Анализ возможности применения сальдированного учёта электроэнергии на тягу поездов

Общетехнические и социальные проблемы 219

действительная, отображающая реально происходящий цикл, три ожидаемые и три теоретические диаграммы, различные по давлению, а также еще три теоретические диаграммы, не учитывающие ход поршня.

При выборе типа диаграммы нужно руководствоваться степенью точности, отвечающей поставленной научно-технической задаче. Причем при построении, сравнении и нахождении из диаграмм расчетных величин следует обращать особое внимание на их масштабный коэффициент и размерность, а также помнить, что индикатор всегда вычерчивает действительную индикаторную диаграмму изменения давления в рабочем цилиндре.

После построения выбранной диаграммы считают ее площадь, которую можно заменить прямоугольником такой же площади с основанием, равным ходу поршня, при этом высота прямоугольника по ординате будет называться средним индикаторным давлением. Эта величина является основной при конструировании стационарных и паровозных паровых машин.

Понимание особенностей индикаторных диаграмм, а также правильное их построение и прочтение обеспечит в работе с паровыми машинами и паровозами наиболее точные результаты.

Библиографический список

• Паровозы: устройство, работа, ремонт / Н. К. Прозоров, М. Б. Вигдорчик. - М. : Транспорт, 1986. - 368 с.

• Паровоз. Устройство, работа и ремонт / А. Б. Хмелевский, П. И. Смушков. - М. : Транспорт, 1979. - 414 с.

• Тепловой процесс паровоза / С. П. Сыромятников. - М. : Издательство академии наук СССР, 1955. - 484 с.

• Энергоснабжение железнодорожных узлов. Тепловая часть. Т. 2. - М. : Трансжелдориздат, 1941. - 550 с.

УДК 621.331

В. Т. Черемисин, Ю. В. Кондратьев, О. О. Комякова, С. Я. Привалов

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ САЛЬДИРОВАННОГО УЧЁТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ

Уравнительные токи, протекающие по тяговой сети переменного тока электрических железных дорог, вызывают возврат электрической энергии из системы тягового в систему внешнего электроснабжения. Кроме того, возврат электрической энергии обусловлен избыточной энергией рекуперации электрического подвижного состава. Энергия, возвращаемая в сети внешнего

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

ОбОщетехнические и социальные проблемы

электроснабжения, при расчетах за потребленную электроэнергию на части дорог не учитывается, таким образом, железные дороги несут значительные убытки.

Выполнен анализ причин, по которым в настоящее время питающие энергосистемы отказываются применять сальдированный учет электроэнергии. Проведен сравнительный анализ коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и величины токов нагрузки в режиме тяги и возврата электрической энергии.

сальдированный учет электрической энергии, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, ток нагрузки трансформатора тока, рекуперация, тяга.

Введение

Электрифицированная железная дорога переменного тока является специфическим потребителем электрической энергии. Ее специфика и существенное отличие от других потребителей заключается в том, что железная дорога - протяженный приемник электрической энергии. В общем случае тяговые подстанции получают питание от различных узлов одной или нескольких энергосистем. Различные по модулю и фазе напряжения в узлах подключения тяговых подстанций вызывают появление уравнительных потоков мощности в тяговой сети даже при отсутствии тяговой нагрузки. Эти потоки мощности в большинстве случаев являются составляющей потоков мощности системы внешнего энергоснабжения. Снижая нагрузку и потери мощности в линиях внешнего электроснабжения, уравнительные токи вызывают дополнительные потери энергии в тяговой сети, которые оплачиваются ОАО РЖД.

При незначительной тяговой нагрузке или полном ее отсутствии уравнительные потоки мощности на ряде подстанций учитываются системами учета как потребление на тягу поездов, а на смежных - как возврат энергии в систему внешнего энергоснабжения. Однако энергия, возвращаемая в сети энергосистем при расчетах за электроэнергию, на части дорог не учитывается. Таким образом, железные дороги, помимо оплаты потерь энергии от уравнительных токов, несут значительные издержки из-за неучета электрической энергии, возвращаемой во внешнюю сеть.

Дополнительной особенностью работы системы тягового электроснабжения является наличие в ней потоков энергии рекуперации электрического подвижного состава (ЭПС). При отсутствии сальдированного учета электрической энергии на ряде железных дорог энергия рекуперации становится одной из составляющих небаланса электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций и ЭПС («условных» потерь).

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

221

1 Анализ причин, по которым в настоящее время питающие энергосистемы отказываются принимать сальдированный учет электроэнергии

В настоящее время питающие энергосистемы отказываются принимать сальдированный учет электрической энергии по следующим причинам:

1) отсутствие руководящих указаний Минпромэнерго к применению сальдированного учета электрической энергии из контактной сети в сети питающих энергосистем при расчетах за электроэнергию, потребленную на тягу поездов;

2) установка приборов коммерческого учета возврата электроэнергии не на границе балансовой принадлежности. Ряд энергоснабжающих организаций указывают данную причину со ссылкой на главу 1.5 «Правил устройства электроустановок». Тем не менее расчет за потребленную электрическую энергию на тягу поездов осуществляется по приборам коммерческого учета, установленным не на границе балансовой принадлежности. Таким образом, отказ от сальдированного учета электрической энергии по данной причине является необоснованным;

3) низкая загрузка трансформаторов тока при возврате электрической энергии, которая должна быть не менее 5 % (пункт 1.5.17 «Правил устройства электроустановок»).

Специалисты питающих энергосистем выполняют расчет загрузки трансформаторов тока по формуле:

где АЖв - количество возвращенной электрической энергии за расчетный период, кВт-ч;

U - напряжение в сети, кВ;

T - время расчетного периода, ч.

Использование данной формулы некорректно, так как на тяговых подстанциях переменного тока возврат электрической энергии

осуществляется, как правило, по одной из фаз и время возврата значительно меньше времени расчетного периода;

4) несоответствие качества возвращаемой электрической энергии требованиям ГОСТ 13109-971. Оценка качества возвращаемой

электрической энергии осуществляется по коэффициенту искажения синусоидальности кривой питающего напряжения. Однако этот коэффициент определяется не относительным содержанием высших

1 ГОСТ 13109-97 Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М. : Изд-во стандартов, 1998. - 30 с.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

гармонических составляющих в токе возвращаемой энергии в сеть или степенью искажения синусоидальности тока, на которые ссылаются как на основную причину снижения качества электроэнергии (КЭ), а абсолютным значением гармонических составляющих этого тока;

5) угроза применения штрафных санкций за ухудшение показателей качества электрической энергии в случае оказания давления со стороны ОАО РЖД по применению сальдированного учета. Однако в настоящее время не существует нормативных документов о применении скидок за потребление электрической энергии ненадлежащего качества и надбавок за ухудшение ПКЭ.

2 Сравнительный анализ коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в режиме тяги и в режиме возврата избыточной энергии рекуперации

В ходе экспериментальных исследований качества электрической энергии была выполнена оценка коэффициента искажения

синусоидальности кривой питающего напряжения (кц), загрузка трансформаторов тока в режиме потребления и возврата электрической энергии.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой питающего

напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением установлены ГОСТ 13109-97 и приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1. Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, установленные ГОСТ 13109-97, в процентах

Нормально допустимое значение при Цном , кВ Предельно допустимое значение при Цном, кВ

220-110 6-20 35 220-110 6-20 35

2,0 5,0 4,0 3,0 8,0 6,0

Функции распределения коэффициента искажения синусоидальности кривой питающего напряжения кц в режиме тяги и возврата

электрической энергии по одной из фаз ввода 27,5 кВ представлены на рисунке 1.

а)

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

223

k

U

0,4

0,3

р 0,2

0,1

0,0

Рис. 1. Функция распределения коэффициента искажения синусоидальности кривой питающего напряжения по вводу 27,5 кВ: а - в режиме тяги; б - в режиме рекуперации Пунктирной линией на этих графиках указаны нормально и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения.

Осциллограммы токов и напряжений одной из фаз по вводу 27,5 кВ при максимальной нагрузке в режиме возврата электрической энергии и в режиме ее потребления приведены на рисунке 2.

kU

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

б)

Рис. 2. Кривые тока и напряжения по вводу 27,5 кВ при максимальной нагрузке: а - в режиме потребления; б - в режиме рекуперации

По функциям распределения можно сделать вывод, что в режиме возврата электрической энергии искажение синусоидальности кривой питающего напряжения значительно ниже, чем в режиме тяги.

Средние значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в режиме потребления и возврата электрической энергии на тяговых подстанциях переменного и постоянного тока за время проведения экспериментальных исследований приведены в таблице 2.

ТАБЛИЦА 2. Среднее значение коэффициента искажения синусоидальности кривой

напряжения на тяговых подстанциях

Тяговая подстанция Среднее значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах тяговой подстанции, %

при потреблении при возврате

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

225

1 2 3

Тяговые подстанции переменного тока

№1 110 кВ

3,52 2,50

27,5 кВ

4,18 2,55

10 кВ

3,49 2,68

№2 27,5 кВ

4,81 3,79

35 кВ

3,69 2,55

№3 27,5 кВ

6,83 5,69

35 кВ

5,88 4,25

№4 110 кВ

1,83 1,21

27,5 кВ

6,13 3,33

10 кВ

6,08 3,19

№5 110 кВ

0,93 0,97

27,5 кВ

3,63 2,36

№6 110 кВ

1,87 1,80

27,5 кВ

6,08 3,07

№7 110 кВ

4,57 2,62

27,5 кВ

4,03 5,71

№8 220 кВ

3,5 2,93

27,5 кВ

4,4 3,46

10 кВ

4,32 3,42

Продолжение таблицы 2

1 2 3

№9 220 кВ

2,46 1,63

27,5 кВ

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

ОЕйцетехнические и социальные проблемы

3,63 2,17

Тяговые подстанции постоянного тока

№10 6 кВ

1,11 3,19

№11 35 кВ

0,84 1,19

№12 10 кВ

3,93 5,67

№13 10 кВ

0,96 2,87

Анализ приведенных в таблице данных, полученных на пяти железных дорогах, показывает, что в режиме потребления электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока:

1) на шинах 220-110 кВ

а) значение ку на тяговых подстанциях № 4, № 5, № 6 соответствуют требованиям ГОСТ 13109-97 и составляют 1,83 %, 0,93 %, 1,87 % соответственно;

б) значение ку на тяговых подстанциях № 1, № 7, № 8 превышает нормально и предельно допустимое значение, установленное ГОСТ 1310997 и составляют 3,52 %, 4,57 %, 3,5 % соответственно, однако шины данных тяговых подстанций не являются точками общего присоединения и, следовательно, претензии питающих энергосистем об ухудшении ПКЭ не могут являться обоснованными;

в) значение ку на тяговой подстанции № 9 превышает только нормально допустимое значение, установленное ГОСТ 13109-97, и составляет 2,46 %, шины данной тяговой подстанции также не являются точкой общего присоединения;

2) на шинах 35 кВ тяговой подстанции № 2 значение ку соответствуют требованиям ГОСТ 13109-97 и составляет 3,69 %, на тяговой подстанции № 3 значение этого коэффициента превышает нормально установленное значение ГОСТ 13109-97 (5,88 %);

3) на шинах 10 кВ тяговых подстанций № 1, № 8 значения ку соответствуют требованиям ГОСТ 13109-97 и составляют 3,49 %, 4,32 % соответственно, на тяговой подстанции № 4 наблюдается превышение нормально допустимого значения, установленного ГОСТ 13109-97 (6,08 %).

На тяговых подстанциях постоянного тока:

1) на шинах 35 кВ тяговой подстанции № 11 значение ку соответствует требованиям ГОСТ 13109-97 (0,84 %);

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

227

2) на шинах 10 кВ тяговых подстанций № 12, № 13 значения ку

соответствуют требованиям ГОСТ 13109-97 (3,93 %, 0,96 %

соответственно);

3) на шинах 6 кВ тяговой подстанции № 10 значение ку соответствует требованиям ГОСТ 13109-97 (1,11 %).

В режиме возврата (рекуперации) электрической энергии из данных, приведенных в таблице 2, следует, что среднее значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения улучшается на шинах всех тяговых подстанций переменного тока (значения коэффициента искажения синусоидальности кривой питающего напряжения на шинах 220-110 кВ тяговых подстанций № 4, № 5, № 9 соответствуют требованиям ГОСТ 13109-97 (1,21 %, 0,97 %, 1,80 % соответственно), на тяговых подстанциях № 1, № 7 превышает только нормально допустимое значение, установленное ГОСТ 13109-97 (2,50 %, 2,62 % соответственно).

При возврате электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока наблюдается увеличение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на тяговой подстанции № 13 до 2,87 % (что соответствует ГОСТ 113109-97), на тяговой подстанции № 12 - до 5,67 % (превышает нормально допустимое значение ГОСТ 13109-97), на тяговой подстанции №11 - до 1,19 % (что соответствует требованиям ГОСТ 13109-97), на тяговой подстанции № 10 - до 3,19 % (что соответствует требованиям ГОСТ 13109-97).

3 Сравнительный анализ токов нагрузки в режиме тяги и в режиме возврата избыточной энергии рекуперации

Для определения токов нагрузки трансформаторов тока, к которым присоединены приборы коммерческого учета электрической энергии, в процессе обработки экспериментальных данных были выделены интервалы времени для режима потребления и возврата (рекуперации) электрической энергии. Для этих интервалов времени производилась статистическая обработка значений токов нагрузки трансформаторов тока в режиме потребления и возврата электрической энергии.

Функции распределения тока по вводу тяговой подстанции в режиме тяги и возврата электрической энергии приведены на рисунке 3.

Средние (за период измерения) значения токов по вводам тяговых подстанций переменного тока в режиме потребления и возврата (рекуперации) электрической энергии, а также величина загрузки трансформаторов тока в этих режимах работы приведены в таблице 3.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

ЙЕЙщетехнические и социальные проблемы

а)

I

б)

I

Рис. 3. Функция распределения тока:

а - в режиме потребления электроэнергии; б - в режиме возврата электроэнергии

Данные, приведенные в таблице 3, позволяют сделать вывод, что токи вводов 27,5 кВ при возврате электрической энергии в сеть общего назначения соизмеримы или превышают токи в режиме потребления.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

229

ТАБЛИЦА 3. Средние значения токов по вводам тяговых подстанций переменного тока в режиме потребления и возврата электрической энергии и величина загрузки

трансформаторов тока

Тяговая подстанция Значение токов

при потреблении при возврате

А процент от номинального значения первичной обмотки ТТ А процент от номинального значения первичной обмотки ТТ

Тяговые подстанции переменного тока

№ 1 110 кВ

31,95 3,20 26,15 2,62

27,5 кВ

50,77 8,46 43,70 7,28

10 кВ

67,31 8,41 70,26 8,48

№ 2 27,5 кВ

200,49 20,05 141,13 14,11

№3 27,5 кВ

120,14 12,01 80,13 8,01

№4 110 кВ

107,24 17,87 94,43 15,74

27,5 кВ

30,02 5,03 30,0 5,0

10 кВ

40,08 4,01 40,08 4,01

№ 5 27,5 кВ

120,1 12,01 84,33 8,4

№ 6 110 кВ

47,31 6,31 24,39 3,25

27,5 кВ

79,35 13,23 22,79 3,79

№ 7 110 кВ

41,69 5,56 16,27 2,17

27,5 кВ

85,48 14,25 40,20 6,7

№ 8 220 кВ

15,01 3,75 4,79 1,2

27,5 кВ

82,38 8,24 54,58 5,46

10 кВ

63,44 6,34 62,57 6,26

№ 9 220 кВ

16,95 8,48 7,93 3,97

27,5 кВ

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

ЮЙцетехнические и социальные проблемы

90,37 9,04 52,50 5,25

Из анализа значений токов вводов 220, 110, 35, 10 кВ в режиме потребления и возврата (рекуперации) электрической энергии видно, что при рекуперации электрической энергии наблюдается снижение значений тока вводов 220-110 кВ, в то же время значения токов вводов районной нагрузки остаются либо около того же значения, что и в режиме потребления, либо происходит незначительное увеличение (ввод 10 кВ тяговой подстанции № 1). Это наглядно показывает, что энергия возврата электрической энергии идет на подпитку районной нагрузки.

Средние за период измерения значения токов по вводам и выпрямительно-инверторным преобразователям (ВИП) тяговых подстанций постоянного тока в режимах потребления энергии на тягу поездов и рекуперации электрической энергии приведены в таблице 4. Загрузка трансформаторов тока в режиме потребления и рекуперации электрической энергии по вводам и ВИП тяговых подстанций постоянного тока приведена в таблице 5.

ТАБЛИЦА 4. Средние значения токов вводов и ВИП тяговых подстанций постоянного тока

Режим работы Среднее значение тока присоединения тяговых подстанций, А

№ 10 № 11 № 12 № 13

Ввод ВИП Ввод ВИП Ввод ВИП Ввод ВИП

Рекуперация 174 166 17 11 70 19 66 36

Потребление 63 38 13 8 74 20 31 12

ТАБЛИЦА 5. Загрузка трансформаторов тока в режиме потребления и рекуперации электрической энергии на тяговых подстанциях постоянного тока

Тяговая подстанция Загрузка трансформаторов тока от номинального значения первичной обмотки трансформатора тока, %

Рекупе рация Потребление

Ввод ВИП Ввод ВИП

№ 10 17,4 20,8 6,3 4,8

№ 11 5,7 7,0 4,4 5,0

№ 12 7,0 3,2 7,4 3,3

№ 13 8,3 4,5 3,9 1,5

Данные таблицы 4 свидетельствуют, что в условиях эксплуатации электрифицированных железных дорог постоянного тока токи избыточной энергии рекуперации, возвращаемой в сеть общего назначения, соизмеримы или превышают токи в режиме потребления электрической энергии тяговых подстанций. Следовательно, загрузка трансформаторов

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

231

тока присоединений, на которых установлены приборы учета электрической энергии, в режиме инвертирования больше либо такая же, как и в режиме тяги (см. табл. 5).

Заключение

На основе анализа возможности применения сальдированного учета электрической энергии можно сделать следующие выводы.

1. Внедрение сальдированного учета электрической энергии является целью компании ОАО РЖД в части оплаты за фактически потребленную электрическую энергию, а не желанием продать РАО ЕС выработанную электрическую энергию в системе тягового электроснабжения, особенно на участках железных дорог переменного тока, где отсутствует электрический подвижной состав с рекуперацией и, следовательно, нет источников электрической энергии.

3. В результате проведения экспериментальных исследований ПКЭ и количества возвращаемой электрической энергии на тяговых подстанциях получено, что значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на тяговых подстанциях переменного тока в режиме возврата ниже или не превышают значений этого коэффициента в режиме потребления электрической энергии на тягу поездов, а также не превышают нормально допустимых значений, установленных ГОСТ 13109-97. На тяговых подстанциях постоянного тока значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в режиме рекуперации электрической энергии выше, чем в режиме потребления, и только на тяговой подстанции № 12 превышает нормально допустимое значение, установленное ГОСТ 13109-97, но не превышает предельно допустимого значения.

Средние нагрузки первичной обмотки трансформаторов тока, к которым присоединены приборы коммерческого учета электрической энергии, в режиме возврата (рекуперации) больше, чем в режиме потребления электрической энергии.

4. В настоящее время не существует нормативных документов о применении скидок за потребление электрической энергии ненадлежащего качества и надбавок за ухудшение ПКЭ. В любом случае снижение ПКЭ, вызванное влиянием системы тягового электроснабжения, в том числе и в режиме возврата (инвертирования) энергии, не может являться основанием для отказа в оплате электроэнергии, возвращаемой в первичную сеть, а может только повлечь за собой дискуссию о необходимости корректировки тарифа на возвращаемую электрическую энергию.

5. Отсутствие приборов коммерческого учета возвращаемой электрической энергии на границе балансовой принадлежности не является причиной отказа от сальдированного учета, так как расчет за

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1

Общетехнические и социальные проблемы

потребленную электрическую энергию также осуществляется по приборам коммерческого учета, установленным не на границе балансовой принадлежности.

УДК 621.227.3 Е. В. Черток

ОБЪЁМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ. КОНСТРУКЦИЯ И СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ШАРОВОГО НАСОСА

Механизация и автоматизация производственного процесса в области транспорта заключается в первую очередь в механизации и автоматизации самой транспортной машины. Задача эта решается с помощью различных типов приводов. Привод должен отвечать ряду требований, которым в полной мере удовлетворяет гидрообъёмная передача. Рассмотрены объёмные гидромашины, их общие свойства, классификация роторных гидронасосов, а также конструкция и сферы применения исследуемого шарового насоса.

объёмная гидропередача, объёмный гидропривод, объёмная гидромашина, ротор гидромашины, статор гидромашины, объёмный гидродвигатель, объёмный насос.

Введение

Механизация и автоматизация производственного процесса в области транспорта заключается в первую очередь в механизации и автоматизации самой транспортной машины, то есть в использовании её двигателя для различных работ, например погрузочно-разгрузочных, земляных и т. д., а также в автоматизации управления машиной. Эта задача решается с помощью различных типов приводов (передач) от двигателя на рабочую машину, в том числе и на двигатель самой машины. Привод должен быть регулируемым и автоматическим, по крайней мере должен легко автоматизироваться.

Гидрообъёмная передача отвечает этим требованиям. Она является непрерывно регулируемой и хотя не автоматическая по принципу своего действия, но легко автоматизируется с помощью дополнительного автомата [1].

Объёмная гидропередача (ОГП) - гидравлическая передача, составленная из объёмного насоса, объёмного гидродвигателя и магистральной линии [2].

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1