частотних характеристик.

3. Частковi розряди мас-лонаповнено-го обладнання Поява електромагшт-них сигналiв. Поява акустичних сигналiв. - метод акустично! емки. - засоби шфрачервоно! технжи, електронно-оптичний дефектоскоп «Фшн-3», «Фшн-6» та ш - ультразвуковий дефектоскоп ДУК-66ПМ. - тепловiзори МФ- 20 телевiзорами, 1кар-3, ТВ-03, АГА 782, «1рис-200» та iи.

4. Поява про-дукпв розкла-дання твердо! i редко! 1ЗОЛЯ-ци силового обладнання Поява рiзних газiв. Поява води i кислот. Поява розчинних газiв в маслi апарапв. Змiна фiзико-хiмiчних властивостей 1золяцш-ного матерiалу. - вiзуальиа перевiрка. - метод хроматографування (прилади ЛМХ-80, «Модель 370», Агат та 1П). - електрох1мiчпий сигнал!затор водню. - використання мегомметра, фронтографа 2500 В.

5. Переев контактiв i окремих час-тин електроу-статку- вання ТП 1нфрачервоне випромi-нювання. - метод амперметра - вольтметра для вим!рювання перех!дного контакту. - оптичний метод. - вихрострумовий метод. - шфрачервоний ! тепловiзiйпий контроль (тепловiзори НФ 20тВ, 1кар-3, ТВ-03, Рубш 2, Янтар МТ, пiрометри 1кар, 1КД, Термопоiпт-90 та ш. - шфрачервоний термометр типу 1Ч-10Р - шфрачервоний сканер «Бирег-Е». - термошдикаторш фарби. - оптичш люмiнiсцентнi датчики.

6. Електрома-гнiтнi високо-вольтш пере-хiднi процеси вимикачiв та трансформа-торiв ТП Спектр високочастот-них сигналiв. - метод частотних характеристик (виявлення деформацiй обмоток). - електронний осцилограф типу С 9-8.

7. Попршен-ня характеристик несучих i фiксуючих конструкцiй ТП Деградацiя залiзобето-ну. Корозiя металу. Знос при тертi. Мiсцевий ведпал металу. Змiна положения об'ек-та в простора - методи: ф!зики твердого тша, опору матерiалiв, теоретично! механiки. - використання ф1зичних ефектш. - вагон- лаборатор!я контактно! мережi (В1кс - 76 , вагон Н11ЕФА). - шфрачервоний дефектоскоп 1КД. - трометр «Термопошт 90» ф1рми ЛОЕМЛ ( Швещя ) та 1н. - д!агностування електрокорозп (пристрою АДО -2М, «Д!акор», 1ДА - 2. Вим!рювання товщини захисного шару бетону - прилад 1ЗС -10М; м1цн1сть бетону прилади: «Бетон - 5»; УВК- 1М; УК-12П; УК- 14ПМ - дiагностування залiзобетонних опор контактно! мереж! тощо.

Вище розглянутi методи та засоби контролю техшчного стану силового обладнання ТП в основному виконуються вручну по окремим дефектам. Такий пiдхiд не дозволяе зробити загаль-ний висновок про фактичний технiчний стан обладнання ТП. Також до числа недолтв юну-ючих методик вiдноситься неможливiсть ство-рення бази даних в електронному виглядг За цими причинами, а також з метою шдвищення якостi обстеження високовольтного обладнання ТП, одним з перспективних напрямкiв е автома-тизащя системи дiагностування електроустатку-вання та використання мiкропроцесорних при-стро1в i цифрових методiв обробки результатiв вимiрювань та випробувань. Даний пiдхiд поки не знайшов широкого i повсюдного застосуван-ня у практичнiй дiяльностi дистанцш електропостачання залiзниць Укра1ни [5, 8].

Для яюсного рiшення ще1 проблеми бажано застосувати Smart Grid технологи. Рiзнi конце-

пцiï штелектуально1 системи Smart Grid, що юнують в даний час, зачiпають багато аспектов у тому числi управлшня i монiторинг стану електротехнiчного устаткування ТП.

При розробщ проектiв по штелектуатзаци електричних мереж слiд пам'ятати, що Smart Grid - це не просто автоматизащя процесу управлшня виробництвом, передачею або роз-подшом електричноï енергiï, Smart Grid - це система управлшня вшею електричною мережею, яка зрештою повинна стати повшстю автоматичною, а все наявш автоматизованi системи (АСДУ, АСУ ТП, системи мошторингу, системи управлiння даними i ш.) е лише ш-струментом для досягнення поставлених цiлей.

Порiвняння характеристик функщональних властивостей iснуючоï на сьогодшшнш день енергетичноï системи та енергетичноï системи на базi концепцiï Smart Grid [6] представлено в табл. 3.

Таблиця 3

Порiвняльна характеристика функщональних властивостей кнуючоТ енергетично'1 системи та енергетично'1 системи на базi концепцй SMART GRID

1снуюча енергетична система Енергетична система на баз1 концепцй Smart Grid

Одностороння комун1кац1я м1ж елементами енерге-тичноï системи або ïï в1дсутн1сть Двосторонш комушкацп

Централ1зована генерац1я (складно штегрована роз-под1лена генерац1я) Розподшена генерац1я

Тополог1я (переважно рад1альна) Переважно мережева

Реакц1я на насл1дки авари Реакц1я на запобтання авари

Робота устаткування до в1дмови Мон1торинг та самод1агностика , що подовжують строк служби обладнання

Ручне в1дновлення мереж1 Автоматичне вщновлення - «самол1куюч1 мереж!»

Схильн1сть до системних аварш Запоб1гання розвитку системних авар1й

Перев1рка техн1чного стану обладнання за м1сцем Дистанц1йний мон1торинг обладнання

Обмежений контроль перетошв потужност1 Управлшня перетоканнями потужност1

Недоступна або сильно зашзнша 1нформац1я про ц1ну для споживача Ц1на в реальному час1

Iнтегрованi в едину платформу iснуючi ав-томатизоваш iнформацiйнi системи дозволять по-новому шдходити до побудови електричних мереж та оргашзаци i контролю режиму ix ро-боти [7]. 1нтелектуальна електрична мережа залежно вiд умов, що склалися, в автоматичному режимi може здшснювати переконфiгурацiю електричноï мережi з метою досягнення мшь муму витрат енергоресуршв без зниження на-дiйностi роботи у тому чи^ управлiння i мош-торингу стану електротехшчного устаткування ТП. Також актуальнють даного питання обумо-влена тим, що вдосконалення системи дiагнос-тування i методiв аналiзу iнформацiï шдвищуе

об'ективнiсть оцiнки теxнiчного стану силового обладнання ТП та дозволяе планувати i своеча-сно та яюсно проводити ТО i Р. Все це шдвищуе надшшсть експлуатаци електроустатку-вання ТП, подовжуе ресурс його роботи, еко-номить матерiальнi витрати на ТО i Р, знижуе ризик збитюв i позитивно позначаеться на ене-ргозбереженш.

Для вирiшення вище розглянуто].' проблеми авторами запропонована блок-схема та алгоритм роботи iнтелектуальноï системи дiагнос-тування i оцшки теxнiчного стану силового обладнання ТП, яка представлена на рис. 1:

Вхцний контроль i прогноз техшчного стану обладнання ТП

Експлуатащя силового обладнання ТП

Оргашзацшно-техшчне забезпечення ТО i Р

Списания

Рис. 1. Блок-схема проведення дiагностування обладнання ТП

Висновки

1. При побудов1 системи д1агностики ви-соковольтного обладнання ТП доцшьно забез-печити комплексний тдхщ до автоматизовано-го безперервного контролю техшчного стану електроустаткування ТП. При цьому, в першу чергу, повинен забезпечуватися безперервний мошторинг стану силового обладнання ТП з можливютю подальшого розширення перелшу контрольованого обладнання. Створення i впровадження комплексних систем мошторин-

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Рассальский, А. Н. Методы непрерывного контроля и оценки состояния высоковольтного оборудования подстанции / Рассальский А.Н., Ко-нограй С.П., Сахно А.А. // IV междунар. науч.-техн.

гу та дiагностування обладнання ТП е основою для побудови штелектуальних систем тягового електропостачання залiзниць Украши на базi SMART технологш.

2. Розроблена блок-схема дiагностування обладнання ТП дозволяе забезпечити безперер-вне дiагностування силового обладнання ТП i суттево скорочуе експлуатацiйнi витрати та т-двищуе надiйнiсть системи тягового електропостачання.

REFERENCES

1. Rassal'skyy, A.N. Metodi nepreruvnoho kontrolya y otsenky sostoyanyya visokovol'tnoho obo-rudovanyya podstantsyy [Methods for the continuous monitoring and evaluation of high-voltage substation

конф. "Силовые трансформаторы и системы диагностики", 22-23 июня 2010 г.: докл. - C. 9-10.

2. Аналiз роботи господарства електрифшацп та електропостачання в 2012 рощ : офщ. текст: - К. : Головне управлшя електрифжацп та електропостачання залiзниць, 2013. — 247 с.

3. Насиров, Ш.Н. Интеллектуальная система диагностики аварийных ситуаций в тяговых подстанциях постоянного тока / Ш.Н.Насиров // Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту îm. акад. В. Лазаряна - Д., 2009. - Вип. 28. С. 53 - 57.

4. Балабанов В.Н. Диагностика в системе технического обслуживания и ремонта електроустановок / В.Н. Балабанов // Учебное пособие. - Хабаровск: ДВГУПС, 2003. - с. 81

5. Михеев Г.М. Цифровая диагностика высоковольтного электрооборудования / Г.М. Михеев // — М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2008. — с. 304.

6. Кобец Б. Б. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid / Б. Б. Кобец, И. О. Волкова. — М.: ИАЦ Энергия, 2010. — 208 с.

7. Петруняк, Р. М. Дослщження та вдоскона-лення систем дiагностики тягово! пвдстанцп на базi SMART технологш / Р. М. Петруняк, О. О. Матусе-вич // Науково-техшчний прогрес на залiзничному транспорта тез. 74-ï наук.-техн. конф. / Мш-во освь ти i науки Украши, Дшпропетр. нац. ун-т з.-д. трансп. îm. акад. В. Лазаряна. - Д.: ДНУЗТ, 2014. -83 с.

8. Тутик, В. Л. Засоби мониторингу систем електропостачання залiзниць [Электронный ресурс] / Ю.В. Пилипенко, Р.Б. Каменський, П.Й. Тарасович, 1.В. Невечера, В.М. Стретович // — Режим доступу: http://www.ess.kpi.ua/index.php/ru/ioomla/arkhiv-konferentsi/ess10.

Надiйшла до друку 18.05.2014.

Внутрiшнiй рецензент Сиченко В. Г.

equipment]. / Rassal'skyy A.N., Konohray S.P., Sakhno A.A. //IV mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. "Sylovie transformatori y systemi dyahnostyky", 22-23 yyunya 2010 g.: dokl. - P. 9-10.

2. Analiz roboty hospodarstva elektryfikatsiyi ta el-ektropostachannya v 2012 rotsi [Analysis of the work farm electrification and power supply in 2012] : ofits. tekst: - K. : Holovne upravlinya elektryfikatsiyi ta el-ektropostachannya zaliznyts', 2013. — 247p.

3. Nasyrov, Sh.N. Yntellektual'naya systema dyahnostyky avaryynukh sytuatsyy v tyahovikh pod-stantsyyakh postoyannoho toka [Intelligent diagnostic system emergencies in DC traction substations] / Sh.N.Nasyrov // Visnyk Dnipropetrovs'koho natsion-al'noho universytetu zaliznychnoho transportu im. akad. V. Lazaryana - D., 2009. - Vyp. 28. P. 53 - 57.

4. Balabanov V.N. Dyahnostyka v systeme tekhny-cheskoho obsluzhyvanyya y remonta elektroustanovok [Diagnostics in system maintenance and repair of electrical] /V. N. Balabanov// Uchebnoe posobye. - Khabarovsk: DVHUPS, 2003. - P. 81

5. Mykheev, H.M. Tsyfrovaya dyahnostyka vi-sokovol'tnoho elektrooborudovanyya [Digital diagnostics of high-voltage electrical equipment] / H.M. Mykheev // — M.: Yzdatel'skyy dom «Dodeka-XXI», 2008. - P. 304.

6. Kobets, B.B. Ynnovatsyonnoe razvytye elektro-enerhetyky na baze kontseptsyy Smart Grid [Innovative development of electric power based on the concept of Smart Grid] / B.B. Kobets, Y.O. Volkova— M.: YATs Enerhyya, 2010. - 208 p.

7. Petrunyak, R.M. Doslidzhennya ta vdos-konalennya system diahnostyky tyahovoyi pidstantsiyi na bazi SMART tekhnolohiy [Research and improvement of diagnostic traction substation at the SMART technologies] / R. M. Petrunyak, O. O. Matusevych // Naukovo-tehnichniy progress na zaliznichnomu transporti: tez. 74-iy nauk.-tehn. konf. / Min-vo osvitu i nauki Ukrainu, Dnipropetr. nats. un-t z.-d. transp. im. akad. V. Lazariyna.- D.: DNUZT, 2014. - 83 p.

8. Tutyk, V.L. Zasoby monitorynhu system el-ektropostachannya zaliznyts' [Means of monitoring electrical railways] / Yu.V.Pylypenko, R.B. Ka-mens'kyy, P.Y. Tarasovych, I.V. Nevechera, V.M. Stretovych // — Rezhym dostupu: http://www.ess.kpi.ua /index.php/ru/joomla/arkhiv-konferentsi/ess10.

3oBHimmH pe^menr ffenucwK C. n.

На сьогодшшнш день дiагностування i мошторинг силового обладнання ТП е одшею i3 суттевих проблем системи тягового електропостачання. Тому створення автоматизовано' системи дiагностування допо-може виршити ïx.

У статтi описано концеп^ю комплексноï дiагностики основного високовольтного обладнання ТП. Створення штелектуальних електроенергетичних систем та пiдстанцiй, що не обслуговуються - не можливе без ефективно' системи автоматизованоï дiагностики обладнання. Запропонований у статп комплексний пщхщ до безперервно' дiагностики обладнання, дозволяе суттево скоротити експлуатацiйнi витрати та пщвищити його ефективнiсть. Також в данш статтi розроблено блок - схему проведення дiагностування обладнання ТП. Було порiвняно функцiональнi властивостi юнуючих енергетичних систем дiагностування та системи на базi Smart теxнологiй. Наводяться традицшш i новi методи дiагностики пiдстанцiйного обладнання.

Ключовi слова: електроустаткування, тягова тдстаншя, електрична система, дiагностика, прогнозування теxнiчного стану, надiйнiсть.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

УДК 621.311.4-52

Р. М. ПЕТРУНЯК, О. О. МАТУСЕВИЧ (ДНУЖТ)

Кафедра Электроснабжение железных дорог, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, 49010, Днепропетровск, Украина, тел.+38 (068) 338 14 98, эл. почта: archemond@rambler.ru

ИССЛЕДОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ НА БАЗЕ SMART ТЕХНОЛОГИЙ

На сегодняшний день диагностирования и мониторинг силового оборудования ТП является одной из существенных проблем системы тягового электроснабжения. Поэтому создание автоматизированной системы диагностирования поможет решить их.

В статье описана концепция комплексной диагностики основного высоковольтного оборудования тяговой подстанций. Создание интеллектуальных электроэнергетических систем и необслуживаемых подстанций - не возможно без эффективной системы автоматизированной диагностики оборудования. Предложенный в статье комплексный подход к непрерывной диагностике оборудования позволяет существенно сократить эксплуатационные затраты и повысить его эффективность. Также в данной статье разработана блок-схема проведения диагностирования оборудования ТП. Было сравнено функциональные свойства существующих энергетических систем диагностирования и системы на базе Smart технологий. Приводятся традиционные и новые методы диагностики подстанционного оборудования.

Ключевые слова: электрооборудование, тяговая подстанция, электрическая система, диагностика, прогнозирование технического состояния, надежность.

Внутренний рецензент Сыченко В. Г. Внешний рецензент Денисюк С. П.

UDC 621.311.4-52

R.M. PETRUNIAK O.O. MATUSEVICH (DNURT)

Department of Electric Power Supply of Railroads of Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan Str., 2, Dnepropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (068) 338 14 98, e-mail archemond@rambler.ru

RESEARCHING AND IMPROVING THE DIAGNOSTIC SYSTEM OF THE TRACTION SUBSTATION BASED ON THE SMART TECHNOLOGIES

The diagnostics and monitoring of power equipment TP is one of the major problems of traction power supply. Therefore, the creation of an automated diagnostic system will help to solve them.

The paper describes the concept of comprehensive primary diagnosis of high-voltage substation equipment. Making intelligent power systems and substations unattended - not possible without an effective system of automated diagnostic equipment. Proposed in the paper an integrated approach to continuous diagnostic equipment can significantly reduce operational costs and increase efficiency. Also in this article designed the block diagram of the traction substations diagnostics equipment. Compared the functional properties of existing energy systems diagnosing and system based Smart technology. Shown are traditional and new methods of diagnosis of substation equipment.

Keywords: electrics, traction substation, electrical system, diagnostics, forecasting technical condition, reliability.

Internal reviewer Sichenko V. G. External reviewer Denisyuk S. P.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Р. М. Петруняк, О. О. Матусевич

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Р. М. Петруняк, О. О. Матусевич

RESEARCHING AND IMPROVING THE DIAGNOSTIC SYSTEM OF THE TRACTION SUBSTATION BASED ON THE SMART TECHNOLOGIES

Текст научной работы на тему «Дослідження та вдосконалення системи діагностики тягової підстанції на базі Smart технологій»