CC BY
57
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-производственной лаборатории «Энергосберегающие технологии и электромагнитная совместимость», доцент, ОмГУПС.
Тел.: (3812) 44-39-23.
E-mail: vilgelm87@gmail.com
Гутников Вячеслав Иванович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Старший научный сотрудник научно-производственной лаборатории «Энергосберегающие технологии и электромагнитная совместимость», ОмГУПС.
Тел.: (3812) 44-39-23.
E-mail: gutnikovvi@omgups.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Никифоров, М. М. Влияние параметров и режимов работы системы тягового электроснабжения на эффективность использования энергии рекуперации [Текст] / М. М. Никифоров, А. С. Вильгельм, В. И. Гутников // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. - № 1 (29). - C. 74 - 83.
35, Marx av. Omsk, 644046 Russia.
Candidate of Technical Sciences, senior researcher associate of research-and-production laboratory «Energy saving up technologies and electromagnetic compatibility», аssistant professor, OSTU.
Phore: (3812) 44-39-23.
E-mail: vilgelm87@gmail.com
Gutnikov Vyacheslav Ivanovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av. Omsk, 644046 Russia. Senior researcher associate of research-and-production laboratory «Energy saving up technologies and electromagnetic compatibility», OSTU. Phore: (3812) 44-39-23. E-mail: gutnikovvi@omgups.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Nikiforov M.M., Vilgelm A.S. Gutnikov V. I. Influence of parameters and operating modes traction power supply system on efficiency of energy recovery use. Journal of Transsib Railway Studies, 2017, vol. 29, no. 1, pp. 74 - 83 (In Russian).
УДК 621.311
В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов, В. Л. Незевак
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЯГОВОЙ СЕТИ В УСЛОВИЯХ СКОРОСТНОГО И ТЯЖЕЛОВЕСНОГО ДВИЖЕНИЯ
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы применения автоматизированных систем учета электроэнергии с целью контроля параметров работы системы тягового электроснабжения в условиях скоростного и тяжеловесного движения. В качестве основной системы контроля предложена автоматизированная система мониторинга энергоэффективности перевозочного процесса. Результаты апробации системы рассмотрены на примере измерений в границах действующего участка железных дорог постоянного тока Шаля - Подво-лошная Свердловской железной дороги.
Ключевые слова: тяжеловесное движение, скоростное движение, мониторинг, энергетические параметры, система тягового электроснабжения, автоматизация, учет электроэнергии.
Vasily T. Cheremisin, Alexey L. Kashtanov, Vladislav L. Nezevak
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
ORGANIZATION OF CONTROL LIMIT OPERATION MODE TRACTION NETWORK IN THE SPEED AND HEAVY MOVEMENT
Abstract. The paper discusses the use of automated electricity metering systems to control parameters of the traction power supply system in terms of speed and heavy movements. As the main control system offered an automated
system for monitoring energy efficiency of transportation process. The results of testing of the system considered in the measurement example, the boundaries of the active area of railways DC Shalya - Podvoloshnaya Sverdlovsk railway.
Keywords: heavyweight movement, high-speed movement, monitoring, energy options, traction power supply system, automation, electricity account
Развитие скоростного и тяжеловесного движения на железных дорогах предъявляет повышенные требования к инфраструктуре, в том числе к системам тягового электроснабжения (СТЭ). В частности, рост нагрузок в абсолютном выражении, увеличение частоты их появления приводят к увеличению потерь мощности и напряжения в тяговой сети и оборудовании тяговых подстанций. Например, динамика изменения массы грузового поезда в ОАО «РЖД» показывает, что в период с 1998 по 2015 г. произошло увеличение массы с 3120 до 3966 т, т. е. более чем на 20 %. При этом организация тяжеловесного движения связана с использованием кратной тяги, что увеличивает нагрузку единичного поезда при следовании по меж-подстанционной зоне.
Указанные обстоятельства привели к обострению проблемы поддержания напряжения на токоприемнике электроподвижного состава и заставили пересмотреть ряд нормативных требований, в частности, увеличения минимально допустимого напряжения на токоприемнике электроподвижного состава с 21 до 24 кВ на участках со скоростным и тяжеловесным движением.
Необходимо отметить, что развитие тяжеловесного движения и скоростного движения в России реализуется в условиях инфраструктуры, проектировавшейся в разные периоды прошлого столетия. Перспективные размеры движения, массы поездов и скорости движения, заложенные в проектах электрификации, не предусматривали организации тяжеловесного и скоростного движения, в связи с чем в последнее время был реализован ряд проектов по усилению систем тягового электроснабжения. Указанные проекты предусматривают работы как по переустройству тяговой сети, так и по реконструкции тяговых подстанций и внедрению дополнительных линейных устройств (постов секционирования, пунктов параллельного соединения и автотрансформаторных пунктов) [1].
Необходимость поддержания заданного уровня напряжения на токоприемнике электроподвижного состава привела не только к необходимости усиления контактной подвески, но и к необходимости увеличения установленной мощности тяговых подстанций, а в случаях с недостаточно высокой мощностью питающих энергосистем, приведенных к шинам высокого напряжения подстанций, и к распространению различных вольтодобавочных устройств, призванных компенсировать потери мощности и напряжения в оборудовании подстанций.
Рост тяговой нагрузки на участках железных дорог усложняет работу релейных защит присоединений тяговых подстанций и линейных устройств, что обусловлено снижением чувствительности защиты и необходимостью использования интеллектуальных цифровых защит в условиях, когда уровень тяговой нагрузки сравним с минимальными токами коротких замыканий.
В случае необходимости оценки параметров работы системы тягового электроснабжения при различных режимах движения электроподвижного состава, в том числе и в условиях скоростного и тяжеловесного движения, в основном применяются расчетно-аналитические методы (например, с использование программного комплекса «КОРТЭС»), а также результаты опытных поездок.
Опытные поездки, проводимые для исследования процессов в тяговой сети и подстанциях при увеличении массы поездов или пропуске скоростного электроподвижного состава, позволяют наиболее точно оценить уровень нагрузок тяговых подстанций и напряжение на токоприемниках электроподвижного состава. Указанную оценку параметров работы тяговых подстанций и, при необходимости, линейных устройств целесообразно проводить на основе системы мониторинга параметров работы системы тягового электроснабжения, позволяю-
щей определить все необходимые для контроля энергетические параметры работы тяговых подстанций, тяговой сети и электроподвижного состава.
В настоящее время в Омском государственном университете путей сообщения продолжаются работы по созданию единой автоматизированной системы мониторинга энергоэффективности перевозочного процесса (АСМЭПП). Как и было заложено в концепции по созданию АСМЭПП [2], весь комплекс работ был разделен на три укрупненных направления:
- разработка необходимой нормативно-технической базы;
- разработка автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии на фидерах контактной сети тяговых подстанций (АСКУЭ ФКС) [3];
- разработка единой автоматизированной системы учета электроэнергии на электроподвижном составе (ЕАСУЭ ЭПС) [4].
В 2014 г. внедрение и апробация системы АСКУЭ ФКС были выполнены на действующем участке железных дорог постоянного тока Шаля - Подволошная Свердловской железной дороги. Опытный полигон представляет собой участок, включающий в себя шесть тяговых подстанций (рисунок 1), на которых все вводы и фидеры 3,3 кВ оборудованы приборами учета электроэнергии, включенными в систему АСКУЭ ФКС.
ф - сервер по сбору, обработке и хранению данных
Рисунок 1 - Схема реализации проекта АСКУЭ ФКС на действующем участке Свердловской железной дороги
Реализованные в системе функции совместно с разработанной методологией по обработке данных синхронных измерений на тяговых подстанциях и электроподвижном составе в режиме «реального времени» позволяют обеспечивать контроль энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения за счет наличия функций измерения напряжений и токов, учета активной энергии в прямом и обратном направлениях, выявления потерь электрической энергии в контактной сети и оборудовании тяговых подстанций с временным интервалом три секунды [5, 6]. Передача данных с регистраторов параметров движения обеспечивает контроль нагрузки и напряжения на токоприемнике электровоза.
На рисунке 2 представлен фрагмент графика изменения тока и напряжения на электровозе серии 2ЭС10 тяжеловесного поезда при движении по участку Екатеринбург - Шаля.
На фрагменте графика, представленного на рисунке 2, видно, что ток нагрузки поезда в данном случае превышает номинальный ток установленного на тяговой подстанции преобразовательного агрегата В-ТПЕД-3,15к-3,3к-М-УХЛ4.
Как уже было отмечено выше, система позволяет получить данные об изменении нагрузки и напряжения, усредненные по трехсекундным интервалам измерений. В качестве примера на рисунке 3 представлен фрагмент измерения токов присоединения тяговых подстанций, питающих одну из межподстанционных зон участка Екатеринбург - Шаля, для случая нахождения на зоне двух грузовых поездов с локомотивами серии 2ЭС10.
В настоящее время ведутся работы по подготовке планируемого эксперимента на Свердловской железной дороге, целью которого является определение эффективности применения рекуперативного торможения локомотивами различных серий и масс поездов.
Целью экспериментальных исследований является определение баланса отпущенной энергии в межподстанционную зону и составляющих потребления на тягу поездов, собственные нужды электроподвижного состава, энергии рекуперации и потери электрической энергии в контактной сети, а также баланса принятой электрической энергии по тяговым подстанциям на участке эксперимента и отпущенной в межподстанционные зоны по фидерам контактной сети.
Рисунок 2 - График изменения тока и напряжения электровоза 2*2ЭС10 поезда массой 8 964 т
Рисунок 3 - График изменения токов нагрузки присоединений межподстанционной зоны
участка Екатеринбург - Шаля
Задачей экспериментальных исследований является получение результатов синхронных измерений токов, напряжений, расхода и возврата электрической энергии на тягу поездов и расхода на собственные нужды электроподвижного состава по данным АСУЭ ФКС и данным регистраторов параметров движения со спутниковым позиционированием на электроподвижном составе. Программа эксперимента включает в себя измерения при следующих эксплуатационных режимах: организация движения грузовых поездов с применением рекуперативного торможения в штатном режиме и движения грузовых поездов без применения рекуперативного торможения. В ходе эксперимента планируются пропуск одиночного тяжеловесного поезда по межподстанционной зоне и измерение основных энергетических параметров тяговых подстанций.
В рамках существующих систем учета режимов работы системы тягового электроснабжения особая роль в вопросе контроля энергетических параметров отводится созданию системы контроля учета электрической энергии. Следует отметить, что в настоящее время система АСКУЭ используется только как инструмент по учету электрической энергии, оставляя незатронутыми направления, реализация которых возможна за счет наличия такой функции АСКУЭ, как непрерывный контроль энергетических параметров работы системы тягового электроснабжения. В то же время система АСКУЭ, обеспечивая постоянный мониторинг энергетических параметров, является базой при реализации возможности построения реальной математической модели системы тягового электроснабжения и построения интеллектуальной сети Smart Grid [7, 8] (рисунок 4), работа которой будет направлена на повышение эффективности энергопотребления на тягу поездов, в том числе и в условиях скоростного и тяжеловесного движения.
Рисунок 4 - Структура управления режимами работы оборудования тяговых подстанций с применением интеллектуальной сети
К одному из направлений развития железнодорожного транспорта относится расширение полигонов железных дорог с применением поездов повышенной массы и скоростного движения. Учитывая то, что система тягового электроснабжения не является источником бесконечной мощности, весьма актуальным становится вопрос контроля предельных режи-
мов работы тяговой сети. Решение поставленной задачи целесообразно рассматривать в рамках развития и расширения функций автоматизированных систем учета электроэнергии.
Список литературы
1. Каштанов, А. Л. Оценка эффективности внедрения модульных постов секционирования 27,5 кВ с автоматическим управлением схемами питания тяговой сети [Текст] / А. Л. Каштанов, М. М. Никифоров // Актуальные вопросы современных научных исследований: Материалы всерос. науч.-практ. конф. / Челябинский ин-т путей сообщения. - Челябинск, 2016. -С. 39 - 42.
2. Черемисин, В. Т. Концепция Единой автоматизированной системы учета электрической энергии на тягу поездов [Текст] / В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов, С. Ю. Ушаков // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург. - 2013. - № 4 (39). -С. 83 - 87.
3. Черемисин, В. Т. Повышение энергетической эффективности электротяги при внедрении мониторинга электроэнергии на фидерах контактной сети [Текст] / В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов, М. М. Никифоров // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург. - 2015. - № 2 (45). - С. 67 - 70.
4. Черемисин, В. Т. Единая автоматизированная система учета электроэнергии на электроподвижном составе (ЕАСУЭ ЭПС) постоянного тока [Текст] / В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов, М. М. Никифоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2013. - № 3 (15). - С. 108 - 114.
5. Комяков, А. А. Оценка эффективности параллельной работы выпрямительных преобразователей тяговых подстанций на основе данных измерительных систем [Текст] / А. А. Комяков, В. Л. Незевак, В. В. Эрбес // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск. - 2015. - № 2 (46). -С.137 - 143.
6. Istomin, S. Analyse des Betriebs der Lokomotive 2ES10 auf der Gleichstromstrecke der Swerdlowsker Eisenbahn [Текст] / S. Istomin, V. Nezevak // Elektrische Bahnen / Oldenbourg Industrieverlag GmbH. - München. - 2015. - № 4. - P. 186 - 189.
7. Незевак, В. Л. Основные подходы к использованию накопителей электроэнергии в сетях smart grid системы тягового электроснабжения [Текст] / В. Л. Незевак // Труды междунар. науч.-практ. конф. «Транспорт-2015» / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2015. - С. 103, 104.
8. Комяков, А. А. Методы и алгоритмы построения математических моделей процесса электропотребления на тягу поездов и нетяговые нужды [Текст] / А. А. Комяков, А. Л. Каштанов, В. В. Эрбес // Электрификация и развитие электроэнергетической инфраструктуры и электрического подвижного состава скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта: Тезисы докладов VIII междунар. симпозиума Eltrans-2015 / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - Санкт-Петербург, 2015. - С. 42, 43.
References
1. Kashtanov A. L., Nikiforov M. M. Evaluating the effectiveness of the implementation of modular partitioning of posts 27.5 kV with automatic control of the traction power supply circuits [Otsenka effektivnosti vnedreniia modul'nykh postov sektsionirovaniia 27,5 kV s avtomaticheskim upravleniem skhemami pitaniia tiagovoi seti]. Materialy vseros. nauch.-prakt. Konferentsii «Ak-tual'nye voprosy sovremennykh nauchnykh issledovanii» (Materials Int. scientific-practical conference «Topical issues of modern scientific research»). - Chelyabinsk, 2016, pp. 39 - 42.
2. Cheremisin V. T., Kashtanov A. L., Ushakov S.Y. The concept of unified automated electric power accounting system for traction [Kontseptsiia Edinoi avtomatizirovannoi sistemy ucheta el-ektricheskoi energii na tiagu poezdov]. Transport Urala - The journal of Transport of the Urals, 2013. No. 4 (39), pp. 83 - 87.
3. Cheremisin V. T., Kashtanov A. L., Nikiforov M. M. Improving the energy efficiency of electric drive with the introduction of electricity monitoring feeders catenary [Povyshenie energet-icheskoi effektivnosti elektrotiagi pri vnedrenii monitoringa elektroenergii na fiderakh kontaktnoi seti]. Transport Urala - The journal of Transport of the Urals, 2015. No. 2 (45), pp. 67 - 70.
4. Cheremisin V. T., Kashtanov A. L., Nikiforov M. M. A single automated system of electricity metering in the electric rolling stock (EASUE EPS) DC [Edinaia avtomatizirovannaia sistema ucheta elektroenergii na elektropodvizhnom sostave (EASUE EPS) postoiannogo toka]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2013, no. 3 (15), pp. 108 - 114.
5. Komiakov A. A., Nezevak V. L., Erbes V. V. Evaluating the effectiveness of parallel operation of rectifiers traction substations based measuring systems data [Otsenka effektivnosti paral-lel'noi raboty vypriamitel'nykh preobrazovatelei tiagovykh podstantsii na osnove dannykh iz-meritel'nykh sistem]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie - The journal of Modern technologies. System analysis. Modeling, 2015. No. 2 (46), pp. 137 - 143.
6. Istomin, S. G., Nezevak V. L. Analyse des Betriebs der Lokomotive 2ES10 auf der Gleichstromstrecke der Swerdlowsker Eisenbahn. Elektrische Bahnen, 2015, no. 4, pp. 186 - 189.
7. Nezevak V. L. Basic approaches to the use of energy storage in the smart grid networks, traction power supply system [Osnovnye podkhody k ispol'zovaniiu nakopitelei elektroenergii v setiakh smart grid sistemy tiagovogo elektrosnabzheniia]. Trudy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Transport-2015» (Proceedings of the Int. scientific-practical conference "Transport 2015"). - Rostov-on-Don, 2015, pp. 103 - 104.
8. Komiakov A. A., Kashtanov A. L., Erbes V. V. Methods and algorithms for constructing mathematical models of energy consumption process for traction trains and not traction needs [Metody i algoritmy postroeniia matematicheskikh modelei protsessa elektropotrebleniia na tiagu poezdov i netiagovye nuzhdy]. Tezisy dokladov VIII Mezhdunarodnogo simpoziuma Eltrans-2015 «El-ektrifikatsiia i razvitie elektroenergeticheskoi infrastruktury i elektricheskogo podvizhnogo sostava skorostnogo i vysokoskorostnogo zheleznodorozhnogo transporta» (Abstracts of the VIII Int. symposium Eltrans-2015 «Electrification and development of electric power infrastructure and rolling stock of high-speed and high-speed rail» ). - St. Petersburg, 2015, pp. 42 - 43.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Черемисин Василий Титович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор, директор научно-исследовательского института энергосбережения на железнодорожном транспорте, ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-19.
E-mail: cheremisinvt@gmail.com
Каштанов Алексей Леонидович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая электротехника», старший научный сотрудник научно-исследовательской части, ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 44-39-23.
E-mail: kesh-al@rambler.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Cheremisin Vasily Titovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Doctor of Technical Sciences, Professor, Director Of Institute Of Power Saving Technologies On Railways, chief of the departrment «Rolling Stock Of Electric Railways», OSTU.
Phone: (3812) 31-34-19. E-mail: cheremisinvt@gmail.com
Kashtanov Alexey Leonidovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher Of Research Sector, The Senior Lecturer Of Chair «Theoretical Electrical Engineering», OSTU. Phone: (3812) 44-39-23. E-mail: kesh-al@rambler.ru
Информационные технологии, автоматика, связь, телекоммуникации
Незевак Владислав Леонидович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской части, ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 44-39-23.
E-mail: nezevakwl@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Черемисин, В. Т. Организация контроля предельных режимов работы тяговой сети в условиях скоростного и тяжеловесного движения [Текст] / В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов, В. Л. Незевак // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. - № 1 (29). - C. 83 - 90.
Nezevak Vladislav Leonidovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Candidate of Technical Sciences, senior researcher of research sector, OSTU. Phone: (3812) 44-39-23. E-mail: nezevakwl@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Cheremisin V. T., Kashtanov A. L., Nezevak V. L. Organization of control limit operation mode traction network in the speed and heavy movement. Journal of Transsib Railway Studies, 2017, vol. 29, no. 1, pp. 83 -90 (In Russian).
УДК 656.256:004.382.7:004.415.2
Д. В. Борисенко, В. А. Осин
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ПРАКТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
Аннотация. В микропроцессорных системах интервального регулирования движения поездов основные функции реализованы за счет программного обеспечения. Применяемый в профильных учебных заведениях подход к подготовке специалистов в этой области, основанный на исследовании функций действующего оборудования, не является в полной мере эффективным. В этой статье мы предлагаем применить практический подход, подразумевающий самостоятельную разработку, реализацию и проверку студентами алгоритмов интервального регулирования движения поездов. Для этой цели мы предлагаем использовать специальный стенд. Его функциональная схема и некоторые результаты опытной разработки представлены в данной статье.
Ключевые слова: автоматическая блокировка, учебный стенд, светофор, рельсовая цепь, числовой код, генератор, дешифратор, микропроцессор.
Dmitry V. Borisenko, Viktor A. Osin
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
TEACHING AND LEARNING MICROPROCESSOR BLOCK SIGNALLING
SYSTEMS BY PRACTICE
Abstract. In microprocessor automatic block signalling (ABS) systems all the basic functionality is implemented in software. Current technique used by Russian educational organisations for training of engineering staff is solely based on functionality exploration of the microprocessor ABS equipment. We suggest that this approach is not sufficiently effective and could be improved. In our view, the improvement could be achieved by addition of extensive ABS algorithm development practice to the Railway Signalling Engineering curriculum. In this article, we present a prototype of a special microprocessor learning board, which supports development and debugging of various ABS algorithms. Along with the functional diagram, we give some technical details and present preliminary results of implementing and using this prototype.
Keywords: automatic block signalling, learning board, signal, track circuit, pulse code, transmitter, decoder, microprocessor.
