Повышение надежности элементов систем электроснабжения высокоскоростного наземного транспорта

ФАЗЫЛЗЯНОВ Б.Ж., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ПАВЛОВ П.П.

Система электроснабжения железной дороги 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, что особенно важно при прохождении высокоскоростных поездов, так как значительно возрастают токовые нагрузки и становятся выше номинальных значений.

В связи с этим к надежному функционированию СТЭ 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.

Обеспечение надежного и эффективного функционирования СТЭ, повышение качества электроснабжения потребителей тяговых подстанций переменного тока при увеличении пропускной способности и разработка методики расчета надежности СТЭ являются актуальными задачами.

Наиболее важными элементами системы электроснабжения являются тяговые трансформаторы, надежность которых достигается путем внедрения следующих решений:

– устройства для ограничения токов короткого замыкания на тяговых подстанциях электрических железных дорог;

– новая модификация силового трансформатора, имеющего повышенную электродинамическую стойкость;

– усовершенствованная и адаптированная применительно к тяговым подстанциям методика диагностирования остаточной деформации обмоток силовых трансформаторов.

УДК 621.311

Анализ систем контроля газо-, влагосодержания в силовых трансформаторах

ФИЛИНОВА А.Д., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. ст. преп. САБИТОВ А.Х.

Перспективность темы заключается в том, что современные энергосистемы все более требовательны к оснащенности оборудования, все стремятся к построению гибких управляемых сетей (Smart Grid). Системы диагностики и мониторинга являются их составной частью.

Целью является определить для дальнейшего рассмотрения системы контроля, которые будут наиболее приемлемы с точки зрения полноты собранной и предоставляемой информации об оборудовании и экономической целесообразности использования данных систем.

Задачи: изучение оборудования и его характеристик, сведение их в таблицу для возможности дальнейшего анализа.

Проведен анализ систем контроля газо-, влагосодержания силовых трансформаторов отечественного и зарубежного производства, применяемых в нашей стране. Рассмотрены и приведены их основные характеристики.

Представленный доклад является частью магистерской диссертации, в которой будет отражен технико-экономический уровень рассматри-ваемой темы, но на данном этапе отразить его не представляется возможным за неимением целостных данных и вследствие того, что рассмотрена только часть вопроса.

Современные энергосистемы становятся все более требовательными не только к качеству и надежности оборудования, но и к его оснащенности. Сегодня недостаточно, чтобы трансформатор работал безаварийно 30 лет. Для стабильных и зарекомендовавших себя предприятий это уже считается нормой.

В эпоху интеллектуальной техники выходят на первый план как новые рабочие показатели, так и сервисные функции:

– расширенный контроль эксплуатационных параметров;

– самодиагностика;

– удобное (дистанционное) отображение;

– сбор и анализ информации;

– автоматическая выдача рекомендаций.

Это становится обязательным условием для работы мощных ответственных энергоцентров и построения гибких управляемых сетей (Smart Grid).

В настоящее время в РФ применяются только прошедшие аттестацию в ФСК ЕЭС следующие системы диагностики и мониторинга:

– Morgan Schaffer Systems (Calisto, Calisto-2, Calisto-5, Calisto-9);

– Интера (7Х, ИнтеГаз);

– GE Energy (Hydran M2, MINITRANS, TRANSFIX);

– MTE (Hydrocal-1001+, Hydrocal-1003, Hydrocal-1005, Hydrocal-1008);

– Qualitrol (Serveron TM1, Serveron TM3, Serveron TM8);

– LumaSense Technologies (Smart-3, Smart-4, Smart-9).

Анализ представленного выше списка систем контроля газо-, влагосодержания и будет рассмотрен в данном докладе.

Первой из анализируемых систем контроля будет блок Morgan Schaffer Systems, страна-производитель – Канада. Характеристики линейки продукции этого производителя представлены в табл. 1.

Таблица 1

	Calisto	Caliso-2	Calisto-5	Calisto-9
Водород (H2), ppm	2–50000	2–50000	0,5–20000	0,5–20000
Окись углерода (CO), ppm	–	25–100000	10–30000	10–30000
Метан (CH4), ppm	–	–	0,2–100000	0,2–100000
Ацетилен (C2H2), ppm	–	–	0,2–100000	0,2–100000
Этилен (C2H4), ppm	–	–	0,2–200000	0,2–200000
Этан (C2H6), ppm	–	–	–	0,2–200000
Углекислый газ (CO2), ppm	–	–	–	15–100000
Кислород (O2), ppm	–	–	–	500–100000
Азот (N2), ppm	–	–	–	2000–150000
Элегаз (SF6), ppm	–	–	–	2–2500
Влага, % отн. влажности	0–100	0–100	0–100	0–100
Погрешность измерения газов, %	±10	±10	±10	±10
Погрешность измерения влаги, %	±3	±3	±3	±3
Время замера, ч	2	2	4	4
Давление масла, атм	0–2,72	0–2,72	0–2,72	0–2,72
Температура масла на входе, °С	– 40–120	–40–120	–40–120	–40–120
Рабочее давление, атм	–	–	–	–
Рабочая температура, °С	–40–55	–40–55	–50–55	–50–55

Как видно из табл. 1, линейка канадской компании охватывает весь список возможных растворенных газов. Наиболее обширным списком обладает Calisto-9, которая способна отыскать растворенный элегаз, чем ни одна другая из рассмотренных мною систем похвастаться не может. В базовой и самой простой комплектации система Calisto измеряет только водород и влагу в достаточно обширном диапазоне.

Фирмой «Интера» (РФ) в области контроля газо-, влагосодержания представлены две системы. Их характеристики приведены в табл. 2.

Таблица 2

	7X (Интера)	ИнтеГаз
Водород (H2), ppm	25–4500	5–2000
Окись углерода (CO), ppm	10–2000	20–2000
Метан (CH4), ppm	10–2000	20–2000
Ацетилен (C2H2), ppm	10–2000	20–2000
Этилен (C2H4), ppm	10–2000	20–2000
Этан (C2H6), ppm	10–2000	20–2000
Углекислый газ (CO2), ppm	100–10000	–
Кислород (O2), ppm	–	–
Азот (N2), ppm	–	–
Элегаз (SF6), ppm	–	–
Влага, % отн. влажности	0,03–100	0,03–100
Погрешность измерения газов, %	±5	±20
Погрешность измерения влаги, %	–	–
Время замера, ч	3	3
Давление масла, атм	–	–
Температура масла на входе, °С	35 ± 0,5	35 ± 0,5
Рабочее давление, атм	0,83–1,05	0,83–1,05
Рабочая температура, °С	–60–40	–60–40

В табл. 2 приведены те же характеристики масла и системы в целом, по которым была проанализирована система Calisto. Из табл. 2 видно, что диапазон измерений систем контроля газо-, влагосодержания компании «Интера» грубее, однако список анализируемых газов полнее и находится на уровне между Calisto-5 и Calisto-9. Несомненным плюсом является и то, что погрешность измерения газов системы 7Х ниже, чем у Calisto.

Следующими рассматриваемыми системами стали системы Smart компании LumaSense Technologies, страна-производитель – Германия. Характеристики приведены в табл. 3.

Таблица 3

	Smart-3	Smart-4	Smart-9
Водород (H2), ppm	–	5–10000	5–10000
Окись углерода (CO), ppm	–	10–10000	10–10000
Метан (CH4), ppm	50–50000	–	2–50000
Ацетилен (C2H2), ppm	50–50000	0,5–10000	0,5–10000
Этилен (C2H4), ppm	50–50000	–	2–50000
Этан (C2H6), ppm	–	–	2–50000
Углекислый газ (CO2), ppm	–	10–20000	10–20000
Кислород (O2), ppm	–	–	100–50000
Азот (N2), ppm	–	–	5000–100000
Элегаз (SF6), ppm	–	–	–
Влага, % отн. влажности	1–99	1–99	1–99
Погрешность измерения газов, %	±5	±5	±5
Погрешность измерения влаги, %	±2	±2	±2
Время замера	3 ч – 7 дн.	3 ч – 7 дн.	3 ч – 7 дн.
Давление масла, атм	0–2,4	0–2,4	0–2,4
Температура масла на входе, °С	–20–120	–20–120	–20–120
Рабочее давление, атм	0–2,5	0–2,5	0–2,5
Рабочая температура, °С	–50–70	–50–70	–50–70

Из табл. 3 видно, что диапазоны измерений систем Smart-4 и Smart-9 сравнимы с диапазонами Calisto, погрешность измерений газов меньше и сравнима с системой 7Х компании «Интера». Количество измеряемых газов в базовой комплектации Smart-3 больше, и его базой являются метан, ацетилен и этилен, Calisto же в базе измеряет только водород.

Компанией Qualitrol (США) преставлены на рынке такие системы контроля газо-, влагосодержания, как Serveron TM1, Serveron TM3, Serveron TM8. Их характеристики представлены в табл. 4.

Таблица 4

	Serveron TM1	Serveron TM3	Serveron TM8
Водород (H2), ppm	20–10000	–	3–3000
Окись углерода (CO), ppm	–	–	5–10000
Метан (CH4), ppm	–	5–7000	5–7000
Ацетилен (C2H2), ppm	–	1–3000	5–3000
Этилен (C2H4), ppm	–	3–5000	5–5000
Этан (C2H6), ppm	–	–	5–5000
Углекислый газ (CO2), ppm	–	–	5–30000
Кислород (O2), ppm	–	–	30–25000
Азот (N2), ppm	–	–	5000–100000

Окончание табл. 4

	Serveron TM1	Serveron TM3	Serveron TM8
Элегаз (SF6), ppm	–	–	–
Влага, % отн. влажности	0–100	5–95	0–100
Погрешность измерения газов, %	±15–20	±2	±4
Погрешность измерения влаги, %	±5	±2	±2
Время замера	–	–	–
Давление масла, атм	0–6,8	0–3,06	0–3,06
Температура масла на входе, °С	–20–105	–40–180	–40–180
Рабочее давление, атм	–	–	–
Рабочая температура, °С	–50–55	–50–55	–50–55

Системы контроля компании Qualitrol имеют средние характе-ристики. В базовой комплектации Serveron TM1 измеряет водород и содержание влаги с достаточно большой погрешностью по сравнению с другими, рассмотренными выше системами.

Следующая рассмотренная плеяда – системы контроля компании Kelman, страна-производитель – Великобритания. Характеристики представлены в табл. 5.

Таблица 5

	Hydran M2	MINITRANS	TRANSFIX
Водород (H2), ppm	5–5000	5–5000	5–5000
Окись углерода (CO), ppm	4–50000	10–50000	2–50000
Метан (CH4), ppm	–	–	2–50000
Ацетилен (C2H2), ppm	0,5–50000	3–50000	0,5–50000
Этилен (C2H4), ppm	2–50000	–	2–50000
Этан (C2H6), ppm	–	–	2–50000
Углекислый газ (CO2), ppm	–	–	20–50000
Кислород (O2), ppm	–	–	150–50000
Азот (N2), ppm	–	–	10–130000
Элегаз (SF6), ppm	–	–	–
Влага, % отн. влажности	0–100	0–100	0–100
Погрешность измерения газов, %	±5	±10	±5
Погрешность измерения влаги, %	±2	–	–
Время замера	–	1 ч – 1 дн.	1 ч – 1 дн.
Давление масла, атм	0–6,7	0–2,9	–
Температура масла на входе, °С	–50–90	–40–120	–40–120
Рабочее давление, атм	–	–	–
Рабочая температура, °С	–50–55	–40–55	–40–55

Из табл. 5 видно, что диапазоны измерений довольно хорошие, погрешности измерения газов различные, но находятся в приемлемых диапазонах.

Линейка систем диагностики компании MTE, страна-производитель – РФ, представлена четырьмя системами контроля газо-, влагосодержания с характеристиками, приведенными в табл. 6.

Таблица 6

	Hydrocal-1001+	Hydrocal-1003	Hydrocal-1005	Hydrocal-1008
Водород (H2), ppm	20–5000	25–2000	25–2000	25–2000
Окись углерода (CO), ppm	15–5000	25–2000	25–5000	25–5000
Метан (CH4), ppm	25–5000	–	–	25–2000
Ацетилен (C2H2), ppm	25–5000	–	5–2000	5–2000
Этилен (C2H4), ppm	25–5000	–	10–2000	10–2000
Этан (C2H6), ppm	25–5000	–	–	25–2000
Углекислый газ (CO2), ppm	–	–	–	25–20000
Кислород (O2), ppm	–	–	–	–
Азот (N2), ppm	–	–	–	–
Элегаз (SF6), ppm	–	–	–	–
Влага, % отн. влажности	0–100	0–100	0–100	0–100
Погрешность измерения газов, %	±15	±15	±15	±15
Погрешность измерения влаги, %	–	–	–	–
Время замера	–	–	–	–
Давление масла, атм	0–7,7	0–7,7	0–7,7	0–7,7
Температура масла на входе, °С	–20–90	–20–90	–20–90	–20–90
Рабочее давление, атм	–	–	–	–
Рабочая температура, °С	–55–55	–50–55	–55–55	–55–55

Ознакомившись с характеристиками, представленными в табл. 6, можно сделать вывод о том, что диапазон измерений рассмотренные системы имеют средний, точность – допустимую.

Все представленные в докладе данные взяты с сайтов компаний производителей, из их буклетов, предоставляемых в открытом доступе.

Таким образом, проведенный анализ показывает, что системы контроля газо-, влагосодержания производства РФ являются конкуренто-способными. Для дальнейшего анализа планируется рассмотреть экономический аспект и собрать информацию для составления подобного рода таблицы с отражением в ней стоимости, окупаемости и других технико-экономических показателей, так как без этих данных выявить наиболее подходящие системы контроля не представляется возможным – анализ не будет полным и объективным.

УДК 621.311