Единая автоматизированная система учета электроэнергии на электроподвижном составе (еасуэ ЭПС) постоянного тока

Список литературы

1. Соколов, М. М. Контроль технического состояния линии электроснабжения устройств железнодорожной автоматики [Текст] / М. М. Соколов // // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 3 (11). - С. 88 - 95.

2. Пат. 94349 Российская Федерация, МПК G 01 R 31/00. Устройство контроля состояния проводов [Текст] / Лунев С. А., Соколов М. М.; заявитель и патентообладатель Омский гос. унт путей сообщения. - № 2010102684/22; заявл. 27.01.10; опубл. 20.05.10, Бюл. № 14. - 2 с.

3. Воронов, А. С. Измерение разности фаз / А. С. Воронов // Горизонты образования.-Барнаул, 2007. http://edu.secna.rU/publication/5/release/28/ .

4. Сидоров, О. А. Анализ влияния отклонения напряжения питания на надежность функционирования сигнальной точки [Текст] / О. А. Сидоров, М. А. Карабанов // // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 1 (5). - С. 100 - 104.

5. Карабанов, М. А. Снижение влияния системы тягового электроснабжения на электропитание нетяговых потребителей в моменты подключения преобразовательных агрегатов [Текст] / М. А. Карабанов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 3 (7). - С. 58 - 67.

6. Соколов, М. М. Контроль качества электрической энергии в системах электроснабжения устройств автоматики железных дорог [Текст] / М. М. Соколов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 1 (5). - С. 77 - 83.

7. Залманзон Л. А. Преобразования Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях / Л. А. Залманзон. - М.: Наука. 1989. - 496 с.

8. ГОСТ Р54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Стандартинформ, 2012. - 16 с.

9. Борисенко Д. В. Реализация алгоритма контроля технического состояния проводов высоковольтной линии сигнализации, централизации, блокировки [Текст] / Д. В. Борисенко, М. М. Соколов // Эффективность и безопасность работы электротехнических комплексов и систем автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - С. 26 - 32.

10. Соколов М. М. Совершенствование методов контроля состояния электротехнического комплекса электроснабжения устройств автоматики электрифицированных железных дорог [Текст]: Дис... канд. техн. наук / Соколов М. М.. - Омск, 2010. - 163 с.

УДК 621.331:621.311

В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков, А. Л. Каштанов

ЕДИНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

НА ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ (ЕАСУЭ ЭПС) ПОСТОЯННОГО ТОКА

В работе проведен анализ текущего состояния учета электроэнергии на электроподвижном составе постоянного тока, изложена концепция создания единой автоматизированной системы учета электроэнергии на электроподвижном составе постоянного тока, сформулированы основные технические требования, предъявляемые к современным измерительным системам на электроподвижном составе.

В настоящее время учет расхода электрической энергии на старых сериях электровозов постоянного тока, составляющих большую часть электрифицированного парка полигона постоянного тока сети железных дорог, осуществляется преимущественно электромеханическими счетчиками СКВТ-Д600М и СКВТ-Д621. Данные счетчики имеют классы точности 2,5 и

3,0 соответственно и порог чувствительности по току 2 % от номинального. Учитывая, что для электровозов постоянного тока ВЛ10 и ВЛ11 номинальный ток составляет 1500 А, а номинальное напряжение в сети 3 кВ, минимальный порог чувствительности по мощности для счетчиков СКВТ-Д600М и СКВТ-Д621 составляет 90 кВт. При этом часто порог чувствительности счетчиков электрической энергии может быть завышен в процессе эксплуатации, особенно это касается счетчиков СКВТ-Д600М. Нередки и случаи эксплуатации ЭПС с неисправными системами учета. В таких случаях расход электроэнергии определяется по норме.

Существенным недостатком эксплуатируемых в настоящее время приборов учета электроэнергии на ЭПС является также уязвимость для несанкционированного вмешательства в их работу извне.

Низкая достоверность учета электрической энергии на тягу поездов на ЭПС является основной причиной возникновения коммерческой составляющей небаланса, определяемой как разность небаланса и технологических потерь электроэнергии в тяговой сети. По оценочным данным ежегодный недоучет электрической энергии на ЭПС постоянного тока составляет около 6,7 % от общего потребления электроэнергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока. В абсолютном выражении это составляет около 1 млрд кВт-ч в год.

Наряду с указанными выше счетчиками электрической энергии эксплуатируются и современные системы учета, разработанные специально для возможности их применения на железнодорожном транспорте (Альфа, СЭТ-1М.01М, Ф61МЕ и др.). Они позволяют осуществлять учет электрической энергии на постоянном и переменном токе с существенно меньшим порогом чувствительности (до 0,1 % от /ном) и с более высоким классом точности (до 0,58).

Однако в современных условиях работы ОАО «РЖД», а именно при появлении частного ЭПС, актуален вопрос легитимного отнесения расхода электрической энергии на тягу поездов на всех участников перевозочного процесса на путях общего пользования для возможности расчета платы за пользование инфраструктурой ОАО «РЖД» в части электропотребления на тягу поездов электроподвижным составом. При этом в каждой тарифной зоне устанавливается свой тариф на электроэнергию, а значит, и расход электрической энергии на тягу поездов должен определяться в границах тарифных зон. В этой связи от вновь разрабатываемых измерительных средств для ЭПС требуется возможность решения более широкого круга задач, нежели простой учет расхода электроэнергии на тягу поездов. В частности, необходимо наличие возможности привязки фиксируемых параметров к географическому положению ЭПС. Разработка таких измерительных средств позволит создать единую авто-матизрованную систему учета электроэнергии на ЭПС. Создание ЕАСУЭ ЭПС позволит

в автоматизированном режиме достоверно определять расход и возврат электроэнергии электроподвижным составом на тягу поездов в границах зон учета (тарифных зон, железных дорог, межподстанционных зон);

определять расход электрической энергии ЭПС в режиме «горячего» простоя на трак-ционных путях ремонтных локомотивных депо;

определять непроизводительные расходы электрической энергии на «горячий» простой в пути следования, трогание с места и разгон до установленной скорости, вызванные неграфиковыми остановками и задержками поездов.

ЕАСУЭ ЭПС включает в себя измерительную систему на ЭПС, стационарную часть, состоящую из точек приема данных с борта ЭПС, и единый сервер обработки данных (рисунок 1).

Информация с измерительных систем ЭПС поступает на единый сервер обработки данных через точки приема данных посредством беспроводной связи. Передача накопленных данных с борта ЭПС осуществляется при входе подвижного состава в зону покрытия точки приема. Точки приема данных могут располагаться в эксплуатационных и ремонтных локомотивных депо, на станциях, тяговых подстанциях.

Точка приема

данных

с борта ЭПС

Зона покрытия точки приема

¿ЬшА

IX. И ш --

-—

ЭПС вне зоны покрытия точки приема данных

Точка приема данных с борта ЭПС

Зона покрытия точки приема

ЭПС в зонах покрытия точек приема данных

Рисунок 1 - Упрощенная структура ЕАСУЭ ЭПС

Система учета на электроподвижном составе (рисунок 2) включает в себя модули измерения электрических величин, модуль спутниковой навигации (ОРБ/ГЛОНАСС), концентратор.

Измерительные модули

Делитель напряжения

Токовый шунт

Источник питания

Измеритель

Модуль СРБ/ ГЛОНАСС

> г

Делитель напряжения

Токовый шунт

Источник питания

Измеритель

Интерфейсы

Рисунок 2 - Структура системы учета электроэнергии на ЭПС

№ 3(15) 2013

Измерительная система на ЭПС формирует массив данных, в котором каждому моменту времени фиксируемому с некоторым постоянным интервалом Т, соответствует показание расхода ЭТг и возврата ЭРг- электроэнергии электроподвижным составом, мгновенные значения напряжения на токоприемнике и, и тока электровоза I,, а также его географические координаты: широта фг и долгота Хг, где г - номер интервала. Получаемый в итоге массив данных можно представить в виде таблицы.

Массив данных, фиксируемых измерительной системой на ЭПС

Момент времени, t Показания приборов учета расхода электроэнергии ЭТ Показания приборов учета возврата электроэнергии Эр Среднее значение напряжения на токоприемнике за период и Среднее значение тока электровоза за период I Географические координаты точки пути

¿0 ЭТ0 Эр0 и 10 ф 0; Л 0

¿1 ЭТ1 Эр1 и1 11 Ф 1; Л 1

¿2 ЭТ2 Эр2 и2 12 ф 2; Л 2

¿3 ЭТ3 Эрз из 1з ф з; Л з

¿4 ЭТ4 Эр4 и4 14 ф 4; Л 4

¿5 ЭТ5 Эр5 и5 15 ф 5; Л 5

¿6 ЭТ6 ЭР6 и 1б ф 6; Л 6

¿7 ЭТ7 Эр7 и 17 ф 7; Л 7

¿8 ЭТ8 Эр8 и 18 ф 8; Л 8

¿9 ЭТ9 Эр9 и 19 ф 9; Л 9

¿10 ЭТ10 Эрю ию 110 ф10; Л 10

и Эг,- Эр, и, Iг ф Л ,

¿К ЭТК Эрк ик 1к ф к; Л к

Фиксируемые данные хранятся в энергонезависимой памяти измерительной системы и в автоматическом режиме передаются по радиоканалу на сервер сбора и обработки информации при каждом попадании радиопередатчика, установленного на ЭПС, в область покрытия специальной радиоточки.

Рассмотрим схему движения ЭПС по зонам учета электроэнергии (рисунок 3).

Направление движения ЭПС

Границы зон учета

Т

шз

ъ ь ь ь

шз

Ь

Ы

Ък

1 -я зона учта 2-я зона учета I ^я зона учета Зона учета N

Рисунок 3 - Схема движения ЭПС по зонам учета

На рисунке 3 за начальный момент времени принято Интервал фиксации показаний измерительной системы равен Т. При движении ЭПС через зоны учета измерительная система формирует массив данных, приведенный в таблице.

На сервере сбора и обработки информации с помощью единого программного комплекса выполняется расчет расхода электрической энергии в границах зон учета и тарифных зон по приведенному на рисунке 4 алгоритму.

с

Начало

3

wт = 0, р = 0

Обнуление данных по расходу и возврату электроэнергии Wт, Wp

Определение начальной зоны учетаj

т = 0, р = 0

Ввод Хт, Хр

(приращение расхода и возврата

электроэнергии)

» р + Хр,

т = т + Хт, р = ]

Wт[j] = Wт[j] +

Wp[j] = Wp[j] + р

Wт[j] = Wт[j] + т, Wp[j] = Wp[j] + р

Выбор новой зоны j

Wт[j] = Wт[j] + т, Wp[j] = Wp[j] + р

Расчет суммарной

потребленной и рекуперированной

электроэнергии по всем зонам учета

Конец

Рисунок 4 - Блок-схема процесса определения потребленной и возвращенной электроподвижным составом электрической энергии по зонам учета на основании данных измерительной системы

Согласно данному алгоритму значения Ж^пс, Жшс, Жзлс, Жис , приведенные на рисунке 3, представляют собой накопленные данные об электрической энергии, потребленной ЭПС в соответствующих зонах учета, причем при повторном прохождении этих зон учета производится дальнейшее приращение этих величин. Таким образом, осуществляется учет потребленной ЭПС электроэнергии индивидуально для каждой зоны учета, географические границы которой определены в базе данных программного комплекса расчета расхода и возврата электроэнергии на тягу поездов. В случае изменения границ каких-либо зон учета эти данные могут быть скорректированы в базе данных, а также могут быть внесены новые границы. К примеру, в качестве зон учета могут выступать железные дороги, тарифные зоны, экспериментальные полигоны, межподстанционные зоны и т. д. Привязка всех фиксируемых значений ко времени позволяет выделить расход и возврат электрической энергии в границах требуемой зоны учета практически за любой период времени, превышающий интервал измерений Т.

Для реализации единой автоматизированной системы учета электроэнергии на ЭПС необходимы средства измерения, отвечающие строгим требованиям к функциональности, точности, устойчивости к воздействию внешних факторов и др.

Требования к функциональности системы обусловлены поставленными перед ней задачами, в частности, необходимостью определения расхода и возврата электрической энергии в различных зонах учета. Исходя из сказанного система должна осуществлять измерение следующих величин: средние за интервал измерения Т значения напряжения в контактной сети, потребляемого тока из тяговой сети, тока, возвращаемого в тяговую сеть, потребляемой активной мощности из тяговой сети, возвращаемой активной мощности в тяговую сеть, приращение за интервал измерения Т потребленной из тяговой сети и возвращенной в тяговую сеть электроэнергии, текущие значения географической широты и долготы; иметь интервал измерения от 1 до 60 с;

обеспечивать глубину хранения информации в энергонезависимой памяти устройства не менее 30 сут.

В идеале современная измерительная система должна учитывать основные показатели качества электрической энергии согласно требованиям ГОСТ Р 54149-2010, однако увеличение количества измеряемых параметров неизбежно приводит к повышению себестоимости оборудования, что связано с необходимостью увеличения производительности процессора.

Требования к точности измерений обусловлены необходимостью снижения коммерческой и технологической составляющих небаланса электрической энергии на тягу поездов допускаемая основная относительная погрешность при измерении

энергии и мощности - не более ±0,5 % в динамическом диапазоне изменения силы тока 10 - 1000 А;

среднеквадратичного значения напряжения - не более ±0,5 % в динамическом диапазоне 20 - 30 кВ;

среднеквадратичного значения тока - не более ±0,5 % в динамическом диапазоне изменения силы тока 10 - 1000 А; частоты сети - ± 0,05 Гц.

Требования к устойчивости системы учета электрической энергии на электроподвижном составе обусловлены тяжелыми условиями ее эксплуатации. Так, железнодорожный транспорт является источником чрезвычайно интенсивных импульсных электромагнитных помех, которые могут приводить к сбою электронной аппаратуры. Поэтому измерительная система электрической энергии должна, с одной стороны, иметь высокую степень устойчивости к фактору электромагнитной помехи, а с другой стороны, должна быстро восстанавливаться в том случае, если сбой имел место.

Необходимо учитывать жесткие климатические условия в Российской Федерации. Перепады температуры в течение года в отдельных регионах страны могут достигать 100 °С. Поэтому в измерительных системах, предназначенных для установки на подвижные объекты железнодорожного транспорта, необходимо использовать алгоритмы термокомпенсации. Термокомпенсация должна охватывать диапазон температур не менее чем от -20 до +50 °С. Кроме того, измерительные системы постоянного тока должны оснащаться дополнительными устройства калибровки в реальном времени.

Измерительная система должна выдерживать вибрации и тряску, возникающие при эксплуатации ЭПС.

Исходя из перечисленного выше, сформулируем требования, предъявляемые к устойчивости измерительной системы к внешним воздействиям. Измерительная система должна

удовлетворять всем предъявляемым к ней требованиям по точности измерения в динамическом диапазоне температур от -20 до +50 °С;

выдерживать воздействие вибрации в диапазоне частот от 10 до 150 Гц с частотой перехода 60 Гц с амплитудой перемещения ниже частоты перехода 0,075 мм и амплитудой ускорения выше частоты перехода 9,8 м/с2 в течение 75 мин в соответствии с ГОСТ Р 52320-2005 и ГОСТ 28203-89;

Информационные технологии, автоматика, связь, телекоммуникации

выдерживать воздействие одиночных ударов с длительностью импульса полусинусоидальной волны 18 мс и максимальным ускорением 30 g (300 м/с2) в соответствии с ГОСТ 28213-89;

выдерживать механическое воздействие на корпус счетчиков молотка пружинного действия с кинетической энергией (0,20 0,02) Дж в соответствии с ГОСТ Р МЭК 335-1-94 и ГОСТ Р 52320-2005;

выдерживать воздействие транспортной тряски в соответствии с ГОСТ 22261-94:

- число ударов в минуту - от 80 до 120;

- максимальное ускорение - 30 м/с ;

- продолжительность воздействия - 1 ч.

УДК 621.391

Е. Д. Бычков, С. А. Батраков

ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТЕВОГО ЭЛЕМЕНТА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ

Рассматриваются методика оценки достоверности функционирования и вероятность условной безотказной работы сетевого элемента телекоммуникационной сети с учетом коэффициента доступности.

Качественное функционирование современных сетевых элементов (мультиплексоры, маршрутизаторы, коммутационные устройства и т. д.) телекоммуникационной сети (ТС) невозможно без эффективного управления их состояниями, в связи с этим сетевые элементы (СЭ) становятся частью системы управления - объектами управления (ОУ). Составной частью управления является система мониторинга. Под мониторингом технического состояния сетевого элемента или ОУ будем понимать процедуру непрерывного наблюдения за параметрами объекта посредством технического контроля и диагностики с целью определения и прогнозирования (предсказания) момента его перехода в критическое или предотказное состояние. Телекоммуникационные системы в структуре железнодорожного транспорта играют важную роль с точки зрения обеспечения безопасности перевозок, поэтому необходимо знать точную и надежную информацию верности работы СЭ в сложной ситуационной обстановке в системе железнодорожного транспорта. Достоверность функционирования ОУ обеспечивается на основе информации систем контроля и диагностики (КД).

Достоверность работы устройства (системы) включает в себя понятия достоверности функционирования Пф, достоверности правильного функционирования Пп.ф и достоверности ошибочного функционирования По.ф [1].

Пф =

где Рпр - вероятность правильной (безошибочной) работы устройства (системы); Рнр - вероятность неправильной работы системы, о чем показывает сигнал ошибки; Рло - вероятность ложного отказа системы; Рн.о - вероятность необнаруженного отказа системы.

Знаменатель формулы (1) отображает полную группу событий и равен единице, поэтому (1) принимает вид:

Пф = Рпр + Рнр.

Из выражения (1) следует, что

Пф = 1 -

Достоверность правильного функционирования Ппф является условной вероятностью того, что система работает правильно при условии пропуска отказа средствами контроля и диагностики.

114 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 3(15) 2013

= = _