книги из ГПНТБ / Загайнов, Н. А. Повышение эффективности и надежности оборудования электроснабжения городского электрического транспорта

Характерным примером вышесказанного может слу­

жить обслуживание основного оборудования тяговых подстанций ГЭТ. Так, выпрямительный агрегат является многократно резервированным устройством, обладающим значительными запасами. Анализ функционирования и расчет надежности выпрямительного агрегата показыва­

ют, что он может работать значительное время безотказ­ но при наличии в отдельных его ветвях отказавших эле­

ментов — пробитых вентилей.

Тем не менее в настоящее время при повреждении хотя бы одного вентиля агрегат останавливается на обслуживание. При анализе возникающих при этом

потерь, кроме дополнительных частых простоев, необхо­ димо учитывать следующее: время замены одного, двух и т. д. вентилей растет не пропорционально числу вентилей, а медленнее. Поэтому с точки зрения затрат

рабочего времени более целесообразно заменять несколь­

ко отказавших вентилей. При этом разумеется необхо­

димо обеспечивать требования к вероятности безотказ­

ной работы агрегата.

Таким образом, приходим к постановке основных

задач профилактического обслуживания: определение

оптимального с точки зрения надежности планирования

профилактических работ; определение содержания про­

филактических работ.

Рассмотрим следующую модель профилактического обслуживания. Имеется резервированная по двум видам отказов система. В начале работы все элементы исправ­

ны, а далее в процессе работы отказы элементов приво­ дят к смене состояний системы. Система отключается при попадании в отказовое состояние, а также при про­

ведении профилактических работ. После устранения от­

каза и после выполнения плановых профилактических

работ происходит возвращение системы в первоначаль­ ное состояние. Возможное состояние системы к моменту проведения профилактических работ в дальнейшем це­

лесообразно характеризовать суммарным числом отка­ завших элементов и объединить состояния с одинаковым

числом неисправных элементов.

Каждое такое состояние тогда можно характеризо­

вать средним временем, необходимым для профилакти­ ки. При отсутствии отказов время профилактики равно

T0, при наличии одной неисправности T↑, двух T2 и т. д.

30

Критерием надежности в рассматриваемом случае

целесообразно считать P(x, t) вероятность следующего события: система, исправная в произвольный момент t,

работает безотказно в течение времени х от t до t-3rx.

Задача заключается в определении такого периода пла­

новых профилактических работ, при котором P(x, t)

принимает максимальное значение.

Указанная задача в применении к автоматическим

системам решалась в предположении, что система оста­

навливается только на профилактические ремонты [9].

Обобщая полученные выводы к оборудованию электро­

снабжения (в частности, с оборудованием тяговых под­

станций на примере кремниевых выпрямительных агре­

гатов), с учетом особенностей его функционирования и

расчета надежности, получено на основании теории ве­

роятности следующее выражение для определения веро­

ятности безотказной работы за время х:

мизации на ЭЦВМ. При двух, трех резервированных эле­ ментах формула (16) значительно упрощается. Искомый

оптимальный период определяется абсциссой, соответст-

31

вующей экстремуму функции P(x)=f(Tp) (рис. 5). Для

варианта I период 7,p0πτ равен 3 мес., а Для варианта II —

6 мес.

Однако вопрос о назначении периодичности профи­

лактики необходимо решать не по одному критерию, а

на основе комплексного учета нескольких критериев.

При этом задача с несколькими критериями сводится к

Рис. 5. Зависимость P(x) =f(Tp) для вы­ прямительных агрегатов тяговых подстанций ГЭТ при различных интенсивностях отказов вентилей:

Xh — по пробоям; μ∙∏ — по обрывам цепи

»

териев, а на остальные накладывается ограничение [10],

т. е. задача с несколькими критериями сводится к задаче

32

ными методами: например, путем наискорейшего спуска линейного программирования. В конечном итоге назна­ чаются периодичности профилактик для каждого і-го уст­

ройства (узла или элемента) системы, после чего целесо­ образно произвести совмещение профилактических работ.

Эффективность профилактики определяется не толь­ ко своевременностью назначения профилактических ра­

бот, но и качеством их проведения. При этом качество

выявления неисправностей зависимо от аппарата прогно­ зирования, способов выявления (поиска) неисправных

элементов и времени, отведенного на профилактику.

Безусловно, существенное влияние на эффективность про­ филактики оказывает опыт эксплуатации аппаратуры и

квалификация обслуживающего персонала.

C целью обеспечения надежности и эффективности использования оборудования электроснабжения город­

ского транспорта необходимо принятие ряда мер в обла­ сти эксплуатации: применения тщательно разработанных

и научно обоснованных инструкций и , методик по экс­

плуатации, а также по профилактике и ремонту; исполь­ зование только квалифицированного обслуживающего

персонала с установкой его прав, обязанностей и ответ­ ственности; проверка соответствия организации и объема

плановых профилактических работ основному назначе­

нию и характеру применяемого оборудования.

5.Пути повышения надежности оборудования систем электроснабжения

Анализ проблемы обеспечения надежности работы и повышения экономических показателей системы элек­ троснабжения трамваев н троллейбусов показывает, что

33

необходимым условием решения основных ее задач явля­

ются разработка и внедрение ряда теоретических и экс­

периментальных вопросов. Выше основное внимание

было уделено одному из них, а именно методике оценки параметров надежности как эксплуатируемого, так и

вновь проектируемого электрооборудования в системах

электроснабжения ГЭТ. Другой не менее важной сторо­ ной общей проблемы повышения надежности является усовершенствование существующих узлов и схем тяговых

подстанций и сетей и разработка новых элементов уст­ ройств электроснабжения, с одной стороны, обеспечиваю­ щих нормальные условия эксплуатации подвижного со­ става, с другой — надежность их работы должна быть

обусловлена минимальными затратами.

Децентрализованная система электроснабжения.

В 1966 г. в Москве была включена в эксплуатацию новая система электроснабжения троллейбусной линии, пост­

роенная на принципе полного резервирования каждой тяговой подстанции. В настоящее время эта система

получила широкое распространение. Например, в Моск­

ве уже введены в эксплуатацию пять троллейбусных и*

одна трамвайная линии с децентрализованным электро­ снабжением, включающим 24 одно- и двухагрегатные

подстанции.

Особенность этой системы заключается в отсутствии

резервного оборудования на тяговой подстанции, заме­

ненного необходимым уровнйм избыточности, уменьше­

нии длины кабелей тяговой сети, отсутствии сетевых ком­

мутационных устройств. Внешняя схема питания

подстанций — однолучевая радиальная, являющаяся наиболее экономичной и надежной, так как длина кабе­

лей 6÷10 кВ существенно сокращается, при этом на

вводе подстанции вся коммутационная аппаратура сведе­ на только к разъединителю.

Децентрализация питания позволяет сократить рас­

стояния между подстанциями. В результате одновремен­

но с сокращением суммарных затрат снижаются и отно­ сительные потери напряжения, таким образом создается более благоприятный режим напряжения в сети. Как по­

казали исследования, капитальные затраты снижаются

на 15% от общей стоимости системы электроснабжения

городского электрического транспорта, а экономия элек-

34

троэнергии только по трем эксплуатируемым линиям со­ ставляет 2,5 млн. квт • ч/год [11].

О рациональности дальнейшего расширения сферы применения децентрализованного электроснабжения го­

ворят также результаты исследования надежности элек­

троснабжения линий, проведенного Мосгортранспроектом. Аналитические расчеты, проведенные на основе статисти­

ки отказов элементов новых систем, показали, что

вероятность внезапного отказа подстанции (4,2-IO-4)

значительно ниже, чем вероятность простоя подстанции

на профилактическом ремонте (Ю-2). Вероятность про­

стоя двух рядом стоящих подстанций (такой случай вы­

зывает простой подвижного состава на линии) по рас-'

четам выражается величиной IO-4 (около одного часа в год), при выходе из строя одной из тяговых подстан­ ций рядом стоящие подстанции обеспечивают беспере­

бойное электроснабжение тяговой сети. За пять лет эксплуатации одной из линий децентрализованного

электроснабжения было отмечено всего четыре простоя

ссуммарным временем 55 мин.

Впервые годы разработки и внедрения этой весьма

прогрессивной системь/ существовало мнение, что ее при­

менение ограничивается необходимостью устройства мощных опорных ` подстанций в наиболее тяжелых

транспортных узлах разветвленных сетей.

Для решения этой проблемы Мосгортранспроект раз­

работал проект многоагрегатной тяговой подстанции

с модульной схемой электрических соединений, где ана­

логом модуля явилась схема одноагрегатной подстанции: агрегат — две питающие линии и секционный выклю­

чатель.

Таким образом, широкое применение децентрализо­ ванного электроснабжения трамвая и троллейбуса при

рациональном сочетании одно- и многоагрегатных под­

станций может служить основой построения наивыгод­

нейших и надежных систем питания устройств'электро­

снабжения городского электрического транспорта.

Усовершенствование электрооборудования тяговых подстанций. Кремниевые выпрямители на тяговых под­ станциях городского электрического транспорта начали

применять в 1962 г. и в настоящее время они практиче­

ски полностью вытеснили ртутные выпрямители. Широ-

35

кому внедрению выпрямителей предшествовала опытная

эксплуатация и испытание их работы в различных режи­

мах. В результате проведенных испытаний и обобщения опыта эксплуатации преобразовательных агрегатов с

кремниевыми выпрямителями были определены основные

технические характеристики агрегатов и доказана их

надежность и экономическая целесообразность внед­

рения.

Дальнейшие исследования и накопленный опыт экс­ плуатации агрегатов с кремниевыми выпрямителями

типов БВК-Ю00/600Н и БВК-2000/600Н, которые в пер­ вые годы выполнялись с принудительным воздушным охлаждением, дали возможность выявить наиболее

слабые места и наметить пути их устранения. <C другой

■стороны, совершенствование и внедрение в производство мощных силовых полупроводниковых приборов позволи­

ли усовершенствовать конструктивное выполнение бло­

ков. Так, появление силовых вентилей с контролируемым

лавинообразованием (лавинных вентилей) повлекло за собой создание группой сотрудников кафедры электри­

ческого транспорта МЭИ совместно с УПТ Мосгориспол-

кома и Запорожским электроаппаратным заводом

выпрямителей -БВКЛ-ІООО/бООН и БВКЛ-2000/600Н. Од­

нако общим недостатком обоих типов выпрямителей бы­ ло использование принудительного охлаждения.

В [7] по обработке статистики отказов элементов

выпрямительных блоков было доказано, что наибольшее число отказов приходится на электродвигатели вентиля­ торов. При этом наибольшее число выходов из строя

подшипников двигателей приходится на первые месяцы работы, т. е. имеется сравнительно большой период при­ работки. Кроме того, были отмечены отказы двигателей

вентиляторов из-за межвитковых замыканий и обрывов

обмоток. C целью устранения весьма существенного

недостатка, связанного с наличием вращающихся частей

в системе вентиляции, для нужд тяговых подстанций

ГЭТ коллективом кафедры электрического транспорта

МЭИ совместно с УПТМ и Запорожским производствен­

ным объединением «Преобразователь» были разработа­ ны агрегаты с естественным охлаждением.

Применение выпрямительных агрегатов с естествен­ ным охлаждением позволяет получить ряд преимуществ:

повышается общая надежность подстанции, ликвидиру-

36

ется шум, улучшаются условия эксплуатации. По приведенной выше методике были проведены расчеты пара­

метров надежности агрегатов ВАКЛЕ. Вероятность безот­

казной работы выпрямителя агрегата ВАКЛЕ-2000/600Н

при 7=25 000 ч повышается до 0,93 по сравнению с

ВАКЛ-2000/600Н — 0,89 при 7=20 800 ч.

Выпускаемые выпрямительные агрегаты всех типов выполняются по нулевой схеме выпрямления (звезда — две обратные звезды с уравнительным реактором).

Это продиктовано тем фактом, что заменяемые ртутные выпрямители были выполнены по данной схеме, а также отсутствием трансформаторов, выполненных для мосто­

вой схемы выпрямления.

В настоящее время для тяговых подстанций ГЭТ

разработаны трансформаторы, обеспечивающие выпрям­

ление по мостовой схеме и обладающие определенными

преимуществами: меньше габаритные размеры, повы­

шенный к. п. д. и т. д. Это позволяет по-новому подойти к вопросу дальнейшего совершенствования кремниевых

выпрямительных агрегатов и другого силового оборудо­ вания (например, применение управляемых выпрями­

тельных агрегатов с регулированием напряжения).

В общей проблеме повышения надежности системы

электроснабжения горэлектротранспорта значительное место отводится комплексу научных разработок по соз­ данию тяговой подстанции «на замке», т. е. работающей продолжительное время без обслуживания. Основные

направления этих разработок следующие.

1. Создание и эксплуатационные испытания кремние­

вого управляемого выпрямительного агрегата, позволяю­

щего исключить выключатели постоянного тока с откры­

той электрической дугой. Вероятно, в связи с заменой в

агрегате диодов на тиристоры надежность самого агре­

гата несколько снизится. Однако устранение линейных выключателей значительно повысит общую надежность

подстанции. \

2. Разработка бесконтактных устройств защиты, сиг­

нализации и управления, охватывающих систему собст­

венных нужд, управления агрегатом, выключателем вво­ да 6÷10 кВ, максимальной токовой и максимальной

направленной защитой и другими защитами. Основными элементами в этих схемах являются логические транзи­

сторные и магнитные элементы, магнитные усилители и

37

герконы (герметичные контактные реле). Последние,

хотя и являются контактными аппаратами, могут успеш­ но конкурировать с бесконтактными вследствие их повы­ шенной надежности.

3. Замена масляных выключателей в РУ 10 кВ тири­

сторными. Тиристорный выключатель, как показали ис­

следования, позволяет сократить время отключения ко­ роткого замыкания (время отключения короткого замы­

кания на стороне выпрямленного тока и при пробое

вентильного плеча составляет 12 мс). Перспектива при­

менения тиристорных выключателей определяется по­ ставкой промышленностью тиристоров на токи 320÷500A

и рабочее напряжение 5 кВ. Это позволит сократить общее число необходимых тиристоров в выключателе и

общую его стоимость, упростится схема управления

тиристорами.

Введение в эксплуатацию бесконтактных тяговых подстанций позволит наряду с повышением надежности электроснабжения подвижного состава на линии увели­ чить сроки между профилактическими осмотрами и ре­ монтами до одного года.

4. Организация и проведение сбора полных и досто­

верных статистических данных об отказах и простоях

оборудования. Сбор данных должен проводиться по спе­

циальным формам. Периодический анализ данных по основным видам отказов всех элементов, приборов и уз­

лов системы электроснабжения позволит производить расчет и оценку надежности эксплуатируемых систем. Кроме того, йа основе подобного анализа могут быть вы­

работаны рекомендации по эксплуатации и совершенст­

вованию конструкции отдельных видов оборудования.

C целью обеспечения надежности (и эффективности)

использования оборудования электроснабжения, а следо­ вательно, уменьшения простоя подвижного состава необ­

ходимо применение тщательно разработанных и научно

обоснованных методов проведения профилактических ме­

роприятий и ремонтов. При этом особое внимание сле­

дует уделять квалификации обслуживающего персонала.

5. При проектировании новых систем электроснабже­

ния и их отдельных функциональных блоков следует обеспечивать максимальное значение коэффициента нор­ мирования надежности (путем поиска новых схемных

решений систем электроснабжения, рационального вида

38

резервирования, применения более ремонтопригодного

и надежного оборудования). Для этого необходимо соз­

дание строгих методик расчета надежности систем на стадии проектирования с учетом имеющихся статистиче­ ских данных эксплуатации.

6. Организация для совершенно новых систем опыт­

ной эксплуатации в реальных уловиях с участием раз­

работчиков, изготовителей и представителей эксплуата­ ции.

II.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ НОВОЙ ТЕХНИКИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

6.Общие положения

Любое мероприятие по развитию и совершенствова­

нию средств транспорта, связанное с финансовыми затра­

тами, должно иметь технико-экономическое обоснование,

иначе говоря, иметь расчеты эффективности внёдрения.

При этом необходимо иметь в виду, что существует два

понятия эффективности: техническая эффективность и экономическая эффективность.

Техническая эффективность характеризуется степенью

соответствия новых мероприятий поставленным требова­

ниям. Этот вид эффективности в дальнейшем нами не рассматривается, так как он отражается в технических заданиях на разработку новой техники (т. е. она в

скрытом виде отражается в расчетах экономической эф­ фективности).

Экономическая эффективность может быть общей (абсолютной) и сравнительной (относительной). Общая

(абсолютная) эффективность капвложений характери­ зуется следующими показателями:

1) отношением прироста национального дохода от

39