Влияние организации движения соединенных грузовых поездов на повышение пропускной способности участков, электрифицированных на постоянном токе

УДК 621.331.3.024

Б. А. Аржанников, И. А. Баева

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), г. Екатеринбург, Российская Федерация

ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ СОЕДИНЕННЫХ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ НА ПОВЫШЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ УЧАСТКОВ, ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

Аннотация. Проведен анализ влияния организации формирования соединенных грузовых поездов на пропускную способность участков железных дорог. Представлены результаты электрических расчетов системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ трех участков Свердловской и Южно-Уральской железных дорог при регулировании скорости движения поездов от 50 до 100 км/ч с различными локомотивами при пропуске двух одиночных и одного соединенного грузовых поездов с применением системы бесконтактного автоматического регулирования напряжения в контактной сети, позволяющих дать оценку пропускной способности трех участков. В ходе проведения расчетов применялась разработанная уточняющая методика с применением поправочных токовых коэффициентов Ыхх и Ыст. Доказана необходимость их применения в электрических расчетах.

Ключевые слова: пропускная способность, электрифицированные участки, постоянный ток, электровозы, расчетный комплекс тягового электроснабжения «КОРТЭС», скорость движения поездов, потери и расход электрической энергии.

Boris A. Arzhannikov, Irina A. Baeva

Ural State University of Railway Transport (USURT), Yekaterinburg, the Russian Federation,

INFLUENCE OF THE ORGANIZATION OF THE MOVEMENT OF THE UNITED FREIGHT TRAINS ON THE INCREASING OF THE CAPACITY OF THE PLOTS ELECTRIFIED ON A DC

Abstract. The analysis of the influence of the organization of the formation of United freight trains on the throughput capacity of railway sections has been carried out. The results of electrical calculations of the 3.0 kV dc power supply system of 3 sections of the Sverdlovsk and South Ural railways are presented when controlling the speed of trains from 50 km / h to 100 km / h with various locomotives while passing two single and one connected cargo trains using the system of contactless automatic voltage regulation in the contact network, allowing to assess the throughput capacity of the three sections. In the course of the calculations, the developed refinement method was applied using the correction current factors KIxx and KIst. Proved the need for their use in electrical calculations.

Keywords: carrying capacity, electrified areas, direct current, electric locomotives, KORTES traction power distribution system, train speed, losses and electric power consumption.

Инструкция по организации обращения грузовых поездов повышенной массы и длины (ПМД) на железнодорожных путях общего пользования ОАО «РЖД» (утверждена распоряжением ОАО «РЖД» № 1799р от 1 сентября 2016 г.) устанавливает порядок и правила обращения ПМД и соединенных поездов (СП). Организация обращения поездов СП и ПМД направлена на повышение пропускной и провозной способности [1].

В статье рассматривается влияние соединенных поездов на введенное утверждение о «повышении пропускной и провозной способности участков и направлений...».

С учетом технических и технико-экономических оценок движения поездов РФ в 2002 г. МПС приняло решение о введении унифицированных массы грузовых поездов 6000 т и длины - 71 условный вагон. Длина станционных путей некоторых станций может не разместить СП, поэтому СП может выходить на перегон за пределы выходного светофора. 25.05.2015 г. утверждена технология вождения СП на Свердловской железной дороге [2]. СП формируется с выходом за выходной светофор станции Седельниково с временем формирования 41 мин и на станции Курган перед выходным светофором с временем формирования 33 мин.

На рисунке 1 представлены фрагменты формирования СП на станции Курган. Штриховой линией показан условный обходной путь, по которому отправляются со станции на перегон одиночные поезда (ОП). Фрагмент на рисунке 1, а соответствует установке поезда 1С (первого из СП) перед выходным светофором (момент занятости перегона - начало формирования СП и момент отправления первого одиночного поезда 1ОП по обходному пути).

П<р*ыА одл и очный пдш ЮПу

I

_пп

[1ф|ЬЙ ЛОетД \С * соеднНС1ГНОЧ посис

Пищ

_I юн ! [ ЮТ1 !__

<£13^

б

Юыкн 10 пин

Ю11 I юн I I аои I _

Ю ынн

10 МЧИ

10 ИНН

__СшЮ_шО.

юп I I <р[1 I__

_ЕЖЬ

1; -53 МНИ

ш

Рисунок 1 - Схемы фрагментов формирования соединенного поезда и одиночных поездов

с заданным межпоездным интервалом

На рисунке 1, б по обходному пути через 10 мин после первого одиночного поезда 1ОП отправился второй одиночный поезд 2ОП. Через 30 мин формирования соединенного поезда со станции по обходному пути (рисунок 1, г) отправился 4-й одиночный поезд 4ОП, откуда сумма трех времен межпоездного интервала по 10 мин и сумма времен хода трех поездов практически соответствует времени 33 мин.

Таким образом, за время формирования и отправления одного соединенного поезда может быть отправлено четыре одиночных поезда, т. е. проходимость участка снижается в два раза.

Для проведения электрического расчета системы тягового электроснабжения (СТЭ) постоянного тока 3,0 кВ [3] при организации движения двух ОП с заданным межпоездным интервалом и одного СП используется программный комплекс «КОРТЭС» (комплекс расчетов тягового электроснабжения), основанный на методе имитационного моделирования и разработанный ВНИИЖТом.

а

в

г

№ 2(34) ЛЛ4 о 111ПГГТ111 Транссиба 51

—2018=

В таблице 1 приведены исходные данные для проведения электрических расчетов на различных участках железных дорог (ж. д.) по профилю пути с использованием различных локомотивов и скорости движения грузовых поездов.

Таблица 1 - Условия электрического расчета СТЭ участков

Условия расчета Участки движения поездов

Подволошная -Вогулка Войновка-Богданович Курган -Колчедан

Тип локомотива 2ЭС10 2ЭС6 2хВЛ10

Масса состава, т 6000

Скорость движения, км/ч 50; 60; 70; 80; 90; 100

Напряжение в контактной сети для тяговых расчетов, В 3000

Напряжение на шинах тяговых подстанций, В Цхх = 3500 В

ист = 3700 В

На рисунках 2 - 4 представлены профиль пути, силовое оборудование для участков Под-волошная - Вогулка Свердловской ж.д., Войновка - Богданович Свердловской ж. д. и Курган - Колчедан Южно-Уральской ж. д.

Рисунок 2 - Продольный профиль пути участка Подволошная - Вогулка

Установка на тяговых подстанциях электрифицированных участков железных дорог постоянного тока 3,0 кВ системой бесконтактного автоматического регулирования напряжения (БАРН) допустимого [4 - 6] уровня стабилизации напряжения 3700 В позволяет снизить потери электрической энергии в тяговой сети, что приводит к снижению расхода электрической энергии на тягу.

В таблицах 2 - 4 представлены результаты электрического расчета СТЭ на указанных выше участках с отсутствием движения в четном направлении и с движением в нечетном направлении двух ОП массой по 6000 т с межпоездным интервалом 10 мин и двух соединенных между собой одиночных грузовых поездов массой по 6000 т [6000 т + 6000 т] - СП. Тя-

говые подстанции участков работают по естественным внешним характеристикам с напряжением холостого хода их.х = 3500 В.

Продольный профиль пути Богданович 1 Ü "Ч ¿5 1 § § ^ч I 3 § -J он | g t 1 вон

Уклоныы Нечетный

Четный

Состав контакной подвески • S71 . 173 86 1 . 16,3 , . 20,0 М120+2МФ100- , 301 2А185 . 41 . 19,5 , 19,7 . 16,9 . 12,1 . . 19,0 . 18,6

Длина межподстанционной зона, км

Тяговые подстанции

Посты секционирования, пункты параллельного соединения № М W } It И

3 1 1 1 t ! Понизительные трансформаторы ТРДН-250000/110 тан 16000/110 тан 16000/110 тан-16000/ 110 Тан-16000/110 Тан-16000/110 Тан-16000/110 Тан-16000/110 Тан-16000/110 Тан-16000/110 Тан-16000/110 ТРан-250000/110 ТРан-250000/110

Преобразовательные трансформаторы ТМПУ-16000/10 ТДП-16000/10 ТДП-16000/10 ТДП-16000/10 ТДП-16000/10 ТДП-16000/10 ТаП-16000/10 ТаП-16000/10 ТаП-16000/10 ТаП-16000/10 ТаП-16000/10 ТаП-16000/10 тап-16000/10

Управляемые реакторы РТДП-6300/10 РТДП-6300/10 РТДП-6300/10 РТДП-6300/10 РТДП-6300/10 ртдп-6300/10 РТаП-6300/10 РТаП-6300/10 РТаП-6300/10 РТаП-6300/10 РТаП-6300/10 РТаП-6300/10 РТаП-6300/10

Количество преобразовательных агрегатов 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Рисунок 3 - Продольный профиль пути участка Войновка - Богданович

Продольный профиль пути  ! а Р N 1 л в 1 й \ о. 1 ¡5 I Ч й4-ч У ч 1 щ ! j ! ] ¡F* В.

5 ****•——^

Уклони %о Нечетный 6.7 5,5 5.5 6 5.7

Четный —V 6.2 5,9 8.2 ю 6.5 8.6 8.5 ьм

Систпб контактной лодбески Длинп пежподапанцитнпй зоны, км ТягоАые подстанции Ц1 Ю1 22,6 21 2iJ N¡20' 22.5 ЖФЮО' 2D.0 ?АВ5 19,2 17,0 2Ц 20.7 Ц5 ца

Посты секционирования Пункты параллельного соединения > 4 № •Ж < № ч }} }

а 1 1 1 1 Понизительные щкжформатюры ТЛН-i&aoo TÜH-16000 Ш-16000 ТДН-16000 гдн-16000 TQH-16000 ТДИ-ТбООО ГДН-16000 тдн~ 16000 ГЗН-ШШ глн-16000 тт-16000 тлгн-10000

Преобразобательные тронсфорхиторы 1РДП- шоо треп-WO! ТРЛП-16000 ГРД17-16000 ТРДП-16000 7РЛП-16000 ТРДО- 16000 ТРЛП-КООО ТРЛИ-16000 ГРЛ17-16000 ТРДП-16000 ТРЛЛ-16000 ГРЛП-16000

Ипрадляемып реакторы ргеп-6300 РГЛП- sjoo РГДО-6Ш РГДП-6300 РТЛП-6300 РТЛЛ-6300 РГЛП-6300 РТДП-6300 РГЛП- 6300 РГЛГЬ 6300 РШ-6300 ртдп-6300 РТДП-6300

Количество преоИрозоВщпельных пгрегптой г г г 2 2 2 г 2 2 2 2 2 2

Рисунок 4 - Продольный профиль пути участка Курган - Колчедан

В таблицах приведены расходы электрической энергии на тягу Ат по счетчикам электроподвижного состава АЭПС и тяговых подстанций АТП; потери электроэнергии (ЭЭ) в тяговой сети А АТС и трансформаторах ДАтр (ААтр.нагр + ДАтр.х.х).

№ 2(34) ЛЛ л о I11Г1 Г( Till Транссиба 53

=2018

Таблица 2 - Результаты электрического расчета СТЭ на участке Подволошная - Вогулка с отсутствием движения в четном направлении и с движением с электровозами 2ЭС10 в нечетном направлении двух ОП массой по 6000 т с межпоездным интервалом 10 мин и двух соединенных между собой ОП массой по 6000 т [6000 т + 6000 т] - соединенный поезд

V, км/ч Название поезда, масса, тыс. т Напряжение ТП ил, кВ Расход ЭЭ на тягу Ат = Аэпс + ДАтс, кВтч Потери ЭЭ в тяговой сети ДАтс, кВтч Расход ЭЭ в ЭПС Аэпс, кВтч 0х , 0х 0 0 Н А с т Потери ЭЭ в трансформаторах ДАтр нагр./х.х, кВтч £ Э П А Э Т Д ч « Ь + £ е е ^ % ев ее II * " н т А Количество МПЗ менее 2700 В, шт. Увеличение Атп после введения СП, %

50 ОП 6 - 6 17401 1430 15971 8,2 66/1375 18842 - - 1,29

СП [6 + 6] 17214 2132 15082 12,4 84/1301 18599 3

60 ОП 6 - 6 18481 1711 16770 9,3 79/1153 19713 - - 1,44

СП [6 + 6] 18239 2616 15623 14,3 104/1087 19430 3

70 ОП 6 - 6 18995 1946 17049 10,2 91/1021 20107 - - 1,74

СП [6 + 6] 3,5 18699 3029 15670 16,2 120/939 19758 3

80 ОП 6 - 6 х.х 20007 2065 17942 10,3 99/922 21028 - -1,82

СП [6 + 6] 19673 3259 16414 16,6 132/840 20645 4

90 ОП 6 - 6 20343 2145 18198 10,5 103/840 21286 - - 1,82

СП [6 + 6] 19986 3409 16577 17,1 139/774 20899 5

100 ОП 6 - 6 19701 2109 17592 10,7 97/790 20588 - - 2,09

СП [6 + 6] 19313 3356 15957 17,4 136/708 20157 4

Таблица 3 - Результаты электрического расчета СТЭ на участке Войновка - Богданович с отсутствием движения в четном направлении и с движением с электровозами 2ЭС6 в нечетном направлении двух ОП массой по 6000 т с межпоездным интервалом 10 мин и двух соединенных между собой ОП массой по 6000 т [6000 т + 6000 т] - СП

V, км/ч Название поезда, масса, тыс. т Напряжение ТП ил, кВ Расход ЭЭ на тягу Ат = Аэпс + ДАтс, кВтч Потери ЭЭ в тяговой сети ДАтс, кВтч Расход ЭЭ в ЭПС Аэпс, кВтч ДАтс / Ат-100 %, % Потери ЭЭ в трансформаторах ДАтр нагр./х.х, кВтч Расход ЭЭ на тягу ТП Атп = Ат + ДАтр, кВтч Количество МПЗ менее 2700 В, шт. Увеличение Атп после введения СП, %

50 ОП 6 - 6 25704 1119 24585 4,4 48/4754 30506 - -

СП [6 + 6] 25589 1716 23873 6,7 59/4623 30271 - 0,77

60 ОП 6 - 6 26495 1582 24913 6,0 68/3835 30398 - -

СП [6 + 6] 26316 2422 23894 9,2 85/3704 30105 1 0,96

70 ОП 6 - 6 26520 1712 24808 6,5 75/3325 29920 - -

СП [6 + 6] 3,5 х.х 26262 2720 23542 10,4 99/3194 29555 3 1,22

80 ОП 6 - 6 29061 2209 26852 7,6 91/2931 32083 - -

СП [6 + 6] 28685 3512 25173 12,2 126/2800 31611 4 1,47

90 ОП 6 - 6 30933 2457 28476 7,9 104/2640 33677 - -

СП [6 + 6] 30486 3950 26536 13,0 146/2508 33140 5 1,59

100 ОП 6 - 6 32935 2675 30260 8,1 116/2421 35472 - -

СП [6 + 6] 32479 4362 28117 13,4 158/2290 34927 5 1,54

Таблица 4 - Результаты электрического расчета СТЭ на участке Курган - Колчедан с отсутствием движения в четном направлении и с движением с электровозами 2хВЛ10 в нечетном направлении двух ОП массой по 6000 т с межпоездным интервалом 10 мин и двух соединенных между собой ОП массой по 6000 т [6000 т + 6000 т] - СП

V, км/ч Название поезда, масса, тыс. т Напряжение ТП иа, кВ £ ё ? ¡Г) п н он о хАт т Потери ЭЭ в тяговой сети ДАтс, кВтч Расход ЭЭ в ЭПС Аэпс, кВтч , 0х 0 0 Н х с т Потери ЭЭ в трансформаторах ДАтр нагр./х.х, кВтч Расход ЭЭ на тягу ТП Атп = Ат + ДАтр, кВтч Количество МПЗ менее 2700 В, шт. Увеличение Атп после введения СП, %

50 ОП 6 - 6 27888 1172 26716 4,2 59/8222 32769 - -

СП [6 + 6] 27774 1748 26026 6,3 70/4689 32533 - 0,72

60 ОП 6 - 6 29939 1529 28410 5,1 81/4013 34033 - -

СП [6 + 6] 29786 2248 27538 7,5 96/3881 33763 - 0,79

70 ОП 6 - 6 31511 1976 29535 6,3 106/3455 35072 - -

СП [6 + 6] 3,5 х.х 31283 2968 28315 9,5 130/3322 34735 - 0,96

80 ОП 6 - 6 33566 2297 31269 6,8 125/3043 36734 - -

СП [6 + 6] 33226 3591 29635 10,8 160/2911 36297 2 1,19

90 ОП 6 - 6 34046 2790 31256 8,2 144/2705 36895 - -

СП [6 + 6] 33573 4341 29232 12,9 193/2573 36339 4 1,51

100 ОП 6 - 6 37839 3242 34597 8,6 170/2470 40479 - -

СП [6 + 6] 37237 5262 31975 14,1 233/2337 39807 10 1,66

Общим требованием при оценке технико-энергетических показателей работы электровозов (при пропуске двух ОП и одного СП) является обеспечение при заданной технической скорости равенства времени хода по участку и одинаковой тонно-километровой работы.

При равных тонно-километровой работе и заданной технической скорости движения поездов затрачивается одинаковая механическая работа, поэтому расходы электрической энергии по счетчикам электровозов будут одинаковыми.

Из анализа данных таблиц 2 - 4 следует, что повышенный при СП ток двух электровозов по сравнению с токами при ОП вызывает увеличение потерь ЭЭ в тяговой сети (ДАтс), уменьшение напряжения на токоприемнике электровозов, вызывающее снижение скорости движения и, соответственно, снижение расхода электрической энергии на тягу (Ат) и на тяговой подстанции (Атп). Снижение Атп после введения СП на участке Подволошная - Вогулка составляет от 1,29 до 2,09 %; Войновка - Богданович - 0,77 - 1,59 %; Курган - Колчедан -0,72 - 1,66 %. При этом увеличивается количество межподстанционных зон, непроходимых согласно утверждению работы [7] по уровню напряжения 2700 В: например, при скорости движения поездов 100 км/ч при организации движения СП на участках Подволошная - Вогулка - 4 зоны, Войновка - Богданович - 5 зон, Курган - Колчедан - 10 зон. Снижение скорости движения поездов вызывает снижение пропускной способности участка.

Для повышения скорости движения и соответственно пропускной способности необходимо повысить силу тяги двигателей электровоза за счет увеличения тока якоря /я, тем самым увеличивается ток электровоза /э. Для этого в электрическом расчете СТЭ участка с движением СП при нерегулируемом напряжении тяговых подстанций их.х = 3,5 кВ для повышения расхода электрической энергии АЭПС до базового расхода ЭЭ АЭПС б вводятся поправочные токовые коэффициенты К1х.х > 1, увеличивающие токи электровозов 1э СП. За базовую величину АЭПС б принимается расход ЭЭ по счетчикам ЭПС при пропуске ОП. Значение К1х.х определяется с помощью метода итерации [8].

Таким образом, расход АЭПС сохраняется практически неизменным (с заданной погрешностью, например, 1 %), что дает возможность выполнить оценку технико-энерегетических показателей при пропуске ОП и СП.

В таблицах 5 - 7 представлены результаты электрического расчета СТЭ при введении в электрический расчет поправочных токовых коэффициентов К1х.х > 1 с отсутствием движения

в четном направлении и с движением в нечетном направлении двух ОП массой по 6000 т с межпоездным интервалом 10 мин и двух соединенных между собой одиночных грузовых поездов массой по 6000 т [6000 т + 6000 т] - СП.

Таблица 5 - Результаты электрического расчета СТЭ на участке Подволошная - Вогулка с введением поправочных коэффициентов К1х х > 1 и К1ст < 1

V, км/ч Название поезда, масса, тыс. т Напряжение ТП ил, кВ Поправочные токовые коэффициенты КI Расход ЭЭ на тягу Ат = Аэпс + ДАтс, кВт-ч Потери ЭЭ в тяговой сети ДАтс, кВт-ч Расход ЭЭ в ЭПС Аэпс, кВт-ч 0х , 0х О О н А с т АтД Потери ЭЭ в трансформаторах ДАтр нагр./х.х, кВт-ч Расход ЭЭ на тягу ТП Атп = Ат + ДАтр, кВт-ч Количество МПЗ менее 2700 В, шт. Увеличение Атп после введения СП, % при Па, кВ

х.х ст. 3,5 х.х 3,7 ст.

50 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 17401 1430 15971 8,2 66/1375 18842 - 5,7 3,43

3,7ст 0,9 17082 1069 16013 6,3 91/1492 18665 -

СП [6 + 6] 3, 5 хх 1,08 18517 2487 16030 13,4 98/1301 19916 3

3,7ст 0,87 17767 1758 16009 9,9 127/1411 19305 -

60 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 18481 1711 16770 9,3 79/1153 19713 1 7,34 4,08

3,7ст 0,89 18021 1254 16767 7 106/1251 19375 -

СП [6 + 6] 3, 5 хх 1,1 19948 3166 16782 15,9 125/1087 21160 3

3,7ст 0,85 18833 2145 16688 11,4 153/1179 20165 -

70 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 18995 1946 17049 10,2 91/1021 20107 1 9,64 6,37

3,7ст 0,88 18395 1402 16993 7,6 118/1108 19621 -

СП [6 + 6] 3, 5 хх 1,13 20953 3867 17086 18,5 154/939 22046 5

3,7ст 0,84 19673 2568 17105 13,1 180/1018 20871 -

80 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 20007 2065 17942 10,3 99/922 21028 1 10,45 6,01

3,7ст 0,88 19405 1489 17916 7,7 127/1001 20533 -

СП [6 + 6] 3, 5 хх 1,14 22213 4235 17978 19,1 172/840 23225 5

3,7ст 0,83 20661 2745 17916 13,3 196/911 21768 -

90 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 20343 2145 18198 10,5 103/840 21286 1 11,35 5,84

3,7ст 0,88 19754 1554 18200 7,9 130/911 20795 -

СП [6 + 6] 3, 5 хх 1,15 22745 4508 18237 19,8 183/774 23702 5

3,7ст 0,82 20966 2856 18110 13,6 204/840 22010 -

100 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 19701 2109 17592 10,7 97/790 20588 - 11,9 6,51

3,7ст 0,88 19121 1531 17590 8 124/849 20094 -

СП [6 + 6] 3, 5 хх 1,16 22148 4515 17633 20,4 183/708 23039 4

3,7ст 0,82 20433 2863 17570 14 202/768 21403 -

В таблицах 5 - 7 представлены также результаты электрического расчета СТЭ при введении устройств регулирования напряжения системой БАРН до уровня 3700 В. В расчетах применялась новая методика [9, 10] с использованием поправочных токовых коэффициентов Кст < 1.

При увеличении тока электровоза 1э в электрических расчетах повышаются скорость движения и пропускная способность участка. При пропуске СП увеличиваются расход ЭЭ в ЭПС АЭПС, потери ЭЭ в тяговой сети ДАТС и расход ЭЭ на тягу ТП АТП.

При нерегулируемом на тяговых подстанциях напряжении их.х = 3500 В происходит повышение АТП при движении СП по сравнению с движением ОП и составляет на участках: Под-волошная - Вогулка - от 5,70 до 11,90 %, Войновка - Богданович - 1,68 - 7,18 %; Курган -Колчедан - 1,76 - 7,92 %. При этом количество межподстанционных зон, не проходимых согласно выводам работы [7] по уровню напряжения 2700 В например, при скорости движения поездов 100 км/ч при организации движения СП на участках Подволошная - Вогулка - 4 зоны, Войновка - Богданович - 6 зон, Курган - Колчедан - 10 зон, при пропуске ОП все МПЗ проходят.

Таблица 6 - Результаты электрического расчета СТЭ на участке Войновка - Богданович с введением поправочных коэффициентов К1х х > 1 и К1ст < 1

V, км/ч Название поезда, масса, тыс. т Напряжение ТП Ud, кВ Поправочные токовые коэффициенты КI £ и Ё £ Зн т^н Г> < ^ + Ч о о а X m ä ^ Рч II т ^ Потери ЭЭ в тяговой сети ДАтс, кВтч Расход ЭЭ в ЭПС Аэпс, кВтч 0х , 0х О О н ^ с т Потери ЭЭ в трансформаторах ДАтр нагр./х.х, кВтч С ? н н ^ & £ 5 U н Д Э+ х || сп ат Количество МПЗ менее 2700 В, шт. Увеличение Атп после введения СП, % при Ud, кВ

х.х ст. 3,5 х.х 3,7 ст.

50 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 25704 1119 24585 4,4 48/4754 30506 - 1,68 1,98

3,7ст 0,91 25142 855 24287 3,4 67/5211 30420 -

СП [6 + 6] 3 , 5 хх 1,03 26334 1821 24513 6,9 62/4623 31019 -

3,7ст 0,91 25866 1406 24460 5,4 90/5067 31023 -

60 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 26495 1582 24913 6 68/3835 30398 - 3,24 1,81

3,7ст 0,91 26083 1211 24872 4,6 96/4204 30383 -

СП [6 + 6] 3 , 5 хх 1,05 27584 2670 24914 9,7 94/3704 31382 2

3,7ст 0,89 26743 1969 24774 7,4 131/4060 30934 -

70 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 26520 1712 24808 6,5 75/3325 29920 - 4,71 3,47

3,7ст 0,9 25888 1284 24604 5 102/3644 29634 -

СП [6 + 6] 3 , 5 хх 1,07 28021 3114 24907 11,1 114/3194 31329 3

3,7ст 0,88 27008 2245 24763 8,3 154/3500 30662 -

80 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 29061 2209 26852 7,6 91/2931 32083 - 6,24 4,12

3,7ст 0,9 28446 1667 26779 5,9 123/3213 31782 -

СП [6 + 6] 3 , 5 хх 1,09 31135 4172 26963 13,4 150/2800 34085 4

3,7ст 0,87 29827 2952 26875 9,9 195/3069 33091 -

90 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 30933 2457 28476 7,9 104/2640 33677 - 7,04 5,06

3,7ст 0,89 30011 1817 28194 6,1 136/2893 33040 -

СП [6 + 6] 3 , 5 хх 1,1 33362 4780 28582 14,3 177/2508 36047 6

3,7ст 0,86 31737 3299 28438 10,4 226/2749 34712 -

100 ОП 6 - 6 3 , 5 хх 1 32935 2675 30260 8,1 116/2421 35472 - 7,18 4,1

3,7ст 0,89 32007 1985 30022 6,2 148/2653 34808 -

СП [6 + 6] 3 , 5 хх 1,1 35538 5279 30259 14,9 192/2290 38020 6

3,7ст 0,85 33484 3552 29932 10,6 242/2509 36235 -

№ 2(34) ЛЛ л о I11Г1 Г( Till Транссиба 57

=2018

Таблица 7 - Результаты электрического расчета СТЭ на участке Курган - Колчедан с введением поправочных коэффициентов К1х х > 1 и К1ст < 1.

V, км/ч Название поезда, масса, тыс. т Напряжение ТП и, кВ Поправочные токовые коэффициенты КI Расход ЭЭ на тягу Ат = Аэпс + ДАтс, кВт-ч Потери ЭЭ в тяговой сети ДАтс, кВт-ч Расход ЭЭ в ЭПС Аэпс, кВт-ч 0х , 0х О О н А с т Потери ЭЭ в трансформаторах ДАтр. нагр./х.х, кВт-ч Расход ЭЭ на тягу ТП Атп = Ат + ДАтр, кВт-ч Количество МПЗ менее 2700 В, шт. Увеличение Атп после введения СП, % при и, кВ

х.х ст. 3,5 х.х 3,7 ст.

50 ОП 6 - 6 3, 5хх 1 27888 1172 26716 4,2 59/4822 32769 - 1,76 2,01

3,7ст 0,91 27282 898 26384 3,3 79/5281 32642 -

СП [6 + 6] 3,5хх 1,03 28582 1855 26727 6,5 74/4689 33345 -

3,7ст 0,91 28059 1433 26626 5,1 104/5136 33299 -

60 ОП 6 - 6 3, 5хх 1 29939 1529 28410 5,1 81/4013 34033 - 2,61 2,00

3,7ст 0,91 29426 1172 28254 4 108/4395 33929 -

СП [6 + 6] 3,5хх 1,04 30936 2436 28500 7,9 104/3881 34921 -

3,7ст 0,9 30216 1833 28383 6,1 142/4250 34608 -

70 ОП 6 - 6 3, 5хх 1 31511 1976 29535 6,3 106/3455 35072 - 3,34 1,91

3,7ст 0,9 30799 1482 29317 4,8 140/3784 34723 -

СП [6 + 6] 3,5хх 1,05 32780 3272 29508 10 143/3322 36245 -

3,7ст 0,88 31550 2356 29194 7,5 189/3639 35387 -

80 ОП 6 - 6 3, 5хх 1 33566 2297 31269 6,8 125/3043 36734 - 4,89 3,64

3,7ст 0,9 32898 1731 31167 5,3 162/3333 36393 -

СП [6 + 6] 3,5хх 1,07 35437 4112 31325 11,6 184/2911 38532 4

3,7ст 0,88 34287 2963 31324 8,6 242/3188 37717 -

90 ОП 6 - 6 3, 5хх 1 34046 2790 31256 8,2 144/2705 36895 - 6,29 4,2

3,7ст 0,88 32762 2023 30739 6,2 178/2962 35902 -

СП [6 + 6] 3,5хх 1,09 36412 5157 31255 14,2 229/2573 39214 6

3,7ст 0,85 34310 3473 30837 10,1 283/2818 37411 -

100 ОП 6 - 6 3, 5хх 1 37839 3242 34597 8,6 170/2470 40479 - 7,92 3,81

3,7ст 0,89 36901 2412 34489 6,5 213/2705 39819 -

СП [6 + 6] 3,5хх 1,11 41060 6483 34577 15,8 287/2337 43684 10

3,7ст 0,84 38432 4267 34165 11,1 346/2560 41338 -

Доказано [9], что при сохранении неизменными массы и скорости движения поездов, т. е. мощности электровоза в каждой точке пути и, соответственно, расхода ЭЭ на тягу, с повышением напряжения на тяговых подстанциях (и в контактной сети) снижается ток электровоза и, естественно, снижаются потери ЭЭ в контактной сети ДАТС и удельный расход ЭЭ на тягу ат. По данным таблиц 5 - 7 можно заключить, что при введении устройств регулирования напряжения системой БАРН на уровне ист = 3700 В (при введении коэффициентов К ст < 1) потери ЭЭ в тяговой сети ДАТС снижаются по сравнению с режимом без стабилизации напряжения на шинах ТП с их.х = 3500 В: например, при пропуске ОП на участках Подволошная - Вогулка -от 25,2 до 27,4 %, Войновка - Богданович - 23,6 - 25,8 %, Курган - Колчедан - 23,4 - 25,6 %.

На рисунках 5 - 10 обозначено: пунктирная линия - движение двух ОП; сплошная линия - СП; расход ЭЭ по счетчикам ЭПС АЭПС (1), с учетом потерь ЭЭ в тяговой сети АЭПС + ДАТС (2) и в трансформаторах АТП = АЭПС + ДАТС + ДАтр (3).

Рисунок 5 - Зависимость расхода ЭЭ на участке Подволошная - Вогулка от скорости движения поездов при естественных внешних характеристиках с ихх = 3500 В с движением только в нечетном направлении двух ОП с межпоездным интервалом 10 мин и одного СП

Рисунок 6 - Зависимость расхода ЭЭ на участке Войновка - Богданович от скорости движения поездов при естественных внешних характеристиках с ихх = 3500 В с движением только в нечетном направлении двух ОП с межпоездным интервалом 10 мин и одного СП

№ 2(34) ЛЛ л о I11Г1 Г( Till Транссиба 59

=2018

Рисунок 7 - Зависимость расхода ЭЭ на участке Курган - Колчедан от скорости движения поездов при естественных внешних характеристиках с ихх = 3500 В с движением только в нечетном направлении двух ОП с межпоездным интервалом 10 мин и одного СП

кВт-ч

?мш

юот

I >.Ш1м >

1Тпи1

1№(К1

I иоо

соединенный ипещ

_ _ 1 1П1Н-1 Я

ч 1,111 XI Р. 1  1 1 п.' I

—Г-

/ИЗ

—

/

— * _ у

_ ¿г >ч

шГ

*

*

_ -1 р

Г

I

£

ш

<0 ьо 7 км'ч 10 0

V

Рисунок 8 - Зависимость расхода ЭЭ на участке Подволошная - Вогулка от скорости движения поездов со стабилизацией напряжения на тяговых подстанциях на уровне 3700 В с движением только в нечетном направлении двух ОП с межпоездным интервалом 10 мин и одного СП

Рисунок 9 - Зависимость расхода ЭЭ на участке Войновка - Богданович от скорости движения поездов со стабилизацией напряжения на тяговых подстанциях на уровне 3700 В с движением только в нечетном направлении двух ОП с межпоездным интервалом 10 мин и одного СП

Рисунок 10 - Зависимость расхода ЭЭ на участке Курган - Колчедан от скорости движения поездов со стабилизацией напряжения на тяговых подстанциях на уровне 3700 В с движением только в нечетном направлении двух ОП с межпоездным интервалом 10 мин и одного СП

Результаты электрических расчетов СТЭ при естественных внешних характеристиках с х — 3500 В представлены на участках Подволошная — Вогулка (см. рисунок 5), Войновка — Богданович (см. рисунок 6), Курган - Колчедан (см. рисунок 7) с отсутствием движения в четном направлении и с движением в нечетном направлении двух ОП массой по 6000 т с межпоездным интервалом 10 мин; одного СП - двух соединенных между собой ОП массой по 6000 т [6000 т + 6000 т] - СП.

Результаты электрических расчетов СТЭ при введении регулирования напряжения на уровне 3700 В представлены на участках Подволошная - Вогулка (см. рисунок 8), Войновка - Богданович (см. рисунок 9), Курган - Колчедан (см. рисунок 10) с отсутствием движения в четном направлении и с движением в нечетном направлении двух ОП массой по 6000 т с межпоездным интервалом 10 мин; одного СП - двух соединенных между собой ОП массой по 6000 т [6000 т + 6000 т] - СП.

На основании изложенного можно сделать выводы.

1. Пропуская способность направления (участка) при введении СП с учетом формирования СП по сравнению с движением ОП снижается в два раза.

Результаты электрических расчетов по программе «КОРТЭС» без устройств регулирования (см. таблицы 2 - 4 и рисунки 5 - 7) и введением устройств регулирования напряжения на уровне 3700 В (см. таблицу 5 - 7 и рисунки 8 - 10) показывают:

расход электрической энергии по счетчикам ЭПС Аэпс практически совпадает при движении поездов по схемам ОП и СП (в среднем при скорости от 50 до 100 км/ч АЭПС различается при их.х = 3500 В на участках Подволошная - Вогулка на 0,22 %, Войновка - Богданович - 0,15, Курган - Колчедан - 0,06 %; при ист — 3700 В: Подволошная - Вогулка - на 0,07 %, Войновка - Богданович - 0,31, Курган - Колчедан - 0,14 %);

расход АЭПС с учетом потерь электрической энергии в тяговой сети ДАТС при пропуске СП увеличивается по сравнению с пропуском ОП (в среднем при скорости от 50 до 100 км/ч при их.х — 3500 В возрастает на участках Подволошная - Вогулка на 9,04 %, Войновка -Богданович - 5,49, Курган - Колчедан - 4,86 %; при ист — 3700 В: Подволошная - Вогулка -на 5,45 %, Войновка - Богданович - 3,98, Курган - Колчедан - 3,39 %);

расход АЭПС+ДАТС+ДАтр (с учетом потерь электрической энергии в трансформаторах) при СП возрастает по сравнению с пропуском ОП (в среднем при скорости от 50 до 100 км/ч при их.х — 3500 В на участках Подволошная - Вогулка на 9,40 %, Войновка - Богданович -5,02, Курган - Колчедан - 4,47 %; при ист — 3700 В: Подволошная - Вогулка - на 5,37 %, Войновка - Богданович - 3,42, Курган - Колчедан - 2,93 %);

удельный расход электрической энергии ат снижается при введении устройств регулирования напряжения системой БАРН на уровне 3700 В по сравнению с режимом без регулирования напряжения с их.х — 3500 В (в среднем при скорости от 50 до 100 км/ч при пропуске ОП снижается на участках Подволошная - Вогулка на 2,02 %, Войновка - Богданович - 1,00, Курган - Колчедан - 1,16 %; при пропуске СП: Подволошная - Вогулка - на 5,59 %, Войновка - Богданович - 2,48, Курган - Колчедан - 2,58 %).

2. Применение уточненной методики электрического расчета СТЭ с введением устройств регулирования напряжения позволяет выполнить более точную оценку влияния организации движения соединенных грузовых поездов на пропускную способность участков, электрифицированных на постоянном токе, с точки зрения технико -энергетических показателей.

3. Применение соединенных поездов может быть оправданным при ликвидации на направлении (участке) аварийных ситуаций.

Список литературы

1. Инструкция по организации обращения грузовых поездов повышенной массы и длины на железнодорожных путях общего пользования ОАО «РЖД». Утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 1 сентября 2016 г. № 1799р [Текст] / ОАО «РЖД». - М., 2016. - 43 с.

2. Технология вождения соединенных грузовых поездов с использованием системы ИСАВП-РТ локомотивными бригадами ТЧЭ-15 на участке Курган - Каменск-Уральский -Седельниково. Утверждена ОАО «РЖД» Свердловская дирекция тяги от 25 мая 2015 г. [Текст] / ОАО «РЖД». - Екатеринбург, 2015. - 13 с.

3. Концепция усиления системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ: Монография [Текст] / Б. А. Аржанников, И. О. Набойченко / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2015. - 258 с.

4. Совершенствование основных требований к системе и устройствам тягового электроснабжения постоянного тока [Текст] / Б. А. Аржанников, М. П. Бадер и др. // Электротехника. - 2016. - № 9. - С. 51 - 57.

5. Тарасовский, Т. С. Тиристорно-реакторное устройство регулирования напряжения под нагрузкой РПН преобразовательного трансформатора ТРСЗП-12500/10 ЖУ1 [Текст] / Т. С. Тарасовский // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. -Екатеринбург. - 2017. - № 3(54). - С. 87 - 91.

6. Аржанников, Б. А. Разработка системы и устройств тягового электроснабжения с повышенными технико-энергетическими показателями [Текст] / Б. А. Аржанников, И. А. Баева // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Интеграция образовательной, научной и воспитательной деятельности в организациях общего и профессионального образования» / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2017. - С. 20 - 26.

7. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации: утверждены приказом Министерства трансп. РФ от 21 декабря 2010 г. № 286 в редакции приказов Министерства трансп. РФ от 12.08.2011 № 210, от 04.06.2012 № 162, от 13.06.2012 № 164 (зарегистр. в Минюсте России 28.01.2011 № 19627; 18.06.2012 № 21758; 18.06.2012 № 24735) [Текст]. - Екатеринбург: УралЮрИздат, 2013. - 240 с.

8. Виленкин, Н. Я. Метод последовательных [Текст] / Н. Я. Виленкин. - М.: Наука, 1968. -108 с.

9. Аржанников, Б. А. Влияние регулирования напряжения на пропускную способность электрифицированных участков постоянного тока и на расход электрической энергии на тягу поездов [Текст] / Б. А. Аржанников, И. А. Баева // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург. - 2017. - № 4(55). - С. 71 - 75.

10. Аржанников, Б. А. Тяговое электроснабжение постоянного тока скоростного и тяжеловесного движения поездов: Монография [Текст] / Б. А. Аржанников / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2012. - 207 с.

11. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог [Текст] / К. Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

References

1. Instrukciya po organizacii obrashheniya gruzovyx poezdov povyshennoj massy i dliny na zheleznodorozhnyx putyax obshhego polzovaniya OAO «RZHD». (Instructions for organizing the circulation of freight trains of increased mass and length on public railways of OAO Russian Railways), Moscow, OAO «RZHD», 2016, 43 p.

2. Texnologiya vozhdeniya soedinennyx gruzovyx poezdov s ispolzovaniem sistemy isavp-rt lokomo-tivnymi brigadami tche-15 na uchastke Kurgan - Kamensk-Uralskij - Sedelnikovo. (The technology of driving connected freight trains using the ISAVP-RT system by the locomotive crews of TChE-15 in the Kurgan - Kamensk-Uralsky - Sedelnikovo section. Approved by Russian Railways Sverdlovsk Directorate of Thrust), Ekaterinburg, OAO «RZHD», 2015, 13 p.

3. Arzhannikov B. A., Nabojchenko I. O. Koncepciya usileniya sistemy tyagovogo elektrosnab-zheniya postoyannogo toka 3,0 kV (The concept of amplifying the system of traction power supply of DC 3.0 kV). Ekaterinburg, 2015, 258 p.

4. Arzhannikov B. A., Bader M. P., Burkov A. T. Improvement of the basic requirements for the system and devices for direct current power supply [Sovershenstvovanie osnovnyx trebovanij k

№ 2(34) 2018

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

sisteme i ustrojstvam tyagovogo elektrosnabzheniya postoyannogo toka]. Elektrotexnika, 2016, no 9, pp. 51 - 57.

5. Tarasovskij T. S. Thyristor-reactor voltage adjusting device under load tap changer converter transformer TRSZP-12500/10 ZHU1 [Tiristorno-reaktornoe ustrojstvo regulirovaniya napryazheni-ya pod nagruzkoj rpn preobrazovatelnogo transformatora TRSZP-12500/10 ZHU1]. Transport Urala, 2017, no 3(54), pp. 87 - 91.

6. Arzhannikov B. A., Baeva I. A. Razrabotka sistemy i ustrojstv tyagovogo elektrosnabzheniya s povyshennymi texniko-energeticheskimi pokazatelyami (Development of a traction power supply system and devices with enhanced technical and energy indicators). Ekaterinburg, 2017, p. 20.

7. Pravila texnicheskoj ekspluatacii zheleznyx dorog Rossijskoj Federacii: (Rules of technical operation of the railways of the Russian Federation), Ekaterinburg, Ural Yur Izdat, 2013, 240 p.

8. Vilenkin N. YA. Metodposledovatel'nykh priblizheniy (The method of successive approximations). Moscow: Nauka Publ., 1968, 108 p.

9. Arzhannikov B. A., Baeva I. A. The effect of voltage regulation on the throughput capacity of electrified sections of direct current and on the consumption of electrical energy on train traction [Vliyanie regulirovaniya napryazheniya na propusknuyu sposobnost elektrificirovannyx uchastkov postoyannogo toka i na rasxod elektricheskoj energii na tyagu poezdov]. Transport Urala, 2017, no 4(55), pp. 71 - 75.

10. Arzhannikov B. A. Tyagovoe elektrosnabzhenie postoyannogo toka skorostnogo i tyazhe-lovesnogo dvizheniya poezdov (Traction power supply of direct current for high-speed and heavy train movement). Ekaterinburg, 2012, 207 p.

11. Markvardt K. G. Elektrosnabzhenie elektrificirovannyx zheleznyx dorog (Electric power supply of electrified railways). Moscow: Transport Publ., 1982, 528 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Аржанников Борис Алексеевич

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).

Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.

Доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС.

Тел.: +7 (343) 221-24-78.

E-mail: BArzhannikov@usurt.ru

Баева Ирина Анатольевна

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).

Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.

Аспирант кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС.

Тел.: +7 (982) 753-64-56.

E-mail: IBaeva@usurt.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

Аржанников, Б. А. Влияние организации движения соединенных грузовых поездов на повышение пропускной и провозной способности участков электрифицированных на постоянном токе [Текст] / Б. А. Аржанников, И. А. Баева // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. - № 2 (34). -С. 50 - 64.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Arzhannikov Boris Alekseevich

Ural State University of Railway Transport (USURT).

66, Kolmogorov st., Yekaterinburg, 620034, the Russian Federation.

Doctor of Technical Sciences, Professor of the department Power supply of transport», USURT.

Phone: +7 (343) 221-24-78.

E-mail: BArzhannikov@usurt.ru

Baeva Irina Anatolyevna

Ural State University of Railway Transport (USURT).

66, Kolmogorov st., Yekaterinburg, 620034, the Russian Federation.

Postgraduate student of the department «Power

supply of transport », USURT.

Phone: +7 (982) 753-64-56.

E-mail: IBaeva@usurt.ru

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Arzhannikov В. А., Baeva I. A. Фамилия второго автора И. О. Effect of the movement of the united freight train at in-creasing the capacity and carrying capacity land electrified DC. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 2, no 34, pp. 50 - 64 (In Russian).