Совершенствование методов и технических средств определения сопротивления заземляющих устройств тяговых подстанций постоянного тока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

— на международной научно-технической конференции «Инновации для.

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

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

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

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

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

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

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

Продолжение таблицы 1.1.

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

Прибор для определения ЗАО Ц11ИТЭ, 12,5 0,06, напряжения прикосновег. Новосибирск не более ния (тага) косвенным методом ОНП-1.

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

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

АНЧ-3 юр", Молдова 0,1.

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

MRU-105 Измериiejib паБопе!, Польша 128 до 0,225 раме фов заземляющих yciponciB.

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

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

Аф л/О.

-= —г= (1.

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

•у.

Э — коэффициент диффузии, м" /с;

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