Повышение эффективности эксплуатации устройств электроснабжения тяговой сети постоянного тока за счет совершенствования системы защиты от коррозии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Уткина Анастасия Владимировна

• Уткина Анастасия Владимировна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Уткина Анастасия Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ЗАЩИЩЕННОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ, СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ БЛУЖДАЮЩИМИ ТОКАМИ И ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ТЯГОВОЙ РЕЛЬСОВОЙ СЕТИ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЯХ

1.1 Анализ существующих методов защиты от коррозии подземных транспортных сооружений, расположенных в поле действия блуждающих токов электрифицированной на постоянном токе железной дороги

1.2 Анализ защищенности подземных металлических устройств электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта постоянного тока

1.3 Анализ известных методов расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и подземных сооружениях

1.4 Выводы

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ОБРАТНОЙ ТЯГОВОЙ СЕТИ С УЧЕТОМ ВЗАИМНЫХ ВЛИЯНИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ И СРЕДСТВ ДРЕНАЖНОЙ ЗАЩИТЫ

2.1 Распределение электрических величин в обратной тяговой сети с учетом взаимного влияния тяговой рельсовой сети, заземляющего устройства и двух изолированных подземных проводников без дренажной защиты

2.2 Распределение электрических величин в обратной тяговой сети с учетом взаимного влияния тяговой рельсовой сети, заземляющего устройства и двух изолированных подземных проводников при наличии дренажной защиты

2.3 Оценка адекватности разработанной математической модели

2.4 Выводы

3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ОБРАТНОЙ ТЯГОВОЙ СЕТИ

3.1 Программа расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и системе из двух трубопроводов

3.2 Программа расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети, заземляющем устройстве и системе из двух трубопроводов при наличии дренажной защиты

3.3 Выводы

4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТ КОРРОЗИИ БЛУЖДАЮЩИМИ ТОКАМИ

4.1 Разработка алгоритма работы совместной дренажной защиты подземных транспортных сооружений

4.2 Разработка способа и устройства автоматической совместной защиты подземных транспортных сооружений

4.3 Технико-экономическая эффективность автоматической совместной дренажной защиты подземных транспортных сооружений

4.3.1 Определение затрат на изготовление автоматической совместной дренажной защиты

4.3.2 Определение затрат на ремонтные работы заземляющего устройства тяговой подстанции

4.3.3 Определение экономической эффективности использования автоматической совместной дренажной защиты

4.3.4 Определение повышения эффективности эксплуатации заземляющих устройств тяговых подстанций при использовании автоматической совместной дренажной защиты

4.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

133

Приложение А Документы, подтверждающие новизну технических

разработок

Приложение Б Документ, подтверждающий внедрение результатов

диссертационной работы

Приложение В Инструкция по работе с программой расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети, заземляющем устройстве и

системе из двух трубопроводов при дренажной защите

Приложение Г Расчет экономической эффективности автоматической совместной дренажной защиты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности эксплуатации устройств электроснабжения тяговой сети постоянного тока за счет совершенствования системы защиты от коррозии»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Электрифицированный железнодорожный транспорт является мощным источником блуждающих токов в земле. Блуждающие токи оказывают разрушающее воздействие на подземные металлические сооружения, расположенные вблизи от железной дороги. Такому воздействию подвержены транспортные сооружения, такие как трубопроводы различного назначения, металлические конструкции систем электроснабжения, такие как заземляющие устройства (ЗУ) тяговых подстанций (ТП), кабельные линии всех назначений и др. При этом наибольшую опасность представляют блуждающие токи, вызванные тяговой рельсовой сетью постоянного тока.

Заземляющие устройства ТП выполняет важную функцию в системе электроснабжения железных дорог. Электробезопасность оборудования системы электроснабжения напрямую зависит от технического состояния ЗУ ТП, кроме того исправное ЗУ обеспечивает безопасную работу обслуживающего персонала, рабочее место которых как правило находится вблизи электроустановок. Коррозионное разрушение ЗУ может привести к серьезным авариям и крупным экономическим потерям, вызванным отказом электротехнического оборудования ТП, а также к человеческим жертвам. Поэтому сложно переоценить необходимость защиты ЗУ от разрушения блуждающими токами.

Несмотря на существующие средства защиты, ЗУ ТП большую часть времени находятся вне зоны защиты, что подтверждается экспериментальными исследованиями. Таким образом, вопрос о защите ЗУ ТП от коррозии блуждающими токами остается актуальным.

В рамках одной из основных задач стратегии повышения энергетической эффективности России на период до 2030 года [1] является продление срока службы подземных транспортных сооружений, что, в свою очередь, повышает безопасность и надежность эксплуатации.

Для обеспечения защиты ЗУ от коррозии необходимо поддерживать защитный потенциал ЗУ в пределах, соответствующих ГОСТ 9.602 - 2016 [2]. Если на заземлителе потенциал ниже защитного, то это приводит к недозащите и, как следствие, к коррозионным разрушениям. Если напротив, потенциал оказывается выше защитного, это приводит к избыточной защите. Избыточная защита вызывает наводораживание металла, что приводит к возникновению трещин на поверхности металла и его дальнейшему растрескиванию.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (тема НИР № г.р. АААА-А18-118060190038-7).

Степень разработанности темы диссертации. Значительный вклад в исследование распределения блуждающих токов в земле и подземных сооружениях внесли Ф. Оллендорф, Н. Ф. Марголин, И. В. Стрижевский, В. В. Бургсдорф, Ю. В. Целебровский, В. В. Красноярский, А. К. Ларионов, Л. Я. Цикерман, К. Г. Марквардт. Вопросами защиты подземных сооружений от коррозии блуждающими токами занимались В. Бэкман, В. Швеик, Б. Г. Волков,

H. П. Глазов, Н. Н. Глазов, А. В. Котельников, Ю. В. Демин, В. А. Кандаев.

Рассмотрен зарубежный опыт: работы в области моделирования распределения токов в тяговой рельсовой сети и земле вели D. C. Buxton,

I. Cotton, C. A. Charalambous, A. Ibrahem, A. Elrayyah, Y. Sozer, L. Zhao, J. Li; работы по разработке средств защиты от коррозии проводили Z. Weibin, S. Qin, L. Wei, W. Hongjun, L. Shaotong, M. Minoru, K. Akira, H. Masanori, M. Takeshi, A. Kiyomi, A. Atsushi.

Несмотря на разработанность данной темы, при расчете электрических величин в ЗУ ТП и подземных изолированных проводниках не учитываются влияние соседних подземных сооружений и наличие подключенных средств защиты. Известные средства защиты не позволяют обеспечить совместную защиту ЗУ ТП и смежных подземных сооружений от коррозии блуждающими токами при минимальном дренажном токе. В связи с этим в совершенствовании нуждается математическая модель, описывающая распределение электрических

величин в подземных сооружениях с учетом их взаимного влияния и подключенных средств защиты, а также метод совместной защиты для обеспечения работоспособности подземных сооружений в поле действия блуждающих токов.

Цель диссертационной работы - совершенствование методов и средств защиты от коррозии подземных металлических сооружений тяговых подстанций постоянного тока для повышения эффективности их эксплуатации.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1) разработать математическую модель распределения электрических величин в обратной тяговой сети для оценки влияния смежных сооружений на эффективность защиты от коррозии подземных сооружений тяговых подстанций постоянного тока;

2) усовершенствовать метод расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и подземных сооружениях в зоне влияния блуждающих токов тяговой сети постоянного тока для оперативного управления дренажной защитой;

3) разработать алгоритм работы дренажной защиты с учетом взаимного влияния подземных сооружений в зоне действия блуждающих токов тяговой сети постоянного тока;

4) разработать автоматизированную систему дренажной защиты с распределением блуждающих токов между подземными устройствами тяговой сети постоянного тока.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) разработана математическая модель распределения электрических величин в обратной тяговой сети, учитывающая взаимное влияние тяговой рельсовой сети, заземляющего устройства и двух изолированных подземных проводников в зоне влияния блуждающих токов тяговой сети постоянного тока при наличии и отсутствии дренажной защиты;

2) усовершенствован метод расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и подземных сооружениях в зоне действия блуждающих токов тяговой сети постоянного тока;

3) разработан алгоритм работы дренажной защиты с учетом взаимного влияния подземных сооружений в зоне влияния блуждающих токов тяговой сети постоянного тока.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

1) предложенная математическая модель распределения электрических величин в обратной тяговой сети позволяет учесть влияние смежных сооружений на эффективность защиты подземных сооружений в зоне действия блуждающих токов тяговой сети постоянного тока;

2) усовершенствованный метод расчета при программной реализации позволяет оперативно определять электрические величины в обратной тяговой сети и сократить временные затраты при проектировании и настройке средств защиты от коррозии блуждающими токами;

3) разработанный алгоритм работы совместной дренажной защиты позволяет повысить эффективность защиты от коррозии подземных сооружений за счет перераспределения блуждающих токов между подземными сооружениями;

4) разработанная система автоматической дренажной защиты обеспечивает работоспособность подземных сооружений и тем самым повышает эффективность эксплуатации тяговой сети постоянного тока.

Методология и методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи решены путем теоретических и экспериментальных исследований и статистического анализа. Теоретические исследования выполнены с использованием основ теоретической электротехники, теории длинных линий и методов интегрального преобразования. Для проведения теоретических расчетов и статического анализа были использованы лицензионные программные продукты Microsoft Excel и MathCAD. Для автоматизации процесса вычисления

распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и подземных сооружениях создано программное обеспечение, разработанное на языке программирования C++ с использованием открытой среды разработки Qt Creator. Экспериментальные исследования проводились на тяговых подстанциях постоянного тока Западно-Сибирской железной дороги.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1) математическая модель распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и подземных сооружениях, расположенных в зоне действия блуждающих токов тяговой сети постоянного тока, учитывающая их взаимное влияние при наличии и отсутствии дренажной защиты;

2) усовершенствованный метод расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и подземных сооружениях, расположенных в зоне влияния блуждающих токов тяговой сети постоянного тока;

3) алгоритм работы дренажной защиты с учетом взаимного влияния подземных сооружений в зоне действия блуждающих токов тяговой сети постоянного тока.

Реализация результатов работы. Программное средство для расчета электрических величин в обратной тяговой сети внедрено и используется на Входнинской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской дирекции по энергообеспечению. Разработанная система автоматической дренажной защиты подземных сооружений от коррозии блуждающими токами прошла апробацию и рекомендована к использованию на тяговых подстанциях постоянного тока.

Степень достоверности результатов работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не более 10 %.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на второй международной научно-практической конференции «Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем» (Омск, 2016), на международном семинаре ОмГУПС «Актуальные проблемы транспорта» (Омск, 2017), на

XLII международной научно-практической конференции «Инновационные технологии на транспорте: образование, наука, практика» (Алматы, 2018), на XII международной IEEE научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2018), на третьей международной научно-практической конференции «Разработка и эксплуатация электротехнических комплексов и систем энергетики и наземного транспорта» (Омск, 2018), на IX международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии XXI века: Современные цифровые технологии на рынке транспортных и логистических услуг» (Алматы, 2018), на расширенном заседании кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа (Омск, 2019), на постоянно действующем научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2019).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 10 статей, четыре из которых - в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК при Минобрнауки России, одна - в издании, индексируемом международной реферативной базой данных Scopus, один патент РФ на изобретение, одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 114 наименований, четырех приложений и содержит 160 страниц текста, в том числе 72 рисунка и восемь таблиц.

1 АНАЛИЗ ЗАЩИЩЕННОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ

СООРУЖЕНИЙ, СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ БЛУЖДАЮЩИМИ ТОКАМИ И ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ТЯГОВОЙ РЕЛЬСОВОЙ СЕТИ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЯХ

Одной из основных проблем электрифицированного железнодорожного транспорта постоянного тока является разрушающее воздействие блуждающих токов на подземные металлические сооружения, расположенные в поле влияния этих токов. Поскольку к подземным металлическим сооружениям относятся ЗУ ТП, выполняющие ключевую функцию защиты электрических установок и в обеспечении электробезопасности систем электроснабжения, существует необходимость провести оценку их защищенности от влияния блуждающих токов электрифицированного железнодорожного транспорта, а также выполнить анализ существующих методов защиты от коррозии блуждающими токами.

1.1 Анализ существующих методов защиты от коррозии подземных транспортных сооружений, расположенных в поле действия блуждающих

токов электрифицированной на постоянном токе железной дороги

Особенностью электрифицированного железнодорожного транспорта является канализация обратного тягового тока посредством рельсов. Поскольку рельсы неидеально изолированы от земли, часть обратного тягового тока протекает по земле как параллельному тяговой рельсовой сети проводнику. Ответвленный обратный тяговый ток, как бы «блуждая» в земле, ищет пути с наибольшей проводимостью и имеет название «блуждающий ток» [3]. Распределение тягового тока представлено на рисунке 1.1 [4].

Рисунок 1.1 - Распределение тягового тока: 1 - ТП; 2 - контактный провод;

3 - электровоз; 4 - тяговая рельсовая сеть; 5 - блуждающий ток;

6 - изолированный подземный проводник; 7 - ЗУ; 8 - блок диодно-резисторный;

9 - дренажная установка; 10 - дроссель-трансформатор Вдоль электрифицированной железной дороги проложена крупная сеть подземных металлических сооружений, в их число входят ЗУ, трубопроводы, электрические кабели различного назначения. Как известно, металлические сооружения обладают хорошей проводимостью, благодаря чему блуждающие токи натекают на них и наводят на сооружениях потенциал катодной поляризации. Вблизи ТП блуждающий ток возвращается к источнику, стекая с подземного сооружения. Стекающий ток наводит потенциал анодной поляризации на подземном сооружении. Если значение наведенного потенциала, измеренного относительно медно-сульфатного электрода сравнения (МСЭ), находится за пределами защитного диапазона, утвержденного нормативной документацией [2], происходит интенсивное разрушение металлического сооружения, и как следствие, быстрый выход его из эксплуатации. Если данный потенциал больше максимального значения из защитного диапазона, то активируется процесс коррозии, если меньше минимального значения из защитного диапазона - наводораживание [5].

С целью продления срока службы подземных сооружений применяют специальные средства электрохимической защиты. К таким средствам относятся катодная, дренажная и протекторная защита.

При катодной защите с помощью источника постоянного тока (катодной станции) на подземном сооружении создается катодно-поляризующий защитный ток, причем ввод тока в землю осуществляется через дополнительный анодный заземлитель (рисунок 1.2). Первая установка катодной защиты подземных сооружений с наложением тока от внешнего источника была описана X. Геппертом в заявке на патент (патент Германии № 211612) [6]. В настоящее время катодная защита активно применяется для защиты магистральных трубопроводов [7 - 9], в том числе многониточных трубопроводных систем [10 - 12]. Однако недостатками установок катодной защиты являются влияние на соседние с защищаемым металлические сооружения, а также необходимость в дополнительном источнике постоянного тока.

1

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема катодной защиты: 1 - катодная установка; 2 - анодный заземлитель;

3 - подземное сооружение

Разновидностью катодной защиты является протекторная защита (рисунок 1.3). При протекторной защите в качестве протектора используется металл с более отрицательным потенциалом, чем у стали [13 - 15], в результате чего создается эффект катодной поляризации сооружения. Вследствие необходимости постоянного контроля и замены протектора при его разрушении данный метод довольно трудоемкий и дорогостоящий. К тому же использование протектора для защиты ЗУ является нецелесообразным.

« >3

Рисунок 1.3 - Принципиальная схема протекторной защиты: 1 - протектор; 2 - соединительный провод;

3 - подземное сооружение

Простым и не требующим больших затрат энергии является способ дренажной защиты [16]. С помощью дренажной установки (ДУ) осуществляется отвод блуждающих токов из анодной зоны подземного сооружения в тяговую рельсовую сеть (рисунок 1.4). Таким образом, осуществляется катодная поляризация подземного сооружения. При таком методе защиты нет необходимости в дополнительных источниках тока, а также анодных заземлителях, поскольку катодная поляризация подземного сооружения осуществляется блуждающим током.

Рисунок 1.4 - Принципиальная схема дренажной защиты: 1 - ДУ; 2 - дроссель-трансформатор; 3 - подземное сооружение

В Германии уже в 1895 г. при электрификации городских железных дорог в Ахене оборудовали дренажную защиту от блуждающих токов к шине выпрямительной подстанции. Установленный в 1928 г. Куном защитный выпрямитель между трубопроводом и тяговой рельсовой сетью был предшественником и прообразом современных систем дренажа [6].

В настоящее время для отвода блуждающих токов обычно применяют три типа дренажных установок [3]: поляризованную, автоматическую и усиленную.

Поляризованную ДУ настраивают только при пусконаладочных работах на среднее значение дренажного тока, которое обеспечивает защитный потенциал на заданном уровне [17].

В качестве поляризованных дренажных установок известны блок дренажной защиты [18 - 21], содержащий последовательно соединенные регулировочный резистор, поляризованный элемент, элементы защиты по току и напряжению, блок диодно-резисторный [22], содержащий подстроечный резистор, набор резисторов и диод. Поскольку в реальных условиях значение потенциала на подземном сооружении и ток дренажа изменяются во времени с учетом исполненного графика движения поездов, в отдельные моменты времени подземное сооружение находится за пределами зоны защитных потенциалов. Кроме того недостатком таких устройств является потеря энергии из-за рассеивания мощности на резисторах блоков.

Автоматическая ДУ, в отличие от поляризованной, позволяет управлять катодной поляризацией подземного сооружения путем регулирования величины отводимых блуждающих токов от защищаемого сооружения к тяговой рельсовой сети в зависимости от величины потенциала «подземное сооружение - земля» относительно электрода сравнения.

Первое из таких устройств отводило в 1961-1970 г.г. в Вупперталь-Кроненберге пиковые токи силой до 200 А [6]. В России вопросами, связанными с электрохимической защитой от коррозии, с 1948 года занимается ВНИИСТ. Однако автоматическая ДУ, разработанная ВНИИСТом [23], не нашла практического применения из-за высокой стоимости.

В качестве автоматических дренажных установок известны автоматическое дренажное устройство [24, 25], содержащее блок поляризации, блок преобразования и стабилизации энергии блуждающих токов, блок регулирования тока, неполяризующийся электрод сравнения, блок задания и сравнения защитного потенциала, и автоматическая ДУ [26], содержащая дренажную цепь,

электрод сравнения, фильтр низких частот и блок управления. Такие устройства позволяют поддерживать защитный потенциал подземного сооружения в заданных пределах на протяжении всего периода эксплуатации. Однако на участках с низкой интенсивностью движения поездов могут возникать ситуации, когда величины дренажного тока недостаточно для поддержания защитного потенциала, в таком случае защита не обеспечивается на должном уровне. Для устранения данного недостатка применяют усиленные ДУ.

Усиленные ДУ представляют собой комбинацию катодной и дренажной защиты [27, 28]. В отличие от катодной защиты катодную станцию подключают к тяговой рельсовой сети вместо анодного заземлителя. Альтернативным методом защиты являются усиленные ДУ, в которых катодную станцию заменяют накопителем энергии [29]. Одной из таких установок является автоматическая ДУ с накопителем энергии [30], содержащая дренажную цепь, электрод сравнения, блок управления, два преобразователя, три коммутатора и накопитель энергии. Данное устройство позволяет поддерживать защитный потенциал даже при минимальной величине дренажного тока, при этом отсутствует необходимость установки дополнительного источника постоянного тока. Но при этом сохраняется опасность усиления коррозии соседних сооружений, не имеющих защиту.

Таким образом, по сравнению с катодной защитой ДУ по технико-экономическим показателям оказываются более целесообразными в эксплуатации. Автоматические ДУ обеспечивают защиту подземных сооружений, расположенных в зоне действия блуждающих токов, вне зависимости от положения поездов. Использование накопителя энергии в автоматических ДУ позволяет поддерживать защитный потенциал подземного сооружения даже в условиях минимальной величины дренажного тока.

В настоящее время широко используются многониточные трубопроводные системы. На участках параллельного сближения таких сооружений при расстоянии между ними до 20 м наблюдается влияние защищенных сооружений на незащищенные [31]. Во избежание такого влияния применяется метод

совместной защиты, представляющий собой одновременную защиту нескольких подземных сооружений.

В качестве блоков совместной защиты выступают диодно-резисторные блоки [32, 33],содержащие линейно соединенные между собой диод, резисторы, а также средства регулировки величины тока. Также известен блок совместной защиты [34], содержащий орган управления регулятора тока, устройство индикации, измерительные контакты токового шунта, радиатор охлаждения, устройство защиты от перенапряжения. Указанные устройства имеют общий недостаток: регулировка блоков по току не позволяет поддерживать защитный потенциал сооружения на заданном уровне.

При многониточной структуре подземных сооружений появляется необходимость в использовании совместной защиты. Существующие методы совместной защиты не позволяют поддерживать защитный потенциал одновременно на нескольких подземных сооружениях в течение всего периода эксплуатации, чем сокращают срок службы подземных сооружений. Кроме того существующие аппаратные средства совместной защиты не предусмотрены для защиты ЗУ ТП. Однако, находясь, в общей системе подземных сооружений (рисунок 1.1), они подвержены влиянию со стороны смежных сооружений. Следовательно, необходимо создать такую систему защиты, которая обеспечивала бы поддержание защитного потенциала и на ЗУ ТП, и на соседних подземных сооружениях.

1.2 Анализ защищенности подземных металлических устройств электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта

постоянного тока

В настоящее время для защиты ЗУ ТП чаще всего применяется следующая схема защиты: на ТП устанавливаются поляризованные ДУ, которые настраиваются в соответствии с методикой, приведенной в [35]. Для обоснования актуальности задачи выполним анализ защищенности ЗУ ТП.

Заземляющее устройство в поле блуждающих токов электрифицированного железнодорожного транспорта подвержено коррозионному разрушению. Поскольку от состояния ЗУ напрямую зависит работа ТП, защита ЗУ от коррозии имеет принципиальное значение.

Для обеспечения защиты ЗУ от коррозии, необходимо поддерживать на сооружении защитный потенциал. В соответствии с [2] для неизолированных действующих подземных сооружений величина защитного потенциала находится в пределах от минус 0,85 В до минус 3,5 В.

Для оценки защищенности ЗУ от коррозии блуждающими токами в летнее время проведены измерения потенциалов ЗУ (фЗУ) на одной из ТП Западно-Сибирской железной дороги [36], оснащенной поляризованной ДУ, относительно МСЭ, расположенного на расстоянии 0,1 м от элемента ЗУ согласно [2]. Место установки МСЭ было выбрано согласно [37]. Схема проведения измерений приведена на рисунке 1.5.

коррозии блуждающими токами: Р - осциллограф с функцией записи; Яш -сопротивление шунта; Ядоб - добавочное сопротивление; УБ - диод

На основе полученных экспериментальных данных построена гистограмма распределения потенциалов ЗУ во времени (рисунок 1.6). Была рассчитана вероятность Р, %, нахождения потенциала ЗУ в зоне защитных потенциалов:

Р

? -100

I

(1.1)

наблюдения

где ? - время нахождения потенциала ЗУ в зоне защиты, ч;

¿наблюдения - общее время проведения эксперимента, ¿наблюдения = 24 ч. За время проведения эксперимента потенциал ЗУ находился в зоне защитных потенциалов 0,3 % от времени проведения эксперимента, 99,7 % от времени эксперимента потенциал ЗУ находился в зоне недостаточной защиты, что свидетельствует о том, что ЗУ подвержено коррозии блуждающими токами электрифицированного железнодорожного транспорта.

100

о/

> к /о

0,6

0,4

р

0,2

0

0 0,32 0,64 0,96 1,28 1,6 1,92 В 2,56

I фзу |-►

Рисунок 1.6 - Гистограмма распределения потенциалов ЗУ ТП

Для определения защищенности ЗУ ТП на Западно-Сибирской железной дороге был выполнен анализ данных за период с 2002 по 2016 год. Было выяснено, что на трех ТП отсутствует дренажная защита, остальные ТП оснащены поляризованными ДУ.

При проектировании ДУ необходимо учитывать средний (/ср) и максимальный ток (Imax) дренажа. Согласно данным по ТП, где используется дренажная защита, была построена гистограмма распределения среднего тока ДУ, представленная на рисунке 1.7.

40

> 35

30

25

Кол-во 20

ТП 15

10

5

0

0

10

15

20

А

105

I

ср

Рисунок 1.7 - Гистограмма распределения среднего тока ДУ

Из гистограммы видно, что в 61 % случаях на ТП средний ток ДУ не превышает 10 А: на 29 ТП средний ток ДУ находится в пределах от 2 до 5 А, на 34 ТП - от 6 до 10 А.

Помимо среднего тока, был определен максимальный ток ДУ, и построена гистограмма, приведенная на рисунке 1.8. Из гистограммы видно, что в 88 % случаях максимальный ток ДУ не превышает 100 А, в 100 % случаях -не превышает 200 А.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Уткина Анастасия Владимировна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Распоряжение Правительства Российской Федерации № 1715-р Об энергетической стратегии России на период до 2030 года [от 13 ноября 2009]. -М.: ОАО «РЖД», 2009. - 104 с.

2. ГОСТ 9.602 - 2016 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. - М.: Стандартинформ, 2016. - 87 с.

3. Котельников, А.В. Блуждающие токи и эксплуатационный контроль коррозионного состояния подземных сооружений систем электроснабжения железнодорожного транспорта: монография / А.В. Котельников, В.А. Кандаев. -М.: УМЦ ЖДТ РФ, 2013. - 552 с.

4. Уткина, А.В. Анализ методов защиты от коррозии блуждающими токами подземных транспортных сооружений / А.В. Уткина // Инновационные технологии на транспорте: образование, наука, практика: материалы XLII международной научно-практической конференции. Алматы: Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева, 2018. С. 42 - 46.

5. Котельников, А.В. Совершенствование защиты железнодорожных конструкций от электрокоррозии / А.В. Котельников, Е.А. Баранов. - М.: Транспорт, 1990. - 32 с.

6. Бэкман, В. Катодная защита от коррозии: справ. изд. пер. с нем. / В. Бэкман, В. В. Швеик. - М.: Металлургия, 1984. - 496 с.

7. Пат. на изобретение 2632056 РФ. МПК C23F 13/12. Устройство для катодной защиты подземных металлических конструкций / В.В. Притула (РФ). -2016122165. Заявлено 03.06.2016; опубл. 02.10.2017 бюл. № 28.

8. Пат. на полезную модель 61714 РФ. МПК C23F 13/00. Станция катодной защиты / В.В. Ермаков, Н.И. Мамаев Николай Иванович, Н.Г. Петров, Н.А. Сингаевский (РФ). - 2006138415/22. Заявлено 30.10.2006; опубл. 10.03.2007 бюл. № 7.

9. Пат. на полезную модель 122656 РФ. МПК C23F 13/04. Импульсная станция катодной защиты подземных сооружений / Д.Н. Марухин, Ю.Б. Томашевский (РФ). - 2012128065/02. Заявлено 03.07.2012; опубл. 10.12.2012 бюл. № 34.

10. Пат. на изобретение 2086703 РФ. МПК C23F 13/22. Устройство катодной защиты многониточных магистральных подземных трубопроводов / Г.Я. Гуськов, В.А. Нестеров, Н.А. Петров, Ю.Н. Щелкунов (РФ). - 95120486/02. Заявлено 05.12.1995; опубл. 10.08.1997.

11. Пат. на полезную модель 25511 РФ. МПК C23F 13/00. Устройство для катодной защиты многониточных трубопроводов / А.В. Бондаренко, А.А. Марцинкевич, М.И. Цукуров, А.С. Шевчук (РФ). - 2002109615/20. Заявлено 11.04.2002; опубл. 10.10.2002 бюл. № 28.

12. Пат. на изобретение 2204626 РФ. МПК C23F 13/22. Способ защиты подземных металлических многониточных трубопроводов от электрохимической коррозии и устройство для его осуществления / А.С. Шевчук (РФ). -2000118553/02. Заявлено 14.07.2000; опубл. 20.05.2003 бюл. № 14.

13. Пат. на полезную модель 130995 РФ. МПК C23F 13/00. Протектор для электрохимической защиты подземного оборудования от коррозии /

A.Г. Редекоп (РФ). - 2013100698/02. Заявлено 09.01.2013; опубл. 10.08.2013 бюл. № 22.

14. Пат. на изобретение 2527114 РФ. МПК C23F 13/06. Протектор для защиты металлических конструкций от коррозии (варианты) /

B.В. Притула (РФ). - 2012153656/02. Заявлено 11.12.2012; опубл. 20.06.2014 бюл. № 24.

15. Пат. на изобретение 2011026673 Япония. МПК B22F 3/11, C23F 13/00. Sacrificial anode panel and corrosion inhibition method utilizing sacrificial anode panel / K. Shigenobu, U. Daisuke, S. Hideki, K. Hideyuki, I. Shuji (Япония). -20090174646. Заявлено 27.07.2009; опубл. 10.02.2011 (A).

16. Красноярский, В.В. Подземная коррозия металлов и методы борьбы с ней / В.В. Красноярский, А.К. Ларионов. - М.: Изд-во М-ва коммун. хозяйства РСФСР, 1962. - 216 с.

17. Глазков, В.И. Защита от коррозии протяженных металлических сооружений / В.И. Глазков, А.М. Зиневич, В.Г. Котик, К.К. Никольский, И.В. Стрижевский // Справочник. - М.: Недра, 1969. - 311 с.

18. Пат. на полезную модель 50541 РФ. МПК C23F 13/00. Блок дренажной защиты / В.А. Кандаев, Н.Ю. Свешникова, А.В. Кандаев (РФ). - 2005120126/22. Заявлено 28.06.2005; опубл. 20.01.2006 бюл. № 2.

19. Кандаев, В.А. Автоматическая дренажная установка / В.А. Кандаев, Н.Ю. Свешникова - Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС, № 6325-жд 01, 2001. - 13 с.

20. Асеев, Г.Е. Автоматическая дренажная установка / Г.Е. Асеев,

B.А. Кандаев, Н.Ю. Свешникова и др. // Электроснабжение, энергоснабжение, электрификация и автоматика предприятий и речных судов: сборник научных трудов. - Новосибирск: Новосибирская гос. академия водного транспорта, 2001. -

C. 102 - 111.

21. Пат. на изобретение 3606777 Германия. МПК B60M 5/00, C23F 13/04, F17D 5/08. Apparatus for directed interference current (stray current, parasitic current) dissipation / A. Kandziora (Германия). - 19863606777. Заявлено 01.03.1986; опубл. 08.10.1987 (A1).

22. Пат. на полезную модель 97131 РФ. МПК C23F 13/00. Блок диодно-резисторный / А.И. Тутулин, И.С. Никитин (РФ). - 2010115909/02. Заявлено 21.04.2010; опубл. 21.04.2010 бюл. № 24.

23. Долганов, М.Л. Параметрическое регулирование автоматических поляризованных дренажей / М.Л. Долганов, Г.М. Бабченко // Повышение эффективности электрохимической защиты подземных трубопроводов от коррозии: сборник научных трудов. - М.: ВНИИСТ, 1980. - С. 51 - 58.

24. Пат. на полезную модель 92661 РФ. МПК C23F 13/00. Автоматическое дренажное устройство для защиты от коррозии подземных металлических

сооружений / Д. Н. Запевалов (РФ). - 2009138119/22. Заявлено 14.10.2009; опубл. 27.03.2010 бюл. № 9.

25. Пат. на изобретение 062172 Япония. МПК C23F 13/00. Selective drainage for electric corrosion protection / K. Akira, H. Masanori, M. Takeshi, A. Kiyomi, A. Atsushi (Япония). - 19920187638. Заявлено 22.06.1992; опубл. 11.01.1994 (A).

26. Пат. на полезную модель 170510 РФ. МПК C23F 13/06. Автоматическая дренажная установка / В.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.В. Уткина, А.А. Медведева (РФ). - 2016131255. Заявлено 28.07.2016; опубл. 26.04.2017 бюл. № 12.

27. Пат. на полезную модель 20759 РФ. МПК C23F 13/00. Автоматическая дренажная установка / В.А. Кандаев, Н.Ю. Свешникова, А.В. Кандаев (РФ). -2001115297/20. Заявлено 31.05.2001; опубл. 27.11.2001 бюл. № 33.

28. Пат. на изобретение 5514840 Япония. МПК C23F 13/00. Forced drainage / M. Minoru (Япония). - 19780086625. Заявлено 14.07.1978; опубл. 01.02.1980 (A).

29. Пат. на изобретение 104894571 Китай. МПК C23F 13/20, C23F 13/22. Cathode protection power supply device with electric drainage function and operating method of cathode protection power supply device / Z. Weibin, S. Qin, L. Wei, W. Hongjun, L. Shaotong (Китай). - 201510300194. Заявлено 03.06.2015; опубл. 09.09.2015 (A).

30. Пат. на изобретение 2637447 РФ. МПК C23F 13/00. Автоматическая дренажная установка с накопителем энергии / В.А. Кандаев, К.В. Авдеева (РФ). -2016131267. Заявлено 28.07.2016; опубл. 04.12.2017 бюл. № 34.

31. Красноярский, В.В. Коррозия и защита подземных металлических сооружений / В.В. Красноярский, Л. Я. Цикерман. - М.: Высшая школа, 1968. -296 c.

32. Пат. на полезную модель 38077 РФ. Блок диодно-резисторный / А.В. Бондаренко, А.А. Марцинкевич, М.И. Цукуров (РФ). - 2004100416/20. Заявлено 08.01.2004; опубл. 20.05.2004 бюл. № 14.

33. Пат. на полезную модель 165373 РФ. МПК C23F 13/00. Блок диодно-резисторный для системы электрохимической защиты металлических сооружений

от коррозии / С.Н. Макаров, М.Х. Газизов, В.Ю. Кирсанов (РФ). - 2015148761/02. Заявлено 13.11.2015; опубл. 20.10.2016 бюл. № 29.

34. Качкалда, А. А. Повышение эффективности систем совместной защиты трубопроводов от коррозии с применением современных блоков совместной защиты производства компании «СоюзКомплект» // Электрохимзащита. - М., 2015. - № 2 (31). - С. 88 - 90.

35. Демин, Ю.В. Обеспечение долговечночти электросетевых материалов и конструкций в агрессивных средах / Ю.В. Демин, Р.Ю. Демина, В.П. Горелов. -Н-ск: НГАВТ, 1998. - 190 с.

36. Авдеева, К.В. Анализ защищенности заземляющих устройств тяговых подстанций от коррозии блуждающими токами / К.В. Авдеева, А.В. Уткина // Транспорт азиатско-тихоокеанского региона. - 2016. - № 3. - С. 17 - 18.

37. Авдеева, К.В. К вопросу об определении защитного потенциала заземляющего устройства / К.В. Авдеева, А.В. Уткина, Н.К. Якунчихина // Роль транспортной науки и образования в реализации пяти институциональных реформ: материалы международной научно-практической конференции. Алматы: Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева, 2016. С. 145 - 149.

38. Подосский, Р. Исследование явлений электролитической коррозии. Электролиз и коррозия / Р. Подосский // Сборник материалов МКК и статей из иностранной литературы (под ред. Проф. П.А. Азбукина) НИИ НК связи СССР. М.: Связьтехиздат, 1933.

39. Lefevre. Etudes sur le courants vogabonds / Lefevre // Bulletin de l' Association des Ingenieurs electriciens sortis de l' Institut electrotechnique Montefiore t. X., 1932.

40. Gibrat, R. Etudes theoriques et experimentales sur l' electroiyse des canalisations souterraines / R. Gibrat // Revue Generales de l' Electricite, t. XXXV, 1934. - No. 7 - 8.

41. Gibrat, R. Nouvelles etudes sur l' electrolyse des canalisations souterraines / R. Gibrat // Bulletin de la Societe Française des Electriciens, 1934. - No. 4.

42. Sunde, E.D. Currents and potentials along ground-return conductors. Electrical Engineering, vol. 55, No. 12, 1936.

43. Кальман, В.С. Некоторые вопросы дренажной защиты подземных сооружений от блуждающих токов / В. С. Кальман // Электричество, 1952. -№ 4. - С. 45 - 50.

44. Лорткипанидзе, Б.Г. К вопросу токораспределения в обратных сетях электрических железных дорог / Б.Г. Лорткипанидзе // Труды сектора энергетики АН Груз. ССР, 1941. - № 1.

45. Тавдгиридзе, Л.Н. Методы исследования поля блуждающих токов / Л.Н. Тавдгиридзе // Сообщения АН Груз. ССР, 1953. - № 5.

46. Тавдгиридзе, Л.Н. Электрическое поле протяженных проводников с утечкой / Л.Н. Тавдгиридзе // Труды Института энергетики, т. VII. Изд. АН Груз. ССР, 1953.

47. Оллендорф, Ф. Токи в земле. Теория заземлений / Ф. Оллендорф, пер. с нем. М.М. Савостюк, под ред. Е.В. Нитусова. - Л.: ГНТИ, 1932. - 214 с.

48. Марголин, Н.Ф. Токи в земле / Н.Ф. Марголин. - М: Государственное энергетическое издательство, 1947. - 195 с.

49. Бургсдорф, В.В. Заземляющие устройства электроустановок / В.В. Бургсдорф, А.И. Якобс. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 400 с.

50. Марквардт, Г.Г. Расчет блуждающих токов в подземных сооружениях / Г.Г. Марквардт // Электричество, 1955. - № 6. - С. 59 - 64.

51. Стрижевский, И.В. Защита подземных металлических сооружений от коррозии. / И.В. Стрижевский, А.Д. Белоголовский, В.И. Дмитриев и др. // Справочник. - М.: Стройиздат, 1990. - 303 с.

52. Стрижевский, И.В. Теория и расчет влияния электрифицированных железных дорог на подземные металлические сооружения / И.В. Стрижевский, В.И. Дмитриев. - М.: Стройиздат, 1967. - 248 с.

53. Стрижевский, И.В. Защита подземных теплопроводов от коррозии / И.В. Стрижевский, М.А. Сурис. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 344 с.

54. Стрижевский, И.В. К расчету распределения потенциалов и токов в системе рельс - земля - подземное сооружение / И.В. Стрижевский, Д.К. Томлянович. - СПб.: «Защита подземных металлических трубопроводов и кабелей от коррозии» под ред. проф. В.Н. Мильштейна. Изд. МКХ РСФСР, 1954. - 86 с.

55. Стрижевский, И.В. Теория и расчёт влияния электрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения / И.В. Стрижевский, В.И. Дмитриев. - М.: Стройиздат, 1967. - 248 с.

56. Сергеев, Н.Г. Расчет рельсовых цепей и их влияние на подземные сооружения при помощи метода основных схем / Н.Г. Сергеев // Труды МИИТ. Вопросы энергоснабжения подвижного состава, строительства и экономики железных дорог, вып. 122. Трансжелдориздат, 1959.

57. Михайлов, М.И. Защита междугородних кабелей связи от коррозии / М.И. Михайлов, В.Н. Акуленок, А.Ф. Марченко. - М.:Связьиздат, 1953.

58. Разумов, Л.Д. Метод расчета опасности электрокоррозии металлических оболочек кабелей связи на трассах, параллельных электрифицированным железным дорогам / Л.Д. Разумов // Сборник научных трудов ЦНИИС. -М.: Связьиздат, 1957.

59. Михайлов, М.И. Расчет дренажной защиты подземных кабелей связи при сближении с электрифицированными железными дорогами / М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов. - М.: Электросвязь, № 1, 1958.

60. Котельников, А.В. Специфические особенности заземления в системах тягового электроснабжения железных дорог и метрополитенов / А.В. Котельников, А.Б. Косарев // Тезисы конф. по заземляющим устройствам / Сибирская энергетическая академия. - Новосибирск, 2002. - С. 137 - 141.

61. Целебровский, Ю.В. Актуальные вопросы теории и практики заземления / Ю.В. Целебровский // Первая Российская конференция по заземляющим устройствам: Сборник докладов / Сибирская энергетическая академия. - Новосибирск, 2002. - С. 11.

62. Косарев, Б.И. Расчет параметров электрического поля в земле с неоднородной электрической структурой при стекании тока с искусственного заземлителя / Б.И. Косарев, А.Б. Косарев// Электроника и электрооборудование транспорта, 2016. - № 3. - С. 8 - 12.

63. Косарев, А.Б. Моделирование электрических характеристик заземлителей электроустановок транспортных тоннелей/ А.Б. Косарев, А.В. Котельников, Б.И. Косарев, А.А. Недовиченко// Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, 2003. - №5. -С. 7 - 14.

64. Глазов, Н.П. К вопросу проектирования противокоррозионной защиты трубопроводов / Н.П. Глазов, К.Л. Шамшетдинов, Н.Н. Глазов // Практика противокоррозионной защиты, 2004. - №2. - С. 14 - 21.

65. Глазов, Н.Н. Коррозия углеродистой стали в грунтах различной влажности / Н.Н. Глазов, С.М. Ухловцев, И. И. Реформатская, А.Н. Подобаев, И.И. Ащеулова // Физикохимия поверхности и защита материалов, 2006. - Т. 42. -№ 6. - С. 645 - 653.

66. Сидоров, А.И. Разработка плана отсеивающего эксперимента по исследованию влияния различных факторов на процесс коррозии заземляющих устройств / А.И. Сидоров, Р.Т. Абдуллоев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2016. - Т. 16, №2. - С. 52 - 58.

67. Сидоров, А.И. К вопросу о влиянии различных параметров грунта на коррозию заземляющих устройств / А.И. Сидоров, А.И. Солдатов, Б.Т. Абдуллоев, Р.Т. Абдуллоев, Н.Х. Табаров, А.Ш. Маджидов // Энергобезопасность и энергосбережение. 2017. - № 6. - С. 5 - 8.

68. Кандаев, В.А. Определение электрических величин в системе проводников в условиях электрифицированного железнодорожного транспорта постоянного тока с применением преобразования Хартли / В.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.В. Уткина // Известия Транссиба. - 2018. - № 3 (35). -С. 111 - 125.

69. Стрижевский, И.В. Распределение потенциалов в системе рельс -земля - подземное сооружение при дренажной системе / И.В. Стрижевский // Теория и практика противокоррозионной защиты подземных сооружений: труды VI Всесоюзного совещания по коррозии и защите металлов / Академия наук СССР, Институт физической химии. - М.: Академия наук СССР, 1958. -С. 148 - 167.

70. Марквардт, К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог / К.Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

71. Карякин, Р.Н. Тяговые сети переменного тока / Р.Н. Карякин. - М.: Транспорт, 1987. - 279 с.

72. Технические условия по реконструкции (модернизации) и ремонту железнодорожного пути [утверждены распоряжением ОАО «РЖД» от 18.01.2013г. №75р.] - Москва: ОАО «РЖД», 2013. - 225 с.

73. Медведева, А.А. Влияние нетканых материалов на распределение электрических величин в тяговой рельсовой сети / А.А. Медведева, К.В. Авдеева,

A.В. Уткина // Наука. Технологии. Инновации. Часть 5: сборник научных трудов X всероссийской научной конференции молодых ученых. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. С. 228 - 229.

74. Авдеева, К.В. Оценка обратного влияния двух подземных сооружений на ток утечки с рельсов электрифицированного железнодорожного транспорта постоянного тока / К.В. Авдеева, А.В. Уткина // Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем: материалы второй международной научно-практической конференции. Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2016. С. 6 - 13.

75. Михайлов, М.И. Электромагнитные влияния на сооружения связи / М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов, С.А. Соколов. - М.: Связь, 1979. - 263 с.

76. Коваленков, В.И. Теория передачи по линиям электросвязи. Т. 1 /

B.И. Коваленков. - М: Связьтехиздат, 1937. - 365 с.

77. Кандаев, В.А. Распределение токов и потенциалов в системе подземных сооружений в поле блуждающих токов / В.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.В. Уткина, А.А. Медведева // Известия Транссиба. - 2016. - № 2 (26). - C. 78 - 91.

78. Градштейн, И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И.С Градштейн, И.М. Рыжик. - М.: Физматгиз, 1963. - 1108 с.

79. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНИП 2.05.06-85 (с Изменением № 1). - М.: Госстрой, ФАУ «ФЦС», 2013. - 97 с.

80. СТО Газпром 9.2-003-2009 Защита от коррозии. Проектирование электрохимической защиты подземных сооружений. - М.: ОАО «Газпром», 2009. - 43 с.

81. Брейсуэлл, Р. Преобразование Хартли / Р. Брейсуэлл. - М.: Мир, 1990. -

175 с.

82. Bouzeffour, F. The generalized Hartley transform // Integral Transforms and Special Functions. 2014. Vol. 25. Is. 3. pp. 230 - 239.

83. Стрижевский, И.В. Теория и расчет дренажной и катодной защиты магистральных трубопроводов от коррозии блуждающими токами / И.В. Стрижевский. - М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. - 240 с.

84. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов. -М.: Высшая школа, 1964. - 650 с.

85. Волков, Б.Г. Справочник по защите подземных металлических сооружений от коррозии / Б.Г. Волков, Н.И. Тесов, В.В. Шуванов. - Л: Недра, 1975. - 224 с.

86. Авдеева, К.В. Распределение электрических величин в системе из двух подземных сооружений при дренажной защите от блуждающих токов электрифицированного железнодорожного транспорта / К.В. Авдеева, А.В. Уткина // Вестник РГУПС. - 2018. - № 1 (69). - С. 111 - 119.

87. Кандаев, В.А. Анализ влияния блуждающих токов тяговой рельсовой сети на подземные транспортные сооружения / В.А. Кандаев, К.В. Авдеева,

А.В. Уткина // Разработка и эксплуатация электротехнических комплексов и систем энергетики и наземного транспорта: материалы третьей международной научно-практической конференции. Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2018. С. 297 - 305.

88. Рахманкулов, Д.Л. Электрохимическая защита от коррозии в примерах и расчетах. Том 2 / Д.Л. Рахманкулов, М.В. Кузнецов, Н.А. Гафаров и др. - Уфа: Реактив, 2013. - 160 с.

89. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. - М.: Высшая школа, 2003. - 479 с.

90. Buxton, D.C. Impact and management of stray current on DC rail systems / D.C. Buxton, I. Cotton, C.A. Charalambous // 7th IET Professional Development Course on Railway Electrification Infrastructure and Systems (REIS 2015). London, 2015. pp. 1 - 9.

91. Ibrahem, A. DC Railway System Emulator for Stray Current and Touch Voltage Prediction/ A. Ibrahem, A. Elrayyah, Y. Sozer, J.A. De Abreu Garcia // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 53, Is. 1. pp. 439 - 446.

92. Zhao, L. Simulation and analysis of metro stray current based on multi-locomotives condition / L. Zhao, J. Li M. Liu // 35th Chinese Control Conference (CCC). Chengdu, China, 2016. pp. 9252 - 9258.

93. Ogunsola, A. Estimation of stray current from a DC-Electrified railway and impressed potential on a buried pipe / A. Ogunsola; A. Mariscotti; L. Sandrolini // IEEE Transactions on Power Delivery. 2012. Vol. 27, Is. 4. pp. 2238 - 2246.

94. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ 2018666977 РФ. Программа расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и системе трубопроводов / А.В. Уткина, В.А. Кандаев (РФ) -2018664230. Заявлено 10.12.2018; опубл. 25.12.2018.

95. Kandaev, VA. Determination of electrical quantities in the traction rail network and buried pipelines located under the influence of stray currents from electrified railway transport / V.A. Kandaev, K.V. Avdeeva, A.V. Utkina // 2018 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics).

96. Кандаев, В.А. Программа расчета распределения токов и потенциалов в обратной тяговой сети электрифицированного железнодорожного транспорта постоянного тока / В.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.В. Уткина, Р.Б. Гугняк // Актуальные проблемы и перспективы развития транспорта, промышленности и экономики России: сборник научных трудов. Ростов-на-Дону: Рост. гос. ун-т. путей сообщения, 2018. С. 308-312 .

97. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ 2018611764 РФ. Программа расчета распределения токов и потенциалов в обратной тяговой сети электрифицированного железнодорожного транспорта постоянного тока / Р.Б. Гугняк (KZ), В.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.В. Уткина (РФ) - 2017662962. Заявлено 12.12.2017; опубл. 06.02.2018.

98. Уткина, А.В. Программа расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети и системе трубопроводов при дренажной защите /

A.В. Уткина // Транспорт Евразии XXI века: Современные цифровые технологии на рынке транспортных и логистических услуг: материалы IX международной научно-практической конференции. Алматы: Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева, 2018. С. 77 - 82.

99. Кандаев, В.А. Определение оптимального значения добавочного сопротивления дренажной установки на тяговой подстанции постоянного тока /

B.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.А. Медведева, А.В. Уткина // Известия Транссиба. - 2016. - № 3 (27). - С. 83 - 91.

100. Авдеева, К.В. Автоматическая дренажная установка / К.В. Авдеева, А.А. Медведева, А.В. Уткина // Известия Транссиба. - 2017. - №1(29). -

C. 56 - 63.

101 . Авдеева, К.В. Анализ влияния работы автоматической дренажной установки на рельсовые цепи электрифицированной железной дороги / К.В. Авдеева, А.А. Медведева, А.В. Уткина // Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем: материалы второй международной научно-практической конференции. Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2016. С. 85 - 90.

102. Пат. на изобретение 2687123 РФ. МПК С23Б 13/00. Способ автоматической совместной дренажной защиты для подземных сооружений, автоматическая дренажная установка для совместной защиты подземных сооружений для осуществления способа / В.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.В. Уткина, (РФ) - 2018112932. Заявлено 09.04.2018; опубл. 07.05.2019 бюл. № 13.

103. Microcontrollers datasheet: PIC24HJ256GP610A [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/70592d.pdf.

104. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиций на железной дороге. МПС РФ Департамент экономики, МИИТ, ВНИИЖТ. [согласовано Министерством строительства РФ, Академией инвестиций и экономики строительства. Утверждено: МПС РФ, январь 1997] - М.: 1997.- 52 с.

105. Гусарова, Е.В. Экономическое обоснование эффективности проектных решений и внедрения новой техники на железнодорожном транспорте: учеб. пособие / Е.В. Гусарова. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2008. - 157 с.

106. Прайс-лист компании ДАН. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http: //dan.pulscen.ru.

107. Каталог товаров компании Чип и ДИП [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.chipdip.ru.

108. Белецкий, Б.Ф. Технология и механизация строительного производства / Б.Ф. Белецкий. - Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 752 с.

109. Нормы времени и нормативы численности на текущий ремонт и межремонтные испытания оборудования тяговых и трансформаторных подстанций железных дорог. ОАО РЖД. - 2007. - 283 с.

110. Держо, Г.Г. Увеличение срока службы анодного заземлителя при автоматической катодной защите / Г.Г. Держо, В.А. Кандаев // Влияние внешних электромагнитных полей на линии железнодорожной связи. Радиосвязь на железнодорожном транспорте. Омск: Омский ин-т инж. ж-д. трансп., 1975. Т. 170. - С. 22 - 24.

111. Волотковский, С.А. Защита подземных сооружений от электрокоррозии / С.А. Волотковский, Е.В. Василевский, Э.М. Гутман. - Киев: Наукова Думка, 1964. - 132 с.

112. Котельников, А.В. О применении вероятностно-статистических методов при измерениях блуждающих токов // Коррозия и защита в нефегазовой промышленности. - 1970. - №1. - С. 20 - 24.

113. Свешников, А.А. Прикладные методы теории случайных функций. -М.: Наука, 1968. - 463 с.

114. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей. - М., 1968. - 576 с.

Приложение А

Документы, подтверждающие новизну технических разработок

Приложение Б

Документ, подтверждающий внедрение результатов диссертационной работы

Входиинская дистанция электроснабжения Западно-Сибирской дирекции по энергообеспечению

«УТВЕРЖДАЮ»

Заместитель начальника Входнннской дистанции электроснабжения (потяговым подстанциям) Западно-Сибирской дирекции по

:ченн]

.7 A.B. Редчиц Т019г.

АКТ

Об использовании результатов научных исследований и разработок на производстве

Основание: Разработка Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС), выполненная иод руководством д.т.н.. профессора Кандаева В.А. и при личном участии аспиранта Уткиной A.B.

Профамма расчета электрических величин в тяговой рельсовой сети и системе подземных транспортных сооружений.

Разработка была выполнена в соответствии с планом научно-технических работ ОмГУПСа (тема НИР № г.р. ЛЛАА-А18- II8060190038-7).

Составлен комиссией в составе: I Ьелставитель предприятия: Зам. начальника ДЭЛ Западно-Сибирской дирекции по энергообеспечению Волненко В.А.

Представители ОмГУПСа: Д.Т.Н., профессор Кандаев В.А. аспирант Уткина A.B.

Разработка ОмГУПСа. характеризуемая основными особенностями (признаками):

профамма расчета электрических величин в тяговой рельсовой сети и системе подземных транспортных сооружений позволяет выполнить расчет потенциальной диафаммы «тяговая рельсовая сеть - земля», оценить опасность электрокоррозии контура заземления тяговой подстанции и трубопроводов, расположенных в поле влияния блуждающих токов тяговой рельсовой сети постоянного тока;

использование программы расчета электрических величин в тяговой рельсовой сети н системе подземных транспоргных сооружений позволяет выполнить предварительный расчет требуемых параметров средств защиты прн условии поддержания защитного потенциала на всех подземных транспортных сооружениях для обеспечения долговременной безаварийной работы контура заземления тяговой подстанции н трубопроводов.

Технология может быть внедрена к использованию на всех тяговых подстанциях постоянного тока Западно-Сибирской железной дороги.

Настоящий акт составлен в трех экземплярах.

Зам. начальника ДЭЛ Западно-Сибирской дирекции

Д.т.и.. профессор ОмГУПС

В.А. Волненко

В.А. Кандасв

Аспнранз ОмГУПС

А.В. Уткина

Приложение В

Инструкция по работе с программой расчета распределения электрических величин в тяговой рельсовой сети, заземляющем устройстве и системе из двух

трубопроводов при дренажной защите

В.1 На рисунке 3.4 представлено окно для ввода исходных данных в программу расчета распределения электрических величин.

1. В группе «Параметры однородной среды» в поле вводится значение удельного сопротивления однородной земли.

2. В группе параметры рельсового пути:

- в выпадающем списке «Марка рельсов» выбирается тип рельсов на участке (Р43, Р50, Р75);

- в поле группы «Сопротивление 1 км рельсов» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение продольного сопротивления тяговой рельсовой сети в зависимости от выбранной марки рельсов и типа участка, либо при установке флажка «Ввести вручную» данный параметр вводится вручную;

- в выпадающем списке группы «Тип участка пути» выбирается однопутный, либо двухпутный участок железной дороги;

- в поле «Эквивалентный радиус рельсов» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение эквивалентного радиуса тяговой рельсовой сети в зависимости от выбранной марки рельсов и типа участка, либо при установке флажка «Ввести вручную» данный параметр вводится вручную;

- в поле «Длина участка пути» вводится значение длины расчетного участка;

- в группе «Удельное сопротивление» в поля вводится значение удельного сопротивления шпал, балластной призмы и земляного полотна;

- в поле «Высота земляного полотна» вводится значение высоты земляного полотна;

- в поле «Переходное сопротивление» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение переходного сопротивления тяговой рельсовой сети в зависимости от удельного сопротивления земли, шпал, балластной призмы и

земляного полотна, либо при установке флажка «Ввести вручную» данный параметр вводится вручную;

- в поле «Коэффициент утечки тока» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение коэффициента утечки тока с тяговой рельсовой сети в зависимости от продольного и переходного сопротивления.

3. В группе параметры локомотивов:

- кнопкой добавляются локомотивы на участок отдельного для четного и отдельно для нечетного направления;

- кнопкой и удаляются локомотивы с участка отдельного для четного и отдельно для нечетного направления;

- в поле «Координата нахождения» вводится координата нахождения локомотива в начальный момент времени;

- в поле «Ток» вводится значение потребляемого локомотивом тока;

- в после «Скорость» вводится значение скорости, с которой локомотив движется по участку.

4. В группе «Параметры подстанций»:

- кнопкой добавляются тяговые подстанции на участок;

- кнопкойудаляются тяговые подстанции с участка;

- в поле «Координата нахождения» вводится координата нахождения тяговой подстанции на участке;

- в поле «Координата нахождения ЗУ» вводится координата нахождения заземляющего устройства тяговой подстанции;

- в поле «Расстояние от рельсов до ЗУ» вводится расстояние, на котором заземляющее устройство тяговой подстанции находится от тяговой рельсовой сети;

- в поле «Эквивалентный радиус ЗУ» вводится значение эквивалентного радиуса полусферы при замене заземляющего устройства тяговой подстанции полусферой;

- в поле «Сопротивление растеканию» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение сопротивления растеканию заземляющего устройства

тяговой подстанции в зависимости от удельного сопротивления земли и эквивалентного радиуса полусферического заземляющего устройства;

- в поле «Сопротивление дренажа» вводится значение сопротивления дренажной установки, подключенной к заземляющему устройству тяговой подстанции, и дренажного кабеля вместе.

5. В группе «Параметры трубопроводов»:

- кнопкой п добавляются трубопроводы, расположенные параллельно участку железной дороги;

- кнопкой и удаляются трубопроводы, расположенные параллельно участку железной дороги;

- в выпадающем списке «Наружный диаметр» выбирается диаметр трубопровода (0,146; 0,152; 0,159; 0,168; 0,180; 0,194; 0,219; 0,245; 0,273; 0,299; 0,325; 0,351; 0,377; 0,426; 0,477; 0,529; 0,620; 0,720; 0,820; 0,920; 1,020; 1,220; 1,420; 1,620);

- в выпадающем списке «Толщина стенки» выбирается толщина стенки трубопровода (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 20);

- в поле группы «Сопротивление 1 км трубы» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение продольного сопротивления трубопровода в зависимости от выбранного диаметра и толщины стенки, либо при установке флажка «Ввести вручную» данный параметр вводится вручную;

- в выпадающем списке группы «Тип защитного покрытия» выбирается полиэтиленовое, либо полимерное;

- в поле «Период эксплуатации» вводится значение времени эксплуатации трубопровода;

- в поле «Глубина залегания» вводится значение глубины залегания трубопровода;

- в после «Расстояние от рельсов» вводится значение расстояния, на котором находится трубопровод от тяговой рельсовой сети;

- в поле «Переходное сопротивление» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение переходного сопротивления трубопровода в зависимости от

удельного сопротивления земли, выбранного диаметра, типа защитного покрытия и периода эксплуатации, либо при установке флажка «Ввести вручную» данный параметр вводится вручную;

- в поле «Коэффициент утечки тока» при нажатии кнопки «Рассчитать» отобразится значение коэффициента утечки тока с трубопровода в зависимости от продольного и переходного сопротивления;

- в группе «Наличие ДУ» с помощью кнопок В ('—') можно добавить (убрать) дренажную установку, подключенную к трубопроводу.

- в поле «Координата установки» группы «Наличие ДУ» вводится значение координаты, в которой подключена дренажная установка к трубопроводу;

- в поле «Сопротивление ДУ» группы «Наличие ДУ» вводится значение сопротивления дренажной установки, подключенной к трубопроводу, и дренажного кабеля вместе.

6. По нажатию кнопки «Рассчитать» производится расчет эквивалентного радиуса тяговой рельсовой сети, переходных сопротивлений и коэффициентов токов утечки для тяговой рельсовой сети и трубопроводов, а также сопротивления растеканию заземляющего устройства тяговой подстанции.

7. По нажатию кнопки «Построить график» появляется окно с графиками изменения электрических величин.

В.2 На рисунке 3.5 представлено окно с графиками изменения электрических величин в обратной тяговой сети.

1. В окне программы схематически представлен участок железной дороги «нечет.» - нечетного направления, «чет.» - четного направления. Круглыми маркерами изображено движение локомотивов по участку зелеными - нечетного направления, синими - четного направления. Прямоугольными желтыми маркерами показано расположение тяговых подстанций, возле которых отображается значение тока тяговой подстанции (/тп) и потенциала тяговой рельсовой сети (фтп).

2. В окне программы схематически представлено расположение

заземляющих устройств тяговых подстанций ("), возле которых отображается значение дренажного тока (/ду) и потенциала заземляющего устройства, измеренного относительно медно-сульфатного электрода сравнения

(фМСЭ).

3. В окне схематически представлено расположение трубопроводов «труб.», расположение дренажных установок, подключенных к трубопроводам («ДУ»), возле которых отображается значение дренажного тока (1ду) и потенциала трубопровода, измеренного относительно медно-сульфатного электрода сравнения (фМСЭ).

4. В группе «Построить график для» с помощью RadioButton выбирается сооружение, для которого нужно отобразить графики распределения электрических величин (рельсовая сеть, трубопровод). С помощью SpinBox выбирается номер трубопровода, для которого нужно отобразить графики. При установке флажка «Запись в файл» создается текстовый файл, в который записывается значение потенциала трубопровода относительно МСЭ в зависимости от местоположения локомотивов через определенный промежуток времени.

5. В окне программы изображаются графики распределения потенциалов ф(х), тока 1(х) и плотности тока утечкиу(х) с выбранного сооружения.

6. При установке флажка «МСЭ» в окне программы отобразится график распределения потенциалов выбранного трубопровода относительно МСЭ. Зеленым цветом показывается зона защитных потенциалов трубопровода (от минус 0,85 В до минус 2,5 В), красным цветом - зона за пределами защитных потенциалов.

7. При нажатии кнопки «Старт» начинается движение локомотивов по участку, при нажатии кнопки «Стоп» движение локомотивов по участку останавливается.

Приложение Г

Расчет экономической эффективности автоматической совместной дренажной защиты Таблица Г.1 - Смета на монтажные работы

Вид работ кол-во часов ст-ть часа, р. -Еок^ р. Епрем, р. ФОТ, р. -Есо^ р. -Ена^ р. Е, р. НДС, р. всего, р.

монтаж элементов на плате 36 67,38 2425,68 727,70 3691,08 1461,30 3912,54 9064,91 1812,98 10877,90

настройка аналоговой части 12 80,85 970,2 291,06 1484,41 587,68 1573,47 3645,55 729,11 4374,66

программирование микроконтроллера 4 101,06 404,24 121,27 628,59 248,86 666,31 1543,76 308,75 1852,51

сборка платы в корпус 6 67,38 404,28 121,28 623,60 246,89 661,02 1531,50 306,30 1837,81

пусконаладочные работы 4 80,85 323,40 97,02 502,89 199,09 533,06 1235,04 247,00 1482,05

всего 62 397,52 4527,80 1358,34 6930,56 2743,81 7346,40 17020,80 3404,15 20424,93

и* 00

Таблица Г.2 - Смета на монтажные работы по установке и пуско-наладке автоматической совместной дренажной защиты

Виды работ кол-во часов ст-ть часа, р. -Еок^ р. Епрем, р. ФОТ, р. ■Ена^ р. Е, р. НДС, р. всего, р.

проведение измерений 0,5 87,59 43,80 13,14 79,60 31,51 84,37 195,48 39,10 234,58

установка оборудования 15 30,50 457,50 137,25 698,83 276,67 740,76 1716,26 343,25 2059,51

пусконаладочные работы 4 80,85 323,40 97,02 502,89 199,09 533,06 1235,04 247,01 1482,05

всего 19,5 198,94 824,70 247,41 1281,32 507,27 1358,19 3146,78 629,36 3776,14

Таблица Г.3 - Стоимость работ по замене заземляющего устройства тяговой подстанции

Виды работ кол-во часов ст-ть часа, р. Ео№ р. Епрем, р. ФОТ, р. -Есо^ р. Енакл, р. Е, р. НДС, р. всего, р.

Земляные работы 2342,4 29,75 69686,40 20905,9 105753,58 41867,8 112098,79 259720,20 51944,04 311664,24

Демонтаж вертикального заземлителя длиной до 3 м 19,2 11,01 211,39 63,42 322,44 127,65 341,79 791,88 158,38 950,25

Демонтаж горизонтального заземлителя длиной 10 м 221,8 11,01 2442,02 732,61 3707,41 1467,77 3929,86 9105,04 1821,01 10926,05

Монтаж вертикального заземлителя длиной до 3 м 27,2 36,70 998,24 299,47 1520,33 601,9 1611,55 3733,79 746,76 4480,55

Монтаж горизонтального заземлителя длиной 10 м 377,06 36,70 13838,10 4151,43 21004,82 8315,81 22265,11 51585,75 10317,15 61902,90

Всего 2987,66 125,17 87176,20 26152,80 132308,59 52380,97 140247,10 324936,66 64987,33 389923,99

9

Таблица Г.4 - Расчет чистого дисконтированного дохода

Год Затраты, тыс. р. Экономия от внедрения, тыс. р. Прибыль, тыс. р. Ставка дисконта, тыс. р. ЫРУ, тыс. р. ЫРУ нарастающий, тыс. р.

1 102,22 0 -102,22 1 -102,22 -102,22

2 0,21 42,30 42,09 0,91 38,26 -63,96

3 0,21 42,30 42,09 0,83 34,79 -29,17

4 0,21 42,30 42,09 0,75 31,62 2,45

5 0,21 42,30 42,09 0,68 28,75 31,20

6 0,21 42,30 42,09 0,62 26,13 57,33

7 0,21 42,30 42,09 0,56 23,76 81,09

8 0,21 42,30 42,09 0,51 21,60 102,69

9 0,21 42,30 42,09 0,47 19,64 122,33

10 0,21 42,30 42,09 0,42 17,85 140,18

11 0,21 42,30 42,09 0,39 16,23 156,40