CC BY
59
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
УДК 621.331:621.311.004.18 а. л. КАШТАНОВ
А. А. КОМЯКОВ М. М. НИКИФОРОВ
Омский государственный университет путей сообщения
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЙ ДИСТАНЦИЙ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ-СТРУКТУРНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ-ФИЛИАЛОВ ОАО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»_____________________________
В данной статье рассматриваются особенности проведения энергообследований дистанций электроснабжения. Приводится список обязательных видов работ и дополнительных форм к энергетическому паспорту при обследовании системы тягового электроснабжения.
Ключевые слова: энергообследование, энергетический паспорт, дистанция электроснабжения, тяга поездов.
На современном этапе развития страны одной из приоритетных задач является повышение эффективности потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) во всех отраслях промышленного производства, в том числе и на железнодорожном транспорте.
Основным нормативным документом, регулирующим отношения в области энергосбережения, является Федеральный закон № 261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
В соответствии с данным законом одним из ключевых решений в области повышения энергоэффективности использования ТЭР является проведение энергетических обследований.
Следует отметить, что все объекты ОАО «Российские железные дороги» (РЖД) подлежат обязательному энергетическому обследованию в соответствии со ст. 16 ФЗ-261, так как ОАО «РЖД» относится к разряду организаций, осуществляющих регулируемые виды деятельности.
Основными целями энергетического обследования являются:
1) получение объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов;
2) определение показателей энергетической эффективности;
3) определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
4) разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки.
В настоящее время существует ряд обстоятельств, затрудняющих проведение энергетического обследования в холдинговой компании «Российские железные дороги».
1. Не подготовлена нормативная база для проведения энергетических обследований — отсутствует положение о системе энергетического аудита в холдинге «РЖД».
2. Методическая база для проведения энергетических обследований не отвечает требованиям сегодняшнего дня:
— руководящим документом по проведению энергетического обследования структурных подразделений ОАО «РЖД» являются устаревшие инструктивно-методические указания «Методика проведения энергетических обследований потребляющих устройств, обеспечивающих тягу поездов и ремонтное производство на железнодорожном транспорте», утвержденные 27 декабря 2003 г. руководителем департамента лицензирования и технической политики Министерства путей сообщения России [1];
— отсутствуют дополнительные формы энергетического паспорта, которые должны отражать особенности и специфику потребления топливно-энергетических ресурсов в автономной и электрифицированной тяге поездов, а также в системе тягового электроснабжения.
При проведении энергетического обследования объектов ОАО «РЖД» необходимо учитывать проходящее в настоящее время в структурное реформирование, в рамках которого выделяются узкоспециализированные вертикально-интегрированные структуры (дирекции), которые в дальнейшем должны войти в холдинговую компанию «Российские железные дороги» в качестве акционерных обществ —
Сведения о сглаживающих фильтрах тяговых подстанций
№ п/п Наименование тяговой подстанции Схемы выпрямления Схема сглаживающего фильтра Параметры параллельной части фильтра Индуктивность реактора, мГн
1 ЭЧЭ №1 12-пульсовая последовательного типа Апериодический Апериодический контур: С = 200 мкФ 3
2 ЭЧЭ №2 6-пульсовая мостовая Резонансно- апериодический Апериодический контур: С = 350 мкФ Резонансный контур: С = 72 мкФ, Ь = 31,7 мГн 3
Таблица 2
Сведения об обеспечении сальдированного учета электрической энергии
№ п/п Класс напря- жения* Объем электроэнергии, возвращенной по приборам учета на вводах тяговых подстанций, тыс. кВт-ч Объем возвращенной электроэнергии, принятой к расчетам энергосистемой, тыс. кВтч Доля возвращенной электроэнергии, принятой к оплате энергосистемой, %
базовый год (отчетный) предшествующие годы базовый год (отчетный) предшествующие годы базовый год (отчетный) предшествующие годы
2008 2007 2006 2005 2008 2007 2006 2005 2008 2007 2006 2005
1 220 кВ - - - - - - - - - - - - - - -
2 110 кВ 280,0 260,0 255,0 150,0 145,0 280,0 160,0 0 0 0 100 61 0 0 0
3 27,5 кВ - - - - - - - - - - - - - - -
4 10 кВ - - - - - - - - - - - - - - -
5 6 кВ - - - - - - - - - - - - - - -
* в столбце «класс напряжения» указывается граница балансовой принадлежности, на которой установлены приборы учета возврата электроэнергии (двунаправленные приборы учета)
самостоятельных юридических лиц. Соответственно, энергетическое обследование должно выполняться для структурных подразделений указанных вертикально-интегрированных структур, с последующим созданием сводных энергетических паспортов по каждой структуре.
Одной из существенных особенностей функционирования железнодорожного транспорта является наличие системы тягового электроснабжения (СТЭ), бесперебойное функционирование которой обеспечивается дистанциями электроснабжения.
При проведении энергетического обследования СТЭ необходимо выполнение ряда «критических» работ, выполняемых только при обследовании дистанции электроснабжения. К таким работам следует отнести:
— составление баланса приема и распределения электроэнергии по тяговым подстанциям;
— анализ динамики потребления электроэнергии тяговыми подстанциями. Выявление неравномерности загрузки смежных тяговых подстанций;
— определение уровня технических потерь электроэнергии с использованием имитационного моделирования;
— оценка величины уравнительных токов в меж-подстанционных зонах и разработка рекомендаций по их снижению (для полигона переменного тока);
— оценка состояния выпрямительных и выпрямительно-инверторных преобразователей, выбор оптимальной схемы выпрямления (для полигона постоянного тока);
— оценка состояния трансформаторного оборудования, определение степени загрузки трансформаторов;
— оценка параметров сглаживающих фильтров, выбор рациональной схемы по условию снижения
потерь электроэнергии в реакторе в зависимости от типа автоблокировки;
— анализ технических решений по обеспечению качества электрической энергии. Характеристика фильтрокомпенсирующих устройств;
— оценка качества электроэнергии на вводах тяговых подстанций;
— оценка возможности внедрения сальдированного учета электроэнергии;
— оценка состояния тяговой сети и выбор рациональных схем питания межподстанционных зон.
Следует отметить, что в настоящее время требования к структуре и содержанию энергетического паспорта предприятия устанавливаются ГОСТ Р 51379-99 «Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов. Основные положения. Типовые формы». В то же время в соответствии с приказом Минэнерго № 13 от 10.03.2010 г. вводятся в действие новые формы энергопаспорта в составе 22 приложений. Однако представленные в указанных документах формы не позволяют с необходимой полнотой отразить особенности функционирования СТЭ железнодорожного транспорта и представить результаты выполнения «критических» работ, выполняемых при обследовании дистанций электроснабжения. Поэтому представляется необходимой разработка дополнительных форм энергетического паспорта для дистанций электроснабжения, характеризующих особенности СТЭ железнодорожного транспорта. Примеры таких форм представлены в табл. 1—3.
Форма, представленная в табл. 1, содержит сведения о сглаживающих фильтрах тяговых подстанций постоянного тока и их основных технических характеристиках. Форма, приведенная в табл.
2, содержит информацию о наличии сальдированного
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
Сведения о количестве и типе преобразовательных агрегатов тяговых подстанций
№ Наименование показателя Динамика изменения по годам, ед.
Тип/мощность Базовый (отчетный) предшествующие годы
2008 2007 2006 2005
1.1 Схема выпрямления 6-пульсовая нулевая 1 1 1 2 3
1.2 6-пульсовая мостовая 4 4 4 4 4
1.3 12-пульсовая последовательного типа 20 20 20 19 18
1.4 12-пульсовая параллельного типа 4 4 4 4 4
1.5 24-пульсовая - - - - -
2.1 Преобразовательный трансформатор 6,3 МВ-А 1 1 1 1 1
2.2 12,5 МВ-А 25 25 25 25 25
2.3 16,0 МВ-А 2 2 2 2 2
2.4 20,0 МВ-А - - - - -
3 Выпрямительно-инверторный преобразователь 2 2 2 1 1
Таблица 4
Расчетное значение технологических потерь электроэнергии, обусловленных наличием уравнительных токов
Наименование зоны Значение составляющей уравнительного тока (одного пути), А Потери электроэнергии по участку, тыс. кВт-ч в год
поперечная продольная поперечная продольная
Сызрань Южная — Громово 2,8 23,1 0,179 12,154
учета электроэнергии на тяговых подстанциях, объеме возвращенной и принятой к оплате энергосистемами электрической энергии. Форма, представленная в табл. 3, характеризует тип и мощность преобразовательных агрегатов тяговых подстанций постоянного тока.
Формы, приведенные в табл. 2 и 3, характеризуют динамику изменения показателя за пять лет и в итоге позволяют формировать обобщенный энергетический паспорт службы электроснабжения и железной дороги — филиала ОАО «РЖД».
В соответствии с указанными выше направлениями было выполнено энергетическое обследование дистанции электроснабжения «Сызрань» Куйбышевской железной дороги — филиала ОАО «РЖД». По результатам выполненных работ разработан ряд организационно-технических мероприятий, направленных на повышение эффективности использования электроэнергии в системе тягового электроснабжения. В частности, было выявлено наличие перетоков мощности в тяговой сети участка Сызрань Южная — Громово. Измерения выполнены с помощью измерительно-вычислительных комплексов ИВК «Омск-М» при подключении к цепям защиты фидеров контактной сети тяговых подстанций. Критериями наличия уравнительного тока являются синусоидальность формы кривой (рис. 1) и равенство
мгновенных значений токов обоих путей (при отсутствии тяговой нагрузки на обоих путях) [2,3].
Подобные измерения не требуют изменений в графике движения поездов. При подключении необходимо лишь несколько переключений схемы питания (для проверки правильности подключения приборов) с последующим возвратом к нормальной схеме.
С использованием описанных критериев определяются интервалы времени протекания уравнительного тока. Дальнейшая статистическая обработка значений токов производится уже только для этих интервалов, в течение которых вычисляются средние квадратичные значения уравнительного тока:
где п — номер текущего значения уравнительного тока фидера;
N — количество результатов измерений значений уравнительного тока фидера;
11(2)урт —действующее значение уравнительного тока первого или второго фидера п-го измерения, А.
Для выбора мероприятий по снижению перетоков мощности необходимо определить продольную и поперечную составляющие уравнительного тока.
40
кВ
-30
1 1 г 1 1 1 1 1 1
г п \\ 1 і \ / 1 \ I V ! \ і ,
/ : ! и' і V 1 // \ V1 /
1 1 1 1 1 1 к L
15-------------
б0
0,005
0,01
с 0,02
-30
-б0
Рис. 1. Кривая напряжения и уравнительного тока на участке Сызрань Южная - Громово
Результаты выполненных измерений приведены в табл. 4.
Для устранения потерь электрической энергии в тяговой сети от протекания продольной составляющей уравнительного тока, обусловленной разностью напряжений на шинах смежных тяговых подстанций, необходимо выполнить регулировку напряжения на шинах 27,5 кВ тяговых подстанций в границах участка Сызрань Южная — Громово.
Таким образом, учет представленных особенностей функционирования СТЭ при проведении энергетических обследований дистанций электроснабжения позволит сформировать эффективную программу организационно-технических мероприятий, направленных на снижение расхода электрической энергии на тягу поездов.
Продольная составляющая уравнительного тока характеризуется разностью модулей напряжения смежных подстанций и определяется по выражению:
I'.
:Iy> •c0s (p-j)
(2)
где ф — угол сдвига между вектором напряжения плеча питания и вектором уравнительного тока, который определяется по результатам измерений;
р — угол сдвига между вектором разности напряжений смежных тяговых подстанций, питающих межподстанционную зону, и вектором уравнительного тока, который определяется по выражению.
Поперечная составляющая уравнительного тока определяется расхождением входных сопротивлений в систему внешнего электроснабжения и падением напряжения в системе внешнего электроснабжения за счет транзита мощности в ЛЭП системы:
Библиографический список
1. Методика проведения энергетических обследований потребляющих устройств, обеспечивающих тягу поездов и ремонтное производство на железнодорожном транспорте [Текст]: Инструктивно-методические указания комплексной системы энергетического обследования / Под общ. ред. В.Т. Черемисина. — Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 2003. — 429 с.
2. А. с. 1643228 СССР, МКИ В 60 М 3/02. Способ определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока при двухстороннем питании [Текст]/Б.И. Косарев, С.П. Власов,
A.В. Фролов, В.А. Мансуров. — № 97101068/28; заявл. 15.08.1989; опубл. 23.04.1991. Бюл. № 7. — 4 с.: ил.
3. Пат. 2116206 Российская Федерация, МПК В 60 М 3/02. Способ определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока при двухстороннем питании [Текст] /
B. Т. Черемисин, В. А. Кващук, А. М. Бенис, Н. М. Лапенко. — №97101068/28; заявл. 23.01.1997; опубл. 27.07.1998. Бюл. № 21. -4 с.: ил.
i;=Iyp • sin (p-j).
(3)
А
0
0
U
На основании полученных значений уравнительных токов в тяговой сети межподстанционных зон определяются технологические потери электроэнергии от их протекания.
Потери электроэнергии от протекания уравнительного тока в межподстанционной зоне определяются по выражению, кВт.ч:
Л№ур = ^ 1 Re (Zтc) T Т0-3, (4)
где I — значение уравнительного тока, А; 1 — длина межподстанционной зоны, км; Т — время, за которое производится определение потерь электроэнергии от протекания уравнительного тока, ч; Re(Zтc) — удельное активное сопротивление участка, Ом/км.
КАШТАНОВ Алексей Леонидович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник научноисследовательской части.
КОМЯКОВ Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая электротехника».
НИКИФОРОВ Михаил Михайлович, кандидат технических наук, начальник научно-производственной лаборатории «Энергосберегающие технологии и электромагнитная совместимость».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 03.06.2010 г.
© А. Л. Каштанов, А. А. Комяков, М. М. Никифоров
Книжная полка
621.31/Н56
Нестеренко, В. М. Технология электромонтажных работ [Текст] / В. М. Нестеренко.-6-е изд., стер.-М.: Академия, 2008.-589 с.-ISBN 978-5-7695-5557-2 .
Приведены материалы по курсу «Технология электромонтажных работ» для подготовки рабочих по специальностям электротехнического профиля. Особое внимание уделено межпредметным связям и теоретическому объяснению наиболее сложных вопросов и тем.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
