CC BY
50
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, заместитель директора научно-исследовательского института «Энергосбережение на железнодорожном транспорте», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 44-39-23.
E-mail: nikiforovmm@rambler.ru
Ушаков Сергей Юрьевич
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: ushakovsj@gmail.com
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Каштанов, А. Л. Новые подходы к исследованию проблемы небаланса электроэнергии на тягу поездов [Текст] / А. Л. Каштанов, М. М. Никифоров, С. Ю. Ушаков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. - № 2 (30). -С. 77 - 87.
Cand.Tech.Sci. Deputy Director of the Research Institute "Energy saving on the railway transport", OSTU. Тел.: +7 (3812) 44-39-23. E-mail: nikiforovmm@rambler.ru
Ushakov Sergey Yurjevich
Omsk State Transport University (OSTU) 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Cand.Tech.Sci., Senior Researcher Of Research Sector, OSTU.
Phone: +7 (3812) 44-39-23 E-mail: ushakovsj@gmail.com
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Kashtanov A. L., Nikiforov M. M., Ushakov S. Y. The new approaches to the problem of the electric power imbalance in train traction research. Journal of Transsib Railway Studies, 2017, vol. 30, no. 2, pp. 77 - 87 (In Russian).
УДК 621.311
В. Л. Незевак
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЪЕМА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ОТ ПАРАМЕТРОВ ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА УЧАСТКАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА C Ьм ТИПОМ ПРОФИЛЯ
Аннотация. В статье рассматриваются вопросы оценки влияния графика движения поездов на объем электропотребления на тягу на участках постоянного тока с 1-м типом профиля пути. Предложены параметры графика движения поездов, оказывающие влияние на расход электроэнергии на тягу на участках постоянного тока с 1-м типом профиля пути. В число основных параметров расписания включены статистические величины и параметры, характеризующие условия пакетного пропуска поездов, остановки и твердые нитки расписания грузовых поездов. На основе имитационного моделирования получены основные зависимости изменения объема электроэнергии на тягу на участке в системе тягового электроснабжения при изменении параметров расписания движения поездов. Полученные зависимости изменения объема электроэнергии на тягу позволяют выполнить оценку и определить диапазоны изменения параметров графика, в которых вариация объема минимальна. в рассмотренных диапазонах изменения параметров графика движения поездов объем электроэнергии для участков постоянного тока с 1-м типом профиля изменяется в пределах 1 % при постоянстве прочих факторов.
Ключевые слова: система тягового электроснабжения, расход электроэнергии, постоянный ток, технические потери электроэнергии, график движения поездов, параметры расписания движения, имитационное моделирование, статистические показатели, зависимости изменения расхода электроэнергии.
Vladislav. L. Nezevak
Omsk State Transport University, Omsk, Russia
MAIN DEPENDENCES OF FLOW CHANGE ELECTRICITY FROM THE TRAFFIC TRAFFIC SCHEDULE ON DC CURRENT SITES FOR SECTIONS WITH I TYPE OF
PROFILE
Abstract. The article discusses the assessment of the impact of train schedule on the amount of electricity consumption for traction on sections of DC I-th profile type way. The proposed parameters of the train schedule, influencing the electricity consumption for traction on sections of DC I-th profile type way. The major scheduling options included statistical quantities and parameters characterizing the conditions of the batch passing trains, stop and solid thread schedules for truck-driving. Based on simulation modeling provided the main based on changes in the volume of electric energy for traction on the plot of the traction electric supply system when changing the parameters of the timetable. The dependences of the volume change of electrical energy for traction allow you to evaluate and determine the ranges of the parameters of the graph in which the variation of volume is minimal. in the considered ranges of the parameters of the train schedule, the amount of electricity for the areas of DC with the I-th profile type varies within 1 % with the constancy of other factors..
Keywords: traction power supply system, electric power consumption, direct current, technical losses of electric power, train schedule, timing parameters, simulation simulations, statistical indicators, dependence of changes in electric power consumption.
Энергетическая эффективность перевозочного процесса зависит от большого количества его участников и целого ряда влияющих на него факторов. На сегодняшний день основной потенциал повышения энергетической эффективности перевозочного процесса связан с двумя хозяйствами железнодорожного транспорта - локомотивным и управления движением [1, 2]. На долю указанных хозяйств приходится около 60 - 70 % потенциальной экономии электроэнергии на электрифицированных участках, на хозяйство электроснабжения - около 10 -15 %. В этом отношении расход электроэнергии на тягу определяется тремя основными группами факторов, соответствующими указанным хозяйствам: энергетические показатели движения поезда, характеристики системы тягового электроснабжения и условия организации движения. Поиск путей повышения энергетической эффективности с учетом трех групп факторов является актуальной задачей и может быть рассмотрен в аспекте оценки влияния графика движения поездов на расход электроэнергии на тягу и энергетическую эффективность перевозочного процесса.
В настоящее время для анализа и прогнозирования расхода электроэнергии на тягу в холдинге «РЖД» используется свыше двадцати нормообразующих факторов, учитываемых в Методике анализа расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов и прогнозирования [3]: средняя масса поезда и средняя нагрузка на ось вагона, техническая скорость, коэффициент участковой скорости, доля порожнего пробега вагонов и др. Указанные факторы оказывают влияние на удельный расход электроэнергии электроподвижного состава (ЭПС) и в конечном счете на расход электроэнергии с учетом технических потерь, потребляемый на тягу электроподвижным составом по данным приборов учета тяговых подстанций.
Необходимо отметить, что при анализе расхода электроэнергии на тягу ЭПС не рассматриваются факторы, связанные со взаимным расположением ЭПС на участке, оказывающие влияние на технические потери, уровень рекуперации и напряжения в контактной сети. Указанное влияние обусловлено зависимостью объема рекуперации и технических потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения от порядка проследования поездами меж-подстанционных зон системы тягового электроснабжения и их взаимного расположения. В текущей отчетности холдинга «РЖД» эти факторы не учитываются и их влияние не оценивается.
88 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(30) 2017
1
График движения поездов (ГДП) определяется целым рядом параметров, к которым относят размеры движения, тонно-километровую работу, скорость движения поездов в различных видах движения, коэффициент участковой скорости, расположение поездов на участке (при пакетном, пачечном, пачечно-пакетном пропуске поездов), межпоездные интервалы и др. Оценка влияния графика движения поездов на расход электроэнергии на тягу рассматривается в двух аспектах - влияние расписания движения поездов [4 - 6] и влияние других факторов, в том числе нормообразующих. В дальнейшем рассматривается решение задачи влияния ГДП на расход электроэнергии в первом аспекте.
С целью оценки влияния ГДП на расход электроэнергии необходимо определить его составляющие. Определение расхода электроэнергии на тягу поездов и небаланса электроэнергии в тяговой сети для участка железной дороги в настоящее время осуществляется по данным автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета тяговых подстанций (программный комплекс «Энергия Альфа 2»). Для определения небаланса электроэнергии в тяговой сети используются данные приборов учета электроэнергии на электроподвижном составе.
В общем виде расход электроэнергии на тягу на участке складывается из расхода по тяговым подстанциям (ТП) на тягу по всем видам движения ЭПС и отбора от контактной сети на прочие нужды с учетом небаланса:
убаз _ убаз + убаз + убаз + убаз + убаз (1)
участок ЭЧЭгруз ЭЧЭхоз ЭЧЭпас ЭЧЭман ЭЧЭотб'
при определении расхода по ЭПС на участке
(ТТ/баз . тт/баз
у баз __100
участок 100 _ сбаз
участок
убаз + убаз +
ЭПС груз ^"ЭПСхоз ^
+убаз + убаз + убаз
ЭПС пас ЭПС ман ЭЧЭ отб у
(2)
объем электроэнергии на тягу суммарно в грузовом, хозяйственном и пассажирском (дальнего следования и пригородного сообщения) видах движения с учетом небаланса в базовом периоде для полигона постоянного тока определяется по формулам, тыс. кВтч:
убаз + убаз
убаз _ убаз Г ЭПСман ЭЧЭотб (3)
ЭЧЭ (груз+хоз+пас) участок 100 Яб33 '
участок
где уч:стак - объем электроэнергии по вводам преобразовательных трансформаторов ТП,
питающих контактную сеть, тыс. кВтч; уЧЭI - объем электроэнергии с учетом небаланса и рекуперации по вводам преобразовательных трансформаторов ТП по видам движения -грузовое, хозяйственное, пассажирское, маневровая работа, тыс. кВт ч; уЭПс, - объем электроэнергии с учетом рекуперации и без учета небаланса по видам движения - грузовое, хозяйственное, пассажирское, маневровая работа, тыс. кВтч; уЧэотб - объем электроэнергии без учета небаланса на нетяговые нужды от присоединений контактной сети к ТП (отбор от контактной сети), тыс. кВтч; Я^сток - относительная величина небаланса на рассматриваемом участке по соответствующему роду тока за базовый период, %, определяется по формуле:
д.
баз ' участок
шбаз + шбаз л
" ЭПС тяга ^ " ЭЧЭ отб
ш
баз
участок
•100;
(4)
баз
ЭПС тяга
- объем электроэнергии во всех видах движения и на маневровой работе с уче-
том рекуперации, тыс. кВтч;
ебаз _
дучасток - относительная величина небаланса на рассматриваемом участке по соответствующему роду тока за базовый период, %, определяется по формуле:
/
баз " участок
д
баз
шбаз + ш1
'' ЭПС тяга ' ' ' ЭЧЭ отб
шу
баз
участок
•100.
(5)
В общем случае объем электроэнергии на тягу, потребленный по ТП, определяется следующими составляющими: расходом электроэнергии ЭПС, небалансом электроэнергии на тягу и уровнем рекуперации:
шбаз = Ушбаз + Ушбаз +
" ЭЧЭ '' 1 ЭПС ^ '' ЭЧЭ отб т
д
баз
участок 100
ж
баз
участок
(6)
Первое слагаемое в выражении (6) содержит зависящие (грузовое, пассажирское, хозяйственное) и независящие от ГДП (маневровая работа) величины - объемы электроэнергии по видам движения. Если принять неизменным второе слагаемое, то изменение объема электропотребления на тягу определяется изменением электропотребления на тягу в грузовом, пассажирском и хозяйственном движении и уровнем небаланса.
Существующие системы формирования прогнозного графика движения поездов, например, аппаратно-программный комплекс «Эльбрус», используемый в ОАО «РЖД» [4], позволяют строить прогнозный график движения поездов с определенными параметрами. Это позволяет проводить работу по сокращению остановок грузовых поездов путем введения твердых ниток и, тем самым, по снижению электропотребления на тягу поездов. Эффект от введения данной технологии рассчитывается путем сравнения приведенных объемов электроэнергии (с учетом массы и технической скорости) до внедрения и после внедрения систем построения графиков движения без учета параметров расписания ГДП.
Оценку влияния расписания движения поездов на расход электроэнергии на тягу в условиях формирования или изменения нормативного ГДП следует проводить на основе данных приборов учета электроэнергии тяговых подстанций, позволяющих провести сравнительный анализ различных вариантов ГДП по критерию расхода электроэнергии или энергетической эффективности. В этом случае расход электроэнергии на маневровую работу и отбор электроэнергии от контактной сети принимается неизменным.
Поскольку на расход электроэнергии или на энергетическую эффективность оказывает влияние множество различных факторов, при решении задачи по оценке влияния параметров ГДП следует принять, что прочие факторы являются неизменными. В связи с этим исследование влияния ГДП следует проводить при постоянстве остальных факторов, не относящихся непосредственно к параметрам графика движения (объемы работы, масса поезда, нагрузка на ось, техническая скорость и др.).
При решении задачи о формировании ГДП в условиях известного объема перевозок, количества ниток поездов, технической скорости следует оценить влияние расписания поездов при неизменности указанных параметров на основе следующих параметров: межпоездной интервал в пакетах (пачках); интервал между пакетами (пачками); количество пакетов и по-
№ 2(30) 2017
ездов в пакетах графика; количество технологических и продолжительность остановок грузовых поездов, обусловленных стыковками расписаний железных дорог, необходимостью обработки поездов и сбоями в организации движения; количество твердых ниток в графике движения грузовых поездов; относительное время следования поездов в пакетах и др.
Следует отметить, что существуют и другие факторы, проявляющиеся на участках: преобладание пассажирского движения, многочисленные остановки пригородных и пассажирских поездов [7], наличие скоростного движения и др.
В настоящее время известно несколько методов определения тяговой нагрузки, основанных на использовании данных о размерах движения поездов. Условно указанные методы расчетов можно разделить на две группы. К первой группе относятся методы, основанные на заданных размерах движения (объемах перевозок). Рассматриваемые методы основаны на статистической обработке ГДП с целью получения распределения количества грузовых и пассажирских поездов на межподстанционных зонах, интервалов следования между поездами, масс поездов в течение суток и другого с целью получения на их основе графика электрических нагрузок тяговых подстанций. Ко второй группе относятся методы, основанные на размерах движения, заданных ГДП. Данные методы основаны на расписании движения поездов на участке: метод равномерного сечения ГДП, метод характерных сечений ГДП и метод непрерывного исследования ГДП.
Применение методов обеих групп ориентировано на определение расхода электроэнергии по тяговым подстанциям участка железной дороги с различной степенью точности, поскольку в них используются различные интервалы для определения нагрузки поезда и суммарных нагрузок подстанций. В настоящее время используемый для проведения тяговых и электрических расчетов систем тягового электроснабжения комплекс программ «КОРТЭС» реализует метод равномерных сечений ГДП с интервалом расчетов 15, 30, 60 с, что в ряде случаев вводит дополнительную погрешность в результаты расчетов, особенно при отсутствии учета фактора изменения напряжения [8], в то время как современные устройства регистрации параметров движения поезда позволяют сократить интервал измерений до 1 с [9].
Указанный метод позволяет получить оценку величины расхода электроэнергии на участке железной дороги для заданного ГДП. Расчеты для определения влияния ГДП на объем электропотребления на тягу проводятся на основе характеристик СТЭ и ЭПС, а также расписания движения поездов. На первом этапе выполняются тяговые расчеты, позволяющие получить параметры движения поезда в нормальном режиме с учетом остановок. Отдельно выполняются тяговые расчеты для твердых ниток грузовых поездов с учетом имеющегося резерва времени хода по межстанционным перегонам с целью оптимизации выбега. На втором этапе на базе выполненных тяговых расчетов по ГДП осуществляется расчет нагрузок тяговых подстанций, в ходе которого определяется расход электроэнергии на тягу с учетом технических потерь электроэнергии, в том числе в условиях применения рекуперативного торможения.
Для целей оценки влияния ГДП на расход электроэнергии по тяговым подстанциям предлагается использовать метод расчета, основанный на расписании движения поездов и позволяющий учесть целый ряд факторов: рекуперативное торможение ЭПС, потери в тяговой сети и оборудовании подстанций, наличие в графике движения твердых ниток грузовых поездов и остановок поездов в расписании. Недостатком данного метода является относительно большая трудоемкость, связанная с необходимостью проведения целой серии расчетов для различных вариантов формирования ГДП на основе имитационного моделирования. Для этих целей целесообразно использовать программный комплекс «КОРТЭС». Обобщение полученных результатов имитационного моделирования позволяет перейти к аналитическому описанию полученных зависимостей и использовать их в дальнейшем. Необходимо отметить, что имитационное моделирование позволяет сохранить неизменными ряд нормообра-зующих факторов: объем работы, размеры движения, масса состава, нагрузка на ось и др.
Это позволяет проводить сравнение различных вариантов ГДП в условиях изменения только параметров расписания. Имитационная модель, реализующая взаимодействие СТЭ и ЭПС, позволяет получить результаты по оценке влияния ГДП на расход электроэнергии с учетом следующих основных характеристик участка железной дороги и электроподвижного состава: количество главных путей; тип системы тягового электроснабжения (постоянного тока, переменного тока напряжением 25 кВ или 2*25 кВ); серии электроподвижного состава; тип профиля пути участка.
Реализация в модели различных ГДП при сохранении всех основных нормообразующих факторов позволяет получить данные для анализа изменения расхода электроэнергии на тягу. Основой для получения оценки влияния графика движения поездов на расход электроэнергии будет являться один из вариантов ГДП с минимальным расходом электроэнергии на тягу по тяговым подстанциям. В связи с этим графики движения при имитационном моделировании формируются путем изменения одного или нескольких параметров графика (интервала попутного следования, количества пакетов и поездов в пакетах графика, количества остановок грузовых поездов и количества твердых ниток грузовых поездов в графике).
С целью оценки влияния параметров ГДП на расход электроэнергии на тягу необходимо ввести ряд формализуемых параметров, характеризующих ГДП. Некоторые статистические показатели напрямую для этих целей не подходят, поскольку не в полной мере характеризуют расписание поездов. Например, среднее значение межпоездного интервала в одном направлении определяется по выражению:
Г т
i 1440 (7) тср = —-=-= const, V'!
ср N N
где Ti - i-й межпоездной интервал; N - количество поездов в ГДП в обоих направлениях; 1440 - количество минут в сутках.
Поскольку в рамках суток сумма в числителе равна продолжительности суток (в минутах), выражение (7) в условиях сохранения количества поездов будет характеризовать различные ГДП одним значением среднего межпоездного интервала при любых межпоездных интервалах и поэтому для характеристики уникальных графиков не подходит. В связи с этим представляется целесообразным использовать среднее значение межпоездного интервала не для всего ГДП, а применительно к пакетам поездов или внепакетному времени ГДП. Среднеквадратичное значение межпоездных интервалов, дающее возможность оценить отклонение межпоездных интервалов от среднего значения, позволяет охарактеризовать изменение межпоездных интервалов:
=
Г (i -Тср )2
(8)
N
Необходимо отметить, что указанная характеристика, определяемая для суточного графика на основе всех интервалов, не позволяет отдельно оценивать межпоездные интервалы в пакете (пачке), интервалы между пакетами (пачками) и количество пакетов (пачек) в графике движения, а также остановки поездов и может применяться только для оценки равномерности межпоездных интервалов в суточном графике движения. В этом случае среднеквадратичное отклонение можно также использовать для пакетного или внепакетного времени отдельно.
Изменение среднеквадратичного значения межпоездных интервалов аналогично изменению среднего значения. В общем случае при увеличении межпоездных интервалов в пакете коэффициент вариации и среднеквадратичное значение межпоездных интервалов снижают-
92 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(30) 2017
1
ся. Для значения межпакетного интервала 50 мин изменение характера обусловлено исчерпанием времени суток.
Недостатком использования среднеквадратичного отношения межпоездных интервалов является то, что одно и то же значение соответствует множеству вариантов исполненного ГДП с различным расходом электроэнергии на тягу, что затрудняет применение этого параметра при оценке влияния расписания. Например, как это видно из рисунка 2, от принимает значение 180 для множества вариантов. Среднеквадратическое отклонение интервалов ГДП увеличивается при росте значения количества поездов в пакете и уменьшении интервала в диапазоне от 20 до 8 мин.
С целью учета параметров ГДП предлагаются следующие показатели графика движения:
1) средний межпоездной интервал в пакете и вне пакетов поездов;
2) относительные значения времени следования поездов в пакетах и между пакетами поездов;
3) среднее количество поездов в пакете графика (при изменении количества поездов в пакетах);
4) удельный вес остановок грузовых поездов;
5) удельный вес твердых ниток грузовых поездов.
Относительное значение времени следования поездов в пакетах а (пачках - для однопутных участков), определяется по формуле:
У т.
L-l ' пак (9)
а = —-, (9)
1440 • К гл
где т пак - i-й межпоездной интервал в пакетах (пачках), определяемый в обоих направлениях движения, мин; Кгл - количество главных путей на расчетном полигоне, шт.
Минимальное количество поездов в пакете для расчета а принимается равным трем.
Относительное значение времени между пакетами (пачками) апак определяется так:
а пак =
У Т.
/ г меж. пак ✓ -_ (10)
"пак 1440 • К '
гл
где тг меж. пак - г'-й интервал между пакетами (пачками), определяемый в обоих направлениях движения, мин.
Интервал между пакетами (пачками) в случае наличия одиночных поездов определяется суммированием времени между последним поездом в пакете и одиночными поездами или между одиночными поездами.
Среднее значение количества поездов в пакетах пср определяется по формуле, шт.:
У пг
п = , (11)
ср у ' Кпак
где пср - количество поездов в г'-м пакете, шт.; Кпак - количество пакетов поездов в графике движения, шт.
В случае пропуска одиночных поездов среднее значение количества поездов в пакете (пачке) принимается равным нулю (влияние на ГДП отсутствует).
Удельный вес остановок в графике движения поездов в определяется по формуле, о. е.:
п
, (12)
где по - количество ниток грузовых поездов, содержащих остановки, обусловленные стыковками расписаний по диспетчерским участкам или по стыкам железных дорог, шт.; N - количество пар поездов в графике движения.
С целью учета изменения графиков исполненного движения выражения (9) и (10) могут быть пересмотрены для учета среднего межпоездного интервала и межпакетного интервала соответственно. Указанное обстоятельство обусловлено тем, что в ГДП может иметь место небольшое количество пакетов (например, один). В этих условиях введение среднего межпоездного интервала позволяет помимо относительного времени следования поездов в пакетах или между пакетами учесть и условия проследования (интервал).
Удельный вес твердых ниток в графике движения у определяется по формуле, о. е.:
пэ
т=N-1- (13)
гл
где пэ - количество энергосберегающих ниток графика, шт.
Рассмотрим, как изменяется коэффициент вариации и среднеквадратичное значение для межпоездных интервалов ГДП, имеющего размеры движения 50 пар грузовых поездов в сутки на двухпутном участке. Примем диапазон изменения межпоездного интервала в пакете от 10 до 20 мин с шагом 1 мин, а диапазон изменения интервала между пакетами от 30 до 50 с шагом 10 мин. Изменение интервалов следования в общем виде приводит к изменению коэффициента вариации (рисунок 1), определяемого по выражению:
СУ,
ат
(14)
Рисунок 1 - Зависимость коэффициента вариации от изменения межпоездных интервалов ГДП
Результаты имитационного моделирования для двухпутного участка постоянного тока показывают, что с увеличением относительного времени следования в пакетах поездов происходит увеличение расхода электроэнергии на тягу за счет изменения технических потерь. В технические потери здесь входят потери в тяговой сети и потери в преобразовательных агрегатах. На рисунке 3 представлены графики изменения расхода электроэнергии на участке с 1-м типом профиля пути системы тягового электроснабжения постоянного тока при изменение относительного времени следования поездов в пакете. Увеличение интервала в пакете,
№ 2(30) 2017
т
ср
приводящее к разреженности ГДП, обусловливает сокращение диапазона изменения значений при изменении параметров графика в рассматриваемом диапазоне.
Рисунок 2 - Изменение с межпоездных интервалов от количества поездов в пакете
101,0 %
100,6
+ о
(П
£
Л
100,4
100,2
100,0
Пср=7 Пср—6 • пср=8
Пср—? \ * 11ср=4 \ л V».
X..
**■. * ......... ..................- ''"1.....
... ............. ............„ .....1-.. ..... "'"•ч...... ".....
0.25
0.3
0,35 а
0.4
0,45
0,5
0,55
Рисунок 3 - Изменение расхода электроэнергии на участке с 1-м типом профиля по поездам в пакете
Рассмотрение изменения функции расхода электроэнергии показывает, что при увеличении пср вариация функции объема электроэнергии растет в диапазоне возможных изменений а:
VW(а,ncpп)> V/W(a,ncpп)> VW(a,ncpп-2)>...> VW(a,пср1)
(15)
при п ср 1 < п ср 2 < п ср 3 < ... < п ср n,
где Ж(а, пср) - зависимость расхода электроэнергии от относительного значения времени следования поездов в пакетах а и среднего количества поездов в пакете пср, шт.
С увеличением относительного значения времени между пакетами при увеличении количества поездов в пакете (рисунок 4) наблюдается большее изменение расхода электроэнергии:
У М«меж.пак ,Пср 1 )< У ^^(^меж.пак ,Пср 2 )< У М«меж.пак ,Пср 3 )< ...< у ^„к ,Пср п ),
прИ п1 < П2 < П3 < ... < псрп.
| ю О
101,0
%
100,6
100,4
100.2
100,0
0.45
пер—8 • пср=7 Пср=6
■ пср=5
А* пср=4 * »
7/ / пср=3 1
г'/ ■*# /
'* V*
...........••-</'
.....
/V
0,55 0,65
СКмеж. пак -►
0.75
0.85
Рисунок 4 - Зависимость расхода электроэнергии от интервала между пакетами поездов
Рассмотрим изменение коэффициента вариации для расхода электроэнергии для двухпутного участка 1-го типа профиля пути постоянного тока при изменении интервала следования в пакетах (рисунок 5). При увеличении среднего межпоездного интервала в пакете происходит снижение коэффициента вариации расхода электроэнергии на тягу.
Рисунок 5 - График зависимости изменения коэффициента вариации расхода электроэнергии
от межпоездного интервала
96 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(30) 2017
1
Аналогичное влияние на объем электроэнергии на тягу оказывает изменение остановок грузовых поездов и введение в ГДП твердых ниток в грузовом движении. В первом случае с увеличением остановок наблюдается увеличение электропотребления, во втором -сокращение.
Полученные зависимости позволяют оценить расход электроэнергии на тягу с учетом небаланса на участке железной дороги, приняв за основу отчетные данные о расходе, определяемом по выражениям (3) или (6). Принимая за базовое значение объем электроэнергии на тягу, определяемый по отчетным данным холдинга «РЖД», на основе выявленных зависимостей изменения параметров расписания движения поездов можно выполнить оценку изменения расхода электроэнергии при изменении ГДП.
Таким образом, по результатам рассмотрения полученных зависимостей изменения объема электроэнергии от параметров графика движения поездов для участков постоянного тока с 1-м типом профиля пути можно сделать следующие выводы:
статистические показатели для характеристики межпоездного интервала суточного графика движения поездов имеют ряд недостатков при оценке влияния расписания графика движения на объем электроэнергии, в связи с этим могут применяться только для характеристики движения в пакетах или вне их;
предложенные параметры графика движения поездов позволяют оценить влияние расписания движения на объем электропотребления на тягу и могут использоваться для оценки его изменения на основе эксплуатационной отчетности по различным видам движения;
полученные зависимости изменения объема электроэнергии на тягу позволяют выполнить оценку и определить диапазоны изменения параметров графика, в которых вариация объема минимальна;
в рассмотренных диапазонах изменения параметров графика движения поездов объем электроэнергии для участков постоянного тока с 1-м типом профиля изменяется в пределах 1 % при постоянстве прочих факторов;
полученные зависимости позволяют создать основу для построения аналитических выражений, описывающих влияние параметров графика движения поездов на объем электроэнергии на тягу, и могут быть использованы для дополнения перечня нормообразующих факторов.
Список литературы
1. Энергетическая стратегия холдинга «РЖД» до 2020 года и на перспективу до 2030 года: Распоряжение ОАО «РЖД» от 14.12.2016 № 2537р [Текст] / ОАО «РЖД». М., 2016.
2. Никифоров, М. М. Нормативно-правовое обеспечение деятельности по энергосбережению в холдинге «Российские железные дороги» и механизмы ее реализации [Текст] / М. М. Никифоров, В. Л. Незевак // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. - 2015. - № 4 (24). - С. 68 - 75.
3. Методика анализа и прогнозирования расхода ТЭР на тягу поездов [Текст] / ОАО «РЖД». - М., 2014.
4. Полигонные технологии движения поездов по графикам на основе автоматизированной системы «Эльбрус» [Текст] / Л. А. Мугинштейн, С. А. Виноградов и др. // Железнодорожный транспорт. - 2015. - № 3.- С. 13 - 19.
5. Гателюк, О. В. Оптимизация графика движения поездов по критерию расхода электрической энергии на тягу на участках железных дорог в условиях применения рекуперативного торможения [Текст] / О. В. Гателюк, В. Л. Незевак, А. П. Шатохин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2015. - № 1 (21).- С. 59 - 69.
6. Митрофанов, А. Н. Прогнозирование показателей энергообеспеченности перевозочного процесса на базе многофакторных моделей [Текст] / А. Н. Митрофанов, Г. М. Третьяков, С. В. Копейкин // Электротехника. - 2017. - № 3. - С. 12 - 17.
7. Черемисин, В. Т. Пути повышения энергоэффективности на малом кольце московской железной дороги с использованием инверторов [Текст] / В. Т. Черемисин, А. С. Вильгельм, В. Л. Незевак // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург. -2014. - № 3 (42). - С. 90 - 94.
8. Вильгельм, А. С. Совершенствование способа определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения [Текст] / А. С. Вильгельм, В. Л. Незевак // Вестник ЮУрГУ. Сер. Энергетика / Южно-Уральский гос. ун-т. - Челябинск, 2016. - Т. 16. - № 3. - С. 32 - 40.
9. Istomin S. Analyse des Betriebs der Lokomotive 2ES10 auf der Gleichstromstrecke der Swerdlowsker Eisenbahn/ S. Istomin, V. Nesewak // Elektrische Bahnen. - München: Oldenbourg Industrieverlag GmbH, 2015. - № 4. - P. 186 - 189.
References
1. Energeticheskaia strategiia kholdinga «RZhD» do 2020 goda i na perspektivu do 2030 goda: Rasporiazhenie OAO «RZhD» ot 14.12.2016 № 2537 r (Energy strategy of the holding "RZD" until 2020 and for the future until 2030: Order of JSC Russian Railways of December 14, 2016 No. 2537r.). Moscow, 2016.
2. Nezevak V. L., Nikiforov M. M. Normative and legal support of energy saving activities in the holding «Russian Railways» and mechanisms for its implementation [Normativno-pravovoe obespechenie deiatel'nosti po energosbere-zheniiu v kholdinge «Rossiiskie zheleznye dorogi» i mekhanizmy ee realizatsii]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2015, no. 4 (24), pp. 68 - 75.
3. Metodika analiza i prognozirovaniia raskhoda TER na tiagu poezdov (Methodology for the analysis and forecasting of fuel consumption for rail traction). Moscow: OAO «RZhD», 2014.
4. Muginshtein L. A., S. A. Vinogradov, Kiriakin V. Iu. Polygon technology of train traffic on graphs based on the automated system «Elbrus» [Poligonnye tekhnologii dvizheniia poezdov po grafikam na osnove avtomatizirovannoi sistemy «El'brus»]. Zheleznodorozhnyi transport - Rail transport, 2015, no. 3, pp. 13 - 19.
5. Gateliuk O. V., Nezevak V. L., Shatokhin A. P. Optimization of train traffic schedule by the criterion of electric power consumption for traction on sections of railways under the conditions of applying regenerative braking [Optimizatsiia grafika dvizheniia poezdov po kriteriiu raskhoda elek-tricheskoi energii na tiagu na uchastkakh zheleznykh dorog v usloviiakh primeneniia rekupera-tivnogo tormozheniia] Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2015, no. 1 (21), pp. 59 - 69.
6. Mitrofanov A. N., Tret'iakov G. M., Kopeikin S. V. Prediction of energy supply indicators of the transportation process on the basis of multifactor models [Prognozirovanie pokazatelei energoo-bespechennosti perevozochnogo protsessa na baze mnogofaktornykh modelei]. Elektrotekhnika -Electrical Engineering, 2017, no. 3, pp. 12 - 17.
7. Cheremisin V. T., Vil'gel'm A. S., Nezevak V. L. Ways to improve energy efficiency on a small ring of the Moscow railway using inverters [Puti povysheniia energoeffektivnosti na malom kol'tse moskovskoi zheleznoi dorogi s ispol'zovaniem invertorov]. Transport Urala - Transport of the Urals, 2014, no. 3 (42), pp. 90 - 94.
8. Vil'gel'm A. S., Nezevak V. L. Perfection of the method for determining the energy indicators of train traffic and traction power supply system [Sovershenstvovanie sposoba opredeleniia en-ergeticheskikh pokazate-lei dvizheniia poezda i sistemy tiagovogo elektrosnabzheniia]. Vestnik Iu-UrGU. Seriia «Energetika»-VestnikISU. Series «Energy», 2016, T. 16, no. 3, pp. 32 - 40.
9. Istomin S. Analyse des Betriebs der Lokomotive 2ES10 auf der Gleichstromstrecke der Swerdlowsker Eisenbahn/ S. Istomin, V. Nesewak // Elektrische Bahnen. - München: Oldenbourg Industrieverlag GmbH, 2015. № 4. - P. 186 - 189.
98 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(30) 2017
i
Информационные технологии, автоматика, связь, телекоммуникации
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Незевак Владислав Леонидович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Старший научный сотрудник научно-исследовательской части, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 44-39-23.
E-mail: NezevakWL@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Незевак, В. Л. Основные зависимости изменения объема электроэнергии от параметров графика движения поездов на участках постоянного тока c I-м типом профиля [Текст] / В. Л. Незевак // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. -№ 2 (30). - С. 87 - 99.
Nezevak Vladislav Leonidovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Senior researcher of Scientific-research part, Ph. D. in engineering, associate professor of the department «Electrical supply of railway transport», OSTU. Phone: +7 (3812) 44-39-23. E-mail: NezevakWL@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Nezevak V. L. Main dependences of flow change electricity from the traffic traffic schedule on dc current sites for sections with I type of profile. Journal of Transsib Railway Studies, 2017, vol. 30, no. 2, pp. 87 - 99. (In Russian).
УДК 621.396.62, 621.396.67
В. С. Марюхненко, Е. С. Гармышева
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК
ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В КОМПЛЕКСЕ ЛОКОМОТИВНЫХ УСТРОЙСТВ БЕЗОПАСНОСТИ
Аннотация. Выполнены анализ структуры комплекса локомотивных устройств безопасности (КЛУБа) и сравнение технических характеристик и особенностей конструкции наземных стационарных и транспортных антенн приемной аппаратуры глобальной спутниковой радионавигационной системы (СРНС). На основе анализа важности применения в структуре КЛУБа приемной аппаратуры СРНС и особенностей ее функционирования показано, что уменьшение ошибок позиционирования локомотивов, связанное с необходимостью повышения отношения «сигнал/шум» на входе приемника, может бать достигнуто применением активных фазированных антенных решеток (АФАР), которые способны формировать узконаправленные диаграммы направленности с коммутацией направлений их максимумов в соответствии с координатами навигационных спутников рабочего созвездия. Рассмотрены особенности формирования узконаправленных диаграмм направленности и возможности управления ими в линейный и плоской равномерных АФАР. Показано, что применение АФАР в наземной аппаратуре пользователя сопряжено с необходимостью: а) изменения подхода к конструированию ее для конкретных областей применения - в конструкции должна быть предусмотрена плоская поверхность необходимого размера; б) модернизации алгоритма приема и обработки сигналов СРНС, который должен учитывать конечное время переключения диаграмм направленности, угол маски, количество и координатное распределение навигационных спутников в рабочем созвездии.
Ключевые слова: спутниковая радионавигационная система, антенна, диаграмма направленности, активная фазированная антенная решетка.
