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 | ||||
| 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 | ||
| 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