Первый способ направлен на уменьшение интенсивности износа обмотки с наибольшим износом путем ее подключения в предыдущей схеме к контактной сети левого плеча питания и правого плеча в следующей схеме. Подключение вводов обмоток высшего напряжения при этом выполняется таким образом, чтобы обеспечить фазировку нагрузок предыдущей схемы.

Второй способ заключается в увеличении интенсивности износа обмотки с наименьшим износом. Реализуется это путем подключения обмотки с наименьшим износом к наиболее загруженному плечу питания. Интенсивность износа обмотки увеличится из-за наибольшей нагрузки плеча питания.

Для снижения интенсивности износа обмоток в работе [3] предлагаются две схемы подключения трансформаторов: для снижения интенсивности износа обмотки AX – подключение трансформатора по схеме «b», обмотки CZ – подключение трансформатора по схеме «а».

5.2 Выбор новых схем подключения трансформаторов на подстанции Тарманчукан

Температура наиболее нагретой точки обмотки AX 129 ˚С, обмотки CZ – 115 ˚С, обмотки BY – 63 ˚С.

Ограничивающей срок эксплуатации трансформатора обмоткой является обмотка AX, для уменьшения интенсивности ее износа необходима подключить ее на нейтральную вставку.

Рисунок 5.1 – Подключение трансформатора к РУ по схеме «b»

Обмотка by подключается своим началом «b» к рельсовой цепи, а концом «y» – к контактной сети левого плеча питания. При таком подключении обеспечивается отрицательный знак питающего напряжения слева от тяговой подстанции. Обмотка cz подключается своим началом «c» к контактной сети правого плеча питания и концом «z» к рельсовой цепи. При таком подключении обеспечивается положительный знак питающего напряжения справа от подстанции. Обмотка ax подключается своим началом «a» к контактной сети левого плеча питания и концом «x» к контактной сети правого плеча.

Ввод «Aт» обмотки AX высшего напряжения подключается к наименее нагруженной фазе А ЛЭП. Ввод «Вт» обмотки BY высшего напряжения подключается к фазе В ЛЭП, питающей левое плечо подстанции. Ввод «Ст» обмотки CZ высшего напряжения подключается к фазе С ЛЭП, питающей правое плечо подстанции. Вводы районных обмоток подключаются соответственно подключению вводов обмоток высшего напряжения.

При данной схеме подключения трансформатора уравнения токораспределения в обмотках тягового напряжения будут иметь следующий вид.

При условии, что ток левого плеча больше чем ток правого, при данной схеме подключения, наиболее нагруженной обмоткой будет BY, средненагруженной – CZ и наименее нагруженной – AX.

Согласно уравнениям токораспределения, по обмотке AX, при новой схеме подключения, будут протекать токи обмотки BY.

Для количественной оценки изменения интенсивности износа обмотки AX будем использовать рассчитанные ранее значения термического износа изоляции (расчет термического износа изоляции обмотки BY производился аналогично).

Таблица 5.1 – Термический износ изоляции обмоток при новой схеме подключения

Рисунок 5.2 – Термический износ обмоток при новой схеме подключения

Исходя из данных таблицы 5.1, можно сделать вывод о том, что термический износ обмотки AX уменьшился в 170 раз по сравнению со значением износа при старой схеме подключения.

5.3 Выбор новых схем подключения трансформаторов на подстанции Ядрин

Правое плечо питания подстанции Ядрин является наиболее загруженным, соответственно, наиболее нагруженной обмоткой трансформатора является обмотка CZ, питающая это плечо. Так как обмотка CZ лимитирует срок эксплуатации трансформатора, новая схема подключения должна снизить интенсивность ее износа.

Температура наиболее нагретых точек обмоток AX, BY и CZ соответственно 124, 68 и 138 ˚С. Термический износ изоляции – 39, 0,9 и 107 часов, соответственно, для обмоток AX, BY и CZ.

Для снижения интенсивности износа обмотки CZ рассмотрим подключение трансформатора по схеме «а».

Рисунок 5.3 – Подключение трансформатора к РУ по схеме «а»

Обмотка ax подключается своим началом «a» к рельсовой цепи, а концом «x» – к контактной сети левого плеча питания. При таком подключении обеспечивается отрицательный знак питающего напряжения слева от тяговой подстанции. Обмотка by подключается своим началом «b» к контактной сети правого плеча питания и концом «y» к рельсовой цепи. При таком подключении обеспечивается положительный знак питающего напряжения справа от подстанции. Обмотка cz подключается своим началом «c» к контактной сети левого плеча питания и концом «z» к контактной сети правого плеча.

Ввод «Cт» обмотки CZ высшего напряжения подключается к наименее нагруженной фазе А ЛЭП. Ввод «Aт» обмотки AX высшего напряжения подключается к фазе В ЛЭП, питающей левое плечо подстанции. Ввод «Bт» обмотки BY высшего напряжения подключается к фазе С ЛЭП, питающей правое плечо подстанции. Вводы районных обмоток подключаются соответственно подключению вводов обмоток высшего напряжения.

При данной схеме подключения трансформатора уравнения токораспределения в обмотках тягового напряжения будут иметь следующий вид.

При условии, что ток левого плеча больше чем ток правого, при данной схеме подключения, наиболее нагруженной обмоткой будет BY, средненагруженной – AX и наименее нагруженной – CZ.

Согласно уравнениям токораспределения, по обмотке CZ, при новой схеме подключения, будут протекать токи обмотки BY, и значение термического износа про новой схеме будут соответствовать значению термического износа BY при старой схеме подключения.

Таблица 5.2 – Термический износ изоляции обмоток при новой схеме подключения

Рисунок 5.4 – Термический износ обмоток при новой схеме подключения

Подключение трансформатора по новой схеме позволит снизить неравномерность износа обмоток трансформатора и повысить его срок эксплуатации по износу обмотки CZ более чем на 4 суток.

5.4 Выбор новых схем подключения трансформаторов на подстанции Кимкан

Нагрузки обмоток трансформаторов на ТП Кимкан не выходят за пределы номинальных, термический износ изоляции минимальный по сравнению с износами изоляции обмоток трансформаторов подстанций Тарманчукан и Ядрин.

Одной из тенденций развития холдинга «РЖД» является рост грузооборота. Так в программе стратегического развития холдинга «РЖД» на период до 2030 года одним из пунктов является развитие инфраструктуры с целью перехода на тяжеловесное движение с весовыми нормами поездов 9 тысяч тон и более.

При росте грузооборота нагрузки трансформаторов будут расти, следовательно, будет увеличиваться износ. В связи с этим целесообразно выбрать новую схему подключения трансформаторов на ТП Кимкан

Наиболее загруженная обмотка – AX, для уменьшения интенсивности ее износа применим подключение трансформатора по схеме «b».

Рисунок 5.5 – Новая схема подключения трансформатора к РУ подстанции Кимкан

Обмотка by подключается своим началом «b» к рельсовой цепи, а концом «y» - к контактной сети левого плеча питания. Обмотка cz подключается своим началом «c» к контактной сети правого плеча питания и концом «z» к рельсовой цепи. Обмотка ax подключается своим началом «a» к контактной сети левого плеча питания и концом «x» к контактной сети правого плеча.

Ввод «Aт» обмотки AX высшего напряжения подключается к наименее нагруженной фазе C ЛЭП. Ввод «Вт» обмотки BY высшего напряжения подключается к фазе В ЛЭП, питающей левое плечо подстанции. Ввод «Ст» обмотки CZ высшего напряжения подключается к фазе A ЛЭП, питающей правое плечо подстанции. Вводы районных обмоток подключаются соответственно подключению вводов обмоток высшего напряжения.

Уравнения токораспределения по обмоткам будут иметь вид аналогичный уравнениям (5.1)

Рисунок 5.6 – Термический износ изоляции при новой схеме подключения

При старой схеме подключения трансформаторов обмотка значения термического износа изоляции составляли 1,29, 1,13 и 0,29 часа, соответственно для обмоток AX, CZ и BY.

Новые схемы подключения тяговых трансформаторов подстанций железных дорог переменного тока, позволяют продлить срок эксплуатации трансформаторов за счет снижения интенсивности износа изоляции обмоток AX или CZ.

Новизна технического решения подтверждена патентом на изобретение № 2540685: «Способ подключения тягового трансформатора системы переменного тока 25 кВ», разработанного работниками ДВГУПС.

Составим схему питания рассматриваемого участка тяговой сети на основе разработанных схем подключения трансформаторов и сделаем вывод об изменении при этом нагрузке каждой обмотки.

Рисунок 5.7 – Схема питания рассматриваемого участка

Новые схемы подключения дают возможность продлить срок эксплуатации трансформатора подстанции Тарманчукан по износу обмотки AX на 3 суток, подстанции Ядрин на 4 суток, в рамках одного дня эксплуатации.

При новых схемах подключения трансформаторов изменятся нагрузки обмоток (рис. 5.7), наиболее нагруженной обмоткой теперь является BY.

Рисунок 5.8 – Максимальная мощность обмоток трансформаторов при новых схемах подключения

На рисунке 5.7 видно, что наиболее нагруженной обмоткой трансформаторов всех трех подстанций при новых схемах подключения является обмотка BY, которая на данный момент эксплуатации обладала наименьшей интенсивностью износа.

1. Разработаны новые схемы подключения тяговых трансформаторов к распределительным устройствам, снижающие интенсивность износа изоляции выбранной обмотки.

2. Подключение силовых трансформаторов по новым схемам повышает срок службы по износу изоляции обмоток.

6 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ МЕТОДИКИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО НОВЫМ СХЕМАМ

6.1 Общие положения

Анализ вложенных средств является одним из приемов оценки эффективности эксплуатации силовых трансформаторов, с учетом эксплуатационных расходов и последующим сравнением с альтернативным вариантом. В данном случае будут сравниваться расходы на эксплуатацию тягового трансформатора одной подстанции, подключенного по новой схеме и расходы на покупку, установку и последующую эксплуатацию нового.

Показателем оценки экономической эффективности применения разработанных схем подключения тяговых трансформаторов подстанций, согласно [12], примем чистый дисконтированный доход.

Стоимостными показателями оценки силовых трансформаторов являются:

– цена приобретения силового трансформатора (капитальные вложения)

– предстоящие эксплуатационные расходы.

Следует отметить, что высокие эксплуатационные расходы уменьшают ценность силовых трансформаторов для потребителя, низкие - повышают привлекательность предложения.

Цена приобретения – это отпускная цена на силовой трансформатор на момент заключения договора поставки.

К предстоящим эксплуатационным расходам относятся:

– стоимость монтажа на месте эксплуатации,

– расходы на проведение профилактических, текущих и капитальных ремонтов,

– ликвидационные расходы (при необходимости),

– стоимость потерь электроэнергии в процессе эксплуатации силового трансформатора (критерий энергоэффективности).

Оценка эксплуатационных расходов осуществляется в пределах расчетного периода, продолжительность которого может быть месяц, квартал, год и т.д. В данной работе расчетный период принимать равный году эксплуатации силового трансформатора [13]. Экономическую эффективность предлагаемого метода будем доказывать в соответствии с методикой, представленной в работе [3].