Снижение коммерческой составляющей потерь электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока

Подвижной состав железных дорог

По результатам проведенных испытаний можно сделать следующие выводы:

1. Все исследуемые материалы контактных вставок (углерод, металлокерамика на железной основе и металлокерамика на медной основе) при взаимодействии с бронзовым контактным проводом являются трибосовместимыми.

2. Для всех исследуемых материалов наблюдается увеличение износа с ростом токовой нагрузки в контакте.

3. Более износостойким материалом из исследуемых является металлокерамика на железной основе. Сравнение значений износа при одинаковых значениях плотности тока в контакте позволяет сделать вывод о том, что износ металлокерамических вставок на основе железа 47,2 % ниже, на чем угольных, а износ металлокерамических вставок на основе меди на 41,5 % ниже износа угольных.

4. Привнесение частиц абразива в зону контакта повышает износ контактных вставок на основе углерода в 1,8 раза. Наименее чувствительными к воздействию абразива в контакте являются металлокерамические вставки на железной основе, износ которых увеличился в 1,3 раза. При наличии в контакте тягового тока тенденция увеличения износа для всех материалов сохраняется.

5. Наиболее чувствительным к повышению влажности окружающей среды являются угольные контактные вставки, повышение влажности до 80 % увеличивает их износ в 1,44 раза. Повышение влажности незначительно повышает износ металлокерамических контактных вставок рассматриваемых типов.

6. Характер износа угольных и металлокерамических контактных вставок не изменяется от рода тока (постоянный или переменный ток).

о

7. Повышение плотности тягового тока до 1000 А/см сопровождается увеличением износа угольных вставок в 3,13 раза, металлокерамических на железной основе - в 2,6 раза, металлокерамических на медной основе - в 2,75 раза.

1. Сидоров, О. А. Методы исследования износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта: Монография [Текст] / О. А. Сидоров, С. А. Ступа-ков / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2009. - 155 с.

УДК 621.331:621.311

А. А. Хряков, М. М. Никифоров

СНИЖЕНИЕ КОММЕРЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ НА ПОЛИГОНЕ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

В статье рассмотрена структура потерь электрического энергни на тягу поездов, представлен новый г^афровой электронный счетчик электроэнергии постоянного тока, дана оценка техннко-экономнческой эффективности его внедрения на электроподвижном составе и фидерах контактного сети тяговых подстангщй.

Уровень потребления электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока сети железных дорог в 2010 г. составил 12,24 млрд кВт-ч. При этом небаланс электрической энергии, отпущенной на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций и потребленной по счетчикам электроподвижного состава (далее - небаланс электрической энергии на тягу поездов), на полигоне постоянного тока за указанный период составил 18,6 %. Согласно методике, представленной в работе [1], составляющие технологических потерь электрической энергии на полигоне постоянного тока не превышают 10,4 %, а уровень нерациональ-

42 ИЗВЕСТИЯ Транссиб^ Ир

ных потерь электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока сети железных дорог (коммерческой составляющей небаланса) в 2010 г. составил 8,2 %, или около 1 млрд кВт-ч.

Основными причинами повышенных значений коммерческой составляющей небаланса электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока являются следующие:

использование на электроподвижном составе счетчиков СКВТ-Д600М класса точности 3,0 и СКВТ-Д621 класса точности 2,5;

отсутствие приборов учета электрической энергии на фидерах контактной сети тяговых подстанций полигона постоянного тока, так как до последнего времени немногочисленные счетчики электрической энергии постоянного тока либо не отвечали требованиям коммерческого учета (ввиду недостаточной точности или отсутствия интерфейсов связи с системами сбора данных), либо отличались высокой стоимостью (приборы зарубежного производства) [2].

В 2010 г. в Омском государственном университете путей сообщения разработан цифровой электронный счетчик для учета электрической энергии на электроподвижном составе постоянного тока [3]. Счетчик обеспечивает учет электрической энергии постоянного тока с точностью 0,5 %, имеет интерфейсы связи для подключения к системам сбора данных. При установке на электроподвижном составе к счетчику подключаются навигационная система СЬОКАБЗ/ОРБ, обеспечивающая учет электрической энергии для различных тарифных зон и синхронизацию часов реального времени и средства радиосвязи для передачи показаний счетчиков в систему сбора данных локомотивных депо. Измерительная система счетчика имеет высокое напряжение гальванической изоляции - 15 кВ, что соответствует испытательному напряжению при проведении регламентных работ на тяговой подстанции и электроподвижном составе.

Установка систем учета на основе предлагаемого счетчика электрической энергии обеспечит возможность определения уровня удельного расхода и небаланса электрической энергии на тягу поездов [4]:

- в границах межподстанционных зон;

- в границах участков обслуживания локомотивных бригад;

- на участках заездов локомотивных бригад смежных железных дорог.

Разработанный счетчик может быть установлен также на вводах 3,3 кВ постоянного тока

и фидерах контактной сети тяговых подстанций полигона постоянного тока, а имеющиеся интерфейсы и разработанное программное обеспечение позволяют построить на базе данного счетчика автоматизированную систему учета электрической энергии тяговых подстанций постоянного тока, что позволит уточнить структуру небаланса электрической энергии на тягу поездов.

В настоящее время приборы учета электрической энергии на тягу поездов на подстанциях постоянного тока установлены до выпрямительных (выпрямительно-инверторных) преобразователей, а в качестве средств измерения применяются счетчики электрической энергии, трансформаторы тока и напряжения классом точности не ниже 0,5.

Установка приборов учета электрической энергии на вводах 3,3 кВ тяговых подстанций позволит достоверно определять значения технологических потерь в тяговых трансформаторах и выпрямительных (выпрямительно-инверторных) преобразователях, которые по экспертным оценкам составляют 1,5 - 2,0 % [1].

Одной из причин, оказывающих существенное влияние на уровень технологических потерь электрической энергии в тяговой сети, является неравномероность загрузки смежных тяговых подстанций, обусловленная

различием входных сопротивлений в систему внешнего электроснабжения;

различием внешних характеристик выпрямительных преобразователей при различном числе пульсаций;

наличием на смежных тяговых подстанциях присоединений различной мощности;

применением на смежных тяговых подстанциях различающегося по мощности трансформаторного оборудования.

Все перечисленное выше приводит к появлению уравнительных потоков мощности и, как следствие, к дополнительным потерям в тяговой сети постоянного тока.

Проведенные специалистами Омского государственного университета путей сообщения на участке Северной железной дороги Нерехта - Кострома исследования показали, что при существенно неравномерной загрузке подстанций недогруженная тяговая подстанция начинает через соседнюю тяговую подстанцию подпитывать межподстанционную зону, на которой находится тяговая нагрузка. При этом потери в тяговой сети при передаче электрической энергии в несмежную с тяговой подстанцией межподстанционную зону аналогичны потерям при питании тяговой нагрузки на удаленном конце собственной межподстанционной зоны по схеме длинной консоли. В этом случае потери передаваемой электрической энергии увеличиваются на 8 % по сравнению со схемой двухстороннего питания.

Исследование расхода электрической энергии на тягу на уровне депо показало, что объем подпитки межподстанционных зон от недогруженных тяговых подстанций составил 6,4 % от общего расхода электрической энергии на тягу поездов. Технологические потери в контактной сети от неравномерной загрузки подстанций можно оценить как 0,51 % от общего объема потребляемой электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока, или около 62,4 млн кВт-ч в год.

Следует отметить, что на практике невозможно полностью устранить эффект неравномерности загрузки смежных тяговых подстанций, поэтому при определении технико-экономической эффективности выравнивания загрузки смежных тяговых подстанций снижение потерь электрической энергии на тягу поездов можно оценить равным 0,25 % от общего объема потребляемой электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока, или 30,6 млн кВт-ч в год.

После завершения установки на электроподвижном составе постоянного тока сети железных дорог предложенного счетчика электрической энергии и внедрения на тяговых подстанциях полигона постоянного тока сети железных дорог автоматизированных систем учета электрической энергии на вводах 3,3 кВ и фидерах контактной сети ожидается снижение уровня небаланса электрической энергии на тягу поездов на величину коммерческой составляющей.

Следует отметить, что само по себе снижение уровня небаланса электрической энергии на тягу поездов не повлечет за собой автоматического снижения платы за электроэнергию на тягу поездов. Однако составляющая небаланса электрической энергии на тягу поездов, превышающая значение расчетных технологических потерь, расходуется на тягу поездов бесконтрольно, а следовательно, нерационально. Обеспечение контроля использования этого объема электрической энергии позволит, согласно результатам экспериментальных исследований, снизить расход электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций на 20 % от коммерческой составляющей небаланса электрической энергии на тягу поездов, т. е. на 1,64 % от расхода электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока, или 200,8 млн кВт-ч в год.

Таким образом, эффект от внедрения разработанного счетчика электрической энергии на вводах 3,3 кВ, фидерах контактной сети тяговых подстанций и электроподвижного состава постоянного тока включает в себя снижение

расхода электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций за счет обеспечения контроля рациональности использования электрической энергии на 1,64 % от тяги, или на 200,8 млн кВт-ч в год;

технологических потерь электрической энергии в тяговой сети, обусловленных неравномерностью загрузки смежных тяговых подстанций, на 0,25 % от тяги, или на 30,6 млн кВт-ч в

Суммарный эффект от внедрения цифрового электронного счетчика постоянного тока на электроподвижном составе и фидерах контактной сети тяговых подстанций полигона постоянного тока составит 231,4 млн кВт-ч, или около 1,9 % от расхода электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока, что при средневзвешенном тарифе на электроэнергию на тягу поездов 1,64 р. за 1 кВт-ч составляет 379,5 млн р.

Кроме того, внедрение указанных систем учета на фидерах контактной сети тяговых подстанций и на электроподвижном составе полигона постоянного тока позволит сформировать базу данных о потреблении и потерях электрической энергии на тягу поездов в границах участков работы локомотивных бригад, а также в границах межподстанционных зон полигона постоянного тока, что позволит

анализировать величину потерь в тяговой сети в зависимости от ограничений скорости и внеграфиковых остановок;

уточнять нормативные значения расхода электрической энергии на тягу и потерь электрической энергии в тяговой сети;

сформировать рекомендации по снижению расхода электрической энергии на тягу поездов и потерь в тяговой сети;

оценить уровень потерь для включения в сетевую составляющую тарифа на электроэнергию, потребляемую электроподвижным составом.

Использование базы данных о потреблении и потерях электрической энергии на тягу поездов в совокупности с информацией об ограничениях скорости движения поездов, предоставлении «окон», участках применения рекуперативного торможения и других факторах, влияющих на организацию движения поездов, позволит разрабатывать адресные меры по улучшению основных показателей эффективности использования электроподвижного состава и по снижению удельного расхода электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций, что в свою очередь приведет к снижению себестоимости перевозочного процесса.

По экспертным оценкам использование указанной базы данных обеспечит снижение удельного расхода электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций на 2-2,5%.

Список литературы

1. Методика расчета расхода электрической энергии на тягу поездов в границах железных дорог и участков работы локомотивных бригад (с учетом заездов на соседние железные дороги): Инструктивно-методические указания [Текст]. 2-изд., перераб. / Под ред. В. Т. Черемисина/ Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2006. - 31 с.

2. Фирсанов, К. А. Счетчики постоянного тока для систем учета электрической энергии на тягу поездов на основе процессоров цифровой обработки сигналов [Текст]. / К. А. Фирсанов, А. А. Хряков // Материалы 62-й науч.-техн. конф. / Сибирская гос. автомобильно-дорожная акад. - Омск, 2008. - Кн. 2. - С. 190 - 196.

п

3. Пат. 97829 Российская Федерация, МПК 0011111/54. Универсальный электронный счетчик для учета электрической энергии на электроподвижном составе постоянного и переменного тока [Текст] / Черемисин В. Т., Грицутенко С. С., Никифоров М. М., Чижма С. Н., Хряков А. А.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2010118148/10; заявл. 05.05.2010; опубл. 20.09.2010.

4. Хряков А. А. Концепция построения коммерческих систем учета электрической энергии на электроподвижном составе [Текст] / А. А. Хряков // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы IV междунар. науч.-техн. конф. / Томский техн. ун-т. - Томск, 2009. - С. 323 - 326.