Стратегия развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 года [1] относит к приоритетному вопрос о повышении надежности, модернизации и обновлению устройств тягового электроснабжения.

Рассматриваемый участок ДВостЖД включает в себя три тяговые подстанции переменного тока. На каждой подстанции расположено по два силовых трансформатора типа ТДТНЖ, в настоящее время находящихся в эксплуатации более 25 лет, следовательно, отработавших полный срок службы. Согласно [1], из-за недостатка финансирования темп старения оборудования тягового электроснабжения опережает темп его обновления. На реконструкцию одной подстанции требуется в среднем 500 млн. рублей. В настоящее время полный срок службы отработали 57% силовых трансформаторов ДВостЖД. В связи с этим замена старых трансформаторов на новые не представляется возможной, а вопрос о повышении их срока эксплуатации приобретает актуальность.

Цель – продление срока эксплуатации тяговых трансформаторов подстанций участка Тарманчукан – Кимкан. Пояснительная записка содержит 5 разделов основной части и 3 дополнительной. В первом разделе выполнен анализ данных о рассматриваемом участке.

Во втором разделе произведена характеристика программного обеспечения для расчета системы тягового электроснабжения (КОРТЭС).

В третьем разделе проанализированы мероприятия, направленные на продление срока эксплуатации тяговых трансформаторов.

В четвертом разделе определены расходы электрической энергии по плечам питания подстанций, токи обмоток трансформаторов и их износ.

В пятом разделе произведен выбор новых схем подключения трансформаторов и сделан вывод о снижении интенсивности износа наиболее нагруженных обмоток.

В дополнительных разделах произведено технико-экономическое обоснование предлагаемой методики подключения трансформаторов по новым схемам, предложены мероприятия по безопасности жизнедеятельности и электробезопасности.

1 АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Участок Тарманчукан – Кимкан находится в ведении облучинской дистанции электроснабжения (ЭЧ-1). Подстанции Тарманчукан и Ядрин присоединены к электрическим сетям 220 кВ «Амурское предприятие МЭС Востока» – филиала ОАО «ФСК ЕЭС»; подстанция Кимкан – к электрическим сетям 220 кВ «Хабаровское предприятие МЭС Востока» – филиала ОАО «ФСК ЕЭС».

Данные о параметрах тяговой сети рассматриваемого участка сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Параметры тяговой сети участка Тарманчукан – Кимкан

На межподстанционных зонах участка Тарманчукан – Кимкан установлены посты секционирования (ПС) и пункты параллельного соединения (ППС). Данные по ПС и ППС сведены в таблицу 1.2

Таблица 1.2 – Данные о наличии ПС и ППС на участке Тарманчукан – Кимкан

Схема фазировки рассматриваемого участка приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема фазировки трансформаторов подстанций рассматриваемого участка

Ввод «с» тяговых обмоток трансформаторов через распределительное устройство 27,5 кВ (РУ-27,5 кВ) подключают к рельсовой сети. Вводы «а» и «b» присоединяют через РУ-27,5 кВ к контактной сети правого и левого плеча питания тяговой подстанции. При таком присоединении вводов трансформатора тяговая обмотка «by» подключена к контактной сети плеч питания подстанции через соответствующие вводы «а» и «b». Обмотки «ax» и cz соединены с рельсовой сетью вводом «с» и контактной сетью вводами «а» и «b». В соответствии с теорией электроснабжения железных дорог, напряжение тяговой сети принято считать «положительным» при подключении обмотки «ax» трансформатора вводом а, который является началом обмотки, к контактной сети и концом обмотки x (ввод «c») к рельсовой, и «отрицательным» – обмотки «cz» началом c и концом z (ввод «b») соответственно к рельсовой и контактной сетям. Ввод обмотки высшего напряжения тяговых трансформаторов «Вт» присоединен РУ-220 к наименее загруженной фазе ЛЭП, которая определяется при проектировании системы электроснабжения железных дорог, а вводы «Ат» и «Ст» соединены с другими фазами ЛЭП. При этом вводы «Ат» и «Ст» присоединяют так, чтобы обеспечить одноименное напряжение плеч питания смежных тяговых подстанций, питающих одну межподстанционную зону.

Чтобы снизить не симметрию тока в фазах ЛЭП, наименее загруженные фазы чередуют. На каждой подстанции ввод «Вт» подключают к разным фазам ЛЭП высшего напряжения.

На каждой подстанции установлено два силовых трансформатора типа ТДТНЖ. Обмотки высшего напряжения соединены в звезду, обмотка тягового напряжения – в треугольник. На подстанциях Тарманчукан и Ядрин недогруженной фазой является фаза А, на подстанции Кимкан – фаза С. Питающим напряжением левого плеча ТП Тарманчукан является Uв, правого плеча – Uc. Питающее напряжение левого плеча ТП Ядрин такое же как и на правом плече предыдущей подстанции Тарманчукан, напряжение правого плеча – Uв, соответственно это напряжение является питающим на левом плече ТП Кимкан. Напряжение питания правого плеча ТП Кимкан – Uа. Технические характеристики трансформаторов приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Характеристики тяговых трансформаторов

Трансформаторы, установленные на ЭЧЭ-2 и ЭЧЭ-3 находятся в эксплуатации 36 лет, на ЭЧЭ-4 – 26 лет. Согласно ГОСТ 11677-85, нормативный срок эксплуатации должен составлять не менее 25 лет, следовательно, трансформаторы отработали нормативный срок службы.

На подстанциях Тарманчукан и Ядрин установлены устройства поперечной компенсации.

Среднесуточные размеры движения на участке Бира – Архара представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.4 – Среднесуточные размеры движения на участке Бира – Архара

Анализируя данные таблицы 2, можно сделать вывод, что в четном направлении по рассматриваемому участку в сутки проходит 89 поездов, а в нечетном – 76 поездов.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Комплекс программ для расчетов систем тягового электроснабжения (КОРТЭС) разработан во ВНИИЖТ и предназначен для тяговых и электрических расчетов. Он используется работниками железной дороги при решении различных оперативных задач в эксплуатации, а также проектными институтами РЖД при проектировании электрификации и разработке систем электроснабжения.

В КОРТЭС реализовано все нововведения в области расчета пропускной способности железнодорожных участков по устройствам тягового электроснабжения. С помощью этого комплекса выполнен большой объем вариантных расчетов параметров системы электроснабжения для условий пропуска поездов повышенной массы. Результаты расчетов использованы при планировании мероприятий по подготовке к обеспечению тяжеловесного движения на каждом конкретном участке, где режим работы тягового электроснабжения ограничивается нормируемыми показателями и реальными условиями эксплуатации.

Программный комплекс КОРТЭС предназначен для решения различных расчетных задач, связанных с выбором параметров, определением характеристик режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения и их отдельных элементов [2].

Данный комплекс будет использован в ВКР при расчете параметров системы тягового электроснабжения рассматриваемого участка, определения расхода электрической энергии по плечам подстанции для последующего анализа полученных данных и решения поставленных задач.

Управляющей программой комплекса является KtMain, так же она обеспечивает взаимодействие между списками задач, каталогов, типов данных, рабочих файлов и программ. Скриншот программы представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Окно управляющего модуля

Для выполнения тяговых расчетов используется программа Trelk. Тяговые расчеты производятся численным интегрированием уравнения движения поезда с заданным шагом по времени, что обусловлено требованиями к расчетам режимов систем тягового электроснабжения.