Основы технической диагностики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Основы технической диагностики

Введение

ремонт выключатель переменный ток

Цель диагностики устройств электроснабжения ? определение их технического состояния.

Техническая диагностика является составной частью технического обслуживания устройств электроснабжения, которое объединяет комплекс технических, экономических и организационных мероприятий, обеспечивающих поддержание оборудования систем электроснабжения в работоспособном состоянии при рациональных затратах материальных и трудовых ресурсов с учетом имеющихся ограничений.

В процессе диагностики технического объекта решается комплекс задач: построение модели диагностирования, разработка методов и оптимизации алгоритмов диагностирования, разработка технических средств диагностирования, сбор и обработка информации о состоянии объекта, разработка прогноза развития состояния объекта.

Задачи технической диагностики решаются с учетом всех этапов жизненного цикла технического объекта ? проектирования, монтажа (изготовления) и эксплуатации.

На этапе эксплуатации обычно решаются частные задачи: проверка исправности, проверка работоспособности, проверка правильности функционирования, поиск неисправности.

Целью контрольной работы является развитие навыков в исследовании моделей эксплуатации, старения и диагностирования основного оборудования систем электроснабжения электрических железных дорог для принятия решений по повышению надежности его работы.

1. Расчет ресурса конденсаторов в установке продольной емкостной компенсации электрофицированных железных дорог переменного тока

ремонт выключатель переменный ток

1.1 Исходные данные

Требуется:

1. Определить ресурс конденсаторов при заданных параметрах устройств продольной емкостной компенсации(УПК).

2. Рассчитать число параллельно соединенных конденсаторов для их оптимального срока службы Т = 20 лет.

3. Составить структурную схему аппаратуры для контроля износа конденсаторов.

Исходные данные:

- среднечасовые нагрузки УПК (табл. 2);

Осенне-зимний период

Интервалы измерений
0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
0,6	0,8	0,5	0,7	1,5	0,8	0,5	0,4	0,2	0	0,1	0,3
12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
1,4	0	0,2	0,5	0,6	1,3	1,5	0,7	0,6	0,5	0,4	0,2

Весенне-летний период

Интервалы измерений
0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
0,5	0,7	0,4	0,6	1,3	0,5	0,8	0,1	0,2	0,4	0,6	0
12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
0,3	0,2	0,5	1,0	0,7	1,5	0,3	0,2	0,5	1,4	0,3	0,2

- средняя температура охлаждающей среды;

Осенне-зимний период 0°С

Весенне-летний период 20°С

- число параллельно соединенных конденсаторов в УПК

N=6

Трансформатор: ТДТН-16000/110-66

1.2 Решение

1. В начале первого интервала (0 -1) принимается наибольшая допустимая рабочая температура диэлектрика конденсатора и_К1 = 95°С и определяется

V_К1 = 95 - и _охл (1)

V_К1 = 95 - 20 = 75

где и_охл=20°С для весенне-летнего периода дано в табл. 3.

2. Определяется по формуле (17) и_К2 в конце первого интервала, при этом t = ?t₁ = 1 ч.

и = и_охл + V_K2 + (V_K1 - V_K2) ехр (-t/фT), (2)

где и_охл - температура охлаждающей среды;

ф _T - тепловая постоянная конденсатора (принять ф_T = 3 ч).

3. Принимая линейное изменение температуры в интервале ?t1 определяется

и _i = (и_К1 + и_К2)/ 2. (3)

где, иохл - температура охлаждающей среды;

фT - тепловая постоянная конденсатора (принять фT = 3 ч).

Уравнение, определяющее установившееся превышение температуры над температурой охлаждающей среды, имеет вид

VК2 = PK RT, (4)

где RT - тепловое сопротивление конденсатора (для конденсаторов КЭКП - 0,66-80 RT = 0,45°С / Вт);

PKi - мощность тепловыделения в конденсаторе на i-м интервале;

РKi = I2i XС tgд,

здесь tgд - тангенс угла диэлектрических потерь;

ХС - емкостное сопротивление конденсатора КЭКП - 0,66-80, ХС=5,45 Ом

При расчетах принимаем, что RT не зависит от тепловыделения PК, а tgд является величиной постоянной, не зависящей от температуры (tgд = 0,003).

Ток конденсатора на i-м интервале:

Ii = Ki • Iн.

Значения Кi даны в табл. 1, 2,

Iн - номинальный ток конденсатора (для КЭКП - 0,66-80 Iн = 121,2 А).

Рассчитаем ток на 1 интервале:

I0-1 = 0,5 • 121,2 = 60,6 А

Мощность тепловыделения в конденсаторе на 1 интервале:

PK = 60,6 • 5,45 • 0,003 = 0,99 Вт

VК2 = 0,99 • 0,45 = 0,45°С

иK2 = 20 + 0,45 + (75 - 0,45) • = 73,83°С

Принимая линейное изменение температуры в интервале Дt1 определяем

иi = (иК1 + иК2) / 2. (5)

и0-1 = (95 + 70,24) / 2 = 84,41°С

Расчет продолжается для следующих интервалов суточных нагрузок.

Результаты расчетов

часы суток	К	иК1	и охл	VК1	Ii	PK	VК2	иК2	иi
	Вт	°С	°С	°С	А	Вт	°С	°С	°С
0-1	0,6	95	20	75	72,72	1,19	0,54	73,85	84,43
1-2	0,8	73,85	20	53,85	96,96	1,59	0,71	58,76	66,31
2-3	0,5	58,76	20	38,76	60,6	0,99	0,45	47,88	53,32
3-4	0,7	47,88	20	27,88	84,84	1,39	0,62	40,14	44,01
4-5	1,5	40,14	20	20,14	181,8	2,97	1,34	34,80	37,47
5-6	0,8	34,80	20	14,80	96,96	1,59	0,71	30,80	32,80
6-7	0,5	30,80	20	10,80	60,6	0,99	0,45	27,86	29,33
7-8	0,4	27,86	20	7,86	48,48	0,79	0,36	25,73	26,79
8-9	0,2	25,73	20	5,73	24,24	0,40	0,18	24,15	24,94
9-10	0	24,15	20	4,15	0	0,00	0,00	22,97	23,56
10-11	0,1	22,97	20	2,97	12,12	0,20	0,09	22,15	22,56
11-12	0,3	22,15	20	2,15	36,36	0,59	0,27	21,62	21,89
12-13	1,4	21,62	20	1,62	169,68	2,77	1,25	21,51	21,57
13-14	0	21,51	20	1,51	0	0,00	0,00	21,08	21,30
14-15	0,2	21,08	20	1,08	24,24	0,40	0,18	20,83	20,95
15-16	0,5	20,83	20	0,83	60,6	0,99	0,45	20,72	20,77
16-17	0,6	20,72	20	0,72	72,72	1,19	0,54	20,67	20,69
17-18	1,3	20,67	20	0,67	157,56	2,58	1,16	20,81	20,74
18-19	1,5	20,81	20	0,81	181,8	2,97	1,34	20,96	20,88
19-20	0,7	20,96	20	0,96	84,84	1,39	0,62	20,86	20,91
20-21	0,6	20,86	20	0,86	72,72	1,19	0,54	20,77	20,82
21-22	0,5	20,77	20	0,77	60,6	0,99	0,45	20,68	20,72
22-23	0,4	20,68	20	0,68	48,48	0,79	0,36	20,59	20,63
23-24	0,2	20,59	20	0,59	24,24	0,40	0,18	20,47	20,53

Определим относительную степень старения (износа) диэлектрика Fi для рабочего режима i:

Fi = [Ii иi / (Iн ин)] 7,7, (6)

где Ii, иi - средние значения тока через конденсатор и температуры диэлектрика в рабочем режиме i;

Iн - номинальный ток конденсатора 121,2 А; ин = 95°С.

F0-1 = (60.6 • 84,41 / (121,2 • 95)) 7,7 = 3,42

Расчет продолжается для следующих интервалов суточных нагрузок.

Результаты расчетов

часы суток	Ii	иi	Iн	ин	Fi
	А	°С	А	°С
0-1	72,72	84,43	121,2	95	4,11
1-2	96,96	66,31	121,2	95	66,27
2-3	60,6	53,32	121,2	95	53,27
3-4	84,84	44,01	121,2	95	43,95
4-5	181,8	37,47	121,2	95	37,39
5-6	96,96	32,80	121,2	95	32,68
6-7	60,6	29,33	121,2	95	29,24
7-8	48,48	26,79	121,2	95	26,73
8-9	24,24	24,94	121,2	95	24,86
9-10	0	23,56	121,2	95	23,55
10-11	12,12	22,56	121,2	95	22,67
11-12	36,36	21,89	121,2	95	21,99
12-13	169,68	21,57	121,2	95	21,46
13-14	0	21,30	121,2	95	21,11
14-15	24,24	20,95	121,2	95	20,88
15-16	60,6	20,77	121,2	95	20,82
16-17	72,72	20,69	121,2	95	20,8
17-18	157,56	20,74	121,2	95	20,85
18-19	181,8	20,88	121,2	95	20,84
19-20	84,84	20,91	121,2	95	20,66
20-21	72,72	20,82	121,2	95	20,56
21-22	60,6	20,72	121,2	95	20,64
22-23	48,48	20,63	121,2	95	20,68
23-24	24,24	20,53	121,2	95	20,55

При F, отличающемся от единицы в 2 раза и более, следует уменьшить (при F ? 0,5) или увеличить (при F ? 2) число параллельно соединенных конденсаторов и повторить расчеты.

Следует учесть, что изменение количества N параллельно включенных конденсаторов на 10…15% - приводит к изменению F примерно в 3…5 раз. При изменении N до N_п ток конденсаторов рассчитывают по формуле:

I = K_i · I_н· (N/N_п). (7)

Результаты расчетов

часы суток	Кi	N	Nн	Iн	I
	Вт	шт.	шт.	А	А
0-1	0,5	6	14	121,2	25,97
1-2	0,7	6	22	121,2	23,14
2-3	0,4	6	8	121,2	36,36
3-4	0,6	6	16	121,2	27,27
4-5	1,3	6	42	121,2	22,51
5-6	0,5	6	8	121,2	45,45
6-7	0,8	6	16	121,2	36,36
7-8	0,1	6	1	121,2	72,72
8-9	0,2	6	1	121,2	145,44
9-10	0,4	6	4	121,2	72,72
10-11	0,6	6	8	121,2	54,54
11-12	0	6	8	121,2	0,00
12-13	0,3	6	2	121,2	109,08
13-14	0,2	6	1	121,2	145,44
14-15	0,5	6	6	121,2	60,60
15-16	1	6	16	121,2	45,45
16-17	0,7	6	8	121,2	63,63
17-18	1,5	6	38	121,2	28,71
18-19	0,3	6	2	121,2	109,08
19-20	0,2	6	1	121,2	145,44
20-21	0,5	6	6	121,2	60,60
21-22	1,4	6	32	121,2	31,82
22-23	0,3	6	2	121,2	109,08
23-24	0,2	6	1	121,2	145,44

Повторяем расчеты для всех интервалов суточных нагрузок при измененном количестве N параллельно включенных конденсаторов.

Результаты расчетов

часы суток	К	иК1	и охл	VК1	Ii	PK	VК2	иК2	иi
	Вт	°С	°С	°С	А	Вт	°С	°С	°С
0-1	0,5	95	20	75	12,98571	0,21	0,10	73,73	84,36
1-2	0,7	73,73	20	53,73	16,19673	0,26	0,12	58,50	66,11
2-3	0,4	58,50	20	38,50	14,544	0,24	0,11	47,60	53,05
3-4	0,6	47,60	20	27,60	16,362	0,27	0,12	39,79	43,70
4-5	1,3	39,79	20	19,79	29,26114	0,48	0,22	34,23	37,01
5-6	0,5	34,23	20	14,23	22,725	0,37	0,17	30,24	32,24
6-7	0,8	30,24	20	10,24	29,088	0,48	0,21	27,39	28,82
7-8	0,1	27,39	20	7,39	7,272	0,12	0,05	25,31	26,35
8-9	0,2	25,31	20	5,31	29,088	0,48	0,21	23,86	24,58
9-10	0,4	23,86	20	3,86	29,088	0,48	0,21	22,83	23,34
10-11	0,6	22,83	20	2,83	32,724	0,54	0,24	22,09	22,46
11-12	0	22,09	20	2,09	0	0,00	0,00	21,50	21,79
12-13	0,3	21,50	20	1,50	32,724	0,54	0,24	21,14	21,32
13-14	0,2	21,14	20	1,14	29,088	0,48	0,21	20,88	21,01
14-15	0,5	20,88	20	0,88	30,3	0,50	0,22	20,69	20,78
15-16	1	20,69	20	0,69	45,45	0,74	0,33	20,59	20,64
16-17	0,7	20,59	20	0,59	44,541	0,73	0,33	20,52	20,55
17-18	1,5	20,52	20	0,52	43,05789	0,70	0,32	20,46	20,49
18-19	0,3	20,46	20	0,46	32,724	0,54	0,24	20,40	20,43
19-20	0,2	20,40	20	0,40	29,088	0,48	0,21	20,35	20,37
20-21	0,5	20,35	20	0,35	30,3	0,50	0,22	20,31	20,33
21-22	1,4	20,31	20	0,31	44,541	0,73	0,33	20,32	20,31
22-23	0,3	20,32	20	0,32	32,724	0,54	0,24	20,29	20,30
23-24	0,2	20,29	20	0,29	29,088	0,48	0,21	20,27	20,28



часы суток	Ii	иi	Iн	ин	Fi
	А	°С	А	°С
0-1	12,9857	84,36	121,2	95	0,73
1-2	16,1967	66,11	121,2	95	0,72
2-3	14,544	53,05	121,2	95	0,52
3-4	16,362	43,70	121,2	95	0,48
4-5	29,2611	37,01	121,2	95	0,72
5-6	22,725	32,24	121,2	95	0,49
6-7	29,088	28,82	121,2	95	0,56
7-8	7,272	26,35	121,2	95	0,13
8-9	29,088	24,58	121,2	95	0,48
9-10	29,088	23,34	121,2	95	0,45
10-11	32,724	22,46	121,2	95	0,49
11-12	0	21,79	121,2	95	0,00
12-13	32,724	21,32	121,2	95	0,47
13-14	29,088	21,01	121,2	95	0,41
14-15	30,3	20,78	121,2	95	0,42
15-16	45,45	20,64	121,2	95	0,63
16-17	44,541	20,55	121,2	95	0,61
17-18	43,0579	20,49	121,2	95	0,59
18-19	32,724	20,43	121,2	95	0,45
19-20	29,088	20,37	121,2	95	0,40
20-21	30,3	20,33	121,2	95	0,41
21-22	44,541	20,31	121,2	95	0,61
22-23	32,724	20,30	121,2	95	0,44
23-24	29,088	20,28	121,2	95	0,39
				? Fi =	11,59

За весь период T относительный износ:

F = ? Fi ? 12

Тогда ресурс конденсаторов равен:

L = F^-1L_н, (8)

где LН - срок службы конденсатора при его номинальной

нагрузке.

L = 12^-1• 20 = 1,6 года.

Составляем структурную схему устройства контроля износа конденсатора.

Устройство содержит конденсаторную батарею 1, датчик 2 напряжения, контролирующий амплитудное значение напряжения, реле 3 напряжения с зависимой выдержкой времени, первый 4 и третий 5 датчики гармоник тока, датчик 6 температуры окружающей среды 6, коммутатор 7, аналогоцифровой преобразователь 8, таймер 9 периодического запуска, блок 10 управления, решающий блок 11 причем первые четыре входа коммутатора подключены к датчику 2 напряжения, датчикам первой гармоники 4 и третьей гармоники тока 5 и датчику 6 температуры окружающей среды, а пятый вход через блок 10 управления к таймеру 9 периодического запуска, при этом выход коммутатора 7 подключен к аналого-цифровому преобразователю 8, соединенному с информационным входом решающего блока 11 состоящего из последовательно соединенных блоков 12 памяти, вычислительного блока 13 температуры конденсатора, блока 14 произведения этой температуры на напряжение, блока 15 возведения этого произведения в степень и блока 16 интегрирования, при этом запускающий вход решающего блока 11 подключен к блоку 10 управления, а выход к регистрирующему блоку 17, выход которого подключен к входу исполнительного органа 18.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 2 напряжения в случае недопустимых перегрузок запускает реле 3 напряжения, которое с выдержкой времени выдает сигнал исполнительному органу 18 на переключение конденсаторной батареи. Таймер 9 осуществляет периодический запуск устройства. С помощью блока 10 управления коммутатор опрашивает датчики, информация которых через аналогоцифровой преобразователь 8 по сигналу блока 10 управлений поступает в цифровом коде в блок 12 памяти решающего блока 11. Вычислительный блок 13 реализует функцию температуры конденсатора в конце i-ro интервала времени

Блок 14 произведения осуществляет умножение температуры конденсатора на напряжение от датчика 2, в блоке 15 возведения в степень определяется значение относительного износа конденсаторов в текущий момент, в блоке 16 интегрирования происходит суммирование этих значений. Регистрирующий блок 17 в случае отклонения существующей степени износа конденсаторов от нормальной дает на исполнительный орган 18 команду на переключение конденсаторной батареи.

2. Расчет балльной системы оценки состояния контактной сети

2.1 Исходные данные

Значения зигзагов контактного провода в точках фиксации и выноса в середине пролета кривого участка пути и высоты приведены в таблице 4. В эту же таблицу будем заносить результаты оценки состояния контактной подвески.

Требуется:

1) для заданного участка контактной сети составить таблицу отступлений параметров контактной сети от нормативов, с указанием штрафных баллов;

2) рассчитать количество штрафных баллов, приходящихся в среднем на 1 км проверенного участка, и дать оценку состояния контактной сети по действующим нормативам.

2.2 Решение

Параметры контактного провода

№ опоры	Исходные значения, мм	Отклонение от нормы, мм	Штраф, балл
	зигзаг	вынос	высота	зигзаг	вынос	высота	зигзаг	вынос	высота	У
1	+400		6200	100			100			100
3	-300		6100
5	+300		6300
7	-300		6400
9	+300		6300
11	+100		6200	200			10			10
13	-300		6100
15	+300		6400
17	-300		6400
19	+200	-200	6500
21	+300	-100	6700
23	+400	-200	6500
25	+400		6300
27	+400	-200	6200
29	+300	-100	6100
31	-100	-100	6100
33	-300		6100
35	+300		6100
37	-300		6200
39	+300		6200
41	-250		6200	-50			10			10
43	+150		6300	150			10			10
45	-300		6100
47	+350		6200	50			0			0
49	-300		6300
51	+350		6300	50			0			0
53	-350		6300	-50			0			0
55	+150		6300	150			10			10
57	-300		6700
59	+300		6800	0			100			100
61	-300		6700
63	+300		6700
65	-300		6500
67***	+350		6500	50			0			0
69	-280		6500	-20			0			0
71	+320		6500	20			0			0
73	-300		6500
75	+320		6300	20			0			0
77	-300		6300
79	+300		6100
Итого: УБ	240

Определим длину участка контактной сети:

L_уч=L_пр?(N_опор?1), (13)

где L_пр ? длина пролета меду опорами, L_пр=60 м;

N_опор ? количество опор на участке, N_опор=40.

L_уч=60?(40?1)=2340 (м).

Рассчитаем количество штрафных баллов, приходящихся в среднем на 1 км проверенного участка:

; (14)

.

Количество штрафных баллов 102,5 это считается неудовлетворительной оценкой. Контактная сеть требует регулировки.

3. Определение срока капитального ремонта выключателя ввф - 27,5 фидера контактной сети 27,5 кв для замены вакуумных камер после отработки ресурса

3.1 Исходные данные

Мощность трансформаторов S_ном=20 МВА.

Число трансформаторов n=1.

Напряжение короткого замыкания u_к=11%.

Годовое число коротких замыканий, отключаемых выключателем, приведено в таблице.

Число коротких замыканий

I/Iм	Ni
0,2?0,4	20
0,4?0,6	30
0,6?0,8	20
0,8?1	10

Требуется:

1) рассчитать относительную степень износа вакуумных камер для всего диапазона возможных токов короткого замыкания (к.з.);

2) рассчитать относительную степень износа камер за год;

3) определить срок службы вакуумных камер. 3.2. Решение

Ресурс вакуумных камер выключателя ВВФ - 27,5 кВ зависит от износа контактов. Число допустимых циклов отключения выключателя в зависимости от значения тока к.з. I, кА, равно:

, (1)

где А, В, б ? константы, определяемые типом вакуумной камеры.

Для камеры КДВ-10-20/1600 принимают: А=156,8; В=1,0878; б=0,4.

Относительная степень износа камер при одном отключении тока к.з. определяется по выражению:

. (2)

Суммарная степень износа камер за год:

, (3)

где i ? номер интервала токов к.з., i=1,2,3,4;

F_i ? относительная степень износа камер при одном отключении максимального тока из интервала i;

N_i ? число отключений максимального тока из интервала i.

Для определения токов к.з. находим максимальный ток к.з.:

, (4)

где U_max ? максимальное напряжение на шинах подстанции, U_max=29 кВ;

Х_Т ? сопротивление фазы трансформатора;

Х_S ? сопротивление фазы сетей внешнего электроснабжения.

, (5)

где U_ном ? номинальное напряжение на тяговых шинах подстанции, U_ном=27,5 кВ.

(Ом);

, (6)

где S_кз ? мощность к.з. на вводах подстанции, S_кз=500 МВА.

(Ом);

(кА).

Определим токи к.з. в каждом интервале:

I₁=0,4?4,036=1,614 (кА);

I₂=0,6?4,036=2,421 (кА);

I₃=0,8?4,036=3,228 (кА);

I₄=4,036 (кА).

Определим степень износа при каждом значении тока к.з.:

;

;

;

.

Определим суммарную степень износа:

F_У=20?1,2?10^?4+30?1,36?10^?3+20?2,87?10^?3+10?4,55?10^?3=0,144.

F_У<1, значит, вакуумные камеры не выработали свой ресурс за год. Определим срок капитального ремонта выключателя для замены вакуумных камер с полностью отработанным ресурсом, принимая, что в последующие годы количество и распространение токов к.з. остается неизменным:

; (7)

(лет).

Список литературы

1. ГОСТ 13109?97. Нормы качества электрической энергии в системе электроснабжения общего назначения.

2. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог (ЦЭ-868). ? М.: Трансиздат, 2002.

Размещено на Allbest.ru

...