CC BY
14
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИК
УДК 621.132.6
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АУДИТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Р.Г. ИДИЯТУЛЛИН*, А.Э. АУХАДЕЕВ*,
С.В. КОЛЕСНИКОВ**, В.Н. ВОДОЛАЗОВ***
*Казанский государственный энергетический университет **МУП «Волгоградэлектротранс», г.Волгоград ***КУП «Электротранс», г. Самара
Рассматривается система энергетического аудита подвижного состава, позволяющая в режиме реального времени определять основные энергетические характеристики режимов движения тяговой единицы. Разрабатываемая система позволяет оптимизировать тяговые режимы подвижного состава по критерию минимального потребления электроэнергии. Внедрение системы энергетического аудита подвижного состава на предприятиях электротранспорта обусловлено необходимостью реорганизации существующих пассивных систем контроля и учета уровня электропотребления тяговой единицы.
В настоящее время экономическая ситуация в стране определяет тенденции к росту цен на энергоресурсы. Как известно, электрический транспорт является крупным потребителем электроэнергии, поэтому проблемы энергосбережения во всех его областях: на магистральных железных дорогах, на городском и промышленном электрическом транспорте, метрополитене - становятся все более актуальными.
Основная доля потребляемой электротранспортом электрической энергии -до 95% - расходуется на тягу подвижного состава (ПС). Эту величину можно уменьшить путем поддержания хорошего технического состояния ПС, обеспечением минимального сопротивления движению, эффективным использованием рекуперативного торможения, а также широким внедрением в практику эксплуатации рациональных режимов вождения ПС.
Из всего перечисленного последнее - особенно эффективно на городском электрическом транспорте, для которого характерны малые расстояния перегонов между остановками и для которых пусковые и тормозные потери составляют 60-70% общего расхода электроэнергии на электрическую тягу.
Очевидно, что оптимизируя пусковые и тормозные режимы, продолжительность выбега, количество включений силовой цепи на перегоне, возможно добиться существенного снижения потребления электроэнергии на тягу подвижного состава, при этом выбранные оптимальные параметры движения будут определять рациональный режим вождения на перегоне.
Как известно, пусковое ускорение ад и скорость Vд в момент входа на естественную характеристику определяется пусковым током: чем больше
© Р.Г. Идиятуллин, А.Э. Аухадеев, С.В. Колесников, В.Н. Водолазов Проблемы энергетики, 2005, № 1-2
пусковой ток, тем больше ускорение ад и меньше скорость V п . Следовательно, с повышением ускорения уменьшаются потери в пусковых реостатах вследствие уменьшения кинетической энергии в конце пуска и пускового пути. Экономия энергии при увеличении ускорения не ограничивается уменьшением пусковых потерь.
Электрическая энергия, расходуемая на движение поезда за какой-либо период времени, определяется интегралом
т
А = | ик гэ йЬ , Дж,
0
где ик - мгновенное значение напряжения на токоприемнике поезда, В; гэ -мгновенное значение тока, потребляемого всеми двигателями поезда при постоянном токе или его активной составляющей при переменном, А; Ь - время, с.
На рис. 1 изображены две зависимости скорости от времени: кривая 1 - при большем ускорении ад1 и кривая 2 - при меньшем ускорении ад.
Как видно из рис. 1, благодаря более быстрому разгону при большем ускорении оказывается возможным уменьшить скорость в момент начала торможения с VТ2 до VТ1. Поэтому с повышением пускового ускорения уменьшаются потери в тормозах при остановке поезда, которые
пропорциональны квадрату тормозной скорости.
Увеличение тормозного замедления аТ при данной технической скорости также снижает расход энергии, но не в столь значительной мере, как увеличение пускового ускорения. Как видно из рис. 2, на котором кривая 1 относится к большему замедлению, а кривая 2 - к меньшему, увеличение замедления позволило снизить скорость начала торможения с vт2 до vтl. Благодаря этому уменьшаются потери в тормозах и, соответственно, сокращается время потребления тока с Ьц до Ьц, а следовательно, и расход энергии.
Рис.1. Рис.2.
К сожалению, в настоящее время на практике не используются системы оценки энергетических (токовых и скоростных) характеристик движения подвижного состава.
В связи с актуальностью рассматриваемой проблемы на предприятиях городского электротранспорта авторами предлагается система, позволяющая регистрировать энергетические характеристики тяговой единицы на перегоне в режиме реального времени. Таким образом, производится энергетический аудит режимов вождения ПС.
Данное устройство позволяет определять динамику разгона (I), у(*і)), выбега ((в )), торможения ((Т )), количество включений силовой цепи подвижного состав, т.е. регистрирует токовые и скоростные характеристики тяговой единицы (ТЕ) на всем перегоне.
Структурная схема системы энергетического аудита подвижного состава представлена на рис 3.
Представленная система состоит из переносного ЭВМ (ПЭВМ), многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), согласующего устройства (СУ), калиброванных шунтов (Ш) и ряда преобразователей (П).
Рис.3. Структурная схема системы энергетического аудита ПС
Установка системы на ПС не требует ни изменения, ни существенных доработок электрической схемы.
Количество каналов системы определяется числом снимаемых характеристик (ток ТД, скорость, напряжение контактной сети, электромеханический разброс ТД и т.д.).
В простейшем случае достаточно снимать две характеристики - токовую
I (I) и скоростную * Х ).
Для этого соответствующие выводы согласующего устройства прибора с помощью экранированного кабеля подключаются к шунту амперметра тяговых двигателей Л14 (см. рис. 4) и к датчику скорости ДСЭ (МЭ.307), установленному на колесной паре ТЕ.
Основой предлагаемой системы является программный продукт, позволяющий на основе полученных данных строить кривые движения, по которым определяется наиболее рациональный режим вождения ПС на данном участке пути, а также степень отклонения реального режима от рационального.
Под рациональным понимается такой режим, при котором параметры разгона, выбега, торможения обеспечивают минимальное значение расхода электроэнергии.
Внедрение системы энергетического аудита ПС на предприятиях ГЭТ обусловлено необходимостью создания активной системы контроля и учета уровня электропотребления, позволяющей дифференцированно определять величину, а главное - причину перерасхода электрической энергии ТЕ. Существующие системы учета расхода электроэнергии лишь пассивно отслеживают уровень электропотребления подвижного состава, в связи с чем становится невозможным воздействовать на их параметры.
Рис.4. Схема электрическая принципиальная силовой части привода трамвая КТМ-5
Основной задачей разработанной системы является регистрация
энергетических характеристик режимов движения ПС, выявление величины отклонения реальных режимов от рациональных и определение направлений для их оптимизации по критерию минимального электропотребления.
Внедрение подобной системы энергетического аудита ПС позволит обеспечить до 10% экономии электроэнергии.
Summary
The system of power audit of the rolling-stock which allows in real-time mode to determine basic power performances of driving modes of traction unit is considered . The developed system allows to optimize tractions modes of the rolling-stock by criterion of a minimum utilization of power. The introduction of a system of power audit of the rolling-stock at the enterprises of an electrical carrier is stipulated by necessity of reorganization of existing passive monitoring systems and account of a level of a power consumption of traction unit.
Литература
1. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. изд. 2е , -М.: «Транспорт», 1983.-343 с.
2. Бакиров А.Р., Идиятуллин Р.Г. На трамваях можно экономить // Энергосбережение. -2000. -№1. -С.28-30.
3. Бузетти Д.К., Савин А.В., Томлянович Д.К. Повышение эффективности использования электроэнергии в транспортных системах трамвая и троллейбуса // Материалы семинара. Эффективность использования топливно-энергитических ресурсов на коммунальном транспорте: -М. -1978 - С.59-63.
Поступила 22.12.2004
