автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированный контроль и управление режимами работы трансформаторов тяговых подстанций

На правах рукописи

Сузгаев Максим Валерьевич

12

автоматизированный контроль и управление режимами работы трансформаторов тяговых подстанций

Специальность: 05.13.06 - автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0 5 ЙЕН 2008

Иркутск-2008

003454312

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС) Федерального агентства железнодорожного транспорта

Научный руководитель: доетор технических наук, профессор

Бардушко Валерий Данилович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гозбенко Валерий Ерофеевич; кандидат технических наук, доцент Арсентьев Олег Васильевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС), г. Хабаровск

Зашита диссертации состоится 18 декабря 2008 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.004,01 при ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС) по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15, ауд. А-803

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 18 ноября 2008 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.004.01.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Н.Н. Пашков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Увеличение масс грузовых поездов является одним из основных средств повышения пропускной способности железных дорог (ЖД). На Красноярской ЖД организовано движение поездов весом до 8000 тонн. Продолжается работа по увеличению количества поездов весом более 5900 тонн. Повышение веса поезда положительно сказывается на экономике дороги и ОАО «РЖД» в целом. Однако движение тяжеловесных поездов создает значительные нагрузки на элементы системы тягового электроснабжения (СТЭ), увеличивая износ изоляции тяговых трансформаторов и другого электрооборудования. Кроме того, в отдельные моменты времени, например, при восстановлении графика движения в послеоконный период, имеют место режимы сгущения поездов, которые создают пиковые нагрузки на трансформаторы тяговых подстанций (Ш), значительно превышающие номинальные. Перегрузка трансформатора, допустимая в течение определенного времени, вызывает увеличение скорости старения твердой изоляции. Силовой трансформатор - один из важнейших элементов СТЭ, определяющих надежность электроснабжения. Кроме того, он является одним из наиболее дорогостоящих устройств СТЭ, поэтому своевременное диагностирование трансформатора, способное обеспечить детальную информацию о состоянии объекта, является актуальной задачей.

Величина и гармонический состав токов в обмотках силовых трансформаторов ТП зависит от тяговых токов электровозов. При повышении веса грузовых поездов уровень высших гармоник токов, протекающих по обмоткам тяговых трансформаторов, также увеличивается. В результате дополнительного нагрева, вызываемого гармониками, ускоряется износ оборудования и повышаются потери электроэнергии. Следовательно, учет дополнительного старения изоляции трансформаторов от воздействия высших гармоник также является актуальным.

В период спада размеров движения в 90-е годы были снижены объемы ремонтов устройств электроснабжения. Последнее десятилетие характеризовалось низким уровнем инвестиций в техническое перевооружение тяговых подстанций и электрических сетей. Все это привело к резкому росту изношенного электротехнического оборудования. В настоящее время на сети железных дорог России находятся в эксплуатации около 4500 силовых трансформаторов, в том числе около 2200 трансформаторов 110—220 кВ. Более 50 % из них отработали установленный стандартами нормативный ресурс 25 лет. На Красноярской дороге общее количество трансформаторов 110 - 220 кВ составляет 77. Из них 33 трансформатора имеют срок эксплуатации 25 лет и более. Тринадцать трансформаторов отработали более 20 лет. Таким образом, более половины трансформаторов отработали установленный ресурс. Так как транс-

форматоры являются одним из наиболее дорогостоящих элементов системы электроснабжения, то наряду с плановой заменой устаревшего оборудования встает задача продления срока их эксплуатации. Решить данную задачу возможно методом ретроспективного анализа отработанного ресурса изоляции трансформаторов. При этом стало бы возможным определить остаточный ресурс изоляции каждого трансформатора и на основе методов прогнозирования определить вероятную дату его замены. Существующие методики не учитывают изменения свойств твердой изоляции трансформатора в зависимости от отработанного времени, поэтому разработка методов ретроспективного анализа износа изоляции также является актуальной задачей. _

Эксплуатация технических средств железнодорожного транспорта, обеспечивающая безопасность движения поездов и высокую эффективность процесса перевозок, невозможна без объективной информации об их фактическом состоянии. Диагностика состояния электрооборудования СТЭ и контроль параметров его режимов предполагает сбор, передачу и обработку большого объема информации. Поэтому исследования по оптимизации объема выборки информации с соблюдением требований необходимой точности являются также актуальными.

Цель работы заключается в разработке комплекса методов и средств оценки теплового старения твердой витковой изоляции трансформаторов, а также методов ретроспективного анализа ее износа.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи:

1. Разработка аналитической модели теплового старения изоляции и методов контроля трансформаторов с учетом дополнительного старения от влияния высших гармоник.

2. Оптимизация периода дискретизации процессов изменения параметров, характеризующих режим работы трансформатора, для формирования системы автоматизированного контроля теплового старения изоляции.

3. Разработка модели ретроспективного анализа теплового старения витковой изоляции тяговых трансформаторов с учетом внутрисуточного изменения нагрузки.

4. Разработка методов оценки теплового старения витковой изоляции трансформаторов на основании данных автоматизированной системы контроля и управления электропотреблением (АСКУЭ).

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории автоматического управления, имитационное моделирование, математическая статистика и спектральный анализ.

Достоверность результатов полученных в диссертационной работе, подтверждена экспериментальной проверкой основных положений, а также их сопоставления с результатами исследований других авторов.

В диссертации впервые получены и составляют предмет научной новизны следующие результаты:

1. Разработана модель старения витковой изоляции с учетом дополнительного нагрева от высших гармонических составляющих.

2. Определен оптимальный интервал дискретизации для автоматизированного контроля витковой изоляции трансформатора с соблюдением требований необходимой точности.

3. Разработана методика ретроспективного анализа износа изоляции трансформаторов.

4. Предложен метод определения эффективных нагрузок на основании данных АСКУЭ для оценки износа изоляции.

Практическая значимость.

Учет дополнительного старения от влияния высших гармоник позволяет уточнить износ изоляции трансформатора, особенно в период максимальных нагрузок.

Оптимизация периода дискретизации процессов изменения тяговой нагрузки и температуры масла трансформатора существенно сокращает объем выборки при соблюдении гребований необходимой точности.

Метод ретроспективного анализа износа изоляции трансформаторов позволяет определить отработанный ресурс изоляции трансформаторов, длительно находящихся в эксплуатации, и определить вероятную дату их замены.

Алгоритм определения эффективных нагрузок на основании данных АСКУЭ позволяет производить непрерывный контроль отработанного ресурса изоляции трансформаторов.

Положения, выносимые на защиту:

• модель износа изоляции обмоток трансформатора с учетом значимых факторов;

• метод оценки старения витковой изоляции, вызванного нагрузочными токами и токами короткого замыкания;

• методика учета влияния высших гармоник на тепловое старение изоляции;

• уточненная методика определения температуры наиболее нагретой точки (ННТ) обмотки на основе данных о температуре верхних слоев масла;

• методика оптимизации объема выборки при аппаратном контроле изоляции трансформатора с соблюдением требований необходимой точности;

• алгоритм и программа ретроспективного анализа износа изоляции трансформатора;

• метод определения эффективных нагрузок на основании данных АСКУЭ для оценки износа изоляции.

• система контроля витковой изоляции тяговых трансформаторов на основе микроконтроллера.

Реализация результатов работы.

Программный продукт для ретроспективной оценки износа изоляции внедрен на Абаканской дистанции электроснабжения Красноярской железной дороги. Там же внедрена система контроля витковой изоляции тяговых трансформаторов на основе микроконтроллера.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Энергетика и энергоэффекгивные технологии», Липецк, 2006, 2007; Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транссибирской магистрали в XXI веке», Чита, 2006; международном симпозиуме «Элтранс-2007», Санкт-Петербург, 2007.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано восемь статей. Одна из них опубликована в издании, рекомендованном ВАК для опубликования научных положений диссертационных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа представлена на 151 странице, включает 29 рисунков, 12 таблиц, библиографию из 123 наименований и 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель работы, научная новизна и практическая ценность диссертации.

В первой главе на основе проведенного анализа показана необходимость мониторинга трансформаторов ТП. Выполнено сравнение диагностических возможностей комплексного обследования и использования стационарной системы мониторинга. Показана область применения указанных способов диагностирования. Описаны методы оценки технического состояния трансформаторов. На основе системного анализа предложена структурная схема задач и методов автоматизированного контроля технического состояния трансформаторов ТП, приведенная на рис. 1.

Во второй главе определены и проанализированы основные факторы, влияющие на тепловое старение изоляции:

• токи нагрузки;

• токи короткого замыкания;

• дополнительный нагрев, вызванный несинусоидальностью токов.

Методы автоматизированного контроля технического состояния трансформаторов ТП

АнвЛИТКЧ»ИИ9

Иимгациотые

Модалафомхн» ■ ] реальном »рчяаин I

•ж

Задачи матздвпоо>я ратания юторьи рмработак* * диссертации

— Задши, методог-огу* р<

I» когсръв усомрш*нсгаман* • диссертации

Рис. 1. Структурная схема задач мониторинга и методов оценки состояния трансформаторов

Предложено при организации автоматизированного контроля трансформатора проводить непосредственное измерение температуры масла, что повышает точность определения ННТ. Точность увеличивается потому, что исключаются погрешности, вызванные упрощениями, принимаемыми в аналитических моделях, а также вследствие автоматического учета фактов включения и отключения обдува трансформатора.

Показано, насколько важным является контроль времени работы трансформатора в периоды наибольших нагрузок, особенно тогда, когда они превосходят номинальные значения. За эти периоды отрабатывается ресурс изоляции во много раз превосходящий календарное время, в течение которого трансформатор работает с перегрузкой.

Исследование влияния коротких замыканий (КЗ) на старение изоляции тяговых трансформаторов показало незначительное старение за период КЗ в связи с непродолжительностью его действия из-за отключения поврежденного трансформатора ре-

лейной защитой. На рис. 2 показана типичная зависимость относительного износа тягового трансформатора от длительности короткого замыкания.

И025

Вреьс 1-е

0 02 о(Н аой

014 016 0.18

Рис. 2 Старение тягового трансформатора в период КЗ Учет дополнительного нагрева от высших гармоник производится при помощи критерия, называемого к-фактором'

0)

где I) - ток первой гармоники; Ь - номер гармоники; 1ь - ток гармоники с номером И. Ток, применяемый для расчета нагрева с учетом высших гармоник, определя-

ется так

1 =

где И =■

II О'

1.15

(2)

1 + 0 15К

Исследования спектра гармоник тяговых подстанций Красноярской железной дороги, выполненные на компьютерной модели, сформированной в среде МаСаЬ (рис.3), показали, что в границах дороги имеются регионы с различными значениями к-фактора (рис. 4 ... 6). Кроме того, анализ полученных результатов показал, что нельзя однозначно указать фазу с наибольшим влиянием гармоник и токовой нагрузки на старение изоляции. Это определяет необходимость контроля всех фаз трансформатора.

<э-

3

Рис. б. Значения к-фактора для фазы С при средней нагрузке 300 А и 600 А

Рис. 3. Схема модели внешнего и тягового электроснабжения Абаканской дистанции

Рис. 5. Значения к-фактора для фазы В при средней нагрузке 300 А и 600 А

Рис, 4, Значения к-фактора для фазы А при средней нагрузке 300 А и 600 А

Сформированная математическая модель и выполненные исследования скорости изменения тяговых нагрузок и температуры масла трансформатора (рис. 7...8) позволяют оптимизировать интервал дискретизации при аппаратном контроле трансформаторов и уменьшить объем выборки с соблюдением требований необходимой точности.

Случайный процесс изменения температуры масла характеризуется автокорреляционной функцией и спектральной плотностью, связь между которыми устанавливается формулой

Т/2 . а

I х(0х(1-т)Л = -!- |хт(со)|2е'"асо.

-Т/2

При исследовании характеристик изменения тяговых нагрузок в качестве условно-эталонной модели рассматривается стационарный эргодический случайный процесс, поэтому выражение для спектральной плотности принимает следующий вид:

W(ca)= }R(T>-jmdT,

Автокорреляционную функцию можно найти так

Z(y, -УХУ,-, - У)

= —

ау.-УУ

где, у - среднее значение; у, - текущее значение; п - количество значений выборки, х -лаг.

Максимальный интервал квантования определяется по формуле

< J__jt_ T""2fm шш '

где юш - максимальная частота в спектре рассматриваемого процесса.

Оптимальный интервал дискретизации находится из следующего условия Д1ОЛ1 = (0,7...0,8)тш. (3)

Исследования показали, что при определении интервала дискретизации по формуле (3) на 20 ... 30 % сокращается длительность реализации при сохранении точности определения математического ожидания. Определение математического ожидания при At > At^, приводит к ошибке до 100 ... 150 % по сравнению с результатом при At„„.

Рис. 7. Изменение температуры масла Рис. 8. Автокорреляционная функция измене-трансформатора ния температуры масла

В результате исследований установлено, что оптимальный интервал дискретизации для аппаратного контроля температуры масла равен 20 минутам.

В третьей главе формируется ретроспективная модель старения витковой изоляции тяговых трансформаторов, в которой отработанный ресурс твердой изоляции рассчитывается с учетом тенденций изменения нагрузки.

Решение проблемы ретроспективного анализа износа изоляции трансформатора возможно путем расчленения ее на отдельные задачи:

• восстановление графика на1рузки;

• расчет отработанного ресурса изоляции к моменту поверки;

• прогнозирование графика нагрузки на период перспективного плана усиления;

• определение момента времени, соответствующего полному износу изоляции.

Скорость теплового старения изоляции в значительной степени определяют

внутрисуточные колебания нагрузки. Учет неравномерности нагрузки для суток без «окон» целесообразно оценивать с привлечением аппарата случайных процессов, «разыгрывая» нагрузку по известным законам распределения. Проведенный анализ показал, что для реализации математической модели износа наиболее целесообразным является нормальный закон распределения, который описывается всего двумя параметрами: средним значением тока и среднеквадратическим его отклонением.

Выражение для плотности распределения тока запишется так: 1 (■-!?

где I - средний ток подстанции левого или правого плеча; о - среднеквадратическое отклонение тока плеча подстанции, определяемое по правилу трех сигм; 1 - «разыгрываемое» случайное значение тока.

Усредненные токи по плечам питания рассчитываются на основании данных о суточном электропотреблении тяговой обмотки следующим образом:

bJ5LW.-b.iW

24-и„ 24-ин

где к, =———; кц =——— коэффициенты распределения нагрузки по плечам пита-

ния1; W - расход электроэнергии по тяговой обмотке.

Для применения метода Монте-Карло от плотности распределения необходимо перейти к интегральному его представлению:

1 Г -Ы- I

р(1)=7=!е =ф|

При этом принимается, что Ф^-—^=%, где с, е [о: 1].

Значение моделируемого случайного тока для каждого плеча подстанции определяется по формуле

1 = СП +1, г 1-1

где 1 =--нормированное значение тока.

сг

Далее выполняется перераспределение токов плеч питания по фазам обмотки:

Затем осуществляется приведение к стороне высокого напряжения, добавляется приведенный ток районной нагрузки и вычисляется износ изоляции за элементарное время А!.

В задаче контроля износа витковой изоляции трансформатора по данным АСКУЭ есть два существенных аспекта:

• исходные данные представлены в виде получасовых значений расхода активной и реактивной электроэнергии по трехфазным вводам;

• тяговая нагрузка характеризуется существенной несимметрией.

Первый аспект ввиду малой постоянной времени нагрева обмотки (порядка 6 мин) обусловливает необходимость перехода к эффективным получасовым значениям тока, а второй аспект требует пофазного учета нагрузок.

Ограничивая рассмотрение наиболее распространенными трехфазными трех-обмоточными трансформаторами, можно определить связь эффективной (нагревающей) мощности сетевой сбмотки со средними значениями мощностей тяговой и районной обмоток по формулам:

1 Коэффициенты к,, кп можно получить посредством использования программного комплекса имитационного моделирования систем тягового электроснабжения РА20М01Ш, разработанного в Ир-ГУПСе.

Р,в = л/(р«рт +рерр)2 + -l)+Pc2pp(kU -l)J ; (4)

Q* = V(QoPT + + -1)+Qcpp(kjpp -1)J. (5)

где РзВ, Q3B - эффективные активные и реактивные мощности сетевой обмотки; Р[рТ, PtpP, QcpT, QcpP - средние активные и реактивные мощности соответственно тяговой и районной обмоток; кфАТ, кфР1, кфАР, кфрр - получасовые коэффициенты формы графиков активных и реактивных нагрузок соответственно тяговой и районной обмоток. Значения коэффициентов формы тяговой нагрузки определяются графиками движения поездов. Получасовые коэффициенты формы районной нагрузки ввиду сравнительной ее стабильности принимаются равными единице.

На рис. 9 показана схема трехфазного трансформатора без отображения районной обмотки, нагрузка которой предполагается симметричной. При отсчетах фаз относительно зажимов АХ сетевой обмотки формулы для напряжений и токов фаз записываются следующим образом:

U, =UrejC'; U„ =UIe"Jffl" = UT(0.5-j0.866); ÙM =UTeJ'80' =-UT; Ùai = UT ej60" = UT(0.5 + j0.866) ; Ùfc = UT e"-160' = UT(0.5 - jO 866) ;

I, =|l,+ji„; ib =~i,+3i„; I. -finît. =I.'+jI,"=k,^i2i.;

_ 0.5PT -0.866QT - j(0 866PT +0.5QT)

in""in+JJn — Ka ~ >

UT

где PT, QT - активная и реактивная мощности по вводу 27.5 кВ, к,, к„ - коэффициенты распределения мощности ввода 27.5 кВ по плечам питания; UT - действующее значение напряжения на шинах тяговой обмотки; остальные величины обозначены на рис. 9.

Та ÎB ТС

Рис. 9. Схема трехфазного трансформатора

Токи фаз тяговой обмотки можно найти следующим образом: 2к,Рт +кд(0 5РТ -0.8660т), „_ -2к,дт -кп(0.8ббРт +0.5(3Г).

1« "■ ------> Аа —

3UT

зит

т , - к,Рт + 0.5кпРт - 0.8б6кдОт „ к,дт -0.8ббк„Рт-0.5кяОт ,

зит ' ь" зит

-к,рт -к„рт +из2к„с>т, я_,к,дт+1.732кврт+кддт зит ' с зит

а полные мощности фаз определятся равенствами следующего вида: ^ =РТ1 + =-ит(1.Ч1,") = -ит1,Чит1а"; ¿ть »в» = и1(0.51ь'+0.8661ь") + )ит(0 8661ь'-0.51ь"); ^тс =^тьс =Чт(0.51с,-0.8661с") + ^т(-0.8661с'-0.51<.").

С учетом смены знаков при приведении генерации тяговой обмотай к нагрузке сетевой обмотки можно записать:

Рт, =|[2к,Рт + кп(0.5Рт -0.866<3Т)]; ^[ОД +кп(0.866Рт +0.5<3Т)];

Рп, = |[к,(О 5РТ -0.866От) -к„Рт]; =^[к,(0.866Рт +0.5<Зт) + к,1С>т];

Рте = ^[к,(0.5РТ + 0.8660Т) + 2квРт]; <?Те=|[к,Н 8ббРт+0.5дт) + 2кпдт].

Загрузка фазы сетевой обмотки определится нагрузкой тяговой фазы, третьей частью нагрузки района, потерями в фазах тяговой, районной и сетевой обмотках и третьей частью потерь холостого хода трансформатора:

Эв, = РВа + ]<3в. . Рва = Рт, +1 Рр + ЛРт, + АРр, + ДРВа + ^ ДРХ;

= От» + ^ Ор + А<2Т„ + Л(3Ра +А<Зв, + ^ л<зх,

где ДРТа, ДРРа, ЛРВ>, Л<2Та: Д(3Р>, ДС!В, - активные и реактивные нагрузочные потери в обмотках трансформатора; ДРХ, ДСЗ, - потери холостого хода.

При одинаковых номинальных мощностях обмоток активные сопротивления фаз обмоток, приведенные к стороне высокого напряжения, равны, р -р -р -3ив2АР„

К., - К., - К.,--;-,

где ив - номинальное напряжение фазы ВН, - номинальная мощность, ДР, - потери короткого замыкания трансформатора.

Потери мощности в фазе тяговой обмотки можно вычислить так:

др =Р1 з = 35та2АРк _ 1 дрI. 2

^"та 1 Та-->

зэ

где к,т, = -—1- - коэффициент загрузки фазы тяговой обмотки.

О,.

Аналогично определяются потери для фаз районной и сетевой обмоток трансформатора.

Реактивные сопротивления катушек, приведенные к напряжению сетевой обмотки, определяются напряжениями короткого замыкания:

Х„ _ -(ц '+и.,„'-и '); Хт = (иИТ'-иГ1р'+итр'): Хр - (-ият'+ир„'+цт„'), в 2008 вр 2008 2008. в

, , 2 гюодрл

где, = ^и^ -I—-—-I - напряжения короткого замыкания, скорректированные на

падения напряжения на активном сопротивлении, и,, - напряжения короткого замыкания трансформатора в процентах.

Реактивные потери в фазах обмоток находятся так:

ДОра = Хр1раг =^-(-ив/+иВР'+ит11') = ^(-ивт'+ивр'+итр') ;

Реактивная мощность холостого хода определяется током холостого хода ¡х:

Алгоритм расчета эффективных токов фаз сетевой обмотки по получасовым значениям расхода активной и реактивной электроэнергии тяговой и районной обмоток включает следующие этапы:

1. Получасовые значения расходов электроэнергии по вводам 27.5 кВ и по вводам районной обмотки хранятся в локальной базе данных по электропотреблению (ЛБДЭ) и по хоманде пользователя производится ее пополнение по всем трансформаторам дороги из базы данных автоматизированной системы учета и контроля электропотребления (АСКУЭ)

2. Расчеты износа и оставшегося срока службы производятся с использованием информации ЛБДЭ и далее хранятся в локальной базе данных программного комплекса. При запуске программы производится отображение рассчитанного износа в текстовой и графической формах.

3. По получасовым расходам определяются средние получасовые мощности ввода 27.5 кВ и вычисляются мощности фаз тяговой обмотки.

4. Рассчитываются составляющие потерь мощностей фаз тяговой и районной обмоток.

5. Формулы (4) и (5) ввиду добавок потерь в меди и стали используются в следующей форме:

Р,в, =|Рсрт, +АРТ1 +АРр,)) +[Ргрт,(кфАт

<2,в, = |(С!СРТ1 + АРТ, + АРР.)) + (к^т "'13'+ \ Л(3х,

где индекс I обозначает фазу обмотки.

6. По полученным значениям мощностей фаз сетевой обмотки определяются потери в меди в фазах сетевой обмотки и добавляются к мощностям фаз сетевой обмотки.

7. Из полученных значений мощностей фаз сетевой обмотки по среднему значению фазного напряжения определяются эффективные токи фаз сетевой обмотки:

Т УРзВ.2

** ~ и

срВ

8. По эффективным значениям токов производится расчет относительного износа изоляции за получасовой период работы трансформатора в соответствии со стандартной методикой.

Износ изоляции сетевой обмотки тягового трансформатора определяется наиболее нагруженной фазой, однако информация АСКУЭ содержит только данные в целом по вводам трансформатора. Неопределенность расклада тяговой нагрузки по плечам питания (и, соответственно, по фазам тяговой и сетевой обмоток) в первом приближении решается заданием фиксированной доли нагрузки тягового плеча. Этот подход занижает износ трансформатора, поскольку средние значения доли нагрузки обычно близки к 0.5, а его изменения приводят к повышению загрузки одной из фаз (и к понижению загрузки другой фазы). Прямое решение проблемы заключается в мониторинге токов плеч питания и в уменьшении интервала получения данных, но этот подход требует больших затрат. Снизить погрешности фиксированного значения доли нагрузки плеча можно путем статистического подхода получением распределения доли нагрузки плеча и использовании его для расчетов очередных значений износа.

Получить коэффициенты распределения к,, к„ можно путем экспериментального измерения мощностей или токов плеч питания за характерные сутки, либо с помощью комплекса РА^ОМС®!) на основе данных о поездной работе. Ввиду получасового усреднения значений мощности, получаемых из данных АСКУЭ, вполне можно ограничиться экспериментальной гистограммой распределения доли нагрузки с шагом около 0.05, то есть достаточно двадцати значений вероятностей для соответст-

вующих интервалов доли нагрузки.

В конце главы произведено исследование отработанного ресурса трансформатора ТДТНЖ-40000/220/35/27,5 одной из тяговых подстанций Красноярской железной дороги. Результаты расчета показывают, что за 35 месяцев эксплуатации отработанный ресурс трансформатора составил 25 месяцев.

В четвертой главе представлена разработка системы контроля витковой изоляции трансформаторов на основе микропроцессоров. Структурная схема системы представлена на рис. 10.

Система позволяет оценивать отработанный ресурс изоляции трансформатора и прогнозировать остаточный срок службы последнего, его усиление или замену. Оценка отработанного ресурса производится с учетом влияния высших гармоник. Интервал квантования тяговой нагрузки при расчете износа составляет 1 минуту. Все данные сохраняются в архиве и доступны для пользователя за все время работы системы.

ВЛ 220 кВ

Рис. 10. Структурная схема системы контроля витковой изоляции трансформаторов

Для оценки отработанного ресурса системой производится контроль нагрузки фаз трансформатора и температуры верхних слоев масла. Организовано непосредственное измерение температуры масла при помощи датчика, устанавливаемого на трансформаторе, что повышает точность определения температуры ННТ. При этом учитывается фактор включения обдува при повышенных нагрузках. Второй датчик производит измерения температуры окружающей среды. Эту температуру можно использовать для организации работы подогревов оборудования подстанции, а также для оценки погрешности, получаемой при определении температуры масла аналитическими методами. Системой контроля анализируется гармонический состав токов в

обмотках трансформатора, вызывающих дополнительный нагрев и, как следствие, дополнительное старение изоляции.

Для защиты микроконтроллера и компьютера от воздействия высоковольтных помех на входе схемы каждой фазы выполнена двухступенчатая защита в цепях тока и напряжения.

Связь системы контроля с компьютером из-за дальности расположения последнего осуществляется по стандарту RS-485. В качестве линии связи используется экранированная витая пара с волновым сопротивлением 120 Ом. Имеется гальваническая развязка с портом компьютера.

Проведенные исследования трансформаторов тяговых подстанций показывают, что при штатном графике движении поездов старение трансформатора составляет 30 .40% реального времени, однако в период сгущения поездов после окончания «окна» старение достигает 150...250 %.

Проведен анализ погрешности определения температуры ННТ обмотки при ее определении аналитическими методами. Результаты сравнения показывают что погрешность в определении температуры ННТ достигает при включении обдува 2...4 °С, что безусловно сказывается на оценке старения в период наибольших температур обмоток.

Анализ гармонического состава токов показал, что в период наибольших нагрузок высшие гармоники увеличивают старение на 50 %.

Разработанная система сравнительно недорога, составляющие ее устройства компактны и пригодны для использования на силовых трансформаторах тяговых подстанций магистральных железных дорог переменного тока.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана модель старения витковой изоляции с учетом фактора дополнительного нагрева от влияния высших гармонических составляющих. Учет дополнительного старения производится при помощи k-факгора. Анализ показал, что в границах железных дорог имеются регионы с различными значениями к-факгора.

2. Показано, что старение изоляции за период короткого замыкания и охлаждения от максимальной температуры, достигнутой в конце процесса КЗ, для тяговых трансформаторов незначительно в связи с непродолжительностью действия КЗ, и его молено не учитывать

3. Показано, что при организации автоматического контроля трансформатора непосредственное измерение температуры масла повышает точность определения температуры ННТ по сравнению с определением этого параметра аналитическими методами. Точность повышается еще и потому, что при непосредственном измерении температуры масла учитывается фактор включения обдува трансформатора.

4. Анализ результатов исследования спектра гармоник для каждой фазы тяговых подстанций показал, что контроль необходимо производить для всех фаз трансформатора, так как нельзя однозначно указать фазу с наибольшим влиянием гармоник на старение изоляции.

5. В результате проведенных исследований скорости изменения температуры масла трансформатора и его нагрузки, определен оптимальный интервал дискретизации при котором сокращается объем информации, необходимой для передачи по каналам связи при сохранении точности определения математического ожидания. Показано, что неучет корреляционной зависимости между соседними элементами случайной последовательности при определении интервала дискретизации приводит к существенной погрешности оценок числовых характеристик.

6. Сформирована ретроспективная модель для определения отработанного ресурса твердой изоляции с учетом тенденций изменения нагрузки.

7. Показана необходимость моделирования текущего значения тока в каждой фазе с учетом внутрисугочных колебаний нагрузки.

8. Доказана целесообразность привлечения нормального закона распределения нагрузки ТП для реализации математической модели ретроспективного и перспективного анализа ресурса витковой изоляции трансформаторов. Показано, что в этом случае обеспечивается адекватность модели.

9. Сформирован алгоритм определение эффективных нагрузок по получасовым значениям расхода электроэнергии на основании данных АСКУЭ для оценки износа изоляции.

10. Сформирован алгоритм восстановления графика изменения тока и расчета отработанного ресурса тяговых трансформаторов.

11. Разработана система автоматизированного контроля старения витковой изоляции трансформаторов с применением микропроцессора. Система позволяет оценивать отработанный ресурс изоляции, прогнозировать остаточный срок службы трансформатора. Оценка отработанного ресурса производится с учетом влияния высших гармоник. В системе организовано непосредственное измерение температуры масла при помощи датчика, устанавливаемого на трансформаторе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Бардушко, В.Д. Особенности моделирование износа изоляции тягового трансформатора [Текст] / В.Д. Бардушко, В.П. Закарюкин, А.В. Крюков, М.В. Суз-гаев И Контроль. Диагностика. - № 8. - 2008. - С. 23 - 28.

В рецензируемых изданиях

2. Сузгаев, М.В. Особенности мониторинга режимов работы и технического состояния трансформаторов тяговых подстанций при наличии высших гармоник [Текст] / М.В. Сузгаев // Железные дороги мира. - 2007. - № 6. - С. 58 - 60.

3. Бардушко, В.Д. Особенности учета влияния высших гармоник на тепловое старение витковой изоляции трансформаторов [Текст] / В.Д. Бардушко, В.А. Ушаков, М.В. Сузгаев // Информационные технологии и проблемы математического моделирования сложных систем. - Иркутск, 2005. - Вып. 2. - С. 36 - 44.

4 Бардушко, В.Д. О принципах формирования системы мониторинга режимов работы и технического состояния трансформаторов тяговых подстанций [Текст] / В.Д. Бардушко, М.В. Сузгаев // Транспортные проблемы сибирского региона. - Иркутск, 2003. - Ч. 1. - С. 122 - 124.

Материалы научных конференций

5 Сузгаев, М.В. Исследование уровня высших гармоник тока в устройствах тягового электроснабжения на Красноярской железной дороги и анализ возможности мероприятий снижения ущерба от несинусоидальности [Текст] / М.В. Сузгаев // Энергетика и энергоэффективные технологии. - Липецк, 2006. - Ч. 1. - С. 198 - 202.

6. Бардушко, В.Д. Влияние фильтрокомпенсирующих устройств на показатели искажения синусоидальности токов тяговой обмотки силовых трансформаторов [Текст] / В.Д. Бардушко, В.А. Ушаков, М.В. Востриков, М.В. Сузгаев // Проблемы и перспективы развития транссибирской магистрали в XXI веке. - Чита, 2006. - Том 1.-С. 309-313.

7. Сузгаев, М.В. Исследования по определению оптимального интервала дискретизации при аппаратном контроле витковой изоляции трансформаторов по тепловому критерию [Текст] / М.В. Сузгаев // Элеирификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте. - Санкт-Петербург, 2007. - С. 93.

8. Сузгаев, М.В. Исследования состояния твердой витковой изоляции трансформаторов тяговых подстанций методом ретроспективного анализа [Текст] / М.В. Сузгаев // Энергетика и энергоэффективные технологии. - Липецк, 2007. - С. 225 -331.

Подписано в печать 17.11.2008. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. 1,25. Уч.-изд. я. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. 1353

Отпечатано в Глазковской типографии г. Иркутск, ул. Гоголя, 53, тел.: 38-78-40

Введение.

Глава 1. Мониторинг режимов работы и технического состояния трансформаторов.

1.1. Необходимость мониторинга оборудования систем тягового электроснабжения.

1.2. Анализ методов комплексного обследования и использования стационарной системы мониторинга.

1.3. Возможности снижения аварийности трансформаторов на основе использования результатов комплексного обследования или внедрения системы мониторинга.

1.4. Экономическая эффективность комплексного обследования трансформаторов.

1.5. Комплексные системы непрерывного контроля трансформаторов.

1.6. Основные задачи мониторинга тяговых трансформаторов.

1.7. Методы исследований состояния изоляции трансформаторов и формирование системы мониторинга.

Глава 2. Разработка аналитической модели старения изоляции и методов теплового контроля трансформаторов.

2.1. Факторы, определяющие тепловое старение изоляции трансформаторов.

2.2. Влияние коротких замыканий и токов нагрузки на старение изоляции обмоток трансформаторов.

2.3. Учет влияния высших гармоник на тепловое старение витковой изоляции трансформаторов.

2.4. Контроль остаточного ресурса обмоток трансформатора на основе обобщенной модели износа.

2.5. Оптимизация периода дискретизации при аппаратном контроле трансформаторов по тепловому критерию.

Глава 3. Формирование ретроспективной модели старения изоляции трансформаторов.

3.1. Обоснование закона распределения токов тяговых подстанций.

3.2. Учет внутри-суточной неравномерности тяговой нагрузки для оценки износа изоляции.

3.3. Определение эффективных нагрузок для оценки износа изоляции на основании данных АСКУЭ.

3.3.1. Алгоритм расчета эффективных нагрузок по получасовым значениям расхода электроэнергии.

3.4. Алгоритм восстановления графика изменения тока и расчета отработанного ресурса тяговых трансформаторов.

3.5. Расчет «стартового» числа отработанного ресурса трансформатора.

Глава 4. Аппаратная реализация теплового контроля трансформаторов тяговых подстанций.

4.1. Выбор основных элементов системы контроля.

4.2. Описание работы системы.

4.3. Управление режимами работы трансформаторов.

4.4. Защита от высоковольтных помех.

4.5. Принцип измерения температуры.

4.6. Канал связи измерительной системы с компьютером.

4.7. Программирование микроконтроллера.

Актуальность темы. Увеличение масс грузовых поездов является одним из основных средств повышения пропускной способности железных дорог (ЖД). На некоторых участках ЖД организовано движение поездов весом до 8000 тонн. Продолжается работа по увеличению количества поездов весом более 5900 тонн. Повышение веса поезда положительно сказывается на экономике дороги и ОАО «РЖД» в целом. Однако движение тяжеловесных поездов создает значительные нагрузки на элементы системы тягового электроснабжения (СТЭ), увеличивая износ изоляции тяговых трансформаторов и другого электрооборудования. Кроме того, в отдельные моменты времени, например, при восстановлении графика движения в послеоконный период, имеют место режимы сгущения поездов, которые создают пиковые нагрузки на трансформаторы тяговых подстанций (ТП), значительно превышающие номинальные. Перегрузка трансформатора, допустимая в течение определенного времени, вызывает увеличение скорости старения твердой изоляции. Силовой трансформатор - один из важнейших элементов СТЭ, определяющих надежность электроснабжения. Кроме того, он является одним из наиболее дорогостоящих устройств СТЭ, поэтому своевременное диагностирование трансформатора, способное обеспечить детальную информацию о состоянии объекта, является актуальной задачей.

Величина и гармонический состав токов в обмотках силовых трансформаторов ТП зависит от тяговых токов электровозов. При повышении веса грузовых поездов уровень высших гармоник токов, протекающих по обмоткам тяговых трансформаторов, также увеличивается. В результате дополнительного нагрева, вызываемого гармониками, ускоряется износ оборудования и повышаются потери электроэнергии. Следовательно, учет дополнительного старения изоляции трансформаторов от воздействия высших гармоник также является актуальным.

В период спада размеров движения в 90-е годы были снижены объемы ремонтов устройств электроснабжения. Последнее десятилетие характеризовалось низким уровнем инвестиций в техническое перевооружение тяговых подстанций и электрических сетей. Все это привело к резкому росту изношенного электротехнического оборудования. В настоящее время на сети железных дорог России находятся в эксплуатации около 4500 силовых трансформаторов, в том числе около 2200 трансформаторов 110-220 кВ. Более 50 % из них отработали установленный стандартами нормативный ресурс 25 лет. На Красноярской дороге общее количество трансформаторов 110 - 220 кВ составляет 77. Из них 33 трансформатора имеют срок эксплуатации 25 лет и более. Тринадцать трансформаторов отработали более 20 лет. Таким образом, более половины трансформаторов отработали установленный ресурс. Так как трансформаторы являются одним из наиболее дорогостоящих элементов системы электроснабжения, то наряду с плановой заменой устаревшего оборудования встает задача продления срока их эксплуатации. Решить данную задачу возможно методом ретроспективного анализа отработанного ресурса изоляции трансформаторов. При этом стало бы возможным определить остаточный ресурс изоляции каждого трансформатора и на основе методов прогнозирования определить вероятную дату его замены. Существующие методики не учитывают изменения свойств твердой изоляции трансформатора в зависимости от отработанного времени, поэтому разработка методов ретроспективного анализа износа изоляции также является актуальной задачей.

Эксплуатация технических средств железнодорожного транспорта, обеспечивающая безопасность движения поездов и высокую эффективность процесса перевозок, невозможна без объективной информации об их фактическом состоянии. Диагностика состояния электрооборудования СТЭ и контроль параметров его режимов предполагает сбор, передачу и обработку большого объема информации. Поэтому исследования по оптимизации объема выборки информации с соблюдением требований необходимой точности являются также актуальными.

Цель работы заключается в разработке комплекса методов и средств автоматизированной оценки теплового старения твердой витковой изоляции трансформаторов, а также методов ретроспективного анализа ее износа.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи:

1. Разработка аналитической модели теплового старения изоляции и методов контроля трансформаторов с учетом дополнительного старения от влияния высших гармоник.

2. Оптимизация периода дискретизации процессов изменения параметров, характеризующих режим работы трансформатора, для формирования системы автоматизированного контроля теплового старения изоляции.

3. Разработка модели ретроспективного анализа теплового старения витко-вой изоляции тяговых трансформаторов с учетом внутрисуточного изменения нагрузки.

4. Разработка методов оценки теплового старения витковой изоляции трансформаторов на основании данных автоматизированной системы контроля и управления электропотреблением (АСКУЭ).

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории автоматического управления, имитационное моделирование, математическая статистика и спектральный анализ.

Достоверность результатов полученных в диссертационной работе, подтверждена экспериментальной проверкой основных положений, а также их сопоставления с результатами исследований других авторов.

В диссертации впервые получены и составляют предмет научной новизны следующие результаты:

1. Разработана модель старения витковой изоляции с учетом дополнительного нагрева от высших гармонических составляющих.

2. Определен оптимальный интервал дискретизации для автоматизированного контроля витковой изоляции трансформатора с соблюдением требований необходимой точности.

3. Разработана методика ретроспективного анализа износа изоляции трансформаторов.

4. Предложен метод определения эффективных нагрузок на основании данных АСКУЭ для оценки износа изоляции.

Практическая значимость.

Учет дополнительного старения от влияния высших гармоник позволяет уточнить износ изоляции трансформатора, особенно в период максимальных нагрузок.

Оптимизация периода дискретизации процессов изменения тяговой нагрузки и температуры масла трансформатора существенно сокращает объем выборки при соблюдении требований необходимой точности.

Метод ретроспективного анализа износа изоляции трансформаторов позволяет определить отработанный ресурс изоляции трансформаторов, длительно находящихся в эксплуатации, и определить вероятную дату их замены.

Алгоритм определения эффективных нагрузок на основании данных АСКУЭ позволяет производить непрерывный контроль отработанного ресурса изоляции трансформатора и формировать воздействия для управления режимами его работы.

Положения, выносимые на защиту:

• модель износа изоляции обмоток трансформатора с учетом значимых факторов;

• метод оценки старения витковой изоляции, вызванного нагрузочными токами и токами короткого замыкания;

• методика учета влияния высших гармоник на тепловое старение изоляции;

• уточненная методика определения температуры наиболее нагретой точки (ННТ) обмотки на основе данных о температуре верхних слоев масла;

• методика оптимизации объема выборки при аппаратном контроле изоляции трансформатора с соблюдением требований необходимой точности;

• алгоритм и программа ретроспективного анализа износа изоляции трансформатора;

• метод определения эффективных нагрузок на основании данных АСКУЭ для оценки износа изоляции.

• система контроля витковой изоляции тяговых трансформаторов на основе микроконтроллера.

Реализация результатов работы.

Программный продукт для ретроспективной оценки износа изоляции внедрен на Абаканской дистанции электроснабжения Красноярской железной дороги. Там же внедрена система контроля витковой изоляции тяговых трансформаторов на основе микроконтроллера.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Энергетика и энергоэффективные технологии», Липецк, 2006, 2007; Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транссибирской магистрали в XXI веке», Чита, 2006; международном симпозиуме «Элтранс-2007», Санкт-Петербург, 2007.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано восемь статей. Одна из них опубликована в издании, рекомендованном ВАК для опубликования научных положений диссертационных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа представлена на 151 странице, включает 29 рисунков, 12 таблиц, библиографию из 123 наименований и 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель работы, научная новизна и практическая ценность диссертации.

В первой главе на основе проведенного анализа показана необходимость мониторинга трансформаторов. Выполнено сравнение диагностических возможностей комплексного обследования и использования стационарной системы мониторинга. Показано, какие системы обладают наибольшей эффективностью в предупреждении аварий трансформаторов. Описаны методы оценки технического состояния трансформаторов.

Вторая глава посвящена разработке аналитической модели старения изоляции и методов теплового контроля трансформаторов. Дана методика расчета износа изоляции в режиме короткого замыкания (КЗ). Сформирована модель учета дополнительного старения изоляции трансформатора от влияния высших гармоник. Показана необходимость непосредственного измерения температуры, верхних слоев масла трансформатора. Проведен анализ спектра гармоник для каждой фазы тяговых подстанций Абаканской дистанции. Проведены исследования скорости изменения температуры масла трансформатора и его нагрузки.

В третьей главе формируется ретроспективная модель старения витковой изоляции тяговых трансформаторов. Проведено обоснование закона распределения токов тяговых подстанций. Предложена методика учета внутри-суточной неравномерности тяговой нагрузки для оценки износа изоляции. Разработан алгоритм определения эффективных нагрузок на основании данных АСКУЭ для оценки износа изоляции. Предложен алгоритм восстановления графика суточного изменения тока. Разработана программа ретроспективной оценки теплового износа твердой витковой изоляции тяговых трансформаторов.

Четвертая глава посвящена аппаратной реализации теплового контроля трансформаторов в непрерывном технологическом процессе. Разработана система контроля старения витковой изоляции трансформаторов в непрерывном технологическом процессе с применением микропроцессоров. Произведено описание системы, принцип ее работы.

1. МОНИТОРИНГ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ТРАНСФОРМАТОРОВ

Выводы:

1. Разработана система контроля теплового старения витковой изоляции трансформаторов тяговых подстанций с применением микропроцессора.

2. Для защиты микроконтроллера и компьютера от воздействия высоковольтных помех на входе схемы каждой фазы выполнена двухступенчатая защита в цепях тока и цепях напряжения.

3. Организовано непосредственное измерение температуры масла при помощи датчика устанавливаемого на трансформаторе. Второй датчик, производит измерения температуры окружающей среды. Эту температуру, можно использовать для организации работы подогревов оборудования подстанции и, кроме того, можно оценить погрешность, получаемую при определении температуры масла аналитическими методами.

4. Связь системы контроля с компьютером из-за дальности расположения последнего осуществляется по стандарту RS-485. В качестве линии связи используется экранированная витая пара с волновым сопротивлением —120 Ом. Имеется гальваническая развязка с портом компьютера.

5. Программа для управления системой контроля написана на языке СИ, отлажена в программе CodeVision AVR.

6. Система контроля позволяет оценивать отработанный ресурс изоляции трансформатора в непрерывном технологическом процессе, прогнозировать остаточный срок службы трансформатора. Оценка отработанного ресурса производится с учетом влияния высших гармоник. Все данные сохраняются в архиве и могут быть доступны для пользователя за все время работы системы.

7. В системе организовано управление режимами работы трансформатора, что позволяет значительно продлить срок его службы.

8. Разработанная система получилась очень дешевой, затраты на материалы и изготовление схем составляют примерно 10000 рублей. Устройство компактно и пригодно для использования на силовых трансформаторах тяговых подстанций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана модель старения витковой изоляции с учетом фактора дополнительного нагрева от влияния высших гармонических составляющих. Учет дополнительного старения производится при помощи k-фактора. Анализ показал, что в границах электрических железных дорог имеются регионы, с различными значениями k-фактора.

2. Показано, что старение изоляции за период короткого замыкания и охлаждения от максимальной температуры, достигнутой в конце процесса КЗ, для тяговых трансформаторов не значительно в связи с непродолжительностью действия КЗ и его можно не учитывать.

3. Показано, что при организации теплового контроля трансформатора непосредственное измерение температуры масла повышает точность определения температуры ННТ, так как исключаются погрешности, возникающие при определении температуры масла аналитическими методами. Кроме того, точность повысится и потому, что при непосредственном измерении температуры масла автоматически учитывается фактор включения обдува трансформатора.

4. Анализ результатов исследования спектра гармоник для каждой фазы тяговых подстанций показал, что тепловой контроль необходимо производить для всех фаз трансформатора, так как нельзя однозначно указать фазу с наибольшим влиянием гармоник на старение изоляции.

5. В результате проведенных исследований скорости изменения температуры масла трансформатора и его нагрузки определен оптимальный интервал дискретизации, при котором сокращается объем выборки информации необходимой для передачи по каналам связи при неизменной точности определения математического ожидания. Показано, что неучет влияния корреляционной зависимости между соседними элементами случайной последовательности при определении интервала дискретизации и объема выборки, приводит к существенной погрешности оценок числовых характеристик в решаемой задачи

6. Сформирована ретроспективная модель отработанного ресурса твердой изоляции с учетом тенденций изменения нагрузки.

7. Разработан метод «разыгрывания» случайной нагрузки тяговой подстанции с учетом ее суточной неравномерности.

8. Доказана целесообразность привлечения нормального закона распределения нагрузки тяговой подстанции для реализации математической модели ретроспективного и перспективного анализа отработанного ресурса витковой изоляции трансформаторов. Показано, что в этом случае обеспечивается адекватность модели.

9. Сформирован алгоритм определение эффективных нагрузок по получасовым значениям расхода электроэнергии на основании данных АСКУЭ, для оценки износа изоляции и формирования воздействий для управления режимами работы, основываясь на интенсивности старения изоляции в отдельные моменты времени.

10.Сформирован алгоритм восстановления графика изменения тока и расчета отработанного ресурса тяговых трансформаторов.

11 .Разработана система контроля старения витковой изоляции трансформаторов тяговых подстанций с применением микропроцессора. Система позволяет оценивать отработанный ресурс изоляции трансформатора, прогнозировать остаточный срок службы трансформатора. Оценка отработанного ресурса производится с учетом влияния высших гармоник. Все данные сохраняются в архиве и могут быть доступны для пользователя за все время работы системы. В системе организовано непосредственное измерение температуры масла при помощи датчика, устанавливаемого на трансформаторе. Второй датчик производит измерения температуры окружающей среды. Эту температуру, можно использовать для организации работы подогревов оборудования подстанции и, кроме того, можно оценить погрешность, получаемую при определении температуры масла аналитическими методами. В системе организовано управление режимами работы трансформатора, что позволяет значительно продлить срок службы последнего.

1. Bailey С.А. A study of internal discharges in cable insulation // IEEE Paper.-1996.- №31.- p. 266-363.

2. Borsi H., Gockenbach E., Werle P.A method for localizing partial discharges on transformers and similar high voltage engineering. German patent registration.1999.-12p.

3. H. Stol, B. Bollrath. Мониторинг стрелочных переводов // Железнодорожный транспорт за рубежом. Сер. «Электрификация, автоматика и связь, информационные технологии». ЭИ / ЦНИИТЭИ. 2003. - Вып. 2. - с. 27-31.

4. Mackauer J.J., Davis D.T. Интегрированная система автоматики подстанции // Transm. & Distrib. World. 2000. Vol. 52. №4. P. 30, 32, 34, 36, 38.

5. Power System Harmonics. Fundamentals, Analyses and filter Design / George J. Wakileh. Berlin; Heidelberg; New York; Barselona; Hong Kong; London; Milan; Paris; Singapore; Tokyo: Springer, 2001.

6. Thomas Leibfried. Online Monitors Transformers in Service. // IEEE Computer Applications in Power.-1998.- July.- C. 36-42.

7. Аверин Ю. А., Карякин P. H., Пании А. П. Результаты экспериментального определения спектрального состава первичного тока выпрямительного электровоза // Труды ВНИИЖТ, вып. 156, Трансжелдориздат.- 1958. с. 4957.

8. Алексеев Б.А. Системы непрерывного контроля состояния крупных силовых трансформаторов // Электрические станции, 2000. №8.- с. 62-71.

9. Бак Вонг Ха. Исследование закона распределения вероятностей фидерного тока тяговой подстанции / В кн. «Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог.//Труды МИИТа, М., 1969.- вып 302.

10. Бардушко В.Д. Алгоритм расчета потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения // Автоматизированные системы контроля и управления на транспорте: Сб. науч. тр./ ИрИИТ. Иркутск, 1999. Вып.5 С. 87-95.

11. Бардушко В.Д. Алгоритмы контроля и оптимизации параметров систем тягового электроснабжения на основе имитационного моделирования: Дис.док. техн. наук. -Ирк.: ИрИИТ, 2000.

12. Бардушко В.Д. Алгоритмы контроля и оптимизации параметров системы тягового электроснабжения.- Иркутск: ИрИИТ, 2000. 108 с

13. Бардушко В.Д. Анализ и параметрический синтез систем тягового электроснабжения. Автореф. дис. на соискание ученой степени доктора, техн. наук. Иркутск, 2001.

14. Бардушко В.Д. Аналитический метод расчета оптимальных мест размещения пунктов параллельного соединения контактной сети // Сб. научн. тр. ХАБИИЖТ. Хабаровск, 1989.

15. Бардушко В.Д. Влияние коротких замыканий на тепловое старение витковой изоляции трансформаторов тяговых подстанций // Информационные технологии на транспорте. Иркутск: ИрИИТ, 2000. Вып. 6. С. 202-207.

16. Бардушко В.Д. Контроль систем электроснабжения // Электрическая и тепловозная тяга. 1983. № 12. С. 35-36.

17. Бардушко В.Д. Оценка изменения потерь мощности в контактной сети при включении междупутного компенсирующего устройства (МПДКУ) // Сб. науч. тр. / ВЗИИТ. М., 1990. С. 79-89.

18. Бардушко В.Д. Оценка потерь электроэнергии в трансформаторах тяговых подстанций // Актуальные проблемы железнодорожного транспорта Восточной Сибири: Сб. науч. тр. ИрИИТ, 1995. Вып. 3. С. 97-101.

19. Бардушко В.Д. Оценка состояния проводов контактной сети при составлении перспективных планов усиления // Сб. науч. тр. / МИИТ. М., 1989. Вып. 821. С.127-137.

20. Бардушко В.Д., Закарюкин В.П., Крюков А.В., Сузгаев М.В. Особенности моделирование износа изоляции тягового трансформатора // Журн. Контроль. Диагностика. 2008. № 8. - С.23-28

21. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М., Мир, 1971.-С. 16-24.

22. Беркович Я.Д., О диагностике энергетического оборудования // Эл. станции.- 1989.- №6,- с. 16-20.

23. Бессонов В.А. Закон распределения токов тяговых подстанций электрических железных дорог. / Труды МИИТа.- М., I960.- вып. 132.

24. Бобров Е.Г. О программно-аппаратном контроле остаточного ресурса обмоток трансформатора на основе обобщенной модели износа //Сб. научн. тр.ВЗИИТа.-М., 1984. Вып. 121. С. 79-86.

25. Боднар В.В. Нагрузочная способность силовых масляных трансформаторов. М: Энергоатомиздат, 1983.

26. Большев Т.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики.-М.: Наука, 1968.- вып.46.

27. Бородюк В.П., Лецкий Э.К. Статистическое описание промышленных об-ектов. -М.: Энергия, 1971.- 108 с.

28. Бочев А.С., Костюков А.В. Продление срока службы тяговых трансформаторов. // Материалы второй межвузовской научно-методической конференции: Тезисы докладов.- Москва: РГОТУПС, 1997.

29. Бочев А.С., Щурская Т.В., Костюков А.В. Диагностика состояния обмоток тяговых трансформаторов. // Локомотивы, 1997.

30. Ванин Б.В. О повреждениях силовых трансформаторов напряжением 110500 кВ // Электрические станции.- 2001.- №9.

31. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. -Д.: Энергия, 1970. 320 с.

32. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

33. Виленкин С.Я. Об оценке среднего в стационарных процессах // Теория вероятностей и ее применение. М.: АН СССР. 1959.- Том IV. - Вып. 4. -С.43-44

34. Герман Л.А., Синицына Л.А. Петренко В.Г. Контроль изоляции конденсаторов. // Электрическая и тепловозная тяга. -1983.- № 12.

35. Герман Л.А., Синицына Л.А., Бочаров В.В., Лукконец В.Д. Тепловая защита контактной сети. / Сборник научн. трудов ВЗИИТа, вып. 121, М., 1984.

36. ГОСТ 14209-97. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки. М: Изд-во стандартов, 1987.- 14 с.

37. ГОСТ 1516.1-76. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 3 до 500 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. М.: Издательство стандартов, 1978. - 49с.

38. Градштеин И.Е., Рыжик 1-Г.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971.

39. Гурин В.В. Диагностика автотрансформатора в эксплуатации методом измерения и локации частичных разрядов // Электрические станции.- 1993.-№10.- с. 18-22.

40. Д. Чэпмен. Цена низкого качества электроэнергии // Энергосбережение. — 2004.-№ 1.

41. Давиденко И.В., Голубев В.И., Комаров В.И. и др. Система диагностики маслонаполненного оборудования // Энергетик.- 2000.- №11.- с. 27-29.

42. Денисенко А.Н. Сигналы. Теоретическая радиотехника. Справочное пособие. — М: Горячая линия Телеком, 2005. -704 с.

43. Динамика увлажнение изоляции в трансформаторе // Electrical World.- 1997. №6. - p. 52.

44. Дубовой В.Г., Осотов В.Н., Шилов В.И. О концепции развития системы диагностики электроэнергетического оборудования в регионе Урала // Электрические станции. 1998. №3. С. 35-39.

45. Дьяков А.Ф. О продлении ресурса и модернизации электротехнического оборудования// Энергетик. 1998. №3. С. 2.

46. Ефимов А.В. Применение распределения Sb -Джонсона для тяговой нагрузки./В кн. «Исследование энергоснабжения, конструкций и регулирования транспортных устройств.//Труды МИИТа.- М., 1971.- вып 388.

47. Железко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 4-е изд., перераб. И доп. — М.: Энергоатомиздат, 2000.-331с.

48. Железко Ю. С., Кордюков Е. И. Высшие гармоники и напряжения обратной последовательности в энергосистемах Сибири и Урала // Электричество.-1989.-№7,- с. 62-65.

49. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2005. - 273 с. — ISBN 5-7430-0568-0.

50. Карманов С.В. Козлов В.Р. Обслуживание электрооборудования по его фактическому состоянию // Энергетик.- 2001.- №8.- С. 46.

51. Карманов С.В. Техническая диагностика основа рационального обслуживания // Энергетик.- 1998.- №10.- с.36.

52. Карякин Р. Н. Оценка величины эквивалентного мешающего тока с учетом резонансных явлений при работе выпрямительных электровозов. Труды ВНИИЖТ.- М.: Трансжелдориздат, 1958.- вып.- 156

53. Карякин Р.Н. Тяговые сети переменного тока. — М.: Транспорт, 1987. — 279с.

54. Касаткин А. С. Основы электротехники. М.: Высшая школа, 1986. -287 с.

55. Кастромитин Н.Н. Примение теории вероятностей по выбору мощности тяговых подстанций/ Электричество, 1927, №2.

56. Клевцов А.В. Контроль ресурса трансформаторов тяговых подстанций // Сб. научн. тр. ВЗИИТа.- М., 1984.- Вып.- 121.- С. 14-24.

57. Костюк А.Ф., Ольшевский В.В., Цветков Э.И. Методы и аппаратура для анализа характеристик случайных процессов. М.: Энергия, 1967. - 239 с.

58. Крайчик Ю.С. Выравнивание статистических распределений электротяговой нагрузки. Известия АН СССР.- М.: Энергетика и транспорт, 1965.

59. Лившиц В.Н. Мирошниченко Р.И., Тамазов А.И. Распределение вероятностей тяговой нагрузки // Вестник ЦНИИ МПС.- 1967. -№3.

60. Литвак Л. В. Рациональная компенсация реактивных нагрузок на промышленных предприятиях. — М.: Госэнергоиздат, 1963. 256 с.

61. Львов Ю.Н. Диагностика трансформаторного оборудования // Энергетик.-2000.-№11.- с.26-27.

62. Muller К. Влияние сетевых фильтров на распространение гармоник в тяговой сети переменного тока // Glasers Annalen.- 1998. №7.- s. 287 - 295.

63. Мамошин P.P. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях переменного тока. М.: Транспорт, 1973. - 224с.

64. Мамошин P. P., Зимакова A. H. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1980. - 296с.

65. Марквард Г.Г. Исходные положения по созданию математической модели процесса работы устройств энергоснабжения электрических железных дорог. / Труды ВЗИИТа.- М:, 1969.- вып. 37.

66. Марквард Г.Г. О совершенствовании расчетов системы энергоснабжения электрических железных дорог./ Труды МИИТа, 1970.- вып. 340.

67. Марквард Г.Г. Применение усеченного нормального закона распределения к тяговой нагрузке и уточнение его параметров. / В кН. «Ученые записки ВЗИИТа». М:, 1964. вып. И.

68. Марквард Г.Г. Распределение тяговой нагрузки. / В кН. «Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог»/ Труды МИИТа, М:, 1969.- вып. 302.

69. Марквардт Г.Г. Применение теории вероятностей и вычислительной техники в системе энергоснабжения.- М.: Транспорт, 1972. 204 с.

70. Марквардт Г.Г., Тер-Оганов Э.В., Шугуров В.А. Прямой расчет трансформаторной мощности тяговых подстанций // Сб. научн. тр. МИИТа, М., 1976. Вып. 487.

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

72. Марквардт К.Г., Кувичинский А.Н., Давыдав Е.Н. Косвенный способ определения потеь электрической энергии в тяговой сети / Научн. Труды МИИТ, вып. 302, 1969.

73. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле. РД 153-34.0-46.302-00. М.: АО ВНИИЭ, 2001.

74. Мирошниченко Р.И. Режимы работы электрифицированных участков. М: Транспорт, 1982. — 207 с.

75. Мирский Г.Я. Аппаратное определение характеристик случайных процессов. М.: Энергия. 1972. 437 с.

76. Могузов В. Ф. Обслуживание силовых трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1991.-192с.

77. Мухопад Ю.Ф. Микропроцессорные системы управления роботами. Иркутск-Улан-Удэ.: ИГУ, 1984.-142 с.

78. Нейман Л. Р., Демирчан К. С. Теоретические основы электротехники. 3-е изд. JL: Энергоиздат, 1981. - Т.1, с. 533, Т.2, с. 415.

79. Николаев Г.А., Галыгин А.И., Кузнецов В.П. Опыт комплексного диагностического обследования силовых трансформаторов на тяговыхподстанциях. // Железнодорожный транспорт. Сер. «Электроснабжение железных дорог». ЭИ / ЦНИИТЭИ. 2004. - Вып. 1 - С. 1-7.

80. Об основных положениях энергетической стратегии России на период до 2020 г. // Энергетика.- 2000. № 10. - с. 2 - 6.

81. Обзор работы железных дорог США за 1999 г. / ЦНИИТЭИ. М., 2001. -40с.

82. Объем и нормы испытания электрооборудования. РД 34.45-51.300-97: Издание шестое. -М.: ЭНАС, 1998.

83. Осотов В.Н. Основные направления совершенствования системы диагностики силового электротехнического оборудования // Электрические станции. 1997. №5. С. 52-54.

84. Писарева Н.А., Ланкау Я.В., Старостина А.К. Применение физико-химических методов для оценки состояния жидкой и твердой изоляции электрооборудования // Вестник ВНИИЭ, 1997. с. 43 - 45.

85. Попов Г.В. Об оценке состояния силовых трансформаторов по результатоам хроматографического анализа, www / transform.ru / buydisk / htm.

86. Попов Г.В., Игнатьев Е.Б. О совершенствовании технологий диагностирования маслонаполненного электротехнического оборудования. www/transform.ru/articles/html/06exploitation/ai00003. article

87. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. М.: Энергосервис, 2003.- 390 с.

88. Правила устройства электроустановок. 7-е издание. ООО ТПК «Старатель» Госэнергонадзор Минэнерго России, 2003. 276 с.

89. Применение систем контроля в работе во время испытаний на подстанции Ramapo в энергосистеме ConEd / D. Chu, L J. Savio, S.R. Lindgren et.al. // Доклад СИГРЭ 12 205. 1998.

90. Родионов В.И. Непрерывный контроль частичных разрядов / Сборник докладов конференции молодых специалистов электроэнергетики. -2000. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000.

91. Розенфельд В.Е. Расчет тяговых сетей. Гостранстехиздат, М., 1937.

92. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов.-СПб.: Питер, 2003.- 604с.

93. Смирнов М.А., Касаткина Т.Е., Гусева Г.П. Дефекты в маслонаполненных силовых трансформаторах вызывающих разложение электрической изоляции с выделением газообразных продуктов. http://transform.ru/articles/html/06exploitation/a000029.article

94. Смирнов С, С., Коверникова Л. И. Влияние коммутаций элементов сети на режим высших гармоник // Промышленная энергетика, 2000. №8.- с. 45-48.

95. Сопов В.И. Характер распределения тяговых нагрузок подстанций постоянного тока. // Энергоснабжение электрических железных дорог / Научн. тр., ОМИИТ, Омск, 1968.- т.93.

96. Сузгаев М.В. Особенности мониторинга режимов работы и технического состояния трансформаторов тяговых подстанций при наличии высших гармоник // Железные дороги мира. — 2007. — № 6. — С.58-60.

97. Сучков Р.В. Модернизация и сервис трансформаторов. Сервисное обслуживание АББ. www/fsk-ees.ru/ru/main/tech/techl30/?id25=87&i25=3/html

98. Тамазов А.И. Несимметрия токов и напряжений вызываемая однофазными тяговыми нагрузками. М.: Транспорт, 1965. — 236 с.

99. Тер-Оганов Э.В. Имитационная модель работы системы электроснабжения двухпутного электрифицированного участка // Сб. научн. тр. ВЗИИТа, М., 1983. Вып. 788.

100. Тер-Оганов Э.В. Определение трансформаторной мощности тяговых подстанций на ЭВМ // Сб. научн. тр. ВЗИИТа, М., 1973. Вып 65.

101. Тимофеев Д. В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. -М.: Энергия, 1972.-296 с.

102. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. М.: Энергия, 1976. -544с.

103. Уход за оборудованием электростанции с применением Интернета // Power. 2001. Vol. 145. №3. P. 64-66.

104. Ушаков В.Я. Изоляция установок высокого напряжения. М.: Атомиздат, 1994. -496с.

105. Хан Г., Шапиро С. Статические модели в инженерных задачах. М.: Мир, 1969.

106. Цветков В.А., Уланов Г.А. О диагностическом обслуживании энергетических агрегатов // Электрические станции. 1996. №1. С. 21-24.

107. Цветков Э.И. Основы теории статистических измерений. — JL: Энергия, 1979.-233с.

108. Цирель Я.А., Поляков B.C. Эксплуатация силовых трансформаторов на электростанциях и в электросетях. Д.: Энергоатомиздат, 1985. - 264 с.

109. Шидловский, А.К. Расчеты электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий / А.К. Шидловский, Г.Я. Вагин, Э.Г. Куренный. — М.: Энергоатомиздат, 1992. 224 с.

110. Щукин А.Н. Теория вероятностей и экспериментальное определение характеристик сложных объектов. М., Энергоиздат, 1959.

111. Электрификация железных дорог России (1929 1999 гг.) / Под. ред. П. М. Шилкина. - М.: Интекст., 1999. - 280с.

112. Яцышин В. И., Баталина Т. В. Обобщенные спектры гармонических помех в электрических сетях // Электричество.- 1987.- №10.- с. 53 56.