CC BY
32
Т а б л и ц а 2
Интегральные индексы удовлетворенности пассажиров_
№ п\п Наименование характеристики Баллы
1-е полугодие 2012 года 2-е полугодие 2012 года 1-е полугодие 2013 года
1 Доступность 4,6 4,9 5,1
2 Тариф 5,1 5,6 5,7
3 Стабильность 4,8 5,3 5,9
4 График движения 4,5 5,5 5,9
5 Уровень сервиса на вокзалах 5,2 5,9 6,2
6 Информированность 5,3 6,0 6,1
7 Скорость 4,7 5,1 5,3
8 Комфортность в пути следования 4,6 5,1 5,6
9 Санитарно-техническое состояние объектов инфраструктуры 4,9 4,9 5,0
10 Безопасность 5,6 5,6 5,9
Общий индекс удовлетворенности 4,8 5,6 5,7
Заключение
Результаты апробации внедрения системы «Бережливый сервис» в компании можно рассматривать как промежуточные, совершенствование системы управления не имеет предела. При её помощи система переходит на качественно новый уровень, трансформируется в стабильную, не теряет адаптивности и гибкости реакции на рыночные изменения и при этом постоянно самосовершенствуется.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Об общих принципах организации законодательных (представительных) и исполнительных органов государственной власти субъектов Российской Федерации : федер. закон от 6 октября 1999 г. № 184-ФЗ. Доступ из справ.-правовой истемы «Консультант-Плюс» в локальной сети Иркут. гос. ун-та путей со-общ.
2. Седдон Дж. Свобода от приказов и контроля. Путь к эффективному сервису. М. : РИА «Стандарты и качество», 2009. 232 с.
УДК 621.314.222.6: 621.311.4: 621.33 Воприков Антон Владимирович,
аспирант, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, e-mail: voprikov.anton@mail.ru
Григорьев Николай Потапович,
профессор, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, тел. 89145461136, e-mail: profcom@festu.khv.ru
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ТЯГОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПОДСТАНЦИЙ СХЕМОЙ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 25 КВ
A. V. Voprikov, N. P. Grigoriev
RESOURCE-SAVING TRACTION-FEEDING TRANSFORMER SUBSTATIONS CIRCUITS CONNECT TO THE TRACTION POWER SUPPLY OF AC 25 KV
Аннотация. В статье рассмотрена актуальная проблема - ресурсосбережение тяговых трансформаторов электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ. Доказан неравномерный износ изоляции обмоток тягового трансформатора. При общепринятой схеме подключения вводов тягового трансформатора изоляция обмоток «AX (ax)» и «CZ (cz)» изнашивается интенсивнее, чем изоляция обмотки «BY (by)». Получены коэффициенты неравномерности износа изоляции обмоток, позволяющие определять целесообразность подключений вводов тягового трансформатора. Выполнен анализ современного технического обслуживания и ремонта и предложено дополнить существующий регламент технического обслуживания и ремонта тяговых трансформаторов новым способом подключения к тяговой сети и ЛЭП. Полученные результаты исследования соответствуют выполнению энергетической стратегии развития холдинга ОАО «РЖД».
Ключевые слова: схемы питания тяговой сети переменного тока 25 кВ, срок службы тягового трансформатора, износ изоляции обмоток, система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ.
Abstract. The article considers the actual problem, resource-saving traction-feeding transformer system of electrified railways AC 25 kV. The analysis of modern maintenance and repair is realized. It proposed to complement the existing regulation of maintenance and repair of traction-feeding transformer with a new connection technology to the traction power supply and Power Lines.
Keywords: traction power supply circuit of AC 25 kV, service life traction-feeding (railway) transformer, insulation deprecation of the windings, system of electrified railways AC 25 kV.
Введение перспективу до 2030 года» приоритетными зада-
В соответствии с «Энергетической стратеги- чами на железнодорожном транспорте являются ей холдинга «РЖД» на период до 2015 года и на повышение энергоэффективности, внедрение ре-
сурсосберегающих технологий, снижение затрат на период жизненного цикла техники и др. [1]. Поэтому задача повышения срока службы тяговых трансформаторов электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ является актуальной.
Протяженность электрифицированных линий на переменном токе составляет более 25 тыс. км [2]. Они содержат 283 тяговых подстанции [3]. Как правило, на подстанции установлено два трансформатора. Следовательно, в эксплуатации находятся 566 тяговых трансформаторов. Современное их состояние в первую очередь определятся большим сроком эксплуатации. Тяговые трансформаторы - это основное и дорогостоящие оборудование подстанций.
Особенности износа изоляции обмоток трансформатора
Срок службы тягового трансформатора зависит от износа изоляции его обмоток. При эксплуатации трансформатора контролируют параметры изоляции, которые непосредственно влияют на ее износ (температура, влажность, окисление) и приводят их в соответствие заданным нормам. Наиболее интенсивный износ изоляции происходит в наиболее нагретой точке обмотки.
С увеличением температуры изоляции обмоток на каждые 6 °С срок службы изоляции уменьшается вдвое, или ее относительный износ увеличивается в 2 раза. При температуре наиболее нагретой точки (Тн.н.т) обмотки тягового трансформатора, равной 98 °С, относительный износ ее изоляции соответствует номинальному и равен 1, а при температуре наиболее нагретой точки обмотки тягового трансформатора, равной 140 °С, относительный износ ее изоляции в 128 раз больше номинального [4]. Повышение влажности [5] бумаги на 2 % увеличивает скорость ее износа в 616 раз, а повышение влажности на 4 % - в 12-45 раз по сравнению с увлажнением бумаги 0,3 %. Повышение кислотного числа трансформаторного масла [6] на 0,2 мг КОН/г увеличивает скорость износа изоляции в 2 раза.
Температура нагрева трансформаторов зависит от мощности потерь в обмотках и времени этих потерь. Потери энергии в обмотках трансформаторов зависят от квадрата тока и прямо пропорциональны длительности его протекания, активного сопротивления и в общем виде могут быть определены для каждой обмотке по следующей формуле:
Г'.' = I 1: : --Вт -: (1)
где I - ток, протекающий по обмотке трансформатора, А; Я - активное сопротивление обмотки трансформатора, Ом; Т - расчетный интервал времени, ч.
В соответствии с закономерностями [7] токи в обмотках высшего напряжения «АХ» и «CZ» и тягового напряжения «ах», «С2» и соответственно потери электрической энергии в данных обмотках значительно превышают токи и потери электрической энергии в обмотках «ВУ» и «Ьу». Например, при условии 1Л = 1 и = 0 получим |1Ьу|= || 0,5-1^,1 и = 0,25-ДР^,
2= !г Следовательно, мощность по-
терь в обмотках «АХ» и «CZ», «ах» и «С2» может превышать мощность потерь обмотки «BY» и «Ьу» в 4 раза. Очевидно, температура обмоток «BY» и «Ьу» будет значительно меньше температуры обмоток «АХ» и «С2», «ах» и «С/».
Определять износ изоляции обмоток силовых трансформаторов тяговых подстанций с учетом основных механизмов ее старения (пиролиз, гидролиз и окисление) предложено по методике [6], в которой используется уточненная формула Монтзингера
где 6 - значение температуры в наиболее нагретой точке обмотки, °С; w - значение влагосодержания в изоляции, %; К - значение кислотного числа в масле, мг КОН/г; С0_ - значение концентрации кислорода в масле, %.
Известно [8], что износ изоляции обмоток тягового трансформатора электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ неравномерный. Это обусловлено общепринятым подключением ввода тяговых обмоток трансформатора «ст» к рельсовой сети. Изоляция тяговых обмоток «ах», «С2» и соответствующих обмоток высшего напряжения «АХ» и «С2» изнашивается быстрее, чем обмоток «БУ» и «Ьу». При этом остается недоиспользованный ресурс изоляции обмоток «БУ» и «Ьу» относительно обмоток «АХ» и «CZ», «ах» и «С2».
Для оценки неравномерности износа изоляции обмоток тягового трансформатора приняты коэффициенты неравномерности износа изоляции обмоток высшего напряжения и тяговых обмоток.
Неравномерность износа изоляции обмоток высшего напряжения «АХ», «БУ» и «С2» за расчетный период времени определим коэффициентами неравномерности износа обмоток высшего напряжения:
к - ^ 1с - ^ к - ^ Ьвк ЬЕН ЬЕК
(3)
где ЬЕН - средний износ изоляции обмоток высшего напряжения тягового трансформатора.
Коэффициенты неравномерности износа изоляции тяговых обмоток «ах», «Ьу» и «С2» за расчетный период времени определим следующим образом: Ьвк 1 1*Ьу .
кд-п —
^Ьу
= ^ к
Ет' са
(4)
ьт Ьт3 " Ет'
где Ьт - средний износ изоляции тяговых обмоток трансформатора.
Средний износ изоляции обмоток высшего и тягового напряжения трансформатора определим по формулам:
■'ВН —
;Ьг =
!> ах"^" З-^ут сг
(5)
э з
Формулы (3-5) позволяют количественно оценить неравномерность износа обмоток трансформатора. Под действием износа диэлектрическая прочность изоляции любой из обмоток трансформатора снижается, что приводит к пробою изоляции (межвитковой или межобмоточной или на землю) и выходу из строя трансформаторов за счет короткого замыкания. Очевидно, пробой изоляции происходит в обмотке с максимальным износом изоляции. Отказ тяговых трансформаторов [9] существенно возрастает после 8-12 лет эксплуатации и в 19 % случаев обусловлен повреждением их обмоток.
Современная организация технического обслуживания и ремонта трансформатора
Рассмотрим некоторые мероприятия современного технического обслуживания и ремонта [10] силовых трансформаторов тяговых подстанций, которые направлены на обеспечение исправного состояния изоляции обмоток и способствуют продлению срока службы трансформаторов.
Осмотры, обеспечивающие визуальный контроль исправности трансформатора:
1. Объем трансформаторного масла и соответствие его температуре окружающей среды определяется по показанию уровня в маслоуказа-теле.
2. Температура верхних слоев масла (Тв.с.м) определяется по показаниям термометра.
3. Исправность включения вентиляторов обдува радиаторов трансформаторов при соответствующих условиях определяется вращением вентиляторов.
4. Нагрузка тяговых трансформаторов определяется по показаниям амперметров, измеряющих токи фидеров подстанции.
Испытания трансформаторов, по результатам которых оценивают состояние изоляции
трансформаторов относительно нормативных ее значений.
1. Диэлектрическая прочность изоляции всех обмоток определяется отношением значений сопротивления Я^/Я^, емкости С2/С50 и др.
2. Влажность масла характеризует увлажнение изоляции обмоток, которую определяют результаты измерений tg 5 и др.
3. Хроматографический анализ позволяет определять интенсивность износа изоляции обмоток отношением растворенных в масле газов С02/С0 [11], а оценку величины износа изоляции определяют по содержанию в масле фурановых производных (фурфуральдегида 2-FAL, мг/л) [12]. Метод определения 2-FAL изложен в стандарте
[13].
Рост концентрации FAL (более 1 мг/л) указывает на быстрый износ изоляции обмоток. Концентрация FAL зависит от степени полимеризации (СП) бумажной изоляции обмоток. Определять СП
[14] можно по формуле
]с^(2РА1,) = -0,00287 ■ СП + 3,4, (6)
Фактический ресурс изоляции обмоток трансформатора [5] определим по формуле
(1/200)-(1/СП)
Ресурс (лег) =
е;? + 17Б
(7)
А-2+365
где СП - степень полимеризации на начало рассматриваемого промежутка времени; -8 - Тн н т; А -показатель скорости старения, зависящий от К и С0г в масле.
Рассмотрим меры, направленные на снижение износа изоляции обмоток тяговых трансформаторов за счет минимизации значения факторов, влияющих на скорость старения изоляции.
1. Система управления электродвигателями вентиляторов, обдувающих радиаторы трансформаторов, снижает температуру нагрева масла и соответственно изоляции обмоток.
2. Сушка изоляции обмоток трансформатора снижает в ней влажность.
3. Фильтрация трансформаторного масла поглощает продукты старения и окисления масла, а также уменьшает его влажность и, соответственно, влажность изоляции обмоток.
4. Применение антиокислительных присадок понижает скорость окисления масла.
5. Включение трансформаторов на параллельную работу уменьшает ток обмоток.
Снижение токов в обмотках трансформаторов за счет их включения на параллельную работу не всегда рационально с точки зрения потерь электроэнергии в трансформаторах и нагрева обмоток и не способствует выравниванию износа изоляции обмоток.
Потери мощности в трансформаторе можно рассчитать по формуле [14]
ДРТ = il
1 ¿1^5"
S2
E-I3M
,(кВт)
(8)
где п - количество параллельно работающих трансформаторов; - потери мощности холостого хода, кВт; ДР^ потери мощности короткого замыкания, кВт; 8 - мощность нагрузки, кВА; 8ном - номинальная мощность трансформатора, кВА.
Например, для ТДТНЖ-40000/110/27,5/10 У1 с потерями активной мощности в ДРХХ= 36 кВт и ЛР^ = 200 кВт целесообразное включение на параллельную работу соответствует загрузке 60 % от номинальной одного трансформатора (см. рис. 1).
АРт, (кВт )
250 -г 200 -150 -100 -50 0
Рис. 1. Зависимость потерь мощности от нагрузки и числа трансформаторов на примере ТДТНЖ-40000/110/27,5/10 У1
Снижение неравномерного износа изоляции обмоток трансформатора
Для повышения срока службы трансформатора предложен новый способ подключения тяговых трансформаторов переменного тока 25 кВ [15]. Способ подключения тяговых трансформаторов заключается в изменении общепринятой схемы подключения вводов трансформатора к тяговой сети (ввод тягового трансформатора ст подключается к рельсовой сети, ввод тягового трансформатора Вт - к наименее загруженной фазе ЛЭП).
Тяговую обмотку в ходе эксплуатации с наибольшим износом изоляции предлагается подключать на нейтральную вставку контактной сети, а одноименную ей обмотку высшего напряжения -к наименее загруженной фазе ЛЭП. Тяговую обмотку с наименьшим износом изоляции подключать к плечу питания тяговой подстанции, которое приводит к наибольшему износу, а одноименную ей обмотку высшего напряжения подключают к фазе ЛЭП, соответствующей напряжению данного плеча питания тяговой сети.
Таким образом, общепринятые мероприятия технического обслуживания и ремонта способ-
ствуют снижению износа изоляции обмоток, однако обмотки тягового трансформатора «BY» и «by» изнашиваются меньше, чем другие. Это приводит к недоиспользованию ресурса изоляции обмоток трансформатора. Новые схемы подключения силовых трансформаторов за время эксплуатации трансформатора к тяговой сети и ЛЭП выравнивают износ обмоток и повышают срок службы трансформатора за счет ресурса обмоток с наименьшим износом изоляции.
По приведенным коэффициентам неравномерности износа изоляции обмоток тягового трансформатора определяется время подключения и соответствующая схема подключения их вводов.
Продление срока службы на 10 % приводит к увеличению нормативного ресурса трансформатора на 2,5 года. В денежном выражении при стоимости трансформатора 38 млн руб. экономия капиталовложений составляет около 3,8 млн руб. на один трансформатор.
Выводы
1. Подключение трансформаторов по новым схемам соответствует выполнению энергетической стратегии развития холдинга ОАО «РЖД» по внедрению ресурсосберегающих технологий и снижению затрат на период жизненного цикла тяговых трансформаторов.
2. Предложено дополнить существующий регламент технического обслуживания и ремонта тяговых трансформаторов новыми схемами подключения вводов к тяговой сети.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Энергетическая стратегия холдинга «Российские железные дороги» на период до 2015 года и на перспективу до 2030 года : утв. распоряжением ОАО «РЖД» от «15» декабря 2011 г. № 2718р.
2. Электрифицированный полигон железных дорог // Евразия вести. 2009. Октябрь С. 7.
3. Официальная схема РЖД. Полигон электрической тяги с развитием до 2010 года [Электронный ресурс]. -URL: http: //rzd.wmsite.ru/sxemi (Дата обращения 22.06.2014).
4. Norme Internationale International Standard. Loading Guide for Oil-immersed Power Transformers : IEC 60076-7 (Международная Электротехническая Комиссия). Geneva, Switzerland, 2005. 122 p.
5. Силовые трансформаторы. Справочная книга / под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М. : Энергоиз-дат, 2004. 616 с.
6. Васин, В. П., Долин А. П. Оценки выработанного ресурса изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов // Элекро. 2009. № 2. С. 37-41.
7. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог : учеб. для вузов ж. д.
