Засоби пошуку пошкоджених компенсуючих пристроїв тягової мережі шахтного безконтактного транспорту підвищеної частоти - Автореферат

Транспорт з індуктивною передачею енергії підвищеної частоти на базі електровозів В14-900 освоєний промисловістю, проведена всебічна перевірка його характеристик, що показала перевагу над акумуляторними електровозами. Компенсуючі конденсатори тягової мережі розподілені по всій довжині маршруту транспортування і поміщені в герметичні вибухобезпечні оболонки, тому вихід з ладу компенсуючого конденсатора призводить до значних витрат часу на його пошук і заміну. Особливості тягової мережі транспорту не дозволяють використовувати існуючі пристрої пошуку несправностей для визначення місця розташування пошкодженого компенсуючого конденсатора або інших можливих несправностей мережі. Мета роботи - розробка засобів визначення місця розташування пошкодженого компенсуючого конденсатора в тягових мережах шахтного транспорту з індуктивною передачею енергії підвищеної частоти, що дозволяють забезпечити ефективність експлуатації транспорту за рахунок зниження часу ремонтно-відновлювальних робіт і створити безпечні умови експлуатації електрообладнання тягової мережі в післяаварійному режимі. Наукова задача - установлення залежностей параметрів режимів тягової мережі підземного транспорту з індуктивною передачею енергії від параметрів її електроустаткування з урахуванням хвильових властивостей і особливостей, що дозволило розробити засоби діагностики тягових мереж, використані в запропонованому пристрої для визначення компенсуючого конденсатора з міжвивідним коротким замиканням.Розроблена математична модель тягової мережі стабільного струму підвищеної частоти, яка використовує розділення мережі на елементарні ділянки з урахуванням граничних умов кожної ділянки і дозволяє встановити однозначну залежність вхідного опору від місця розташування ушкодженого конденсатора. -Доведено, що місце розташування ушкодженого компенсуючого конденсатора в реальній тяговій мережі раціонально визначати за значенням реактивної складової її вхідного опору. Встановлено, що при несправності одного з елементів ізоляції компенсаційного пункту, можливої внаслідок руйнації конденсатора, заземлення його вибухобезпечної оболонки забезпечує необхідний рівень електробезпеки тягової мережі у післяаварійному режимі. -Запропоновані варіанти схем вимірювань вхідного опору тягової мережі, що дозволяють зменшити похибку визначення місця розташування ушкодженого компенсуючого конденсатора і знизити вимоги до точності застосовуваних вимірювальних приладів. Розроблено математичні моделі тягової мережі стабільного току підвищеної частоти як неоднорідної лінії з розподіленими параметрами, що дозволяють оцінити умови безпеки пристроїв поздовжньої ємнісної компенсації, які є зосередженими неоднорідностями, і встановити залежність вхідного опору тягової мережі від параметрів електроустаткування, а також умов його розміщення на маршруті транспортування з метою технічної діагностики мережі.Компенсуючі конденсатори компенсують індуктивний опір тягової мережі, яка працює в режимі близькому до резонансу напруг при частоті 5 КГЦ, та забезпечують режим роботи тягової мережі по напрузі. Взаємозвязок та найбільш суттєві особливості елементів транспортної системи (підвищена частота та стабілізація струму тягової мережі; розподілення компенсуючих конденсаторів у тяговій мережі, яке визначається її розрахунковим навантаженням, виробничими та гірничо-геологічними умовами; нестаціонарні точки прикладення навантаження; висока добротність мережі; вибухобезпечне виконання обладнання) визначають використання комплексного підходу для вирішення поставленої задачі. Для аналітичної оцінки електробезпеки компенсуючих конденсаторів необхідна розробка математичної моделі, яка б враховувала параметри ізоляції конденсаторів, вибухобезпечних оболонок і давала можливість їх окремого дослідження з урахуванням існуючих в тяговій мережі напруг. Базуючись на вимірюваннях опору ізоляції компенсуючих конденсаторів КСПР0.5-5У5 та їх вибухобезпечних оболонок, на робочій частоті тягової мережі і діючій на ізоляцію напрузі, яка відповідає діючим в реальних тягових мережах значенням визначено: опір ізоляції вибухобезпечної оболонки (57,99 КОМ) більше ніж удвічі перевищує опір ізоляції компенсуючого конденсатора (23,08 КОМ), що головним чином забезпечує електробезпеку компенсаційного пункту. Оскільки існує план розміщення компенсуючих конденсаторів на маршруті транспортування, математична модель вхідного опору Z вх тягової мережі в залежності від ємності та номера компенсуючого конденсатора має вигляд: при k = 1 (4) при k > 1 де: n - кількість компенсуючих конденсаторів тягової мережі; k=1?n; Zн.n-k - опір навантаження ділянки, що розглядається; Ck - ємність k-го компенсуючого конденсатора; l - довжина мережі; xk - координата конденсатора; w - частота; zв - хвильовий опір; g - коефіцієнт поширення.У дисертаційній роботі дано рішення актуальної задачі, що складається в установленні залежностей вхідного опору тягової мережі від стану і координат розташування її електроустаткування на маршруті транспортування

2. Короткий зміст роботи

- Розроблена математична модель тягової мережі стабільного струму підвищеної частоти, яка використовує розділення мережі на елементарні ділянки з урахуванням граничних умов кожної ділянки і дозволяє встановити однозначну залежність вхідного опору від місця розташування ушкодженого конденсатора.

- Обгрунтована і розроблена математична модель аналізу втрат струму компенсуючих конденсаторів з урахуванням подовжніх та поперечних параметрів мережі підвищеної частоти і конструктивних особливостей компенсаційних пунктів.

- Розроблена схема і макет пристрою визначення місця розташування ушкодженого компенсуючого конденсатора тягової мережі незалежно від її довжини та конфігурації.

- Визначені, опір ізоляції компенсаційного пункту в діапазоні частот 4…6 КГЦ, залежність умов безпеки компенсаційного пункту в післяаварійному режимі від варіанту розташування компенсуючих конденсаторів у ньому.

-Доведено, що місце розташування ушкодженого компенсуючого конденсатора в реальній тяговій мережі раціонально визначати за значенням реактивної складової її вхідного опору.

-Доведено, що частоту оперативного сигналу доцільно вибирати з умови максимальних змін реактивної складової вхідного опору. Оптимальним є вибір частоти, що лежить в області першого резонансу струмів. Із зміною довжини лінії змінюються частотні характеристики мережі і, як наслідок, значення оптимальної частоти оперативного сигналу.

- Встановлено, що при несправності одного з елементів ізоляції компенсаційного пункту, можливої внаслідок руйнації конденсатора, заземлення його вибухобезпечної оболонки забезпечує необхідний рівень електробезпеки тягової мережі у післяаварійному режимі.

-Запропоновані варіанти схем вимірювань вхідного опору тягової мережі, що дозволяють зменшити похибку визначення місця розташування ушкодженого компенсуючого конденсатора і знизити вимоги до точності застосовуваних вимірювальних приладів.

Наукова новизна. Розроблено математичні моделі тягової мережі стабільного току підвищеної частоти як неоднорідної лінії з розподіленими параметрами, що дозволяють оцінити умови безпеки пристроїв поздовжньої ємнісної компенсації, які є зосередженими неоднорідностями, і встановити залежність вхідного опору тягової мережі від параметрів електроустаткування, а також умов його розміщення на маршруті транспортування з метою технічної діагностики мережі. Визначені умови вибору частоти оперативного сигналу і вплив на вхідний опір тягової мережі змін її параметрів.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень і результатів отриманих у дисертаційній роботі, обумовлені системним підходом при дослідженні взаємозвязків параметрів устаткування і параметрів електромагнітних процесів тягової мережі, відповідністю допущень прийнятих при розробці математичних моделей задачі і цілям досліджень, узгодженістю математичних моделей з фізичними уявленнями про процеси, що протікають, адекватністю результатів теоретичних і практичних досліджень.

Наукове і практичне значення роботи .

Отримані математичні моделі тягової мережі як неоднорідної лінії з розподіленими параметрами дозволяють оцінити втрати струму компенсуючих пристроїв при експлуатації транспорту з індуктивною передачею енергії і визначити рівні змін режимних показників в залежності від змін параметрів електроустаткування в різних перетинах мережі.

Визначення місця розташування компенсуючого конденсатора з міжвиводним коротким замиканням завдяки розробці відповідних засобів дозволяє підвищити ефективність транспорту з індуктивною передачею енергії за рахунок зниження витрат часу, необхідного для визначення місця та усунення несправності.

Створено макет пристрою пошуку ушкодженого конденсатора тягових мереж транспорту і підтверджена його працездатність в умовах підземних виробіток вугільних шахт.

Рівень розробки. У результаті виконаних досліджень створений пристрій пошуку ушкодженого компенсуючого конденсатора макет якого випробуваний на діючому комплексі устаткування транспорту шахти ім. “Известий” ДХК “Донбасантрацит”. Результати досліджень електромагнітних процесів у тяговій мережі і рівня електробезпеки компенсаційних пунктів використані інститутом ДОНВУГІ при розробці і коригуванні технічної документації на комплекс устаткування транспорту.

Апробація роботи. Наукові положення і результати роботи доповідалися на Міжнародній науковій конференції “Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий” (м. Маріуполь, 1994 р.), результати роботи повідомлені на техраді шахти ім. “Известий”, на якій експлуатується комплекс безконтактного транспорту електровозами В14-900.

Експериментальні дослідження виконані в лабораторії кафедри систем електропостачання Національної гірничої академії України та на рівні 295 м шахти ім. “Известий” ДХК “Донбасантрацит”. Ряд досліджень здійснено на шахті “Лутугинская” ДХК “Луганськвугілля”.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 4 друкарські роботи.