Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Она характеризуется следующими факторами:

• наличием активно-индуктивных элементов, изменяющих параметры сети;

• достаточным количеством датчиков текущих параметров и быстродействующей системой сбора, передачи и обработки информации;

• развитой информационной системой с циклическим контролем состояния ЭЭС;

• средствами адаптивного управления в реальном масштабе времени с воздействием на активные элементы сети, генераторы и потребителей;

• комплексом противоаварийного управления с воздействием на элементы ЭЭС для предотвращения развития аварий, их локализации и послеаварийного восстановления.

В последние как за рубежом, так и в России ведутся разработки систем автоматического управления энергосистем в нормальных и аварийных режимах работы. Для этого используются разработки, использующие в своих алгоритмах данные синхронных векторных измерений: системы автоматического управления нормального режима и системы автоматического управления аварийными режимами. К использованию технологии измерений для целей автоматического управления предъявляются повышенные требования к характеристикам измерительных устройств и каналам передачи данных (точности, быстродействию, надежности, электромагнитной совместимости, кибербезопастности и т.д.) [2].

Для технологии векторных измерений, как и для любой другой новой технологии, необходимой составляющей является её переход из стадии научной разработки, пилотного проекта, в состояние отлаженного, стандартизованного решения, готового для массового использования. В связи с этим создается лабораторный стенд, который позволит производить необходимые операции по сбору и обработки всей полученной информации с модели контактной сети. Так же данная разработка дает возможность для глубокого анализа полученных данных и возможность их точной оценки.

При использовании данного комплекса, у студентов появляется возможность совместно с освоением стандартного материала, который обязателен для изучения, заниматься учебно-исследовательской деятельностью: проектированием электроснабжения, расчетам режимов питания тяговой сети, производить настройку и проверку релейной защиты и противоаварийной автоматики. При достаточном уровне знаний- участвовать в научных исследованиях на поиск новых применений и совершенствование существующих подходов к использованию векторных измерений, в том числе, адаптивных алгоритмов управления режимами питания сети и алгоритмов релейной защиты и автоматики.

Представляется, что доступность и распространённость данной технологи определяться, как наиболее интенсивный период её развития. Огромную роль здесь сыграет образовательная составляющая. Отмечается, что векторная форма представления является эффективным инструментом изучения наиболее сложных вопросов электроснабжения. Таким образом, данная разработка позволяет вести научно-исследовательскую деятельность и предоставляет возможность внедрения на реально действующие подстанции, с целью модернизации их работы.

1. Реализация стендовой модели контактной сети

Политика ОАО «РЖД» в настоящее время заключается в применение готовой продукции разработанной и испытанной на предприятии. ОАО «РЖД» не имеют интереса в разработке проектов, которые не участвовали в производственном процессе и не испытывались в лабораторных условиях. Поэтому со всеми устройствами, которые разработаны для ОАО «РЖД», необходимо проводить натурные испытания, их опытных образцов в лабораторных условиях.

Из выше изложенного следует, что целью данной выпускной квалификационной работы является разработка лабораторного стенда по изучению возможности эффективного применения технологии Smart Grid в системе тягового электроснабжения. Для реализации этой цели создан лабораторный стенд. Этот стенд должен обеспечивать возможность подключения испытуемых образцов при условиях:

1. Частота, при которой работает стенд, должна быть такая же, что и частота в реальной контактной сети, f = 50 Гц;

2. Токи, которые протекают в цепях управления, должны быть соизмеримы с токами во вторичных цепях трансформаторах тока, установленных на реальной контактной сети.

Главным достоинством разработанного стенда над уже созданным инженерно-производственным центром «Учебная техника» и используемым в университете стендом в том, что разработанный стенд имеет возможность работать на промышленной частоте 50 Гц. На такой частоте реализуется движение поездов на электрифицированных участках Дальневосточной железной дороги. В этом состоит главная особенность данной разработки.

При разработке созданного стенда был сформулирован и решен следующий комплекс задач:

• реализация модели участка контактной сети на созданном стенде;

• разработка чертежа и описания устройства;

• оценка полученных размеров стенда и их перенос на разрабатываемый чертеж;

• расчет электрических параметров стенда с использованием программного комплекса MathCad;

• отображение схемы подключения элементов стенда в электронном виде с нанесением рассчитанных параметров;

• проведения опытного метода для получения параметров стенда;

• сравнения двух методов моделирования и выведения погрешности результатов, с её оценкой;

• выбор метода для последующей оценки;

• оценка полученных параметров стенда с параметрами системы тягового электроснабжения;

• введение коэффициента приведения параметров стенда к параметрам системы тягового электроснабжения;

• выбор существующей подвески под разработанный стенд;

• расчет параметров трансформатора;

• расчет максимального рабочего тока стенда;

• расчет тока теплового импульса;

• подключения устройств для приведения напряжения к 27,5 В;

• установка устройств моделирующих сопротивления внешней сети и трансформаторов;

• приведения параметров к существующим сопротивлениям;

• сравнения существующих схем;

• выбор наиболее подходящей схемы;

• реализация работы системы векторных измерений на модели, созданной в рамках стенда.

1. Реализация работы системы векторных измерений на модели, созданной в рамках стенда

Увеличение грузоперевозок по Дальневосточной железной дороге приводит к большей загруженности хозяйства электроснабжения, в результате чего возрастает число аварийных ситуаций в контактной сети, срабатывание релейной защиты на подстанциях и т.д. Факторы, приводящие к этому, носят быстродействующий характер и не отслеживаются на данный момент. Для их отслеживания требуется отслеживать показания токов и напряжений. Исходя из этих требований, создается стендовая модель участка контактной сети, которая отражает процессы в реальной подвеске, с возможностью применения системы векторных измерений.

Система позволяет: оценивать токи и напряжения относительно друг друга, путем измерения одного опорного напряжения; отслеживать опорные напряжения подстанций и производить сравнения синхронных по времени значений между собой, сравнение происходит в векторном поле; производить синхронные измерения между несколькими подстанциями и сформировывать отчеты из проведенных измерений.

При реализации системы векторных измерений решалось множество задач. Решение каждой задачи производилось в программной среде NI Labview c использованием аппаратной поддержки NI CompactDAQ и NI myRio. В реализованную систему векторных измерений, так же внедрена система гибкой вольтодобавки, которая установлена на посту секционирования лабораторной модели контактной сети. Гибкая вольтодобавка подстраивается под уровни напряжений на подстанциях и создаёт в сети разность этих двух напряжений, которая устраняет уравнительный ток в контактной сети модели.

1
. Реализация синхронного процесса аналого- цифрового преобразования на удаленных друг от друга подстанций.

Рисунок 1- Синхронизация процесса аналого-цифрового преобразования измеряемых значений

На рисунке 1 представлена блок-диаграмма работы программы реализованной на программируемой логической интегральной схеме. Данная программа реализует работу тактового генератора, который управляет аналоговым -цифровым преобразованием.

На осциллограмме показана работа двух тактовых генераторов синхронизированных по GPS. Генератор автоматически синхронизируется по данным GPS и продолжает работу, даже при потери сигнала с GPS. При восстановлении связи с GPS, они автоматически синхронизируются. Погрешность синхронизации составляет не более 200 нсек.

В ходе реализации этой задачи возникали трудности с постоянным приемом двух сигналов GPS, которые связывались напрямую с генераторами тактовых импульсов.

2. Измерение токов и напряжений на подстанции в комплексной форме относительно одного опорного напряжения.

Р
еализация измерительной системы, выдающая средние значения за 30 сек относительно одного опорного напряжения на подстанции. На рисунке 2 представлена измерительная система CompactDAQ и демонстрация его работы.

Рисунок 2 - Блок- диаграмма работы модуля

В этой программе представлено измерение опорного напряжения на подстанции и относительно этого напряжения расчет остальных напряжений и токов. Далее эти измерения формируются в массив, который 1 раз в 30 секунд рассчитывает средние значение напряжения и тока отправляет средние значение на компьютер- сервер. Компьютер- сервер формирует массив данных из средних значений и относительно этого массива значений строится векторная диаграмма токов и напряжений.

1. Р
   еализация синхронных векторных измерений опорных напряжений на разных подстанциях.

Рисунок 3 - Схема считывания сигнала с двух GPS датчиков и их диаграмма

Рисунок 4 - Блок- диаграмма работы измерительного модуля системы векторных измерений

На рисунке 3 показана работа двух независимых измерительных моделей, измеряющих один синусоидальный сигнал и синхронизированных по GPS, погрешность усредненного 30 сек значения не превышает 10 элект.мин, при плохом спутниковом сигнале, в условиях закрытого помещения. В условиях хорошего сигнала погрешность не превышает 30 элект.сек.

Решение этой задачи отражается на рисунке 4, включением в работу двух измеряющих модулей на разных подстанциях, которые измеряют опорное напряжение и производят его сравнение с измеряемым напряжением лругой подстанции. Результатом этого отклонения будет разность времени между полученными значениями времени, которое мереется до пика опорного напряжения на подстанции.

4
. Реализация автоматической синхронизации внутренних часов измерительных систем по GPS.

Рисунок 5 - Схема синхронизация внутренних часов измерительной системы по GPS

Сигналы, как показано на рисунке 5, поступающие со спутника, 1 раз в час посылает фазирующий импульс, который синхронизирует внутренние часы измерительной системы. Также представлена схема подключения GPS датчика к ComPort компьютера системы. Таким образом, осуществляется синхронизация времени измерительной системы с мировым временем.

Результатами работы в рамках данного проекта должны стать:

• решена задача синхронизации работы аналога- цифрового преобразования на всех объектах мониторинга;

• разработан алгоритм работы измерительных комплексов, позволяющий предоставлять данные системы векторных измерений в комплексном виде;

• был разработан и технически реализован принцип синхронизированных по GPS фазовых измерений на базе программируемого логической интегральной схемы, погрешность которого составила не более 10 эл. мин;

• реализована система автоматической синхронизации внутренних часов измерительной системы по данным GPS.

Все результаты работы приведут к значительному экономическому эффекту по различным статьям расходов при эксплуатации и техническом перевооружении системы тягового электроснабжения. Так же для ОАО «РЖД» не потребуется дополнительных затрат на разработку, настройку и отладку данной системы вследствие того, что система запущена на лабораторном стенде, параметры которого приведены к реальной контактной подвеске. Возможность внедрить систему векторных измерений на подстанциях Дальневосточной железной дороги может закладываться на начальных этапах проектов реконструкции. Все выше перечисленные достоинства разработанной системы показывают её соответствия требованиям, приведенным в пункте 1.3, ОАО «РЖД».

1. Разработка структурной и принципиальной схем стенда

   1. Разработка структурной схемы стенда

Модель участка контактной сети разработана при помощи пар индуктивно связанных между собой катушек, которые имитируют взаимодействие проводов между собой. На стенде располагаются 12 отдельных труб длинной 77мм. Трубы делятся по 6 на каждый путь, на них по отдельности намотан медный провод диаметром 1.4мм, количество витков на трубах 60. Они лежат в 6 слоёв и на всю длину трубы, между слоями воздушного зазора нет, толщина стенки трубы 3мм, внешний диаметр труб 76 мм, с обмотками 96 мм. Пути разделены между собой воздушным промежутком, расстояние которого равно 18 мм.

Пары катушек имеют между собой только электрическую связь, что исключает их электромагнитное взаимодействие. Каждая пара моделирует двухпутный участок контактной сети, которая отражает все процессы в реальной подвеске. Также возможны моделирования режимов питания нагрузки на этих участках, имитирования короткого замыкания в системе тягового электроснабжения и возможность создать процесса пережога провода контактной сети.

В свою очередь отдельная пара катушек не связывается между собой электрически, а имеет связи только в местах присоединения к пункту питания (тяговые подстанции) и в пункте параллельного соединения, который позволяет моделировать на лабораторном стенде различные схемы питания. Графическое изображение стенда со всеми геометрическими размерами представлено на рисунке 6. Чертеж лабораторного стенда, изображенного на рисунке 6, представлен в трех проекциях и с нанесением всех его размеров. Это сделано для того, чтобы чертеж стенда был более нагляден.

Характеристики

Список файлов ВКР