Введение к работе
Актуальность проблемы. Электрифицированные железные дороги составляют основную часть железных дорог России, выполняющих свыше 80 % грузоперевозок. Главной задачей системы железнодорожного транспорта является обеспечение стабильного перевозочного процесса, что напрямую зависит от надежной работы всех отдельных элементов этой системы. Заземляющее устройство, как один из ее элементов является важнейшим звеном в цепи, определяющей надежную работу оборудования и электробезопасность обслуживающего персонала тяговых подстанций переменного тока.
Обеспечение надежной работы электрооборудования и соблюдение правил электробезопасности персонала электроустановки осуществляется выполнением всех требований нормативной документации, предъявляемых к их заземляющим устройствам.
Параметры заземляющих устройств под воздействием большого количества скрьпых от наблюдения факторов (состав грунта, влажность, наличие солей и кислот в грунте, электрокоррозия, разрушение отдельных элементов под воздействием пучинных явлений и др.) непрерывно изменяются, а визуальный контроль за техническим состоянием заземляющих устройств затруднен. В результате, с течением времени, возможно увеличение сопротивления растеканию заземляющих устройств, обрывы горизонтальных полос и заземляющих спусков, что, в случае возникновения аварийных режимов (короткие замыкания, удары молнии, коммутационные перенапряжения и др.), может привести к появлению высокого потенциала на электрооборудовании, пробою изоляции кабелей и повреждению устройств вторичной коммутации, термическим повреждениям и электротравмам персонала электроустановки.
Методы определения технического состояния заземляющего устройства, рекомендованные действующей нормативно-техничегарй дотсументацией, не
' > ЯЛ
4 позволяют обеспечить надежный эксплуатационный контроль. Поэтому разработка и внедрение методов и аппаратуры определения технического состояния элементов заземляющего устройства, позволяющих своевременно устранять имеющиеся дефекты и обоснованно разрабатывать мероприятия, повышающие надежность работы заземляющего устройства, является эффективным способом продления его срока службы и предотвращения аварийных ситуаций и определяет целесообразность выполнения данной работы.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование процессов, протекающих в сетках сложных заземляющих устройств тяговых подстанций переменного тока в нормальных и при возникновении аварийных режимов, а также разработка методики оценки фактического состояния сложного заземляющего устройства с поверхности земли без вывода электроустановки из работы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Анализ режимов работы и повреждений заземляющих устройств тяговых подстанций переменного тока в процессе их эксплуатации;
-
Исследование процессов, протекающих в сетке сложного заземляющего устройства и его отдельном элементе при нормальном и при возникновении аварийного режима работы электроустановки по результатам теоретических и экспериментальных исследований;
-
Разработка математической модели работы сложного заземляющего устройства и его отдельного элемента при их целостности и при наличии повреждений;
-
Определение характера изменения значений собственных сопротивлений элементов сетки заземляющего устройства в зависимости от величины и частоты протекающего по ним тока;
5. Разработка методики расчета токораспределения и распределения по-
тенциалов по элементам сетки сложного заземляющего устройства при его целостности и при повреждении горизонтальных элементов;
6. Разработка и внедрение метода и устройства, позволяющего производить мониторинг действительного состояния заземляющих устройств с поверхности земли без их откопки и без выведения электроустановки из работы.
Методика исследований. Поставленная в работе цель достигается путем комплексных аналитических и экспериментальных исследований. Для математического моделирования аварийных режимов использованы методы преобразования схем, теории направленных графов и матричной алгебры.
Оценка целесообразности предложенных мероприятий проводилась с использованием методов определения экономической эффективности инноваций.
Результаты аналитических исследований процессов в сетках сложных заземляющих устройств, использующих предлагаемую методику, согласуются с данными экспериментальных исследований, проведенных на тяговых подстанциях Дальневосточной и Забайкальской железных дорог.
Научная новизна решений, сформулированных автором, состоит в следующем:
). Разработана математическая модель работы сложного заземляющего устройства в целом и отдельных его горизонтальных элементов при их целостности и при наличии повреждений, позволяющая оценить условия электробезопасности персонала на территории электроустановки;
2. Разработана методика контроля целостности горизонтальных элементов сложных заземляющих устройств, отличающаяся совмещением принципа неравномерности распределения напряженности магнитного поля вдоль поврежденного проводника и принципа изменения направления протекания токов до и после места повреждения;
3. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены принципы контроля технического состояния горизонтальных элементов сложных заземляющих устройств, на основе которых разработано устройство для контроля целостности горизонтальных элементов заземляющих устройств без вывода электроустановки из работы.
Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями на действующих тяговых подстанциях Восточного региона России.
Практическая ценность.
-
Разработано и запатентовано устройство, позволяющее оценивать техническое состояние сложных заземляющих устройств с поверхности земли. Проведенные испытания подтвердили достоверность разработанных методов;
-
Внедрение результатов работы позволит увеличить срок эксплуатации заземляющих устройств, повысить достоверность результатов их технической диагностики, улучшить условия электробезопасности обслуживающего персонала электроустановки;
-
Оценка экономической эффективности показала, что применение разработанного устройства позволяет экономить до 1953 тыс.руб./ год.
Внедрение. Разработанное устройство для контроля целостности элементов заземляющих устройств прошло испытания на действующих тяговых подстанциях Восточного региона России и в 2003 г. передано на Красноярскую железную дорогу для опытной эксплуатации;
Новые разработки, представленные в диссертационной работе, регулярно включались в планы курсов повышения квалификации специалистов в области электроэнергетики Дальневосточной, Забайкальской и Красноярской железных дорог и учебные курсы по специальностям 1004 и 2104.
7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались и были одобрены:
на Третьей Международной научной конференции творческой молодежи "Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке", Хабаровск, ДВГУПС, 15-17 апреля 2003г.;
на V-ом краевом конкурсе молодых ученых и аспирантов Хабаровского края, Хабаровск, 10 января 2003 г;
на Научно - технических советах Департамента электроэнергетики ДВГУПС с участием представителей службы Э ДВЖД, Хабаровск, ДВГУПС, 2002 - 2003г.г.
Публикации. Основные материалы исследований опубликованы в 10 печатных работах, имеется патент и свидетельство на полезную модель. На защиту выносятся
методика расчета токораспределения и распределения потенциалов по элементам сетки сложного заземляющего устройства при его целостности и при наличии повреждений горизонтальных элементов;
методика оценки фактического состояния отдельных элементов сетки сложного заземляющего устройства и всего заземляющего устройства в целом; функциональная и принципиальная схемы устройства для контроля целостности элементов заземляющих устройств.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, содержит 137 страниц основного машинописного текста, 48 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 93 наименований на 9 страницах. Всего 142 страницы.
