CC BY
31
УДК 621.311 Туйгунова Альбина Григорьевна,
ст. преподаватель кафедры «Транспортные системы», Красноярский институт железнодорожного транспорта - филиал ИрГУПС в г. Красноярске,
тел. (8391)248-16-44, e-mail: tuigunova@krsk.irgups.ru
О НЕОБХОДИМОСТИ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
A.G. Tuigunova
ABOUT NECESSITY OF MONITORING OF THE CONDITION OF ISOLATION OF POWER TRANSFORMERS OF TRACTION SUBSTATIONS TAKING INTO ACCOUNT INFLUENCE
OF CLIMATIC FACTORS
Аннотация. В статье приводится анализ состояния трансформаторного парка Красноярской железной дороги, предлагается классификация климатических факторов, оказывающих существенное влияние на состояние изоляции силовых трансформаторов и обосновывается необходимость диагностики состояния с учетом этого влияния.
Ключевые слова: силовые маслонаполнен-ные трансформаторы тяговых подстанций, климатические факторы, повреждаемость трансформаторов, техническая жесткость климата, районирование по зонам климатической адаптивности.
Abstract. In the article, the analysis of a condition of transformer park of the Krasnoyarsk railway is resulted, climatic factors classification is offered, making essential impact on a condition of isolation of power transformers and necessity of diagnostics of a condition taking into account this influence is proved.
Keywords: power transformers of traction substations, climatic factors, damageability of transformers, technical rigidity of a climate, division into districts on climatic adaptability zones.
В соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, устройства электроснабжения должны обеспечивать надежное электроснабжение электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и межпоездными интервалами при требуемых размерах движения [1]. В системе тягового электроснабжения силовые маслонаполненные транс-
форматоры тяговых подстанций (СМТ ТП, или трансформаторы) - наиболее ответственное и дорогостоящее оборудование, от которого зависит пропускная способность участков железной дороги, безопасность движения поездов, надежность электроснабжения тяговой нагрузки, железнодорожных узлов и сторонних потребителей.
Мировая статистика показывает, что основным критерием общей оценки предельного состояния трансформаторов тяговых подстанций является техническое состояние обмоток (рис. 1). Анализ повреждаемости трансформаторного парка Красноярской железной дороги (КрасЖД) показал, что основной причиной является витковое замыкание обмотки (половина отказов), износ и старение, дефекты монтажа, заводской брак (рис. 2). Все эти трансформаторы находятся в эксплуатации более 25 лет.
Рис. 1. Мировая статистика отказов элементов трансформатора
ш
Диаграмма Парето (повреждения по причинам)
100.00%
66.Л7%.---'
501005>--**'
3
1 1 1
60 «л
40 'Л 30<Я 20«Л
ют о«л
Ыкквип: I': \ Дефект монтажа ЗавогеЕюй дра::
заыык. ооыогки
Причина, повр
Рис. 2. Диаграмма причин повреждаемости трансформаторов КрасЖД
В эксплуатации находится 46 % трансформаторов со сроками службы, превышающими нормативные (рис. 3). В течение 5 лет количество трансформаторов, выработавших нормативный срок службы, увеличится еще на 20 %. Это вызывает необходимость обоснованного продления срока службы трансформаторов с целью дальнейшей эксплуатации их в системе тягового электроснабжения.
эксплуатации Рис. 3. Распределение трансформаторного парка КрасЖД по годам эксплуатации
Существенное влияние на надежность изоляции трансформаторов оказывают климатические условия эксплуатации, важнейшими из которых являются: перепады температуры воздуха, низкие и высокие температуры, переход через 0 °С, осадки и атмосферные (грозовые) перенапряжения. Поскольку изоляционная система трансформаторов является композиционной, климатические факторы в первую очередь оказывают влияние на жидкую изоляцию (трансформаторное масло), а в результате тепломассообмена - и на твердую (бумажную) изоляцию обмоток [2].
Морозы на участках эксплуатации достигают значений -45 °С и ниже, перепады температуры в течение суток могут составлять 20-35 °С, иногда до 50 °С; продолжительность работы при отрицательной температуре окружающей среды составляет более шести месяцев в году.
Эти обстоятельства вызывают необходимость совершенствования содержания изоляции СМТ ТП с учетом климатических условий.
На сети дорог Российской Федерации для поддержания электрооборудования тяговых подстанций, в том числе парка силовых трансформаторов, в исправном техническом состоянии действовала планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта (ППР), которая регламентировалась на основании «Инструкции по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций электрифицированных железных дорог» и предусматривала следующие виды ремонтов: осмотр; текущий ремонт; капитальный ремонт без смены обмоток; капитальный ремонт с расшихтовкой стали сердечника и сменой обмоток; межремонтные испытания.
В 2007 г. введен стандарт СТО РЖД «Устройства электрификации и электроснабжения. Техническое обслуживание и ремонт. Общие требования», а в 2008 г. - СТО РЖД «Устройства электрификации и электроснабжения. Порядок продления назначенного срока службы», которые предполагают обслуживание трансформаторов тяговых подстанций по техническому состоянию.
На основании анализа состояния трансформаторного парка КрасЖД установлено, что одним из существенных факторов, определяющих актуальность проблемы, является изношенность трансформаторов (рис. 3). На диаграмме представлено распределение СМТ ТП КрасЖД по годам эксплуатации, повреждаемость по напряжению (220, 110 кВ), повреждаемость по Главному и Южному ходам КрасЖД (рис. 4, 6).
Анализ состояния трансформаторного парка КрасЖД показал, что на Главном ходу повреждаемость трансформаторов в 5 раз выше, чем на Южном, что можно объяснить различными значениями напряжений от энергосистемы.
Как показывают исследования, в результате изменения погодно-климатических факторов может происходить изменение в изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов тяговых подстанций, следовательно, отклонение фактических сроков их эксплуатации от нормативных, согласно ГОСТ 14209-97.
иркутским государственный университет путей сообщения
Рис. 4. Удельная повреждаемость трансформаторов КрасЖД по годам эксплуатации
Рис. 5. Удельная повреждаемость трансформаторов КрасЖД по напряжению
Рис. 6. Удельная повреждаемость трансформаторов по ходу КрасЖД
Воздействие климатических факторов на бумажно-масляную изоляцию носит разнообразный и неуправляемый характер, поэтому математическим аппаратом исследования этого влияния является метод дисперсионного анализа, в частности метод ранговой корреляции. С привлечением экспертной оценки [3] предлагается классификация климатических факторов, влияющих на параметры надежности СМТ ТП: атмосферные перенапряжения - а , кВ; температура воздуха - Т, °С; средняя амплитуда суточных колебаний температуры воздуха - а, °С; переход через 0 °С - в, °С; относительная влажность воздуха - у, %; осадки -и, мм; время действия анализируемых показателей влияния климатических факторов в течение года -(, мин.
В общем виде модель влияния климатических факторов на параметры надежности трансформатора может быть представлена как функция следующего вида:
S = f (a(t), T(t), a(t), û(t), y(t), q% t), (1)
где S - обобщенный показатель влияния климатических факторов, являясь интегральным показателем, оценивается баллом влияния климата.
Для оценки влияния климатических факторов внешней среды на техническое состояние объекта исследования В.М. Кудрявцев и А.Т. Осяев предложили использовать два показателя, учитывающие воздействие климатических факторов регионов эксплуатации, значения которых определяются в баллах «технической жесткости»: N™. -
«техническая жесткость» холодного климата, 5"тж -«техническая жесткость» жаркого климата [4].
Предлагается использование этих показателей с некоторыми изменениями для оценки влияния климатических факторов на состояние изоляции трансформаторов, находящихся в эксплуатации сверх нормативного срока службы:
*тж = (0,75 • ^пср + 0,25 • ?тахср ).(1 + 0,015 • < )•
•(1 + 0,26 .фх ).(1 + 0,022 • г ),
^ТЖ = (0,55 • ^ абс + 0,20 • ^ абс) • (1 + 0,0075 • < ) •
1-
0,08
•(1 + 0,12 • Гж ),
(2)
(3)
ш
где ¿ттср, ¿тахср - соответственно средние значения минимальных и максимальных температур атмосферного воздуха за три наиболее холодных и жарких месяца; ¿т1пабс, ^тахабс - соответственно средние значения абсолютного минимума и максимума температур атмосферного воздуха за три наиболее холодных и жарких месяца; ох, ож - соответственно средние амплитуды суточных колебаний температуры воздуха за три наиболее холодных и жарких месяца; - соответственно средние значения относительной влажности воздуха за три наиболее холодных и жарких месяца (в долях единицы); тх, тж - продолжительность
действия в месяцах средней температуры воздуха ниже и выше 0 °С.
Территория Российской Федерации расположена в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом, и ее разделение на климатические зоны и климатические условия эксплуатации в этих зонах определены соответствующими ГОСТами. Для технических целей осуществлено районирование территории страны с использованием среднемесячной температуры и относительной влажности воздуха на пять зон «технической жесткости» климата (зоны климатической адаптивности).
Опыт ученых Красноярского аграрного университета под руководством профессора Н.В. Цуг-ленка позволил разработать уровни климатической адаптивности Красноярского края (районирование территории Красноярского края) [5] по степени климатической адаптивности технического объекта исследования (рис. 7).
Установленные баллы влияния климата Красноярского края на техническое состояние объекта исследования находятся в пределах 2-97, выделены зоны климатической адаптивности технического объекта исследования на территории края. Как видим, Главный ход Красноярской железной дороги находится в основном в зоне кли-
иркутским государственный университет путей сообщения
матической адаптивности в границах 0-15 баллов, что соответствует в условиях воздействия низких температур маложесткому климату, а в условиях воздействия высоких температур - маложесткому и умеренно-жесткому климату, а Южный ход - в основном в зоне климатической адаптивности в границах 15-25 баллов, что соответствует в условиях воздействия низких температур умеренно-жесткому климату, а в условиях воздействия высоких температур - жесткому и очень жесткому климату.
Выполнено исследование изменения температуры и выпадения осадков по Главному и Южному ходам КрасЖД за период 2005-2009 годы. На рис. 8-11 показаны изменения температуры окружающей среды и выпадения осадков за 2009 год по Главному и Южному ходам.
Выполненные исследования изменения климатических условий подтверждают резко континентальный климат КрасЖД и необходимость учета их влияния на состояние изоляции трансформаторов тяговых подстанций [6].
Рис. 8. Изменение выпадения осадков по Главному ходу КрасЖД
Рис. 9. Изменение температуры окружающей среды по Главному ходу КрасЖД
Рис. 10. Изменение выпадения осадков по Южному ходу КрасЖД
Рис. 11. Изменение температуры окружающей среды по Южному ходу КрасЖД
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации с изм. и доп., внесенными приказами МПС России: от 24.04.1995г. №7Ц, от 06.03.1996г №6Ц, от от 20.08.1997г №21Ц, от от 20.07.1998г №14Ц, от - М.: Транспорт, 1990. -
15.04.1997г №7Ц, 03.03.1998г №5Ц, 29.03.1999г №17Ц, 12 с.
2. Туйгунова, А.Г. Климатические воздействия на надежность изоляции силовых маслонаполнен-ных трансформаторов тяговых подстанций [Текст] / А.Г. Туйгунова // Электрическая изоляция - 2010. Сб. научн. трудов V Международной научно-технической конференции 1-4 июня 2010 г. - Санкт-Петербург: Изд-во Поли-техн. университет СПбГПУ, 2010. - С. 206-208.
3. Попов, Г. В. Экспертная поддержка при диагностике состояния силовых трансформаторов [Текст] / Г.В. Попов, А.В. Ватлецов, С. Аль-Хамри // Электротехника. - 2003. - № 8. -С. 5-11.
4. Осяев, А.Т. Повышение эффективности эксплуатации магистральных электровозов методами управления их техническим состоянием
ш
[Текст] : дис. д-ра техн. наук / А.Т. Осяев. - М. 6. Туйгунова, А.Г. Совершенствование содержа-
: 2002. - 371 с. 5. Дмитриенко, Е.Н. Моделирование влияния климатических факторов на эксплуатационные свойства машинных агрегатов [Текст] / Е.Н. Дмитриенко. Вестн. КрасГАУ. - 2009. - №5. -С. 152-156.
ния изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов тяговых подстанций с учетом климатических условий: автореф. дис... канд. техн. наук: 05.14.02 / А.Г. Туйгунова. - Красноярск, 2011. - 22 с.
УДК 656.222.3: 65.011.56 Гозбенко Валерий Ерофеевич,
заведующий лабораторией «Динамика транспортных систем» Иркутского государственного университета путей сообщения, д. т. н., профессор
тел.: 89149516021, e-mail: vgozbenko@yandex.ru Иванков Алексей Николаевич, к. т. н., доцент кафедры «Управление эксплуатационной работой» ИрГУПС
тел.: 89148939774, e-mail: aivankov@mail.ru
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ВНУТРИДОРОЖНОГО ПЛАНА
ФОРМИРОВАНИЯ ПОЕЗДОВ
V.E. Gozbenko, A.N. Ivankov
AUTOMATION OF CALCULATION OF THE INTRAROAD PLAN
OF FORMATION OF TRAINS
Аннотация. Приведена методика расчета внутридорожного плана формирования с учетом выделения отправительских маршрутов и местных поездов. Ввиду многоэкстремальности задачи предлагается для ее решения использовать генетический алгоритм.
Ключевые слова: сортировочные станции, полигон, вагонопоток, затраты на накопление и переработку вагонов.
Abstract. The design procedure of the intra-road plan of formation taking into account allocation of shipper trains and local trains is resulted. In view of multiextremeness of a problem it is offered to use genetic algorithm for its decision.
Keywords: switchyards, range, traffic volume, expenses for accumulation and processing of cars.
Изменившиеся условия эксплуатационной работы на сети железных дорог, связанные с большим количеством собственников подвижного состава, недостаточной емкостью сортировочных парков, отменой регулировки порожних вагонов, требуют выработки новых подходов к организации вагонопотоков на полигоне дорог.
Колебания мощности струй вагонопотков, изменение структуры грузопотоков, проведение мероприятий по реконструкции инфраструктуры железнодорожного транспорта приводит к необходимости неоднократной корректировки плана формирования.
Согласно [1], необходим учет переменных нормативов затрат на накопление и переработку вагонов на попутных технических станциях. Поэтому нахождение оптимального плана формирования поездов является многоэкстремальной задачей [2]. Использование аналитических методов для ее решения не гарантирует получение действительно оптимального варианта, а лишь одного из близких к нему по критерию эффективности.
Алгоритм поиска оптимальных решений по организации вагонопотоков на сети железных дорог, регламетрированный [1], на наш взгляд, не является строго формализованным. Он предполагет при получении базового варианта прокладку отсортированных по мощности вагонопотоков по сети возможных назначений с учетом минимальных затрат на переработку и накопление, однако в процессе наложения струй вагонопотоков единичные расходы меняются нелинейно, что требует их корректировки. Изменение единичных расходных ставок выполняется после наложения очередной струи, а для получения действительно оптимального плана струи необходимо накладывать одновременно в несколько этапов, постепенно увеличивая их мощности.
В дальнейшем предполагается корректировка базового варианта с удалением «слабых» назначений и разукрупнение назначений с мощностью, превышающей заданную технологом, с выделением «удлиненных» специализаций поездов. Все вышесказанное еще больше удаляет полученный вариант от оптимального.
