Исследование эффективности сглаживающих реакторов РЖФА‑6500

DC traction power supply systems have become widespread in several countries. Electricity consumption by traction power supply systems has pronounced seasonal and daily peaks. The peak nature of consumption leads to additional heating of live parts since time constants of transient thermal and electrophysical processes differ by several orders of magnitude, therefore, reducing ohmic resistance of electrical equipment, other things being equal, is an extremely important task.Within the framework of solving the problem of increasing energy efficiency of equipment of DC traction substations, smoothing reactor filter devices with an armoured radial-cylindrical magnetic core with low ohmic resistance, named RZhFA‑6500, were developed and manufactured.In 2018, two blocks of RZhFA‑6500 smoothing reactors were put into pilot operation at one of the most heavily loaded sections of DC electrified railways, providing traffic of trains weighing up to 9000 tons and traffic volume of about a hundred pairs of trains per day.To determine comparative indicators of energy efficiency, data on consumption of electric power for traction of trains for the compared periods before and after introduction of smoothing reactors of a new type were requested. The data received from JSC Russian Railways contained information on the traffic volume, type of rolling stock, and weight of the transported goods in accordance with the executed traffic schedule through section under consideration. The resulting set of data served as the basis for development of a multivariate methodology for assessing energy efficiency of reactors of a new type, as well as their contribution to efficiency of train operation over the considered comparative time interval. Since efficiency of power equipment also depends on the ambient temperature, the average integral parameter of average daily temperature was introduced into the calculation methodology, which, as it turned out, during processing initial data and construction of characteristic graphical dependencies, has a comparative difference of less than one percent for the same monitored periods.Accurate quantitative accounting of the data on consumption of electrical energy provided for traction of trains, exchange of reactive energy with the supply network, volume of transportation allowed to obtain an objective comparison of contribution of smoothing reactors of a new type to increasing efficiency of train operation and reducing consumption of electrical energy for traction of trains.Системы тягового электроснабжения постоянного тока получили своё распространение в ряде стран. Потребление электроэнергии системами тягового электроснабжения имеет явно выраженные сезонные и суточные пики. Пиковый характер потребления приводит к дополнительному нагреву токоведущих частей в связи с тем, что постоянные времени переходных тепловых и электрофизических процессов различаются на несколько порядков, поэтому снижение омического сопротивления электрооборудования при прочих равных условиях является чрезвычайно важной задачей.В рамках решения проблемы повышения энергоэффективности оборудования тяговых подстанций постоянного тока были разработаны и изготовлены сглаживающие реакторы фильтр-устройства с бронестержневой радиально-цилиндрической магнитной системой с пониженным омическим сопротивлением, получившие название РЖФА‑6500.В 2018 году два блока реакторов РЖФА‑6500 введены в опытно-промышленную эксплуатацию на одном из самых грузонапряжённых участков магистральных железных дорог постоянного тока, обеспечивающем пропуск поездов массой до 9000 тонн с размерами движения порядка ста пар поездов в сутки.В целях определения сравнительных показателей энергоэффективности были запрошены данные по расходу электрической энергии на тягу поездов за аналогичные периоды до внедрения сглаживающих реакторов нового типа и после. От ОАО «РЖД» получены данные относительно размеров движения, типа подвижного состава и массы перевезённых грузов, согласно исполненному графику движения поездов на рассматриваемом участке. Полученная совокупность данных послужила основой для разработки многофакторной методики оценки энергоэффективности реакторов нового типа, а также их вклада в эффективность поездной работы на рассматриваемом сравнительном интервале времени. Ввиду того, что эффективность энергосилового оборудования зависит также от температуры окружающей среды, в методику расчёта был введён среднеинтегральный параметр среднесуточной температуры, который, как оказалось в ходе обработки исходных данных и представления их в виде характерных графических зависимостей, имеет сравнительное отличие – менее одного процента за аналогичные периоды наблюдений.Точный количественный учёт расхода электрической энергии на тягу поездов, обмена реактивной энергии с питающей сетью, объёмов выполненных перевозок позволил провести объективное сравнение вклада сглаживающих реакторов нового типа в повышение эффективности поездной работы и снижение расходов электрической энергии на тягу поездов

Автоматизация управления электроприводом обитаемого подводного аппарата

Currently, there is an intensive development of manned and unmanned submersibles due to development of offshore oil and gas fields, development of underwater archaeology and exploration activities in transit zones regarding seabed mineral extraction. The depth of immersion and the nature of the underwater technical works performed determine not only the design of the underwater vehicle, its power-to-weight ratio and technical equipment, but also impose high requirements on reliability, survivability, and habitability, if the underwater vehicle implies that the operator is on board inside a pressure hull. The main objectives of the study carried out by the authors were to achieve high reliability and survivability of the main elements of the propulsion-steering complex, which ensure movement of a human-occupied vehicle in the water column, its positioning and retention at a given point in the water area.For this purpose, it was proceeded to development of an automated control system for the electric drive of the propulsive device of manned immersible. The proposed developments include a flowchart of the movement control system, circuitry engineering solutions using power semiconductor devices to maintain operability of the electric drive in extreme and emergency operating conditions, and movement control algorithms. Electromagnetic calculations of the active part of the electric machine were performed by the finite element method, considering the geometric features of the dental zone of the rotor and stator. The proposed mathematical apparatus served to calculate optimal control actions of the electric drive and to quantitatively assess the reduction in electrical losses once optimal control was applied. The calculation of the optimal control parameters was carried out using the maximum principle. The initial conditions for auxiliary functions are determined by the Newton‒ Raphson method. A comparison of various modes of operation of the electric drive was made regarding their influence on duration of the campaign, and other parameters.The calculations did not consider the parameters and geometry of the propulsive device (the propeller) since the developers of electric propulsion systems for manned and unmanned underwater vehicles of various classes often deliberately reduce the efficiency of the propeller to increase speed of the electric motor shaft, resulting in a decrease in the dimensions and weight of the latter.В настоящее время происходит интенсивное развитие обитаемых и необитаемых подводных аппаратов благодаря освоению шельфовых нефтегазовых месторождений, развитию подводной археологии и геологоразведочной деятельности в транзитных зонах относительно добычи полезных ископаемых с морского дна. Глубина погружения и характер выполняемых подводно-технических работ определяют не только конструктивное исполнение подводного аппарата, его энерговооруженность и техническую оснащенность, но и предъявляют высокие требования по надёжности, живучести и обитаемости в случае, если подводный аппарат подразумевает нахождение оператора на борту внутри прочного корпуса. Основные цели проведённого авторами исследования – это достижение высоких показателей надёжности и живучести основных элементов движительно-рулевого комплекса, обеспечивающих движение обитаемого подводного аппарата в толще воды, его позиционирование и удержание в заданной точке акватории.Для этого была проведена разработка автоматизированной системы управления электроприводом движителей обитаемого подводного аппарата. Предложена блок-схема системы управления движением, разработаны схемотехнические решения с использованием силовых полупроводниковых приборов для поддержания работоспособности электропривода в экстремальных и аварийных условиях эксплуатации, разработаны алгоритмы управления движением. Электромагнитные расчёты активной части электрической машины выполнены методом конечных элементов с учётом геометрических особенностей зубцовой зоны ротора и статора. На основе предложенного математического аппарата рассчитаны оптимальные управляющие воздействия электроприводом и дана количественная оценка по снижению электрических потерь при оптимальном управлении. Расчёт оптимальных параметров управления осуществлялся с помощью принципа максимума. Начальные условия для вспомогательных функций определены методом Ньютона–Рафсона. Проведено сравнение различных режимов работы электропривода с их влиянием на продолжительность кампании и другие показатели.В проведённых расчётах не учитывались параметры и геометрия движителя – гребного винта, потому как разработчики систем электродвижения обитаемых и необитаемых подводных аппаратов различного класса часто намеренно идут на снижение коэффициента полезного действия винта в угоду увеличению частоты вращения вала электродвигателя, следствием чего является снижение габаритов и массы последнего

Технико-экономические показатели внедрения сглаживающих реакторов нового типа

The technical and economic indicators of introduction of new type of smoothing reactors are calculated considering the features of the operating conditions of traction power supply systems of direct current 3,5 kV. Based on the data provided by operating and installation organizations, an assessment was made of cost indicators of catenary system repairs.The main financial items were formed, on the basis of which the calculation of net income and net present value was carried out in order to determine the payback period of inv estment costs.The payback period based on the calculations (a little more than three years for equipment related to fixed assets with an assigned service life of twenty-five years) indicates a high level of investment attractiveness of a new type of smoothing reactor. The suggested method allows calculations using a large number of physical and operational parameters that affect the economic performance of the device.Выполнен расчёт технико-экономических показателей внедрения сглаживающих реакторов нового типа с учётом специфики условий эксплуатации систем тягового электроснабжения постоянного тока 3,5 кВ. На основании данных, предоставленных эксплуатирующими и монтажными организациями, выполнена оценка стоимостных показателей устранения повреждений контактной сети. Выполнено формирование основных финансовых статей, на основании которых проведён расчёт чистого дохода и чистого дисконтированного дохода в целях определения срока окупаемости инвестиционных затрат.Полученный по результатам расчётов срок окупаемости – чуть более трёх лет для оборудования, относящегося к основным фондам, с назначенным сроком службы двадцать пять лет – свидетельствует о высоком уровне инвестиционной привлекательности сглаживающего реактора нового типа. Одобренная методика позволяет проводить расчёты с использованием большого числа физических и эксплуатационных параметров, влияющих на экономические показатели работы устройства