Совершенствование методов и технических средств определения сопротивления заземляющих устройств тяговых подстанций постоянного тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Сырецкая, Анастасия Олеговна

• Сырецкая, Анастасия Олеговна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сырецкая, Анастасия Олеговна

ВВЕДЕНИЕ.

1 Анализ мею/юв определения сопрошвления заземляющего усфойс1ва

1.1 Обзор публикаций по исследованию заземляющих усгройсп?.

1.2 Анализ меюдов определения сопрошвления заземляющих усгройсп?.

2 Определение параметров элемента заземляющею усфойсгва.

2.1 Определение поперечных парамефов элемента заземляющего устройс1ва.

2.1.1 Физические процессы, происходящие на границе раздела «металл-элек фолит».

2.1.2 Определение электрических парамефов границы раздела «металл-грунт»

2.1.3 Экспериментальные исследования сопрошвления элемент ЗУ.

2.2 Определение продольных парамефов элемента заземляющего усфойс1ва.

3 Определение электрических параметров заземляющих устройств.

3.1 Матемашческая модель заземляющею усчройсша с учетом юковой зависимости сопрошвления границы раздела «металл-1 рун 1».

3.2 Расчет юковой зависимоеш сопротивления заземляющего устройства гяговой подстанции.

3.3 Зависимость электрических параметров заземляющих устройств от свойств грунта.

4 Разработка меюдов и технических средспз определения сопрошвления заземляющего устройства.

4.1 Разработка методов определения сопротивления заземляющего усфойства.

4.2 Разработка мс I ода нас I ройки дренажной защи I ы.

4.3 Разработка технических средств определения сопротивления заземляющих устройств и насфойки дренажной защипл 1ятовых подстанций носюянною юка

5 Технико-экономическая эффективность устройства для определения сопротивления заземляющих устройств и настройки дренажной защиты.

5.1 Определение затрат на изгоювление ус 1ройс1ва

5.2 Определение зафаг на опрецсление сопротивления заземляющею устройства

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов и технических средств определения сопротивления заземляющих устройств тяговых подстанций постоянного тока»

Железнодорожный 1ранспор1 ~ одна из крупнейших отраслей народною хозяйспш Российской Федерации. На долю железных доро! приходится 84% 01 общего объема грузоперевозок на 1ерригории с фаны. В настоящее время около 50 % железнодорожного пуш являе1ся элекфифицированным, а количество тяговых подстанций превышае1 1,4 тыс. Выход из сфоя оборудования гяговой подстанции приводит к крупным экономическим затратам, как прямым, связанным с его заменой, 1ак и косвенным, включающим в себя простой и задержку большого количес1ва поездов. Поэюму в соогве;(сгвии со «Сфатегией развития железнодорожного транспорта России до 2030 года» [ 1), повышение надежносш инфра-сфуктуры, куда входяI 1акже и заземляющие усмройспза как важнейший элемеш тяговой сеш, признано приоригстым и ак!уальным направлением научных и технических разрабоюк.

Заземляющие усфойспза (ЗУ) тяговых подсчанций являются важным звеном в системе тягового электроснабжения, выполняющим защитные и рабочие функции. Исправное заземляющее устройс!во обеспечивает защиту и безопасное обслуживание электротехнического обору/ювания на территории подстанции в случае возникновения аварийного режима В нормальном режиме рабопл гяшвой подстанции посюянного юка через цепь «ЗУ - дренажная установка - минус источника» час1 ично замыкается обрашый ¡яговый юк.

Параметры заземляющих усфойсп? под воздействием большого количества факторов (соств груша, влажноеIь, наличие в 1руше солей и кислоI, элекфо-коррозия под воздейсIвисм блуждающих токов и 1.д.) непрерывно изменяются. В результате с течением времени возможно увеличение сопротивления заземляющих устройств, коррозионные разрушения отдельных элементов заземли 1еля, ню в случае возникновения аварийных режимов (короткое замыкание, прямой удар молнии, комму 1ационнос перенапряжение и др.) может привес!и к 01казу срабатывания защит, появлению высокого поюнциала на электрооборудовании, пробою изоляции, 1срмическим повреждениям и элскфофавмам. нас I ройки дренажной ^ащиш ЗУ III.

3. Разрабо1а1ь меюд определения продольных парамефов элеменюв заземляющих ус фойе г в Ш в переходном режиме.

4. Разработать устройство для определения сопротивления заземляющих устройств и настройки дренажной защиты ЗУ тяювых подстанций постоянного тока электрифицированных железных дорог.

Методы исследования. При исследовании применялись как теоретические, 1ак и эксперимешальные метлы. Георешческие исследования выполнены с использованием фундамен 1альных положений торешческих основ элекфо техники и электрохимии, математического моделирования на ПК с использованием мат-ма1ического паке 1а МаЛСАО и срсдсIв С1а1ис1ической обрабо1ки массивов данных программы М8 Схсс1. Обрабо1ка экспериментальных данных выполнялась с привлечением методов математической с!а1ис1ики и регрессионного анализа. Разработка принципиальных схем проводилась с использованием паке!а Р-Сас1 2006.

Научная новизна рабопл сосюи1 в юм, что усовершенс1 вованы: математическая модель заземляющего усфойсгва ТП с учетом юковой зависимости сопротивления т раницы раздела «металл - I рут»; методы определения сопротивления заземляющих устройств 1яювых подстанций постоянного юка, позволяющие учесть юковую зависимость сопротивления границы раздела «металл - грунт»; метод настройки дренажной защиты ЗУ тяговых подстанций. Достоверность научных положений и результатов, полученных в работе, подтверждена экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 15 % Практическая ценность диссертации заключается в следующем: разработанный меюд определения сопротивления заземляющего устройства позволяет оценип> сопротивление растеканию заземляющих устройств тяговых подстанций и значение сопротивления границы раздела «металл-груш»; предложенный меюд эксперимешального определения сопротивления заземляющих устройств 1яювых подстанций посюянною юка позволяет установить сопротивление заземляющего устройства в широком диапазоне юков; предложенный меюд определения добавочного сопротивления дренажной установки позволит существенно сократить трудовые затраты на выполнение насфойки дренажной защиты заземляющих устройств 1яювых подстанций; предложено устройство для определения сопротивления заземляющих устройств и настройки дренажной защиты заземляющих устройств тяговых подстанций постоянного тока.

Научные положения, выносимые на защиту: усовершенствованная матема1 ическая модель заземляющего усфойсгва тяговой подстанции с учетом сопротивления границы раздела «металл — 1руш»; разработанный меюд определения продольных параметров )лемешов ЗУ ТП в переходном режиме, усовершенствованные методы определения сопротивления ЗУ ТП с учеюм сопротивления границы раздела «металл — фунт»; усовершенствованный меюд настройки4дренажной защиты. Апробация работы. Основные резулыапл диссертационной работы докладывались и были одобрены:

- на региональной молодежной научно-технической конференции «Омское время - взгляд в будущее», Омск, 2009 г.;

-на открытом межрегиональном конкурсе инновационных проекюв по энерторесурсосберсжению, Новосибирск, 2009 I.

-на II всероссийской молодежной научно-технической конференции «Россия молодая- передовые технологии - в промышленность», Омск, 2009 I , 2010 г.;

- на молодежном конкурсе инновационных проектов «Новое звено - 2010», Новосибирск, 2010 г.;

-на открытом всероссийском конкурсе инновационных проектов «Энер-гоэффекгивная сибирь», Новосибирск, 2010 г.;

-на международной научно-технической конференции «Инновации для

Распрос1 ранение электрическою си1 нала по длине однородной линии и электромагнитного влияние между линиями определяе1ся электрическими пара-мефами линии. Эюму вопросу посвящено досгаIочное количество рабо! как отечественных, тк и зарубежных авторов: Зунде С. Д. [21], Гроднева И. И. [22], Михайлова М. И. и Разумова Л. Д. [23], Сфижевскот о И. В. [25], и др.

Большинство из перечисленных рабо! посвящено получению и анализу решений дифференциальных уравнений в юрою порядка, коюрые описываю1 изменение парамефов раснрос I раняю1цс1 ося по длине линии си1 нала.

По известым парамефам распросфаняющеюся по элементу заземляющего усфойства сишала представляется возможным определи 1Ь компонеты элек-тромагнигного поля на поверхности земли.

В насюящее время продолжаются исследования в области заземляющих систем. Вопросами нормирования параметров заземляющих усфойств в Новосибирском юсу даре I венном техническом университете занимается Целебровский Ю. В. [33]. Под его началом была создана программа для расчет заземляющих систем произвольной конфшурации в неоднородном груше РАЯ817, основанная на применении ишегральных уравнений.

Софудник компании НПФ «Элпап» Колечицкий Г С. и др. занимаются методами диагностики заземляющих усфойств [34], разработкой измерительных комплексов и компьютерных программ. Они принимали непосредственное участие в разработке руководящей документации по диагностике заземляющих усфойспв объектов электроэнергетики (по заданию РАО ЕЭС России).

Проблемами исследования коррозионного состояния заземляющих устройств в Омском юсударс1 венном университете путей сообщения занимается Кандаев В. Д. [35]. Особенностям работы заземляющих усфойств обьекюв электроснабжения железнодорожного транспорта посвящены работы Косарева Б. И [36, 37, 38], Когелытикова Д. В [39, 40].

Особенности работы заземлиIелей в установках электросвязи и проблемы электромагнитной совместимости рассматриваются в [36, 37] и других.

Продолжение таблицы 1.1

М-416 ПО «Мегом-меф», Украина 400 0,09, не более

Прибор для определения ЗАО Ц11ИТЭ, 12,5 0,06, напряжения прикоснове- г. Новосибирск не более ния (тага) косвенным ме- тодом ОНП-1

МС-08 «Энерго-прибор» 1,5 - 2,5 (вращение генера-юра механическое) опреде-ляс1ся на1рузкой

Геофизическая annapaiypa завод «Вибра- 5 0,01; 0,032;

АНЧ-3 юр», Молдова 0,1

КДЗ-1 ООО «Элнап», I. Москва 57, 21 1 опреде-ляется нагрузкой

MRU-105 Измериiejib па- Бопе!, Польша 128 до 0,225 раме фов заземляющих yciponciB

Как видно из таблицы, рекомендованная руководящей доку мен 1ацией для определения сопрожвлепия ЗУ аппара1ура обеспечивае1 измери 1ельный юк в диапазоне часю1 5 - 500 I ц, при эюм ею форма и амгиш1уда могу! бьпь различными.

Все приведенные приборы работаю! на переменном юке, чго делас1 невозможным их применение для оценки сопротивления границы раздела «ме!алл-грунг», поскольку величина поляризации переменным юком ниже, чем посюян-ным, и ее значение уменыиае1ся с росIом часюш поляризующего юка. Переменный юк вызывае1 периодическое изменение концешрации ионов на 1ранице раздела и вмес1е с эшм периодическое изменение значения по1енниала элекфо-да. В работе [84] Фрумкиным А. Н. были сопос!авлены величины поляризации переменным Дф^ и носюянным Дф= юком одинаковой плопюсж:

Аф л/О

-= —г= (1

Аф= 8-л/й' К где оо- циклическая часю!а поляризующего юка ¡о, рад/с;

•у

Э - коэффициент диффузии, м"/с;

5— юлщина границы раздела «метлл-1 рун I», м