СИСТЕМА КОММЕРЧЕСКОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ТЯГОВЫМ ПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ
SYSTEM OF COMMERCIAL METERING OF ELECTRIC POWER CONSUMED WITH TRACTION EQUIPMENT

Изобретение относится к области электрифицированного транспорта и может быть использовано для определения расхода электроэнергии на тягу поездов и для коммерческих расчетов за нее.
В настоящее время расчет с поставщиками за электроэнергию, потребленную железными дорогами на электрическую тягу, осуществляют по показаниям счетчиков электрической энергии, установленных на тяговых подстанциях.
Одновременно с учетом электроэнергии на тяговых подстанциях организован технический учет на электроподвижном составе (ЭПС) для внутриведомственного учета, нормирования расхода электроэнергии, контроля эффективности режимов ведения поезда и других целей.
С созданием первой транспортной компании, появлением частных локомотивов на сети железных дорог возникает необходимость в коммерческом учете электроэнергии, потребленной на тягу поездов, непосредственно на ЭПС для расчетов за выполненную работу по перевозкам. В этом случае локомотивы необходимо рассматривать как коммерческие потребители электроэнергии.
Электровоз, как потребитель электроэнергии, представляет собой мощную единицу, получающую электроэнергию от тяговой сети. Отличие электровоза от стационарных потребителей состоит в перемещении его по железнодорожному пути, изменению уровня напряжения на токоприемнике в широких пределах от 29 до 21 кВ по правилам технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ). Нагрузка электровоза также изменяется в широком диапазоне от нескольких ампер при холостом ходе, работе вспомогательных машин, до нескольких сотен ампер при максимальной токовой нагрузке.
Устройство измерения расхода электроэнергии на электровозах переменного тока содержит статический счетчик электрической энергии, трансформатор тока и обмотку собственных нужд тягового трансформатора, используемую в качестве датчика напряжения (Кучумов В.А., Ребрик Б.Н. «Расход электроэнергии на тягу поездов и его измерение». Журнал «Локомотив», 1996, №4, с.33-34).
Недостатки этого устройства состоят в том, что обмотка собственных нужд силового трансформатора предназначена для питания вспомогательных машин и цепей управления электровоза. Коэффициент трансформации обмотки собственных нужд, используемой для учета электроэнергии, может быть различным для силовых трансформаторов электровозов разных серий и модификаций. В паспорте на трансформатор не указывается коэффициент трансформации обмотки собственных нужд, используемой для измерения. В счетчиках электроэнергии, устанавливаемых в электровозах, закладывается один коэффициент трансформации по напряжению для всех видов трансформаторов. Данная обмотка метрологически не аттестована (не имеет сертификата на средство измерения и не занесена в Госреестр средств измерений) и не отвечает требованиям, предъявляемым к датчикам напряжения для коммерческого учета электроэнергии.
В качестве прототипа принята система коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым подвижным составом, содержащая размещенный на электроподвижном составе тяговый трансформатор, первый вывод высоковольтной обмотки которого соединен с токоприемником, а второй вывод через первичную обмотку измерительного трансформатора тока соединен с корпусом электроподвижного состава, первичная обмотка измерительного трансформатора напряжения подключена параллельно высоковольтной обмотке тягового трансформатора, выходы измерительных трансформаторов тока и напряжения подключены к соответствующим входам счетчика электроэнергии (Бакланов А.А. «Учет электроэнергии на тягу поездов и его измерение». Журнал Локомотив, 1997, №8, с.28-29).
В известном техническом решении порядок учета расхода электроэнергии на тягу на уровне депо и дороги заключается в сборе данных о расходе электроэнергии, снимаемых вручную бригадой локомотива, внесении этих данных в маршрутный лист и суммировании всех показаний приписного парка депо. Снятие показаний со счетчиков производится в произвольные моменты времени, в зависимости от работы локомотивной бригады.
Различие в классе точности и отсутствие синхронизации измерений в двух системах учета электроэнергии - технического на ЭПС и коммерческого на тяговых подстанциях приводят к небалансу учета электроэнергии.
Учет на электровозе метрологически не аттестован и представляет собой внеклассный технический учет, которому нельзя присвоить класс точности.
Данная система учета электроэнергии на ЭПС представляет собой внеклассную, не имеющую метрологического аттестата систему технического учета.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании системы коммерческого учета электроэнергии на тяговом электроподвижном составе переменного тока.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении автоматизированного дифференцированного учета расхода электроэнергии на тягу поездов.
Технический результат достигается тем, что в систему коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым подвижным составом, содержащую размещенный на электроподвижном составе тяговый трансформатор, первый вывод высоковольтной обмотки которого соединен с токоприемником, а второй вывод через первичную обмотку измерительного трансформатора тока соединен с корпусом электроподвижного состава, первичная обмотка измерительного трансформатора напряжения подключена параллельно высоковольтной обмотке тягового трансформатора, выходы измерительных трансформаторов тока и напряжения подключены к соответствующим входам счетчика электроэнергии, согласно изобретению введены на электроподвижном составе устройство сбора и передачи данных, к которому подключены блок задания электронного номера единицы подвижного состава и счетчика электроэнергии, модем, блок фиксации времени проезда источника реперного сигнала и приемник сигналов системы единого времени, соединенный со счетчиком электроэнергии и устройством сбора и передачи данных, вдоль железнодорожного пути с заданными координатами размещены источники реперного сигнала, каждый из которых состоит из устройства передачи данных, к которому подключены блок задания номера реперного сигнала и модем, устройство передачи данных через блок сопряжения подключено к сети передачи данных, к которой через соответствующие блоки сопряжения подключены дорожный центр учета расхода электроэнергии на тягу поездов и центр учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо, при этом дорожный центр учета расхода электроэнергии на тягу поездов состоит из контроллера управления, устройства сбора и передачи данных, к которому подключены приемник сигналов системы единого времени, блок долговременной памяти, блок опроса источников реперного сигнала, соединенного с модемом, блоком сопряжения, приемником сигналов системы единого времени, подключенного к контроллеру управления, выходы которого соединены с входами управления соответственно блока расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на железной дороге, блока расчета почасового потребления электроэнергии на тягу, блока расчета потребления электроэнергии на тягу по поставщикам с разными тарифами, блока расчета потерь в тяговой сети по межподстанционным зонам и по железной дороге, блока расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на смежной железной дороге, блока долговременной памяти и блока вывода информации, выходы устройства сбора и передачи данных подключены к информационным входам соответственно блока расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на железной дороге, блока расчета почасового потребления электроэнергии на тягу, блока расчета потребления электроэнергии на тягу по поставщикам с разными тарифами, блока расчета потерь в тяговой сети по межподстанционным зонам и по железной дороге, блока расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на смежной железной дороге, блока долговременной памяти и блока вывода информации, центр учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо состоит из блока опроса источников реперного сигнала, к которому подключены блок сопряжения, модем, блок расчета потребленной электроэнергии электроподвижным составом приписки к данному локомотивному депо, блок расчета потребленной электроэнергии по видам электроподвижных составов, блок вывода информации, блок долговременной памяти, и приемник сигналов системы единого времени.
На чертеже представлена система коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым подвижным составом.
Система коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым подвижным составом, содержит размещенный на электроподвижном составе, тяговый трансформатор 1, первый вывод высоковольтной обмотки которого соединен с токоприемником 2, а второй вывод через первичную обмотку измерительного трансформатора 4 тока соединен с корпусом 14 электроподвижного состава, который соединен с рельсом 5, первичная обмотка измерительного трансформатора 6 напряжения подключена параллельно высоковольтной обмотке тягового трансформатора 1, выходы измерительных трансформаторов 4, 6 тока и напряжения подключены к соответствующим входам счетчика 7 электроэнергии, устройство 13 сбора и передачи данных, к которому подключены блок 8 задания электронного номера единицы подвижного состава и счетчика электроэнергии, модем 11 с антенной 12, блок 10 фиксации времени проезда источника реперного сигнала и приемник 9 сигналов системы единого времени, соединенный со счетчиком 7 электроэнергии и устройством 13 сбора и передачи данных, вдоль железнодорожного пути с заданными координатами размещены источники 15 реперного сигнала, каждый из которых состоит из устройства 21 передачи данных, к которому подключены блок 19 задания номера реперного сигнала и модем 16 с антенной 17, устройство 21 передачи данных через блок 18 сопряжения подключено к сети 20 передачи данных, к которой через соответствующие блоки 28 и 38 сопряжения подключены дорожный центр 22 учета расхода электроэнергии на тягу поездов и центр 37 учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо, при этом дорожный центр 22 учета расхода электроэнергии на тягу поездов состоит из контроллера 36 управления, устройства 23 сбора и передачи данных, к которому подключены приемник 24 сигналов системы единого времени, блок 25 долговременной памяти, блок 29 опроса источников реперного сигнала, соединенного с модемом 26, блоком 28 сопряжения, приемником 24 сигналов системы единого времени, подключенного к контроллеру 36 управления, выходы которого соединены с входами управления соответственно блока 30 расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на железной дороге, блока 31 расчета почасового потребления электроэнергии на тягу, блока 32 расчета потребления электроэнергии на тягу по поставщикам с разными тарифами, блока 33 расчета потерь в тяговой сети по межподстанционным зонам и по железной дороге, блока 34 расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на смежной железной дороге, блока 25 долговременной памяти и блока 35 вывода информации, выходы устройства 23 сбора и передачи данных подключены к информационным входам соответственно блока 30 расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на железной дороге, блока 31 расчета почасового потребления электроэнергии на тягу, блока 32 расчета потребления электроэнергии на тягу по поставщикам с разными тарифами, блока 33 расчета потерь в тяговой сети по межподстанционным зонам и по железной дороге, блока 34 расчета общего потребления электроэнергии электроподвижным составом на смежной железной дороге, блока 25 долговременной памяти и блока 35 вывода информации, центр 37 учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо состоит из блока 41 опроса источников реперного сигнала, к которому подключены блок 38 сопряжения, модем 39 с антенной 40, блок 42 расчета потребленной электроэнергии электроподвижным составом приписки к данному локомотивному депо, блок 43 расчета потребленной электроэнергии по видам электроподвижных составов, блок 44 вывода информации, блок 45 долговременной памяти, и приемник 46 сигналов системы единого времени.
Питание аппаратуры, размещенной на электроподвижном составе, в центре учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо и источников реперного сигнала осуществляется с использованием источников бесперебойного питания (на чертеже не показано). В частности, на электроподвижном составе необходимо предусмотреть наличие источника бесперебойного питания с длительностью гарантированного питания от 2 до 7 суток. Это связано с тем, что электроподвижной состав может проходить регламентные работы в депо, отстаиваться без работы и др. При этом в центрах учета этот электроподвижной состав учитывается как не потребляющий электроэнергию.
Питание аппаратуры источника 15 реперного сигнала может осуществляться от аккумулятора, от батареи постоянного тока или другого эквивалентного источника небольшой мощности, поскольку электропитание источника 15 не требует больших затрат электроэнергии. Время непрерывной работы источника питания должно быть не менее 6 месяцев. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность его оперативной замены.
Источник бесперебойного питания в центре 37 учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо обеспечивает также бесперебойное электропитание сервера и другой аппаратуры автоматизированного рабочего места в локомотивном депо. Параметры таких источников бесперебойного питания определены действующей нормативной документацией для обеспечения АРМов с функциями коммерческого учета.
Система коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым электроподвижным составом, работает следующим образом.
Для осуществления перевозочного процесса электровоз (ЭПС) потребляет из контактной сети 3 электроэнергию через токоприемник 2. Количество потребленной электроэнергии определяется в счетчике 7 электроэнергии в соответствии с поступающей текущей информацией с измерительных трансформаторов 6, 4 напряжения и тока. На вход счетчика 7 поступает информация о точном астрономическом времени из приемника 9 сигналов системы единого времени.. Сигналы единой государственной системы точного времени передаются по спутниковым каналам радиосвязи и принимается стандартными приемниками, устанавливаемыми на объектах управления. В предлагаемой системе эта функция обеспечивается: на ЭПС - приемником 9, в дорожном центре 22 учета расхода электроэнергии на тягу поездов - приемником 24, в центре 37 учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо - приемником 46, благодаря чему соответствующие моменты регистрации на всех объектах синхронизированы. Данные о потребленной электроэнергии со счетчика 7 поступают в устройство 13 сбора и передачи данных на ЭПС. Туда же из блока 8 поступает информация о номере электровоза (ЭПС) и номере счетчика электроэнергии. Сведения об этих номерах используются в дальнейших расчетах при определении потребленной электроэнергии, а также позволяют разделять пассажирские и грузовые электровозы, т.е. принадлежность к грузовым или пассажирским перевозкам. При проезде ЭПС мимо источника 15 реперного сигнала происходит регистрация времени проезда этого источника в блоке 10, по команде с которого устройство 13 сбора и передачи данных через модем 11 и антенну 12 передает информацию о потребленной электроэнергии, номере счетчика и ЭПС на источник 15 реперного сигнала. Этот набор операций выполняется на каждом ЭПС, вовлеченном в систему учета, при проезде источников 15 реперного сигнала. На источник 15 реперного сигнала информация с ЭПС по радиоканалу через антенну 17 и модем 16 поступает в устройство 21 передачи данных, где хранится до момента опроса этого источника по команде, передаваемой через соответствующие блоки 18, 28 или 38 сопряжения с сетью 20 передачи данных (СПД) источников 15 реперного сигнала, дорожного центра 22 учета расхода электроэнергии на тягу поездов или центра 37 учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо.
В дорожном центре 22 учета расхода электроэнергии на тягу поездов в контроллере управления 36 задается время опроса блоком 29 источников 15 реперного сигнала по СПД через блок 28 сопряжения и ЭПС по радиоканалам через модем 26 и антенну 27. Стандартное время передачи с периодом 30 минут или один час (по согласованию с заданием руководства дороги или на основании договорных обязательств с поставщиками электроэнергии на тягу поездов). Кроме того, в данной системе время опроса источников реперного сигнала может задаваться непосредственно оператором, в частности, для корректировок перевозочного процесса, исследовательских и других целей.
В процессе опроса полученная информация о потребленной электроэнергии из блока 29 опроса источников реперного сигнала поступает в блок 23 сбора и передачи данных и записывается в блоке 25 долговременной памяти. Далее информация о потребленной электроэнергии обрабатывается в следующих блоках.
В блоке 30 определяется общее потребления электроэнергии ЭПС на железной дороге, путем суммирования данных со всех ЭПС, которое определяется один раз в сутки или через 12 часов для составления единой сводки по дороге и согласования данных с графиком исполненного движения поездов.
В блоке 31 осуществляется расчет почасового потребления электроэнергии на тягу путем группировки данных по заданным интервалам времени. Эти данные должны передаваться диспетчерской службе энергоснабжающей организации для составления графика поставки электроэнергии на тягу поездов на следующие за истекшими сутки и согласования их с региональными энергетическими организациями в режиме реального времени.
В блоке 32 расчета потребления электроэнергии на тягу по поставщикам с разными тарифами из массива данных выбираются данные по потребленной энергии в границах источников реперного сигнала, ограничивающих регион поставки электроэнергии соответствующим поставщиком. Это позволит производить расчеты за потребленную электроэнергию по реальным (а не усредненным) тарифам, исключить спорные ситуации с поставщиками электроэнергии и переплаты за нее.
В блоке 33 расчета потерь в тяговой сети по межподстанционным зонам и по железной дороге определяется потребленная электроэнергия в границах межподстанционных зон тяговых подстанций. Вычитание этой электроэнергии из величины расхода, имеющееся в энергосбыте дороги, данных из автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии на тяговых подстанциях позволит определять реально измеренные величины потерь электроэнергии в тяговой сети (контактной и рельсовой сетях) в киловатт-часах. Предложенная система впервые на железной дороге позволит реальными измерениями определить потери в тяговой сети в киловатт-часах. Реальные данные о потерях позволят, в соответствии с действующими правилами, включить их в тарифы за электроэнергию, благодаря чему снизить реальные платежи за электроэнергию на тягу поездов.
В блоке 34 расчета общего потребления электроэнергии ЭПС на смежной железной дороге по данным о электропотреблении в границах источников реперных сигналов на границах железной дороги определяется суммарное электропотребление при работе на смежной железной дороге каждого ЭПС. Это позволит поручить реальный объем электропотребления на смежной дороге и произвести правильный финансовый расчет между дорогами.
Обработанная информация с помощью блока 35 вывода информации может быть выведена на экран для ее визуального отображения или на принтер для представления ее на бумажном носителе.
В центре 37 учета потребленной электроэнергии в локомотивном депо в автоматическом режиме, с периодичностью один час, с помощью блока 41 опроса источников реперного сигнала, а также по радиоканалам через модем 39 и антенну 40 на границах обращения ЭПС осуществляется сбор информации о текущем значении расхода электроэнергии ЭПС. На основании этих данных в блоке 42 осуществляется расчет электроэнергии, потребленной всеми ЭПС приписки к данному локомотивному депо. Одновременно в блоке 43 производится расчет потребленной электроэнергии по видам тяги ЭПС - пассажирских и грузовых. Для этого используются данные о номере ЭПС и счетчике электроэнергии на нем. Сведения о потребленной электроэнергии позволят получать информацию для разных перевозчиков - грузового движения и пассажирского движения, обеспечивая их прозрачность, что не возможно при современном уровне учета в локомотивных депо. Вся информация о потребленной ЭПС электроэнергии сохраняется в блоке 45 долговременной памяти и может быть передана всем заинтересованным лицам по специальным каналам обмена информацией или с помощью блока 44 вывода информации может быть выведена на экран для ее визуального отображения или на принтер для представления ее на бумажном носителе.
Предлагаемая система обеспечивает распределение получаемой информации по функциональной принадлежности, а именно - полная информация обо всех видах расходов в службу, осуществляющую оплату на всей дороге за потребленную электроэнергию. Но в данном случае появляются специальные статьи расходов об объемах потребленной электроэнергии на электрическую тягу, на потери электроэнергии в тяговой сети, на долевое участие в потреблении от различных поставщиков электроэнергии и на объемы потребления в границах дорог для взаиморасчетов между соседними железными дорогами.
В локомотивные депо поступает сокращенный объем информации, характерный только для технологического обслуживания перевозок с помощью ЭПС в границах, ограниченных работой приписного парка на данной дороге.
Экономический эффект от внедрения системы может быть получен за счет включения стоимости электроэнергии (с учетом региональных тарифов), потребленной на перевозочный процесс, по данным системы коммерческого учета, в тариф на перевозку для коммерческих структур (первой грузовой компании, перевозочным компаниям, собственникам локомотивов), а также за счет включения в тариф на услуги по передаче электроэнергии до ЭПС потерь в тяговой сети и снижения платежей за потребленную на тягу поездов электроэнергию.
Создание системы коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым электроподвижным составом, позволит:
выполнить требования закона РФ от 27.04.1993 №4871-1 (ред. от 10.01.2003) "Об обеспечении единства средств измерений" в части применения сертифицированных средств измерений расхода электроэнергии;
осуществить реализацию Федерального закона №261-ФЗ от 23 ноября 2009 года «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» в части оптимизации электропотребления ЭПС на тягу поездов;
обеспечить коммерческий расчет за потребленную на тягу электроэнергию с коммерческими структурами (первой грузовой компанией, перевозочными компаниями, собственниками локомотивов);
обеспечить учет расхода электроэнергии на тягу поездов в границах поставки электроэнергии разными поставщиками электрической энергии с разными тарифами;
обеспечить учет расхода электроэнергии на тягу поездов в границах железных дорог, учет расхода электроэнергии на тягу поездов при заездах на смежные железные дороги для взаиморасчетов;
обеспечить учет расхода электроэнергии на тягу поездов в границах плеч обращения ЭПС разных депо и межподстанционных зон тяговых подстанций;
согласовать показания систем учета на ЭПС и тяговых подстанциях, определить технологические потери в тяговой сети (контактной и рельсовой сети) как разницу между показаниями систем учета;
получить основание для включения в тариф на услуги по передаче электроэнергии на ЭПС потери в тяговой сети;
автоматизировать съем показаний расхода электроэнергии со всех единиц ЭПС и исключить «человеческий» фактор (исключить списывание в ручную данных со счетчиков).