Контроль нерационального использования электрической энергии на тягу поездов с применением бортовых информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии

6. Sidorova, E. A., Davydov A. I. The description of the power consumpyion for train's traction in the railroad's energy passport [Harakteristika jenergopotreblenija na tjagu poezdov v jenergetich-eskom pasporte zheleznoj dorogi]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2010, no. 4 (4), pp. 76 - 80.

7. Nikiforov, M. M., Kashtanov A. L., Kandaev V. A. The method of the potential of the regenerative braking's energy efficiency [Metodika ocenki potenciala jenergojeffektivnosti primenen-ija rekuperativnogo tormozhenija]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2012, no. 1 (9), pp. 72 - 78.

8. Cheremisin, V. T., Vilgelm A. S., Nezevak V. L. The assessment of the technology wastes in the traction grid in the conditions of the electric rolling train's recuperation [Ocenka tehnolog-icheskih poter' v tjagovoj seti v uslovijah rekuperacii jelektropodvizhnogo sostava] Vestnik Ros-tovskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshhenija - Herald of Rostov State University of Railway Transport, 2014, no 2, pp. 106 - 111.

9. Fihtengol'c G.M. Kurs differencial'nogo i integral'nogo ischislenija (The course of the differential and integral calculation). St.Petersburg: Lan' Publ., 2009, 656 p.

10. Amosov A.A. Vychislitel'nye metody (Computational science). St.Petersburg: Lan' Publ., 2014, 672 p.

УДК 621.331:621.311

В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков, С. Г. Истомин

КОНТРОЛЬ НЕРАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ БОРТОВЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ УЧЕТА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В статье рассмотрены виды непроизводительных потерь электроэнергии в электротяге и даны плановые уровни их улучшения. Приведены основные способы определения непроизводительных потерь, которые применяются в настоящее время в ОАО «РЖД». Показан пример алгоритма определения непроизводительных потерь при нагоне графикового времени и дано его описание. Сформулированы технические результаты предлагаемого способа определения непроизводительных потерь.

Компания ОАО «РЖД» является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов, на долю которого приходится около 6 % всей вырабатываемой в России электроэнергии, 85 % которой расходуется на тягу поездов, поэтому экономия энергетических ресурсов, снижение расхода электроэнергии на тягу поездов и уменьшение удельной нормы расхода электроэнергии являются одними из ее приоритетных задач. Одно из таких направлений оптимизации энергозатратности основной деятельности ОАО «РЖД» - это уменьшение доли непроизводительных потерь в электротяге, величина которых составляет 8 - 9 % от общего расхода на тягу. Актуальность данного вопроса нашла отражение в Энергетической стратегии холдинга «Российские железные дороги» на период до 2015 года и на перспективу до 2030 года, где была отмечена положительная динамика изменения основных факторов, влияющих на удельный расход ТЭР на тягу поездов и установлены следующие плановые уровни их улучшения, достижение которых позволит снизить удельный расход ТЭР на тягу поездов до 7 % (таблица) [1].

К непроизводительным потерям электроэнергии в электротяге относятся потери электроэнергии [2]

- в режиме простоя в депо или на станционных путях в ожидании работы;

- у запрещающих сигналов;

штШ ИЗВЕСТИЯ Транссиба 69

- на неграфиковые остановки;

- при проследовании мест с ограничением скорости;

- при нагоне графикового времени пассажирским поездом;

- при одиночном следовании локомотивов.

Динамика изменения основных факторов, наиболее влияющих на удельный расход ТЭР

Плановый годовой

Показатель уровень изменения

показателя, %

Средний вес грузового поезда +1,0

Коэффициент участковой скорости грузового поезда +0,5

Нагрузка на ось грузового вагона +0,5

Доля порожнего пробега грузовых вагонов -1,5

Продолжительность прогрева локомотивов в ожидании работы -5,0

Задержки у запрещающего сигнала -5,0

Количество ограничений скорости движения поездов -5,0

Количество неграфиковых остановок поездов -2,5

Время нагона пассажирских поездов -2,0

В настоящее время на сети железных дорог России непроизводительные потери электрической энергии определяются в удельном выражении в соответствии с рекомендациями источников [3, 4]. Согласно данным нормативным документам удельные потери электроэнергии определяются машинистом-инструктором по теплотехнике локомотивного депо на основе пооперационных норм, полученных в результате контрольных замеров расхода электрической энергии для каждой серии тягового подвижного состава с учетом условий его эксплуатации. Недостатком данного способа является невозможность учета влияния на конечный результат профиля пути, длины и параметров состава и ряда других факторов. Также данный способ не позволяет оценить величину абсолютного значения непроизводительных потерь электроэнергии. Ко всему прочему при вводе в эксплуатацию новых серий электровозов требуется проведение дополнительных исследований для определения соответствующих удельных значений расхода электроэнергии.

Известен также способ [5], использующий другой принцип контроля потребления электроэнергии средствами транспорта, и в частности электроподвижным составом. В его основе лежит компьютеризованный подход к учету электроэнергии. Суть способа заключается в том, что от устройства измерения электрической энергии на транспортном средстве с неким временным интервалом принимаются и заносятся в память запоминающего устройства данные, которые указывают текущие значения потребления энергии средством транспорта. Затем из измеренных данных определяется потребление энергии на отдельном участке пути. При этом определение положения транспорта осуществляется посредством системы GPS, Galileo, пассажирской информационной системы, посредством ручного ввода водителем или по ориентирам. Затем из банка данных извлекаются сравнительные данные, которые указывают потребление энергии средством транспорта на предшествующих поездках на этом участке пути. Результат сравнения в зависимости от знака характеризует либо уровень экономии электрической энергии по поездке, либо ее потери в сравнении с предыдущими поездками. Данный способ применяется для оценки эффективности вождения транспортного средства на участке различными водителями (машинистами), однако не может быть использован для определения непроизводительных затрат энергии, так как границы участков, охватывающих торможение, простой поезда, движение с ограниченной скоростью и разгон, не являются фиксированными и заранее не известны, а банк данных запоминающего устройства не содержит информацию о графиковом времени движения поезда по участку.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что актуальным является создание новых технических решений, которые могли бы позволить с достаточной степенью точности определять непроизводительные потери электроэнергии. В частности, данную проблему можно решить при создании автоматизированной системы мониторинга энергетической эффективности перевозочного процесса (АСМЭПП) [6, 7]. В предлагаемом способе для

70 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(21) 2015

— = 2vl 5

определения непроизводительных потерь электрической энергии используются данные одной из подсистем АСМЭПП: бортовых информационно-измерительных комплексов, позволяющих вести запись результатов измерения электрической энергии с заданным интервалом времени и оснащенных системами глобального спутникового позиционирования или иными средствами определения местоположения электроподвижного состава. По результатам каждой поездки получают массив данных, в котором каждому моменту времени I, зафиксированному с интервалом At, соответствуют измеренные значения фактического расхода электроэнергии с учетом рекуперации Жф, фактического времени tф и координат местоположения. База данных результатов всех поездок хранится на специальном сервере.

В качестве примера на рисунке представлен алгоритм обработки данных поездки с целью выявления моментов нагона графикового времени и расчета вызванных им непроизводительных потерь электроэнергии. Тело алгоритма условно можно разбить на семь функциональных блоков.

№ 1(21) ЛЛ л г ИЗВЕСТИЯ Транссиба 71

2015

В блоке 1 выполняется ввод интервала измерений Дt и начальных координат (фг-; X,) и задаются фактическое время начала поездки (/0) и начальные показания счетчика электроэнергии с учетом рекуперации (Жф0).

В блоке 2 определяется момент выхода поезда со станции отправления, остановка на которой предусмотрена нормативным графиком движения пассажирских поездов. Для этого регистрируемые координаты местоположения поезда в каждый 1-й момент времени анализируются на предмет их соответствия координатам выходного светофора станции отправления, содержащимся в соответствующей базе данных. В момент совпадения этих координат фиксируется фактическое время выхода поезда со станции (/вых) и показание счетчика электроэнергии с учетом рекуперации в данный момент времени (WвЫx). В этом же блоке вводится время отправления поезда со станции в соответствии с нормативным графиком (/от. гр), получаемое из автоматизированной системы, содержащей информацию о нормативном и исполненном графиках движения.

В блоке 3 производится смена индекса станции. Дальнейший анализ местоположения поезда осуществляется относительно следующей по ходу движения станции.

В блоке 4 определяется момент входа поезда на станцию прибытия, остановка на которой предусмотрена нормативным графиком движения. Для этого регистрируемые координаты местоположения поезда в каждый 1-й момент времени анализируются на предмет их соответствия координатам входного светофора станции прибытия, содержащимся в соответствующей базе данных. В момент совпадения этих координат фиксируются фактическое время входа поезда на станцию (/вх) и показание счетчика электроэнергии с учетом рекуперации в данный момент времени (WвX). В этом же блоке вводится время прибытия поезда на станцию в соответствии с нормативным графиком (/приб. гр). Далее вычисляется разница между фактическим временем хода поезда между станциями отправления и прибытия и графиковым временем хода поезда по данному (&-му) межстанционному перегону:

Дк =

В блоке 5 выполняется анализ значения выражения (1) на предмет наличия или отсутствия факта нагона графикового времени поездом на ^м межстанционном перегоне. Для этого проверяется условие Atk < 0. В случае если условие не выполняется, считается, что факта нагона не было, и алгоритм повторяется со второго блока для следующего межстанционного перегона. Если условие выполняется, то считается, что на ^м межстанционном перегоне имел место нагон поездом графикового времени, и осуществляется переход к следующему блоку алгоритма. При этом значение Дtk является временем нагона.

В блоке 6 производится расчет дополнительного расхода (непроизводительных потерь) электрической энергии на ^м межстанционном перегоне, обусловленного нагоном поездом графикового времени.

Для этого вычисляется абсолютное значение расхода электроэнергии с учетом рекуперации на ^м межстанционном перегоне по формуле:

АШ = Ж - Ж .

фк вх вых V '

Далее осуществляется вычисление базового значения расхода электроэнергии для участка, соответствующего моменту исследуемого подвижного состава. Для этого из базы данных формируется выборка поездок с аналогичными параметрами за предшествующий период времени для поездов, проследовавших данный участок без нагона графикового времени.

Базовый расход электроэнергии определяется по формуле:

ЕАЖбк п

бкц.

АЖбк -,

где ДWбkц - расход электроэнергии на ^м межстанционном перегоне по ц-й поездке, выполненной без нагона графикового времени в предшествующем отчетном периоде;

72 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(21) 2015

1

п - количество ц-х поездок, выполненных без нагона графикового времени в предшествующем отчетном периоде.

Далее определяется величина непроизводительных потерь электрической энергии, обусловленных нагоном графикового времени:

А?агк =Щк -Л^.

В блоке 7 выполняется проверка прибытия поезда на конечную станцию. В случае если текущая станция не является конечной, алгоритм повторяется со второго блока для следующего межстанционного перегона. В противном случае вычисляется суммарное по поездке значение дополнительного расхода (потерь) электроэнергии, обусловленных нагоном поездом графикового времени:

т

Л^аг =1 АЖнаг,,

к=1

где т - количество к-х межстанционных перегонов.

Удельные потери электрической энергии при нагоне графикового времени определяются по формуле:

наг

где ^наг —

время нагона, определяемое по формуле, аналогичной (5).

Результатом предлагаемого способа определения непроизводительных потерь является следующее:

повышение точности определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом за счет использования данных о фактическом значении потребления (возврата) электроэнергии электроподвижным составом в процессе торможения, простоя, движения с ограниченной скоростью и разгона до установленной скорости;

реализация возможности определения не только удельных, но и абсолютных значений непроизводительных потерь электроэнергии;

устранение необходимости проведения дополнительных исследований для определения эмпирических значений удельного расхода электроэнергии на торможение, простой, движение с ограниченной скоростью и разгон поезда для новых серий электроподвижного состава, вводимых в эксплуатацию.

Создание АСМЭПП в первую очередь позволит повысить уровень ответственности всех участников перевозочного процесса за рациональное использование ТЭР за счет разработки и внедрения механизма отнесения дополнительных энергозатрат, вызванных, например, нагонами при нарушениях графиков движения поездов в результате временных ограничений скорости движения поездов и неграфиковых остановок, на инициатора таких необоснованных ограничений.

Список литературы

1. Гапанович, В. А. Энергетическая стратегия и электрификация российских железных дорог [Текст] / В. А. Гапанович, С. Н. Епифанцев, В. А. Овсейчук. - М.: Эко-Пресс, 2012. -196 с.

2. Гапанович, В. А. Методика анализа и прогнозирования расхода ТЭР на тягу поездов № 512 [Текст] / В. А. Гапанович. - М., 2014. - 47 с.

3. Инструкция по техническому нормированию расхода электрической энергии и топлива тепловозами на тягу поездов ЦТ-2564 / Утв. МПС СССР от 20.05.1967. М.: Транспорт, 1968. 48 с.

№.1?У ИЗВЕСТИЯ Транссиба 73

Информационные технологии, автоматика, связь, телекоммуникации

4. Морозов, В. Н. Положение о планировании и нормировании расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов в ОАО «РЖД» № 1808р [Текст] / В. Н. Морозов. -М., 2007. - 19 с.

5. Пат. 2534598 Российская Федерация, МПК В 60 L 3/12. Компьютеризованный контроль потребления энергии средства транспорта [Текст] / Хааф Ш., Кесснер М. (Германия); заявитель и патентообладатель Сименс Акциенгезелльшафт. - № 2011154039/11; заявл. 14.05.2010; опубл. 27.11.2014.

6. Черемисин, В. Т. Единая автоматизированная система учета электроэнергии на электроподвижном составе (ЕАСУЭ ЭПС) постоянного тока [Текст] / В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков, А. Л. Каштанов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. - 2013. - № 3 (15). - С. 108 - 114.

7. Черемисин, В. Т. Автоматизированный мониторинг энергетической эффективности работы электроподвижного состава ОАО «РЖД» [Текст] / В. Т. Черемисин, Д. В. Пашков, С. Ю. Ушаков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2014. -№ 3 (19). - С. 87 - 91.

References

1. Gapanovich V. A., Epifancev S. N., Ovsejchuk V. A. Jenergeticheskaja strategija i jelektrif-ikacija rossijskih zheleznyh dorog (Energy Strategy and the electrification of the Russian railways). Moscow: Jeko-Press Publ., 2012, 196 p.

2. Methods of analysis and forecasting of energy resources consumption for train traction / Approved by decree of JSC «Russian Railways» at 26.12.2014, № 512.

3. Instructions on technical regulation of electrical energy and fuel consumption by locomotives for traction CT-2564 / Approved by decree of MPS USSR at 20.05.1967. Moscow: «Transport», 1968. 48 p.

4. Regulations on planning and rationing of fuel and energy resources for train traction in JSC «Russian Railways» / Approved by decree of JSC «Russian Railways» at 17.09.2007, № 1808р.

5. Haaf Stefan, Kessner Martin PatentRU2011154039 C2, 14.05.2010.

6. Cheremisin V. T., Ushakov S. Y., Kashtanov A. L. Global automatic electric power measuring system for rolling stock [Edinaya avtomatizirovannaya sistema ucheta elektroenergii na el-ektropodvizhnom sostave (EASUE EPS) postoyannogo toka]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2013, no. 3 (15), pp. 108 - 114.

7. Cheremisin V. T., Pashkov D. V., Ushakov S. Y. Automated monitoring of energy efficiency operation of the electric rolling stock of JSC «Russian Railways» [ Avtomatizirovannyiy monitoring energeticheskoy effektivnosti rabotyi elektropodvizhnogo sostava OAO «RZhD»]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2014, no. 3 (19), pp. 87 - 91.

УДК 004.932

Н. Д. Зачатейский, А. А. Аржанников, Е. А. Альтман

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА «ВЫДЕЛЕНИЯ ФОНА» ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕЕЗДЕ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОГО ЗРЕНИЯ

В статье описаны подходы по извлечению из видеоряда областей, относящихся к подвижным объектам, которые могут являться причиной возникновения опасной ситуации на железнодорожном переезде. Предлагаемый подход позволит улучшить качество выделения подвижного объекта, что даст возможность сократить время обработки изображения для идентификации подвижных объектов, с целью определения степени риска. Для оценки качества алгоритмов было проведено моделирование в разработанном программном продукте.

74 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(21) 2015

= = _