CC BY
1
УДК 629.423.1:629.421.2:621.317.385
А. А. Бакланов1, О. В. Третинников2
1Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация;
2Управление Московской железной дороги - филиала ОАО «РЖД», г. Москва, Российская Федерация
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ И УЧЕТА РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ГРУЗОВЫХ ЭЛЕКТРОВОЗАХ
Аннотация. Анализ данных показывает, что на сети железных дорог страны около 85 % от общего расхода электроэнергии на тягу поездов приходится на грузовое движение. Цель работы состоит в оценке погрешностей измерения и учета электроэнергии в грузовом движении по счетчикам электровозов и определении мер по их снижению. Использованы методы: сравнительный анализ, методы интегрального исчисления, энергетического баланса и экспертных оценок.
Рассмотрены погрешности измерения расхода электроэнергии на грузовых электровозах постоянного и переменного тока, а также ошибки и погрешности на всех этапах технического учета электроэнергии по счетчикам электроподвижного состава (ЭПС). Получены зависимости максимальной относительной погрешности учета электроэнергии, обусловленные коэффициентом счетчика. Приведены соотношения и получены оценки средневзвешенной относительной погрешности измерения и учета электроэнергии в грузовом движении на отдельных этапах, а также в целом на сети железных дорог. Поскольку на некоторых этапах невозможно точно определить погрешности, использованы экспертные оценки. Даны рекомендации по снижению погрешностей и ошибок при учете электроэнергии, в том числе путем использования средств измерения (счетчиков электроэнергии, датчиков тока и напряжения) более высокого класса точности, а также полной автоматизации измерения и учета электроэнергии на ЭПС, исключающей влияние человеческого фактора и случаев разрыва так называемых энергетических и временных цепочек. Определены условия, при которых возможно повысить точность измерения и учета расхода электроэнергии в грузовом движении, а также эффективность разрабатываемых мероприятий, в том числе устанавливаемых норм расхода электроэнергии на тягу поездов.
Ключевые слова: тяга поездов, расход электроэнергии, грузовой электровоз, счетчик электроэнергии, погрешность измерения и учета.
Alexander A. Baklanov1, Oleg V. Tretinnikov2
1Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation;
2Management of the Moscow Railway - branch of JSC «Russian Railways», Moscow, the Russian Federation
ESTIMATION OF MEASUREMENT AND ACCOUNTING ERRORS ELECTRICITY CONSUMPTION ON ELECTRIC FREIGHT LOCOMOTIVES
Abstract. Analysis of the data shows that about 85 % of the total electricity consumption for train traction in the country's railway network falls on freight traffic. The purpose of the work is to assess the errors in measuring and accounting for electricity in freight traffic using electric locomotive meters and to determine measures to reduce them. Methods used: comparative analysis, methods of integral calculus, energy balance and expert assessments.
The errors in measuring the consumption of electricity on electric freight locomotives of direct and alternating current, as well as errors and inaccuracies at all stages of technical metering of electricity by electric rolling stock meters (EPS) are considered. The dependences of the maximum relative error of electricity metering, due to the meter coefficient, are obtained. Relationships are given and estimates are obtained for the weighted average relative error in measuring and accounting for electricity in freight traffic at individual stages, as well as in the whole on the railway network. Since at some stages it is impossible to accurately determine the errors, expert estimates were used. Recommendations are given to reduce errors and errors in electricity metering, including through the use of measuring instruments (electricity meters, current and voltage sensors) of a higher accuracy class, as well as full automation of the measurement and metering of electricity at the EPS, excluding the influence of the human factor and cases of rupture so-called energy and time chains. The conditions are determined under which it is possible to improve the accuracy of measuring and accounting for the consumption of electricity in freight traffic, as well as the effectiveness of the measures being developed, including the established norms for the consumption of electricity for train traction.
Keywords: train traction, electricity consumption, electric freight locomotive, electricity meter, measurement and accounting error.
Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2020 г. и на перспективу до 2030 г. и Транспортная стратегия Российской Федерации до 2030 г. с прогнозом на период до 2035 г. предусматривают повышение энергетической эффективности тяги поездов. Одним из путей решения этой задачи в электрической тяге является повышение достоверности учета расхода электроэнергии на тягу, позволяющее в конечном итоге уточнить степень влияния различных факторов на энергозатраты поездов и разработать мероприятия по их минимизации. Как известно, железнодорожный транспорт является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов, который расходует более 4 % вырабатываемой в России электроэнергии [1]. При этом основной объем потребленной электроэнергии приходится на тягу поездов в грузовом движении. Так, в 2021 г. на тягу поездов израсходовано 44,7 млрд кВт-ч, в том числе в грузовом движении 38,3 млрд кВт-ч, что составляет 85,6 % от общего расхода электроэнергии.
Как известно, на электрифицированных железных дорогах осуществляется коммерческий и технический учет электроэнергии, при этом первый из них производится на тяговых подстанциях с помощью автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ). Технический учет электроэнергии в настоящее время осуществляется на электроподвижном составе с помощью различных бортовых систем, включающих в себя и счетчики электроэнергии. Целью данной статьи является оценка погрешности технического учета электроэнергии на тягу поездов в грузовом движении.
Учет расхода электроэнергии на тягу поездов представляет собой многоэтапный процесс, при этом на каждом этапе возможно возникновение различных погрешностей и ошибок, уменьшение которых позволяет повысить достоверность конечного результата. Достоверность учета электроэнергии является ключевым фактором, от которого зависит качество анализа, планирования и нормирования расхода электроэнергии на тягу поездов [2].
Анализ процесса технического учета электроэнергии на тягу поездов показывает, что в нем можно выделить три основных этапа:
этап I - измерение электроэнергии счетчиками или автоматизированными системами управления ЭПС;
этап II - регистрация показаний счетчиков электроэнергии в бумажном или электронном маршруте машиниста либо в носителе информации автоматизированной системы управления ЭПС;
этап III - регистрация (перенос) показаний счетчиков электроэнергии из маршрута машиниста или носителя информации автоматизированной системы управления ЭПС в стационарную компьютеризированную систему обработки и хранения информации.
Здесь необходимо уточнить, что современные счетчики измеряют потребление Аэ.потр электроэнергии в режиме тяги и возврат электроэнергии Аэ.возвр в режиме рекуперативного торможения ЭПС, при этом расход электроэнергии Аэ равен разности между потреблением и возвратом и рассчитывается при обработке маршрута машиниста по формуле [3]:
Аэ Аэ.потр — Аэ.возвр. (1)
При отсутствии на ЭПС рекуперативного торможения расход электроэнергии равен потреблению, т. е. Аэ = Аэ. потр
Основными показателями погрешности измерения (учета) электроэнергии на тягу поездов, как известно, являются абсолютная А и относительная 5 погрешности, характеризуемые выражениями [4, 5]:
А Аэ.измер — Аэ.истин; 5 -, (2)
А
э.истин
где Аэ.измер, Аэ.истин - соответственно измеренное и истинное количество электроэнергии.
Применительно к грузовому движению на электрифицированных участках постоянного тока в таблице 1 приведены этапы учета электроэнергии на тягу поездов, а также в зависимости от вида маршрута машиниста (носителя информации) и средства измерения представлены доли соответствующих маршрутов машиниста в общем их количестве, способы регистрации измеренной электроэнергии в маршруте машиниста или носителе информации и способ занесения информации в стационарную компьютеризированную систему. Из данных таблицы 1 видно, что в настоящее время формирование большинства маршрутов машиниста, а также регистрация электроэнергии в них производится в электронном виде, но в каждом эксплуатационном локомотивном депо имеются свои особенности.
Таблица 1 - Этапы учета расхода электроэнергии на тягу поездов
Вид маршрута машиниста (носитель информации) Доля в общем количестве маршрутов машиниста, % Этапы учета электроэнергии на тягу поездов
I II III
Измерение электроэнергии счетчиками или автоматизированными системами управления ЭПС Регистрация измеренной электроэнергии в носителе информации Регистрация электроэнергии в компьютере, обработка и хранение информации
Маршрут машиниста на бумажном носителе (форма ТУ-3ВЦЕ, ТУ-3ВЦУ) < 10 СКВТ-Д621, СКВТ-Ф610, СКВТ-М, БИВ4/41 (РПДА), СЭППТ-02 (АСИМ, УСАВП-Г, ИСАВП-РТ) Ручная Ручная
Электронный маршрут машиниста (картридж) < 90 СКВТ-Д621, СКВТ-Ф610, СКВТ-М, БИВ4/41 (РПДА), СЭППТ-02 (АСИМ, УСАВП-Г, ИСАВП-РТ) Ручная Электронная
< 50 СЭППТ-02 (АСИМ, УСАВП-Г, ИСАВП-РТ) Электронная Электронная
На первом этапе учета расхода электроэнергии на тягу поездов наряду с погрешностью средств измерения электроэнергии выделены следующие возможные причины, влияющие на достоверность учета электроэнергии: неисправность счетчика или системы регистрации и учета электроэнергии, некорректная работа счетчика или системы регистрации и учета электроэнергии, физическое вмешательство со стороны локомотивной бригады в исправную работу средств измерения электроэнергии, ошибка при считывании показаний счетчика.
Основные понятия и принципы измерения энергии на электровозах достаточно подробно рассмотрены в работах [3, 6], в которых показано, что погрешность измерения электроэнергии на ЭПС определяется прежде всего классом точности средств измерения: счетчиков электроэнергии, датчиков тока и напряжения. В качестве датчиков тока и напряжения для счетчиков электроэнергии на ЭПС постоянного тока используются в основном измерительные шунты и делители напряжения, а на ЭПС переменного тока - измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения либо делители напряжения.
В настоящее время на новых и прошедших модернизацию ранее выпущенных электровозах постоянного тока устанавливают электронные счетчики: СКВТ-Ф610 класса точности 1,0; СКВТ-М класса точности 1,0; БИВ4/41 класса точности 1,0 (регистратор параметров движения РПДА); СЭППТ-02 класса точности 0,2 (система информирования машиниста автономная АСИМ, универсальная система автоведения электровозов грузового движения УСАВП-Г, интеллектуальная система автоматизированного вождения поездов повышенной массы и длины с распределенной тягой ИСАВП-РТ).
Следует отметить, что электронные счетчики СКВТ-Ф610, СКВТ-М, БИВ4/41, СЭППТ-02 измеряют электроэнергию в обоих направлениях, т. е. производят измерение потребления и возврата электроэнергии на электровозах постоянного тока соответственно в режимах тяги и рекуперации. На некоторых ранее выпущенных и до сих пор эксплуатируемых электровозах установлены электромеханические счетчики СКВТ-Д600М класса точности 3,0 и СКВТ-Д621 класса точности 2,5, однако их доля незначительна.
На новых и прошедших модернизацию ранее выпущенных электровозах переменного тока устанавливают электронные счетчики: Альфа-класса точности 0,2 и 0,5; СЭТ-1М класса точности 0,5; СЭППТ-0,4 класса точности 0,2 для активной энергии и 1,0 для реактивной энергии. На некоторых ранее выпущенных и до сих пор эксплуатируемых электровозах установлены электронные счетчики Ф440 и Ф442 класса точности 2,0, а также электромеханические счетчики СО-И442 класса точности 2,5, но их количество небольшое и продолжает сокращаться.
Необходимо отметить, что класс точности счетчика электроэнергии и других средств измерения характеризует предельную относительную погрешность измерения, выраженную в процентах [4, 5]. Предельную относительную погрешность всей системы измерения электроэнергии, включающей в себя счетчик, датчик тока и датчик напряжения, с учетом свойства аддитивности погрешности можно представить в виде среднеквадратической величины:
81 =7^2ч дт +6дн , (3)
где 8сч, 8дт, 8дн - относительные погрешности (классы точности) соответственно счетчика, датчиков тока и напряжения.
В работе [3] показано, что на электровозах постоянного тока в случае применения счетчика класса точности 1,0 с учетом точности датчиков тока и напряжения предельная относительная погрешность канала измерения электроэнергии составляет 1,1 %. На электровозе переменного тока в случае применения счетчика класса точности 2,0 с учетом трансформатора тока класса точности 0,5 и измерительного трансформатора напряжения класса точности 1,0 предельная относительная погрешность канала измерения электроэнергии составляет 2,3 %. На некоторых ранее выпущенных электровозах переменного тока, не прошедших модернизацию системы учета электроэнергии, отсутствуют измерительные трансформаторы напряжения, а напряжение на счетчики подается от обмоток собственных нужд тяговых трансформаторов, при этом погрешность системы измерения электроэнергии со счетчиками класса точности 0,5 возрастает до 5,0 %.
В последние годы проводится большая работа по повышению точности измерения электроэнергии на электровозах переменного тока путем их оснащения счетчиками более высокого класса точности и измерительными делителями напряжения типа ДНЕ-25 производства ООО «АВП Технология», имеющими класс точности 0,5. При этом погрешность системы измерения электроэнергии со счетчиками класса точности от 0,5 до 2,0 согласно формуле (3) находится в диапазоне от 0,9 до 2,3 %.
Средневзвешенная относительная погрешность измерения электроэнергии всей совокупности п счетчиков за какой-либо период времени характеризуется выражениями:
¿м, „ А
8|- ,-=!8цу,; -ы (4)
¿С 4, ^ ¿С 4
,=1 Н
где 81, - относительная погрешность измерения электроэнергии ,-го счетчика;
Аэ, - электроэнергия, измеренная ,-м счетчиком;
Уэ - доля электроэнергии, измеренной ,-м счетчиком в общей суммарной электроэнергии, измеренной „ счетчиками.
Здесь и далее под счетчиком понимается вся система измерения и учета электроэнергии на электровозе. По итогам 2021 г. на сети железных дорог ОАО «РЖД» доля электроэнергии, израсходованная грузовыми электровозами постоянного тока, составила 0,33, а электровозами переменного тока - 0,67. Учитывая изложенное выше и то, что в настоящее время подавляющее большинство грузовых электровозов переменного тока (около 80 %) оснащены делителями напряжения типа ДНЕ-25, можно принять относительную погрешность измерения электроэнергии на грузовых электровозах постоянного тока равной в среднем 1,0 %, а на электровозах переменного тока - в среднем 1,5 %. Тогда на основании формулы (4) средневзвешенная относительная погрешность измерения электроэнергии всей совокупности счетчиков грузовых электровозов составляет:
8is = 1,0^0,33 + 1,5^0,67 = 1,3 %.
Полученная оценка погрешности 612 показывает, что в настоящее время благодаря применению на электровозах переменного тока высокоточных делителей напряжения ДНЕ-25 средневзвешенная относительная погрешность измерения электроэнергии всей совокупности счетчиков грузовых электровозов уменьшилась почти в три раза по сравнению с используемым до недавних пор вариантом подключения счетчиков на электровозах переменного тока к обмоткам собственных нужд тяговых трансформаторов, при котором указанная погрешность достигала 3,7 %.
Второй этап учета расхода электроэнергии на тягу поездов начинается с регистрации измеренной электроэнергии в маршруте машиниста или носителе информации либо передачи данных электронного маршрута машиниста по беспроводным каналам связи РОРС GSM. При ручной регистрации локомотивная бригада записывает в маршрут машиниста показания счетчиков электроэнергии при приемке и сдаче, т. е. в начале и в конце поездки, по которым рассчитывается потребление или возврат электроэнергии по формуле, кВт-ч:
Аэ = (Пк - Пн)Ксч, (5)
где Пн, Пк - соответственно показания счетчиков в начале и в конце поездки;
Ксч - коэффициент счетчика.
При этом, как правило, возникает ошибка измерения электроэнергии, обусловленная коэффициентом счетчика, который может быть равным 1, 10, 100. Электромеханические счетчики обычно имеют коэффициент 100 или 10, электронные счетчики - 10 или 1. Примеры ошибок, обусловленных коэффициентом счетчика, показаны в таблице 2.
Таблица 2 - Примеры ошибок, обусловленных коэффициентом счетчика
Коэффициент счетчика Расшифровка маршрута машиниста Недоучет электроэнергии, кВт-ч
1 Принял показание 11100, сдал показание 16199. Учтено (16199 - 11100)-1 = 5099 кВт-ч. -
10 Принял показание 1110, сдал показание 1619. Учтено (1619 - 1110)-10 = 5090 кВт-ч. 9
100 Принял показание 111, сдал показание 161. Учтено (161 - 111)-100 = 5000 кВт-ч. 99
При снятии и записи показаний счетчика погрешность измерения, равная ошибке отсчета по последнему разряду счетного механизма, может составлять единицу в сторону увеличения либо в сторону уменьшения, т. е. максимальная абсолютная погрешность за поездку согласно формуле (5) может быть такой:
А = 2Ксч. (6)
Максимальная относительная погрешность учета электроэнергии при этом характеризуется выражением:
52 =
А
2К
А
А
(7)
По формуле (7) рассчитаны и построены на рисунке зависимости максимальной относительной погрешности измерения, обусловленной коэффициентом счетчика, от количества измеренной электроэнергии, из которых видно, что при прочих равных условиях с увеличением коэффициента счетчика погрешность измерения существенно возрастает, но при неизменном коэффициенте счетчика погрешность измерения уменьшается с увеличением количества измеренной электроэнергии. Например, при коэффициенте счетчика Ксч = 10 относительная погрешность измерения практически во всем диапазоне расхода электроэнергии существенно меньше 1 %, а при коэффициенте счетчика Ксч = 1 составляет сотые доли процента.
5
% 4
I
у Ксч = 100
\
Ксч = 10
\
Ксч = 1 -
0 2 4 6 8 10 12 14 16 кВт-ч 20
Аэ.ис/10"3-►
Максимальная относительная погрешность учета электроэнергии, обусловленная коэффициентом счетчика
Средневзвешенная относительная погрешность учета электроэнергии всей совокупности п счетчиков, обусловленная их коэффициентами, характеризуется выражением:
X5 2 А „
522 =4;-= I5 2|Т ,1 ,
(8)
IIА
Н
И
где 52 - максимальная относительная погрешность учета электроэнергии, обусловленная коэффициентом ]-го счетчика.
Учитывая, что большинство счетчиков на грузовых электровозах имеют коэффициенты 1 и 10, можно считать на основании формулы (7) и рисунка, что средневзвешенная относительная погрешность учета электроэнергии всей совокупности счетчиков 522, обусловленная их коэффициентами, не превышает 1,0 %. Разумеется, при электронной регистрации измеренной электроэнергии на носителе информации погрешность 522 практически сводится к нулю. Принятая оценка погрешности 522 = 1,0 % достаточно реально отражает фактическую ситуацию, поскольку часть ранее выпущенных грузовых электровозов имеют счетчики с коэффициентом 100, например, электровозы постоянного тока со счетчиками СКВТ-Д621, для которых в большом диапазоне измеренной электроэнергии за поездку (до 10000 кВт-ч) максимальная относительная погрешность учета электроэнергии,
3
5
э
2
1
0
обусловленная коэффициентом счетчика, существенно превышает 2 % (см. рисунок). Расход электроэнергии за поездку до 10000 кВт • ч характерен для легких поездов и многих участков, особенно с равнинным профилем пути.
При ручной регистрации показаний счетчиков в бумажном бланке маршрута машиниста формы ТУ-3ВЦЕ и ТУ-3ВЦУ, а также при корректировке информации в электронном маршруте машиниста (ЭММ), формируемом на основе данных, введенных машинистом через электронный терминал самообслуживания (ЭТСО), иногда возникают погрешности, связанные с так называемым «человеческим фактором». Эти погрешности обусловлены допускаемыми машинистами при вводе информации ошибками, перечисленными в таблице 3. Необходимо подчеркнуть, что такие ошибки, как правило, приводят к разрыву так называемых «энергетических цепочек», т. е. к несовпадению показаний счетчиков электроэнергии в маршрутах машинистов сдающей и принимающей локомотивных бригад.
Таблица 3 - Ошибки при вводе информации
Тип ошибки при вводе информации Описание ошибки
Запись Введенные слова или показатели не те, что были в оригинале
Вставка Появление дополнительного символа (56,789 ^ 564,789)
В т. ч. диттография Случайное повторение символа (56,789 ^ 56,7789)
Удаление Один или несколько символов теряются (56,789 ^ 56,89)
В т. ч. гаплография Пропуск повторяющегося символа (56,779 ^ 56,79)
Перемена мест Два символа или более меняются местами (56,789 ^ 56,798)
Для сокращения подобных ошибок при вводе данных целесообразно уменьшение количества этапов от генерации данных до их ввода [7]. Так, в системе АСИМ, применяемой на электровозах, после окончании поездки происходит автоматическая передача данных электронного маршрута машиниста по беспроводным каналам связи РОРС GSM в виде зашифрованных файлов. Также наряду с логическим контролем данных можно использовать добавление проверки значения каждого поля в свою электронную форму, принцип нулевой ошибки Poka-yoke, принцип Дзидока (Jidoka) и другие способы обнаружения и устранения ошибок [7].
На третьем этапе учета расхода электроэнергии с поступившего после поездки в центр оперативно-технического учета работы локомотивов (ЦОТУ) маршрута машиниста производится регистрация измеренной электроэнергии в компьютерной программе АРМ ЦОТУ. Операторы ЦОТУ проверяют в АРМ ЦОТУ автоматически сформированные ЭММ, заверенные электронной подписью машинистов на ЭТСО, а в случае маршрута машиниста на бумажном носителе заносят вручную данные в АРМ ЦОТУ. При этом также может проявляться «человеческий фактор», т. е. у операторов ЦОТУ, как и у локомотивной бригады, могут возникать ошибки, указанные в таблице 3, из-за которых, как правило, происходит разрыв «энергетических цепочек». В случае возникновения ошибок, связанных с разрывом или наложением «энергетических и временных цепочек», работники ЦОТУ возвращают документы в депо с указанием фактических параметров, необходимых для корректировки. После уточнения данных маршрута машиниста в ЦОТУ информация поступает для формирования различных отчетностей в автоматизированной системе централизованной обработки маршрута машиниста (ЦОММ).
Максимальная относительная погрешность учета электроэнергии, обусловленная разрывами «энергетических цепочек» счетчиков, характеризуется выражением:
Z8 зА .
fc = А- = Z8 3jY ^ (9)
Z A w
j=l
3(55)
где 5зj - относительная погрешность измерения электроэнергии, обусловленная разрывом «энергетической цепочки» j-го счетчика.
По итогам 2021 г. на сети дорог суммарный объем недоучтенной электроэнергии из-за разрыва «энергетических цепочек» счетчиков тяги грузовых электровозов оценивается в 1,3 %. Необходимо отметить, что учет количества разрывов «энергетических цепочек» счетчиков рекуперации с оценкой объема недоучета возвращенной электроэнергии не производится. Следовательно, оценку относительной погрешности 5з2, связанной с недоучетом электроэнергии из-за разрыва «энергетических цепочек» счетчиков, можно принять равной 1,3 %.
Используя погрешности измерения и учета электроэнергии на отдельных этапах, оценим средневзвешенную относительную погрешность измерения и учета электроэнергии грузовых электровозов на сети железных дорог ОАО «РЖД» в виде среднеквадратической величины:
52 = д/52^ + 5 + 52
2Е
3Е
(10)
Подставив в формулу (10) указанные выше оценки погрешностей измерения и учета электроэнергии на отдельных этапах, получим:
52 = ^1,32 +1,02 +1,32 = 2,1 %.
Эта оценка средневзвешенной относительной погрешности измерения и учета электроэнергии свидетельствует о том, что для уменьшения погрешности учета электроэнергии в грузовом движении необходимо предусматривать различные мероприятия, прежде всего совершенствовать средства измерения электроэнергии на электровозах, а также автоматизировать систему ее учета на всех этапах [8].
Погрешность измерения и учета электроэнергии на тягу поездов зависит не только от точности средств измерения и снятия показаний счетчиков, но и от качества технического обслуживания и текущего ремонта электровозов, в том числе систем измерения и регистрации электроэнергии, и других факторов. Из-за неисправности или неправильной схемы подключения счетчик может измерить потребление (возврат) электроэнергии, значительно отличающееся от истинного потребления (возврата).
Необходимо отметить также, что при вождении поездов на участках с легким профилем пути с целью экономии электроэнергии машинисты применяют отключение части тяговых электродвигателей (ТЭД) электровоза. При этом счетчик секции электровоза с отключенными ТЭД покажет меньший расход электроэнергии за поездку или вовсе нулевой расход (показания счетчика не меняются), и если локомотивная бригада не укажет об этом в маршруте машиниста, то при его обработке в программе АРМ ЦОТУ фиксируется признак «неисправный счетчик» и учет электроэнергии производится по норме, т. е. к учету принимается расход электроэнергии, рассчитанный на основе установленных норм.
При определении расхода электроэнергии за поездку в АРМ ЦОТУ важную роль играет достоверность параметров учета в дорожной нормативно-справочной информации по топливу и электроэнергии. В случае несоответствия фактических коэффициентов счетчиков тяги и рекуперации электровоза справочным данным абсолютная погрешность может достигать больших значений и при завышенном коэффициенте счетчика рекуперации возможно получение отрицательного расхода электроэнергии за поездку. Для выделения из общего массива маршрутов с экономией (перерасходом) электроэнергии при обработке маршрутов машиниста в АРМ ЦОТУ используют коды замечаний 3; 6; 38, которые указывают работники ЦОТУ в случае наличия сообщения инженера-теплотехника или машиниста-инструктора локомотивного депо с указанием номера маршрута машиниста и кода замечания. По итогам 2021 г. на сети ОАО «РЖД» доля таких маршрутов машиниста составила 17,0 % от общего количества маршрутов машиниста.
Указанные факторы приводят к расхождению фактического расхода электроэнергии за поездку и нормы расхода, т. е. к погрешности учета электроэнергии на тягу поездов, при этом погрешность учета энергии может быть в сторону ее переучета либо недоучета. Для оценки этой погрешности необходимо знать количество недоучтенной (переучтенной) электроэнергии. Анализ показывает, что при определении экономии (перерасхода) электроэнергии за поездку в локомотивных депо максимальное отклонение фактического расхода от нормы расхода не превышает 30 %, причем в большинстве случаев такое отклонение допускают не более 10 %. Путем экспертной оценки среднее значение недоучтенной (переучтенной) электроэнергии принято равным 8 %, тогда относительная погрешность учета электроэнергии, обусловленная указанными выше признаками и кодами замечаний, для всего парка грузовых электровозов находится на таком уровне:
8 17
542 = = 1,4 %.
100
Таким образом, общая относительная погрешность измерения и учета электроэнергии на тягу грузовых поездов на всех этапах ее регистрации, в том числе при наличии счетчиков, измеряющих электроэнергию с большим расхождением по сравнению с нормой расхода, составляет:
52 = +5 2 2+5 322+5 2 Е =д/1,32 +1,02 +1,32 +1,42 = 2,5 %. (11)
Здесь нужно иметь в виду, что отклонения зарегистрированного в ЦОТУ расхода от истинного расхода электроэнергии примерно с одинаковой вероятностью могут быть как в сторону ее переучета, так и в сторону недоучета, поэтому они в определенной степени взаимно компенсируются, при этом суммарный недоучет (переучет) электроэнергии сокращается и погрешность от влияния таких факторов в целом уменьшается.
Снижение погрешности измерения и учета электроэнергии на тягу поездов имеет большое значение для повышения энергоэффективности электроподвижного состава [9] и в целом перевозочного процесса.
Целесообразно разработать единые требования к применяемым в настоящее время разнотипным системам измерения и технического учета электроэнергии на грузовых и пассажирских электровозах, а также на электропоездах постоянного и переменного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения, поскольку утвержденные 31 декабря 2014 г. распоряжением ОАО «РЖД» «Технология учета расхода электроэнергии электроподвижным составом с использованием автоматизированных информационно-измерительных комплексов» и «Технические требования к автоматизированным информационно-измерительным комплексам учета расхода электроэнергии на тяговом электроподвижном составе» рассчитаны на перспективные системы измерения и учета расхода электроэнергии на тягу поездов и практически не отражают особенности существующей технологии технического учета электроэнергии на ЭПС, а также произошедшие за последние годы изменения, в частности, переход на безбумажную технологию учета работы локомотивных бригад в соответствии с распоряжением ОАО «РЖД» от 8 августа 2016 г. № 1594р.
Повышение точности учета электроэнергии способствует разработке действенных мероприятий по ее экономии прежде всего за счет правильной оценки степени влияния отдельных факторов на расход энергии. Нормирование расхода электроэнергии на тягу поездов в целом, эффективность устанавливаемых норм и их стимулирующее влияние для выбора энергооптимальных режимов вождения поездов во многом зависят от точности измерения и учета электроэнергии на ЭПС. При достаточно высокой точности можно осуществлять коммерческий учет электроэнергии на ЭПС, способствующий сокращению энергозатрат на тягу поездов [10]. Снижение погрешности измерения и учета электроэнергии
на тягу грузовых поездов примерно в такой же степени позволит уменьшить общесетевой годовой небаланс электроэнергии в тяге поездов.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
1. Анализ погрешности измерения и учета расхода электроэнергии на тягу поездов на отдельных этапах показывает, что она зависит от многих факторов, в том числе от качества труда многих работников - сервиса, приемщика локомотивов, инженера и машиниста-инструктора по теплотехнике, локомотивных бригад, операторов центра оперативно-технического учета работы локомотивов.
2. Оценка относительной погрешности измерения и технического учета расхода электроэнергии на всем парке грузовых электровозов ОАО «РЖД» показывает, что она находится на уровне 2,5 %.
3. С целью дальнейшего снижения погрешности измерения и учета расхода электроэнергии на грузовых электровозах и в целом на ЭПС необходимо использовать средства измерения (счетчики электроэнергии, датчики тока и напряжения) более высокого класса точности. Повышению точности способствует полная автоматизация измерения и учета электроэнергии на ЭПС, исключающая влияние «человеческого фактора» и случаев разрыва «энергетических и временных цепочек».
4. С целью уточнения погрешности измерения и учета расхода электроэнергии на тягу поездов необходимо провести детальный анализ показателей энергопотребления на всех этапах измерения и учета электроэнергии, выявить количество недоучтенной (переучтенной) энергии, связанное с разрывом «энергетических и временных цепочек», «человеческим фактором» и другими ошибками. Кроме того, целесообразно оценить и учесть погрешность измерения и учета электроэнергии на пассажирских электровозах и электропоездах.
5. Снижение погрешности измерения и учета электроэнергии позволит повысить эффективность ее использования на тягу поездов, энергоэффективность ЭПС и в целом перевозочного процесса, улучшить качество нормирования и прогнозирования энергозатрат, в определенной степени уменьшить небаланс электроэнергии в тяге поездов и сократить расход электроэнергии на тягу.
Список литературы
1. Энергосбережение на железнодорожном транспорте / В. А. Гапанович, В. Д. Авилов, Б. И. Иванов [и др.]; под ред. В. А. Гапановича. - Москва : Интехэнерго-Издат; Теплоэнергетик, 2014. - 304 с. - Текст : непосредственный.
2. Никифоров, М. М. Технология учета расхода электроэнергии электроподвижным составом с использованием информационно-измерительных комплексов и технические требования к таким комплексам / М. М. Никифоров, С. Ю. Ушаков, А. Л. Каштанов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2017. - № 4 (32). - С. 101-110.
3. Бакланов, А. А. Учет электроэнергии на тягу поездов и его измерение /
A. А. Бакланов. - Текст : непосредственный // Локомотив. - 1996. - № 4. - С. 33-34.
4. Рабинович, С. Г. Погрешности измерений / С. Г. Рабинович. - Ленинград : Энергия, 1978. - 262 с. - Текст : непосредственный.
5. Новицкий, П. В. Оценка погрешности результатов измерений / П. В. Новицкий, И. А. Зограф. - Ленинград : Энергоатомиздат, 1985. - 248 с. - Текст : непосредственный.
6. Кучумов, В. А. Расход электроэнергии на тягу поездов и его измерение /
B. А. Кучумов, Б. Н. Ребрик. - Текст : непосредственный // Локомотив. - 1997. - № 8. -
C. 28-29.
7. Аналитическая культура. От сбора данных до бизнес-результатов / Карл Андерсон / пер. с англ. Ю. Константиновой. - Москва : Манн, Иванов и Фербер, 2017. - 336 с. - Текст : непосредственный.
8. Черемисин, В. Т. Концепция единой автоматизированной системы учета электрической энергии на тягу поездов / В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков, А. Л. Каштанов. - Текст : непосредственный // Транспорт Урала. - 2013. - № 4 (39). - С. 83-86.
9. Черемисин, В. Т. Автоматизированный мониторинг энергетической эффективности работы электроподвижного состава ОАО «РЖД» / В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков, Д. В. Пашков. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2014. - № 3 (42). -С. 87-91.
10. Школьников, Е. Н. Коммерческий учет электрической энергии на электроподвижном составе / Е. Н. Школьников, В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков. - Текст : непосредственный // Железнодорожный транспорт. - 2016. - № 8. - С. 50-54.
References
1. Gapanovich V.A., Avilov V.D., Ivanov B.I., et al. Energosberezheniye na zheleznodorozhnom transporte [Energy saving in railway transport]. Moscow, Intehjenergo-Izdat Publ.; Teplojenergetik Publ., 2014, 304 p. (In Russian).
2. Nikiforov M.M., Ushakov S.Y., Kashtanov A.L. The technology of electricity accounting on the rolling stock with the use of information-measuring complexes and technical requirements for such complexes. Izvestiia Transsiba - Journal of Transsib Railway Studies, 2017, no. 4 (32), pp. 101-110 (In Russian).
3. Baklanov A.A. Electricity metering for train traction and its measurement. Lokomotiv -Locomotive, 1996, no. 4, pp. 33-34 (In Russian).
4. Rabinovich S.G. Pogreshnosti izmereniy [Measurement errors]. Leningrad, Energiia Publ., 1978, 262 p. (In Russian).
5. Novitsky P.V., Zograf I.A. Otsenka pogreshnosti rezul'tatov izmereniy [Estimation of measurement results error]. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1985, 248 p. (In Russian).
6. Kuchumov V.A., Rebrik B.N. Electricity consumption for train traction and its measurement. Lokomotiv - Locomotive, 1997, no. 8, pp. 28 -29 (In Russian).
7. Anderson Carl. Analiticheskaya kul'tura. Ot sbora dannykh do biznes-rezul'tatov [Analytical culture. From data collection to business results]. Moscow, Mann, Ivanov and Ferber Publ., 2017, 336 p. (In Russian).
8. Cheremisin V.T., Ushakov S.Yu., Kashtanov A.L. The concept of a unified automated system for accounting for electric energy for train traction. Transport Urala -Transport of the Urals, 2013, no. 4 (39), pp. 83-86 (In Russian).
9. Cheremisin V.T., Ushakov S.Yu., Pashkov D.V. Automated monitoring of the energy efficiency of the electric rolling stock of Russian Railways. Izvestiia Transsiba - Journal of Transsib Railway Studies, 2014, no. 3 (42), pp. 87-91 (In Russian).
10. Shkolnikov E.N., Cheremisin V.T., Ushakov S.Yu. Commercial metering of electric energy on electric rolling stock. Zheleznodorozhnyy transport - Railway transport, 2016, no. 8, pp. 50-54 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Бакланов Александр Алексеевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-19. E-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Baklanov Alexandr Alexeevich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Rolling stock of electric railways», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-34-19. E-mail: [email protected]
Третинников Олег Владимирович
Управление Московской железной дороги -филиала ОАО «РЖД».
Краснопрудная ул., д. 20, г. Москва, 107996, Российская Федерация.
Инженер 1 категории отдела корпоративного управления и реализации стратегии.
Тел.: +7 (906) 795-36-20.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Бакланов, А. А. Оценка погрешности измерения и учета расхода электроэнергии на грузовых электровозах / А. А. Бакланов, О. В. Третинников. -Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2023. - № 3 (55). - С. 2 - 13.
УДК 621.436
Tretinnikov Oleg Vladimirovich
Management of the Moscow Railway - a branch of JSC «Russian Railways».
Krasnoprudnaya st., 20, Moscow, 107996, the Russian Federation.
Engineer of the 1st category of the corporate department management and implementation of the strategy.
Phone: +7 (906) 795-36-20.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Baklanov A.A., Tretinnikov O.V. Estimation of measurement and accounting errors electricity consumption on electric freight locomotives. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 3 (55), pp. 2-13 (In Russian).
А. Д. Росляков, Л. С. Курманова, С. А. Петухов, М. Ю. Карпенко
Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС), г. Самара, Российская Федерация
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДИКАТОРНОГО ПРОЦЕССА СРЕДНЕОБОРОТНОГО ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЕГО РАБОТЕ С ДОБАВКОЙ АММИАКА
Аннотация. В статье представлен опыт по использованию альтернативных видов топлива на тяговом автономном подвижном составе. Отечественный и зарубежный опыт по использованию аммиака показывает актуальность его использования не только для подавления вредных веществ в отработавших газах, но и как моторного топлива. Дана сравнительная характеристика параметров дизельного топлива с альтернативными, такими как аммиак и природный газ. Имеющаяся в настоящее время отработанная технология по применению природного газа позволяет воспламенять аммиак от запальной порции дизельного топлива по такому же принципу, так как он не воспламеняется от сжатия, имея высокую температуру самовоспламенения. Одним из главных преимуществ аммиака как моторного топлива служит его высокая детонационная стойкость, что позволяет увеличивать степень сжатия двигателя. На основании имеющихся преимуществ и недостатков по применению аммиака в качестве моторного топлива для обеспечения качественного воспламенения смеси аммиака и воздуха необходимо устанавливать ранний угол опережения подачи топлива. Для оценки параметров рабочего тела во впускном коллекторе при подаче аммиака выполнен термодинамический расчет. Для оценки эффективности рабочего цикла тепловозного дизеля 6ЧН 31/36 при его работе с добавкой аммиака в пропорции 50 % ДТ + 50 % NH3 было проведено моделирование индикаторного процесса на основе газодинамической модели с помощью автоматизированной системы ENGINE. Результаты представлены в виде индикаторных диаграмм, кривых тепловыделения и температуры газов. По результатам проведенного моделирования индикаторного процесса сделан вывод о пригодности аммиака в качестве моторного топлива. Учитывая простоту производства, относительно низкую стоимость, удовлетворительные термодинамические показатели и малую токсичность отработавших газов, аммиак может рассматриваться как реальный заменитель дизельного топлива в рамках энергетики будущего.
Ключевые слова: дизель, тепловоз, аммиак, дизельное топливо, индикаторная диаграмма, внутрицилиндровые параметры.
Alexey D. Roslyakov, Leila S. Kurmanova, Sergei A. Petukhov, Mikhail Y. Karpenko
Samara State Transport University (SSTU), Samara, the Russian Federation
MODELING OF THE INDICATOR PROCESS OF A LOCOMOTIVE MEDIUM-SPEED DIESEL ENGINE WHEN IT IS OPERATED WITH THE ADDITION OF AMMONIA
Abstract. The article presents the experience of using alternative fuels on traction autonomous rolling stock. Domestic and foreign experience in the use of ammonia shows the relevance of its use not only for the suppression of
