Table Of ContentРоссийский национальный комитет Международного Совета
по большим электрическим системам высокого напряжения» (РНК СИГРЭ)
Открытое акционерное общество «Системный оператор Единой энергетической системы»
(ОАО «СО ЕЭС»)
ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет
имени В.И. Ленина» (ИГЭУ)
Благотворительный фонд «Надежная смена»
_____________________________________________________________
ВЕСТНИК
РОССИЙСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО КОМИТЕТА
СИГРЭ
Выпуск № 7
Материалы Молодежной секции РНК СИГРЭ
Сборник конкурсных докладов «Энергия-2015»
по электроэнергетической и электротехнической тематикам
по направлениям исследований СИГРЭ
по итогам Конкурса докладов в рамках X Международной научно-технической
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия-2015»,
21 − 23 апреля 2015 года, ИГЭУ
___________________________________________
ИВАНОВО ИГЭУ
2015
УДК 621.31
ББК 31.2
В 34
ВЕСТНИК Российского национального комитета СИГРЭ // Выпуск № 7.
Материалы Молодежной секции РНК СИГРЭ: сборник конкурсных докладов
«Энергия-2015» по электроэнергетической и электротехнической тематикам
по направлениям исследований СИГРЭ. – Иваново: ФГБОУ ВПО Ивановский
государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2015. – 118 с.
В выпуске № 7 Вестника РНК СИГРЭ «Материалы Молодежной секции РНК
СИГРЭ» собраны наиболее интересные доклады, представленные студентами, аспи-
рантами и молодыми учеными на конкурс докладов по электроэнергетической и
электротехнической тематикам по направлениям исследований СИГРЭ, организован-
ный Молодежной секцией РНК СИГРЭ в рамках X Международной конференции
«Энергия-2015», 21 − 23 апреля 2015 года в ИГЭУ.
Для многих авторов докладов участие в конкурсе стало первым опытом само-
стоятельной работы, имеющей учебное и научно-информационное значение. Ос-
новная цель сборника – мотивация студенческой молодежи к исследовательской и
аналитической деятельности в сфере электроэнергетики, повышению уровня своих
профессиональных знаний.
Выпуск предназначен для студентов, аспирантов и преподавателей вузов, а
также широкого круга лиц, интересующихся актуальными вопросами изучения
техники и технологий в электроэнергетике.
ISBN 978-1-4799-5315-8
Редакционная коллегия
Тютиков В.В. проректор по научной работе ИГЭУ, д.т.н., проф.
Гофман А.В. руководитель Оргкомитета Молодежной секции РНК СИГРЭ,
к.т.н.
Макаров А.В. начальник управления НИРС и ТМ ИГЭУ, координатор отделе-
ния молодежной секции РНК СИГРЭ, к.т.н., доц.
Кеткин Л.А. советник заместителя Председателя Правления ОАО «СО ЕЭС»,
к.э.н.
Все доклады, помещенные в сборник, прошли рецензирование и получили
положительную оценку научных руководителей. Материалы докладов пред-
ставлены авторами в виде файлов, сверстаны и при необходимости сокращены.
Авторская редакция сохранена.
Об итогах конкурса докладов «Энергия-2015»
Издание сборника конкурсных докладов, представляемого вниманию широкого
круга читателей, стало возможным благодаря совместным усилиям ОАО «Системный
оператор Единой энергетической системы», Российского национального комитета
СИГРЭ и Ивановсккого государственного энергетического университета. В рамках
мероприятий Молодежной секции РНК СИГРЭ и X Международной научно-
технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия-2015»,
21 − 23.04.2015 в ИГЭУ, состоялся конкурс докладов и научных работ по электроэнер-
гетической и электротехнической тематике по направлениям исследований CIGRE.
В первом туре конкурса рассмотрено более 200 докладов студентов, магистран-
тов и аспирантов из ведущих российских и зарубежных вузов, в том числе: НГТУ
(г. Новосибирск), НГАВТ (г. Новосибирск) НГТУ (г. Нижний Новгород), ИГЭУ
(г. Иваново), СамГТУ (г. Самара), ЛГТУ (г. Липецк), КГТА (г. Ковров), НЧИ КФУ
(г. Набережные Челны), НИ МЭУ (ТУ) (г. Москва), ВИ (ИТ) ВА МТО (г. Москва), ВИ
(ИТ) ВА МТО (г. Санкт-Петербург) КТИ (филиал ВолгГТУ, г. Камышин), АзНИПИИ
Энергетики (г. Баку, Азербайджан), БНТУ (г. Минск, Белоруссия), КГТУ
им. И. Раззакова (г. Бишкек, Кыргызстан), ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск), КГЭУ
(г. Казань), ИвИ ГПС МЧС России (г. Иваново) и многие другие.
Отмечая высокий уровень работ, жюри допустило во второй тур только
21 доклад, их них победителями и призерами признаны:
Место Ф.И.О. ВУЗ Тема
Номинация А «Вращающиеся электрические машины. Трансформаторы»
Разработка и исследования первичных пре-
Яблоков Андрей ИГЭУ,
1 образователей цифрового трансформатора
Анатольевич Иваново
напряжения
КТИ
Золотарев Иван филиал
2 Устройство отбора мощности
Алексеевич ВолгГТУ,
Камышин
КомуховАлександр ИГЭУ, Влияние законов регулирования УПК с ти-
3
Александрович Иваново ристорным управлением на устойчивость
Номинация В « Изолированные кабели. Воздушные линии. Подстанции. Линии
постоянного тока и силовая электроника. Релейная защита и автоматика»
КТИ
Шандриков Илья филиал Устройство индикации пробоя гирлянды
1
Сергеевич ВолгГТУ, изоляторов
Камышин
Разработка технических требований к ульт-
Власов Григорий НГТУ, Но-
2 ракомпактным воздушным линиям электро-
Витальевич восибирск
передачи
Высшие гармоники в токах переходного
Винокурова Татья- ИГЭУ,
3 процесса при замыканиях на землю в ка-
на Юрьевна Иваново
бельных сетях 6 – 35кВ
3
Место Ф.И.О. ВУЗ Тема
Номинация С «Планирование развития энергосистем и экономика. Функционирова-
ние и управление энергосистем. Влияние энергетики на окружающую
среду. Технические характеристики энергосистем. Рынки электроэнергии
и регулирование. Распределительные системы и распределенная генерация»
Повышение запаса динамической устойчи-
Ачитаев Андрей НГТУ, Но-
1 вости распределенных источников энергии
Александрович восибирск
с малой постоянной времени
Шмарин Яков ЮУрГУ, Экспериментальное исследование синхрон-
2
Алексеевич Челябинск ного двигателя с постоянными магнитами
Алгоритмизация универсального трехлуче-
Лукичева Ирина НГТУ, Но-
3 вого узла нагрузки гексагональной распре-
Александровна восибирск
делительной сети
Номинация D «Материалы и разработка новых технологий.
Информационные системы и системы связи»
ВИ (ИТ) Электромагнитный терроризм. Новая угроза
Владимиров Дмит-
1 ВА МТО, для информационно-управляющих систем
рий Радиевич
Москва
Казакова Людмила НГТУ, Но- Возможность сравнения сетевых компаний
2
Сергеевна восибирск по показателям надежности
Повышение помехоустойчивости электриче-
Фоменко Наталья ИГЭУ,
3 ского метода регистрации ЧР в изоляции
Андреевна Иваново
электрооборудования
Эти и другие наиболее интересные доклады и работы представлены в настоящем
сборнике.
4
А1. ВРАЩАЮЩИЕСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
МАШИНЫ
Турбогенераторы, гидрогенераторы,
конвекционные машины и большие двигатели
А1. ROTATING ELECTRICAL MACHINES
••••
Life management
••••
Machine monitoring and diagnosis
••••
Renewable generation
••••
Large generators
••••
High efficient electrical machines
УДК 621.313
Анализ теплового состояния тягового асинхронного
двигателя гибридного транспорта
Я.А.Зверев магистрант, Ю.Б.Казаков д.т.н., профессор
Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина
153003 г. Иваново, ул. Рабфаковская 34
E-mail: [email protected], [email protected]
Аннотация
Рассмотрена проблема анализа теплового состояния тяговых двигателей. Определена возможная перспективы
использования современных компьютерных программ для их расчета.
Ключевые слова: тепловые расчеты, тяговый асинхронный электродвигатель.
Thermal analysis of traction asynchronous motor hybrid transport
Y.A.Zverev undergraduate, Y.B.Kazakov Doctor of Engineering, prof.
Ivanovo State Power Engineering University
153003 Ivanovo, Rabfakovskaya St., 34
E-mail: [email protected], [email protected]
Abstract
The problem of the analysis of the thermal state of the traction motors. Identify possible prospects for the use of modern
computer programs for calculating them.
Key words: thermal calculations, traction asynchronous motor.
Асинхронные тяговые электродвигатели (ТЭД) совокупность вычислительно-программных
– основной тип двигателей переменного тока, средств, в числе которых важное место занимает
используемых на транспорте. Поэтому тепловая математическая модель, позволяющая
прогнозирование ресурса ТЭД является определить температуру всех частей тягового
актуальной задачей в транспортном электродвигателя. Также важное место занимает
электромашиностроении, решение которой модель, описывающая закономерность изменения
позволяет определить срок восстановления ТЭД в свойств изоляции от температуры, представляющая
зависимости от условий эксплуатации. Ресурс ТЭД информацию о температурном поле во всем его
количественно определяется совокупностью объеме.
вероятностных характеристик и параметров, Подробную информацию о температурном поле
отражающих закономерности возникновения машины можно получить теоретическим путем на
отказов в конкретных условиях эксплуатации. основе уравнения теплопроводности.
Тяговые электродвигатели относятся к наиболее Действительно, корректная математическая модель
нагруженному оборудованию с точки зрения обеспечивает полную картину поля, если имеются
комплексного воздействия на них тепловых, надежные сведения о распределении потерь,
электрических, механических и климатических свойствах материалов и течении охлаждающих
факторов. Поэтому, несмотря на постоянно агентов. В задачи теплового расчета входит
проводимые мероприятия конструктивно- определение средней температуры активных частей
технологического характера при изготовлении и машины, вычисление тепловых потоков между
ремонте, уровень повреждаемости ТЭД в смежными элементами конструкции, т.е. расчет
эксплуатации хотя и снижается, но остается поля температуры в машине для номинального
довольно высоким. режима работы. Для ТЭД номинальным является
Отдельно необходимо выделить тепловые продолжительный режим работы. Многочисленные
перегревы ТЭД, так как согласно статистике теоретические разработки, применяемый
отказов на них приходится 40% повреждений математический аппарат и большое число
тяговых асинхронных электродвигателей, поэтому экспериментальных исследований позволяют
анализ теплового состояния ТЭД – актуальная производить тепловой расчет с большой
задача. Как известно, превышение температуры на точностью. В настоящее время тепловые расчеты
6 (cid:1)С снижает срок службы изоляции в два раза. производят в программных комплексах, таких как
Ansys Thermal, SolidWorks Flow Simulation.
Исходя из этого, система прогнозирования ресурса
тягового электродвигателя представляется как
6
Современные тяговые АД питаются от
преобразователя частоты (ПЧ) с широтно-
импульсной модуляцией (ШИМ) напряжения.
Такой способ питания вызывает дополнительные
потери в двигателе и как следствие этому больший
нагрев частей машины [1]. Результаты измерения
температур двигателя АИРМ132S8 показаны в
таблице 1.
Таблица 1 – Результаты измерения температур АД
АИРМ132S8 с ШИМ напряжения
Синусоидал Несущая частота ШИМ
ьное f кГц
оп, Рис. 1 - Картина прохождения воздуха сквозь машину
питающее
напряжение 4000 12000
f ,Гц
1 50 66,7 66,7
k 1 0,897 0,879
U
1
Q
73,9 103,7 90,9
м1
T ,(cid:1)С
кор 62,8 87,2 68,0
Рис. 2 - Картина теплового состояния двигателя
T ,(cid:1)С
окр 18,5 18,7 14,2 Таким образом, анализ теплового состояния –
актуальная задача при проектировании тяговых
АД. Поскольку современные тяговые АД
питаются от ПЧ с ШИМ напряжения, что
Из таблицы видно, что при работе АД от
вызывает дополнительные потери в двигателе и
источника синусоидального напряжения
как следствие этому больший нагрев частей
Q
температура обмотки статора и температура машины. В связи с этим ухудшается тепловое
м1
состояние двигателя, поэтому важность тепловых
корпуса T существенно меньше, чем при
кор расчетов возрастает. Для анализа, моделирования
работе от ПЧ, что подтверждает важность анализа и расчета тепловых потерь используются
теплового состояния ТЭД. Для анализа, програмные комплексы, такие как SolidWorks
моделирования и расчета тепловых потерь Flow Simulation. Программа позволяет показать
используются различные програмные комплексы. тепловые потоки внутри двигателя, а также
Одним из них является Solid Works Flow нагрев отдельных частей машины и
Simulation. Анализ теплового состояния проведен действительные величины температур.
для тягового асинхронного двигателя с Программа имеет доступный интерфейс, высокое
короткозамкнутым ротором, номинальной быстродействие, что позволяет использовать этот
мощностью 182 кВт. Результаты моделирования программный пакет в научно-исследовательской
представлены на рисунках 1,2. Необходимым для деятельности.
моделирования теплового процесса являются :
граничные условия, геометрия объекта,
источники тепла и пути прохождения тепловых
Список литературы
потоков. Результаты довольно наглядны и
позволяют определить реальные значения [1].Казаков Ю.Б. Энергоэффективность работы
температур, скорость и направление теплового электродвигателей и трансформаторов при конструктивных и
потока. Исходя из результатов расчета, можно режимных вариациях : учебное пособие для вузов /
принимать конструктивные меры позволяющие Ю.Б.Казаков. – М.:Издательский дом МЭИ, 2013. – 152 м.: ил.
улучшить тепловое состояние ТЭД, в частности
установку дополнительного вентилятора-
наездника, выбор хладагента или изменение References
формы лопаток вентилятора, с целью увеличения
аэродинамического КПД. [1].Kazakov Ju.B. Jenergojeffektivnost' raboty jelektrodvigatelej i
transformatorov pri konstruktivnyh i rezhimnyh variacijah :
uchebnoe posobie dlja vuzov / Ju.B.Kazakov. – M.:Izdatel'skij
dom MJeI, 2013. – 152 m.: il.
7
А ТРАНСФОРМАТОРЫ
2.
Проектирование, производство и эксплуатация
всех типов трансформаторов, их компонентов
и стабилизаторов
А
2. TRANSFORMERS
••••
Design and manufacture
••••
Application of material
••••
Utilization, e.g. maintenance and operation, condition
monitoring, life management, repair and refurbishment,
disposal
••••
Safety and environmental aspects, e.g. noise, oil spill, fire
hazard and explosion
••••
Economic/commercial aspects
••••
Quality assurance and testing
УДК 621.313
ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРОБЛЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСЧЁТОВ
ТРАНСФОРМАТОРОВ. СОВРЕМЕНЫЕ ПЕРСПЕКТЫ ИХ РЕШЕНИЯ.
Р.М. Рогозин магистрант, А.Н. Лапин к.т.н., доцент
Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина
153003 г. Иваново, ул. Рабфаковская 34
E-mail: [email protected], [email protected]
Аннотация
Рассмотрены основные методы и проблемы электромагнитных расчётов трансформаторов. Определены перспективы
использования метода конечных разностей с использованием современных компьютерных технологий.
Ключевые слова: электромагнитные расчёты, трансформатор, метод конечных разностей.
REVIEW OF METHODS AND PROBLEMS OF ELECTROMAGNETIC
CALCULATION TRANSFORMERS. MODERN PERSPECTIVES TO
SOLVE THEM.
R.M. Rogozin undergraduate, A.N. Lapin Candidate of Engineering, docent
Ivanovo State Power Engineering University
153003 Ivanovo, Rabfakovskaya St., 34
E-mail: [email protected], [email protected]
Abstract
The basic methods and problems of electromagnetic calculations of transformers. The possibility of using the finite difference
method with the use of modern computer technology.
Key words: electromagnetic calculations, transformer, finite difference method.
С развитием энергетики и других отраслей витков по сечению обмоток, т.е. задача синтеза
народного хозяйства, в современном обществе оптимального электромагнитного поля, решается
возрастает потребность в силовых аналитически лишь в очень упрощённых случаях.
трансформаторах самого различного назначения и Практически невозможно искать аналитическую
конструктивного исполнения. Растут единичные функцию четырёх независимых аргументов (три
мощности и токи трансформаторов, координаты и время) или трёх (если
предъявляются новые требования к их рассматривать статическую или
характеристикам, усложняются схемы и квазистационарную задачу). Поэтому всегда
конструкции отдельных узлов. Всё это выдвигает приходиться принимать такие допущения, при
новые сложные задачи проектирования, в том которых магнитное поле в каждой из
числе задачи электромагнитных расчётов, т.е. рассматриваемых областей зависит от одной или
расчётов местных и интегральных параметров двух координат, а иногда вовсе не зависит от них.
магнитного поля. Методы электромагнитных расчётов:
Результатами электромагнитных расчётов Физическое моделирование представляет
являются токи и напряжения обмоток и их частей собой изучение таких же по своей физической
при различных режимах, индуктивности, потери и природе процессов, что и исследуемые, но не в
электродинамические усилия. В качестве оригинале, а в похожих на него специально
промежуточных результатов для расчёта усилий, изготовленных моделях. Результаты измерений
потерь, магнитострикции и для сопоставления пересчитываются для оригинала. Физическое
результатов с результатами экспериментальных моделирование дает возможность учесть очень
исследований необходимо определить сложные формы границ, сред и законы изменения
напряжённость магнитного поля или его вектор возбуждающей силы, реальные свойства
магнитной индукции. Исходными данными для материалов и другие факторы. Однако оно
электромагнитного расчёта обычно бывают требует много времени и средств на
устройство и геометрические размеры проектирование, изготовление и испытание
трансформатора, свойства материалов и сведения модели, за счёт чего данный метод не нашёл
о режимах и условиях работы. широкого распространения.
Задача поиска наилучшего варианта Математическое моделирование полем токов
трансформатора, в частности распределения проводимости применяют для исследования
9
магнитного поля рассеяния трансформаторов. С предприятий затруднительным. Так же стоит
помощью электрической ванны или отметить, что метод конечных разностей обладает
моделирования на электропроводящей бумаге более простым матаппаратом, благодаря чему
можно учесть можно учесть сложные двухмерные наиболее прост в реализации, и соответственно
формы границ сред и распределение САПР на его основе будет является более
возбуждающих сил. Однако широко доступным. Так как он имеет прямоугольную
распространено моделирование только сетку, её можно легко адаптировать к
плоскопараллельного поля, моделирование трансформаторам, без потери точности
других типов полей связано с существенными вычислений. Минимальное число линий сетки по
техническими ограничениями. Является в оси X и Y определяется числом границ раздела
основном приближённым методом. сред (воздух, сталь и т.п.) в расчётной области,
На сегодняшний день вышеперечисленные справедливо для 2-х мерной модели. При такой
методы практически не используются, а все сетке возможно получить результат, но
расчётные методы определения поля погрешность в расчёте будет велика. Для более
подразделяются на две категории: точных результатов необходимо полученные
Аналитическое решение – поиск функции, области разбить ещё несколькими линиями сетки,
удовлетворяющей уравнениям Максвелла при с определенным шагом∆xи∆yпо осям X и Y. Для
заданных граничных условиях и возбуждающих реализации 3-х мерной модели необходимо
силах, удаётся лишь в простейших случаях вместе с прямоугольной сеткой использовать
плоскопараллельных и осесимметричных полей полярную (основанную на полярной системе
при плоских круговых цилиндрических границах координат), данная потребность возникает из-за
сред. С учётом вышесказанного данный метод для концентрических обмоток трансформатора.
расчёта реальных электромеханических объектов Итерационные методы расчёта наиболее долги, но
не применяется. Метод даёт решение в виде с использованием современных компьютерных
алгебраического уравнения, в которое входят все технологий возможно распараллеливание
параметры, характеризующие поле. процесса расчёта, что в значительной степени
Численное решение дифференциальных сократит время расчёта. В результате этот метод
уравнений Максвелла наиболее популярный метод отошёл на второй план с популяризацией метода
электромагнитных расчётов на сегодняшний день. конечных элементов. Но с появление
Численные методы могут быть основаны на современных компьютерных технологий, имеет
конечно-разностной модели или же на конечно- практический смысл использовать данный метод,
элементной, так же существует метод для разработки подсистемы уточненного расчета
интегральных уравнений, Монте-Карло, холостого хода трансформаторов.
граничной коллокации и т.д. Метод конечных
элементов получил наибольшее распространение Список литературы
за счёт ряда преимуществ:
1) Метод является проекционным, то есть [1]. Васютинский С. Б. Вопросы теории и расчета
трансформаторов Л., «Энергия», 1970.
устойчив
2) Позволяет работать с геометрически более [2]. Лейтес Л. В. Электромагнитные расчёты
трансформаторов и реакторов. – М.: Энергия, 1981.
сложными объектами
3) Решение сразу представляет собой
References
функцию и значения в любой точке могут
быть вычислены сразу
[1]. Vasjutinskij S. B. Voprosy teorii i rascheta transformatorov L.,
На основе этого метода работают наиболее
«Jenergija», 1970.
популярные системы автоматизированных
[2]. Lejtes L. V. Jelektromagnitnye raschjoty transformatorov i
инженерных расчётов (ANSYS, Multiphisics и reaktorov. – M.: Jenergija, 1981.
т.д.), но они являются довольно дорогими, что
делает их приобретение для некоторых
10
