CC BY
130
Список литературы
1. Авилов, В. Д. Целевой энергетический мониторинг эффективности использования ТЭР структурными подразделениями железных дорог [Текст] / В. Д. Авилов, Е. А. Третьяков, А. Г. Звягинцев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 1 (9). - С. 59 - 69.
2. Третьяков, Е. А. Разработка продольно-параллельных фильтр-устройств для управления входными сопротивлениями элементов питающей сети в частотной области [Текст] / Е. А. Третьяков, А. В. Краузе // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012.
3. Кондратьев, Ю. В. Совершенствование методов расчета параметров и выбора мест установки устройств продольной и поперечной компенсации реактивной мощности в условиях применения рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов [Текст] / Ю. В. Кондратьев, С. Я. Привалов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 4 (4). - С. 63 - 67.
4. Третьяков, Е. А. Оптимизация структуры компенсирующих устройств [Текст] / Е. А. Третьяков, Н. Н. Малышева, А. В. Краузе // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 4 (4). - С. 85 - 94.
5. Третьяков, Е. А. Оптимизация качества и потерь электрической энергии в электрических сетях нетяговых потребителей [Текст] / Е. А. Третьяков // Транспорт Российской Федерации. - Санкт-Петербург, 2011. - № 3 (34). - С. 50 - 54.
6. Манусов, В. З. Исследование методов снижения несимметрии загрузки трехфазной сети на тяговых подстанциях скоростных железных дорог переменного тока [Текст] / В. З. Ма-нусов, В. П. Морозов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 2 (10). - С. 87 - 93.
УДК 621.331:621.311
В. Т. Черемисин, М. М. Никифоров
ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В статье изложен порядок составления программ энергосбережения в хозяйстве электрификации и электроснабжения. Приведен перечень основных мероприятий, направленных на снижение потерь электроэнергии в тяговой сети и оборудовании тяговых подстанций, а также на повышение пропускной способности участков железных дорог. Представлены результаты исследований по оценке потенциала повышения энергоэффективности системы тягового электроснабжения железных дорог.
Снижение энергоемкости перевозочного процесса является одним из ключевых условий обеспечения конкурентоспособности железнодорожного транспорта. В условиях снижения темпов роста объема перевозочной работы добиться снижения энергоемкости можно только за счет реализации организационно-технических мероприятий (ОТМ), направленных на снижение потребления энергоресурсов на тягу поездов. Так как 85 % перевозочной работы на сети железных дорог Российской Федерации выполняется на электротяге, поиск путей повышения эффективности использования электрической энергии на тягу поездов как основного вида деятельности ОАО «Российские железные дороги» можно считать приоритетным.
В 2011 - 2012 гг. в ходе реализации федерального законодательства в ОАО «Российские железные дороги» выполнялось энергетическое обследование, непосредственное участие в организации и проведении которого в части электротяги принимали специалисты Омского
государственного университета путей сообщения [1, 2]. При этом рассматривались три направления повышения эффективности использования электроэнергии на тягу поездов: в системе тягового электроснабжения, на пассажирском и грузовом электроподвижном составе, на мотор-вагонном подвижном составе [3, 4]. Особенности и результаты обследования электровозов и мотор-вагонного подвижного состава изложены в работах [5 - 8].
Для системы тягового электроснабжения разработка программы внедрения ОТМ по экономии электроэнергии включает в себя несколько этапов:
1) анализ текущего уровня использования электроэнергии на тягу поездов;
2) составление перечня мероприятий, направленных на снижение потерь электроэнергии и повышение пропускной способности участков железных дорог по условиям режима работы системы тягового электроснабжения;
3) оценка потенциала повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения, достигаемого за счет снижения потерь электроэнергии для конкретных участков железных дорог;
4) расчет технико-экономического эффекта и определение сроков окупаемости мероприятий для конкретных участков железных дорог;
5) составление, согласование и утверждение программ повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения железных дорог.
В рамках работы по оценке энергоэффективности системы тягового электроснабжения были выполнены следующие виды работ:
проведены сбор и обобщение детализированных сведений о характеристиках тягового электроснабжения в границах обследуемых железных дорог;
определение межподстанционных зон, лимитирующих пропускную способность по устройствам тягового электроснабжения;
дана характеристика тяговых подстанций, в том числе оценка условий питания меж-подстанционных зон участков постоянного и переменного тока и анализ эффективности применения сглаживающих фильтров и устройств компенсации реактивной мощности.
выполнен анализ эффективности передачи электроэнергии в тяговой сети, в том числе оценка оптимальности схемы питания тяговой сети, расположения постов секционировании и пунктов параллельного соединения; оценка равномерности распределения нагрузок между смежными тяговыми подстанциями и рационального использования усиливающих фидеров и проводов.
Ожидаемый суммарный технико-экономический эффект для ОАО «Российские железные дороги», достигаемый за счет реализации мероприятий по повышению энергоэффективности системы тягового электроснабжения на сети железных дорог, составил 1,6 % от расхода электроэнергии на тягу поездов. Средневзвешенный простой срок окупаемости мероприятия составит 9,3 года.
Структура мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности системы тягового электроснабжения, и их долевой вес в ожидаемом суммарном технико-экономическом эффекте, а также долевой вес мероприятий в суммарных капитальных затратах на их внедрение приведены в таблице.
Структура мероприятий по повышению энергоэффективности системы тягового электроснабжения
Наименование мероприятия Долевой вес мероприятия в ожидаемом суммарном эффекте, о. е. Долевой вес мероприятия в суммарных капитальных затратах на внедрение, о. е.
1 2 3
Установка выпрямительно-инверторных агрегатов на тяговых подстанциях постоянного тока Модернизация преобразовательных агрегатов на тяговых подстанциях постоянного тока 0,320 0,285 0,102 0,225
06301360
Окончание таблицы
1 2 3
Оптимизация работы и замена понижающих трансфор-
маторов на тяговых подстанциях постоянного и пере- 0,112 0,195
менного тока
Снижение потерь электрической энергии в тяговой се-
ти и увеличение пропускной способности участка за счет 0,081 0,089
использования усиливающих и экранирующих проводов
Повышение эффективности применения компенсиру-
ющих устройств на тяговых подстанциях и постах сек- 0,072 0,077
ционирования участков переменного тока
Снижение перетоков мощности в тяговой сети участков переменного тока 0,064 0,003
Минимизация потерь электрической энергии в тяговой сети за счет изменения схемы питания 0,025 0,027
Модернизация сглаживающих устройств на тяговых 0,019 0,165
подстанциях постоянного тока
Перевод переключателей ответвлений обмоток без воз-
буждения (ПБВ) на преобразовательных трансформато- 0,016 0,000
рах из положения III в положение II
Прочие мероприятия, направленные на увеличение пропускной способности участков 0,006 0,117
Рассмотрим принципы возникновения эффекта от разработанных мероприятий, перечисленных в таблице.
1. Установка выпрямительно-инверторных агрегатов (ВИПов) на тяговых подстанциях постоянного тока приводит к снижению нереализованной доли избыточной электрической энергии рекуперации на участках постоянного тока.
Возврат энергии рекуперации и, следовательно, процесс электрического торможения, возможны только при одновременном потреблении энергии. Таким образом, величина рекуперируемой энергии зависит главным образом от наличия приемников энергии, их характеристик и характеристик электроподвижного состава.
На однопутных и многопутных участках энергия рекуперации в некоторых случаях может превышать величину, которую можно реализовать на электроподвижном составе, находящемся в режиме тяги. В этих случаях появляется избыточная энергия рекуперации.
Тип, мощность и размещение приемников избыточной энергии рекуперации рациональным образом выбираются на основании величин абсолютной и избыточной энергии рекуперации. Исходными положениями при этом принимаются следующие:
мощность и расположение приемников избыточной энергии необходимо выбирать так, чтобы поездам, следующим по спускам, были созданы условия для применения рекуперативного торможения при любых, даже наиболее тяжелых, поездных ситуациях на участке;
тип и количество выбираемых установок должны быть оправданы экономическими соображениями, т. е. они должны обеспечить наибольший экономический эффект от применения рекуперативного торможения.
Проведенные исследования позволили выделить три группы тяговых подстанций, на которых необходимо провести работы по модернизации или внедрению ВИПов:
1) тяговые подстанции, на которых необходимо выполнить замену существующих ВИПов на новые (21 ед. ВИПов);
2) тяговые подстанции, оборудованные тяговыми трансформаторами, конструкция которых позволяет подключать к ним ВИПы (три ед. ВИПов);
3) тяговые подстанции, на которых целесообразно выполнить замену выпрямительных агрегатов на ВИПы с одновременной заменой тяговых трансформаторов (31 тяговая подстанция).
Проведенные расчеты показали, что реализация предложенных мероприятий имеет простой срок окупаемости около семи лет.
2. Модернизация преобразовательных агрегатов на тяговых подстанциях постоянного тока обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и эффективности работы системы тягового электроснабжения
за счет снижения удельного расхода электрической энергии для тяги поездов примерно на 2,5 - 3,5 % в зависимости от загрузки подстанции;
повышения пропускной способности электрифицированного участка;
снижения потерь в тяговом трансформаторе за счет применения трансформаторов рациональной мощности;
снижения потерь электроэнергии в вентильных конструкциях.
В настоящее время на тяговых подстанциях постоянного тока значительная часть вы-прямительно-инверторных агрегатов собрана по шестипульсовой схеме, имеющей более низкие технико-экономические показатели, чем двенадцати- и двадцатичетырехпульсовые.
Двенадцатипульсовые преобразователи имеют существенные технико-экономические преимущества перед шестипульсовыми. В частности, при применении двенадцатипульсовых выпрямителей коэффициент мощности повышается до 0,96 - 0,97 против 0,91 - 0,93 шести-пульсовых. Коэффициент наклона внешней характеристики снижается до 0,26 против 0,52 шестипульсового выпрямителя. В сетевом токе отсутствуют гармоники с номерами 5, 7, 17, 19 и т. д., что приводит к улучшению показателей качества электрической энергии питающей сети.
Внедрение двенадцатипульсовых выпрямителей на тяговых подстанциях возможно двумя путями. Первый заключается в приобретении новых тяговых трансформаторов (с масляным охлаждением типа ТРДП-12500, ТРМП-6300, ТРДТНП-16000 и сухих типа ТРСЗП-6300 и ТРСЗП-12500) и новых вентильных конструкций (В-ТПЕД, ТПЕД-Ж). Этот путь характеризуется значительными затратами. Второй путь, характеризующийся значительно меньшими затратами, заключается в модернизации ранее установленных выпрямительных трансформаторов шестипульсовых нулевых выпрямителей параллельного типа (ТМРУ, УТМРУ и ТМПУ с габаритной мощностью 16000 кВА) и вентильных конструкций УВКЭ-1, ПВКЕ-2, ПВЭ-3, ПВЭ-5.
Суть модернизации трансформаторов при переходе на двенадцатипульсовые мостовые схемы выпрямления сводится к перераспределению витков вторичных обмоток в соответствии с параметрами новой схемы выпрямления. Ориентировочная стоимость модернизации одного преобразовательного трансформатора составляет около 20 % от стоимости нового масляного трансформатора. Модернизация вентильных конструкций может быть выполнена с использованием силовых блоков БСЕ, выпускаемых опытным заводом Всероссийского электротехнического института (ОЗ ВЭИ). В этом случае затраты на приобретение блоков не превысят 1,6 млн р. Модернизация вентильных конструкций обычно проводится на местах силами ремонтно-ревизионных участков.
Модернизация трансформаторов малой мощности (2хТМПУ-6300, 2хУТМРУ-6300, 2хТМРУ-6300), как правило, нецелесообразна ввиду их существенного морального и физического износа. В этом случае необходимо рассмотреть возможность их замены на трансформаторы ТРДП-12500.
В отдельных случаях модернизация преобразовательных агрегатов с шести- на двена-дцатипульсовую схему нецелесообразна ввиду существенных капитальных затрат и, как следствие, большого срока окупаемости мероприятия. В этом случае рекомендуется модернизация вентильных конструкций с использованием блоков БСЕ без изменения схемы выпрямления.
Ожидаемый простой срок окупаемости модернизации преобразовательных агрегатов на тяговых подстанциях постоянного тока на сети железных дорог составляет 12,7 года.
3. Оптимизация работы и замена понижающих трансформаторов на тяговых подстанциях постоянного и переменного тока обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и эффективности работы системы тягового электроснабжения.
06301360
На полигоне постоянного и переменного тока электрифицированных железных дорог эксплуатируется большое количество понижающих трансформаторов с истекшим сроком службы (свыше 25 лет). Вследствие этого снижается надежность системы тягового и нетягового электроснабжения, повышаются потери холостого хода и короткого замыкания трансформаторов, увеличиваются затраты на их ремонт и техническое обслуживание.
В большинстве случаев на тяговых подстанциях переменного тока применяются два или более понижающих трансформатора. При этом возможны следующие основные варианты организации системы питания нагрузок:
- питание районной и тяговой нагрузки от одного трансформатора;
- раздельное питание районной и тяговой нагрузки;
- параллельная работа двух трансформаторов на тягу поездов.
Выбор оптимальной схемы питания зависит от величины тяговой и районной нагрузки, установленной мощности трансформаторов, несимметрии напряжения на шинах трансформаторов и от других факторов.
В целях снижения эксплуатационных расходов и потерь электрической энергии к внедрению предлагаются мероприятия по замене устаревших или имеющих неудовлетворительные технические характеристики трансформаторов, а также мероприятия по выбору оптимального режима работы понижающих трансформаторов. Снижение потерь электрической энергии в трансформаторном оборудовании составит более 65 млн кВтч в год. Однако данное мероприятие является одним из наиболее затратных, а простой срок его окупаемости (без учета эффекта от повышения пропускной способности участков железных дорог) составляет более 25 лет.
4. Использование усиливающих и экранирующих проводов приводит к снижению потерь электрической энергии в тяговой сети и увеличению пропускной способности участков железных дорог.
Использование усиливающих фидеров или изменение параметров контактной подвески в границах межподстанционных зон носит многоцелевой характер, поскольку позволяет повысить пропускную способность участков на лимитирующих зонах и одновременно сократить потери электрической энергии в тяговой сети.
На многих участках электрифицированных железных дорог в качестве мероприятия по снижению падения напряжения в тяговой сети применяют различные способы по уменьшению сопротивления тяговой сети. В результате принятых мер снижаются потери электрической энергии в тяговой сети от протекающих токов и, как следствие, уменьшаются потери напряжения.
Увеличение сечения тяговой сети возможно за счет подвешивания усиливающего и экранирующего проводов и уменьшения сопротивления рельса.
Такое мероприятие, как уменьшение сопротивления рельса, часто неприменимо вследствие больших капитальных затрат на демонтаж и монтаж элементов системы электроснабжения и ограничения движения поездов. Таким образом, наиболее оптимальным является вариант подвешивания усиливающего и экранирующего проводов.
Выбор сечения выполняется на основании результатов имитационного моделирования с использованием пакета прикладных программ «КОРТЭС» с учетом обеспечения пропускной способности участка.
Анализ данных, характеризующих тип контактной подвески на всем протяжении обследуемых железных дорог, позволил определить участки тяговой сети, требующие усиления за счет применения усиливающих и экранирующих проводов. Снижение потерь электрической энергии в тяговой сети за счет использования усиливающих и экранирующих проводов составит более 41 млн кВтч в год. Простой срок окупаемости внедрения усиливающих и экранирующих проводов (без учета эффекта от повышения пропускной способности) составляет 16,7 года.
5. Повышение эффективности применения компенсирующих устройств на тяговых
подстанциях и постах секционирования участков переменного тока обеспечивает снижение потерь электроэнергии, повышение уровня напряжения в контактной сети и обеспечение пропускной способности участков железных дорог.
По результатам анализа режимов работы системы тягового электроснабжения участков переменного тока был проведен выбор варианта компенсации реактивной мощности с точки зрения минимизации приведенных затрат. Выбор оптимального варианта компенсирующего устройства выполняется на основании результатов имитационного моделирования с использованием пакета прикладных программ «КОРТЭС» (ВНИИЖТ), с учетом приказа ФСТ России от 31 августа 2010 г. № 219-э/6 «Об утверждении Методических указаний по расчету повышающих (понижающих) коэффициентов к тарифам на услуги по передаче электрической энергии в зависимости от соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон по договорам об оказании услуг по передаче электрической энергии по единой национальной (общероссийской) электрической сети (договорам энергоснабжения)».
В ходе проведения анализа была дана оценка технического состояния устройств компенсации реактивной мощности и влияния работы устройств на пропускную способность рассматриваемого участка. По результатам анализа были разработаны рекомендации, которые могут быть сгруппированы по следующим направлениям:
- ремонт и модернизация существующих устройств компенсации реактивной мощности;
- внедрение новых устройств продольной компенсации на тяговых подстанциях и постах секционирования.
Результаты проведенных исследований показали, что основной эффект от внедрения устройств компенсации реактивной мощности заключается в увеличении пропускной способности участка. Поэтому, несмотря на существенные затраты на реализацию данного мероприятия, простой срок его окупаемости с учетом постепенного линейного увеличения размеров движения по участкам железных дорог составляет около двух лет.
6. Снижение перетоков мощности в тяговой сети участков переменного тока приводит к снижению потерь электроэнергии в контактной сети.
Система тягового электроснабжения является несимметричным нелинейным потребителем с переменной нагрузкой, режимы ее работы характеризуются неравномерностью загрузки смежных тяговых подстанций, уравнительными токами в межподстанционных фидерных зонах, достигающих значений нормальных эксплуатационных. В результате наблюдаются повышенные значения потерь напряжения и мощности в тяговой сети, что снижает технико-экономические показатели системы тягового электроснабжения. Кроме того, система тягового электроснабжения ухудшает показатели качества электрической энергии в системе внешнего электроснабжения.
Так как сети системы тягового электроснабжения оказываются подключенными параллельно линиям системы внешнего электроснабжения, то по тяговой сети протекает часть мощности транзита и поэтому уменьшаются потери электрической энергии в электроэнергетической системе, содержащей тяговую нагрузку, но увеличиваются потери в тяговой сети и оборудовании тяговых подстанций.
На основании анализа условий питания межподстанционных зон были выявлены наиболее вероятные участки со значительными перетоками мощности на сети железных дорог переменного тока, для которых были выполнены измерения.
По результатам натурных измерений был выполнен расчет значений уравнительного тока и потерь электроэнергии от его протекания при различных режимах работы системы тягового электроснабжения и разработаны рекомендации по их снижению. К таким рекомендациям относятся регулирование напряжения на шинах 27,5 кВ смежных тяговых подстанций, перевод на раздельное питание районной и тяговой нагрузки, изменение схемы питания тяговой подстанции, а также внедрение устройств режимного управления постом секциониро-
06301360
вания. Ожидаемое уменьшение потерь электроэнергии в контактной сети от снижения протекания уравнительных токов составляет 37 млн кВтч в год, а окупаемость данного мероприятия не превышает одного года.
7. Изменение схемы питания тяговой сети с целью минимизации потерь электрической энергии в тяговой сети должно выполняться при безусловном обеспечении пропускной способности участков и минимуме приведенных затрат.
Экономичность и надежность работы контактной сети зависят от схемы ее питания и секционирования. Схема секционирования контактной сети определяется эксплуатационными условиями. Расчет потерь электроэнергии проводится путем имитационного моделирования с использованием пакета прикладных программ «КОРТЭС» (ВНИИЖТ). В рамках данного пункта было выполнены расчеты показателей системы тягового электроснабжения при всех возможных на участке схемах питания с учетом обеспечения пропускной способности участка (с учетом фактического размера движения и возможности увеличения пропускной способности на перспективу). Оценка оптимальности схемы питания тяговой сети и расположения постов секционирования (ПС) и пунктов параллельного соединения (ППС) выполнялась в соответствии с п. 1.8 Методических указаний по проведению энергетического обследования объектов ОАО «РЖД», утвержденных распоряжением старшего вице-президента ОАО «РЖД» В. А. Гапановича от 31 марта 2011 г. № 685р. Оценка целесообразности установки новых ПС и ППС в основном выполнена для участков, лимитирующих пропускную способность. Расчет технико-экономического эффекта выполнен с учетом только снижения потерь электроэнергии в тяговой сети.
Дополнительная установка новых ПС и ППС не приводит к значительному уменьшению потерь электроэнергии, однако приводит к снижению просадки напряжения в тяговой сети и тем самым повышает пропускную способность участка и надежность работы системы тягового электроснабжения.
По результатам проведенных работ было определено, что на сети железных дорог целесообразно реконструировать и восстановить 6 ПС и 2 ППС, внедрить 14 новых ПС и 47 новых ППС, а также одну автотрансформаторную подстанцию.
Ожидаемое снижение потерь электроэнергии в тяговой сети составит более 14 млн кВтч в год. Простой срок окупаемости без учета эффекта от повышения пропускной способности участка составляет около 22 лет.
8. Модернизация сглаживающих устройств на тяговых подстанциях постоянного тока обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и эффективности работы системы тягового электроснабжения. Эффект достигается
за счет возможности получения достаточного сглаживающего действия для нормального функционирования устройств связи и системы централизации и блокировки (СЦБ);
минимальных потерь электрической энергии;
уменьшения эксплуатационных расходов.
Сглаживающие устройства (СУ) тяговых подстанций постоянного тока применяются для снижения мешающего влияния системы тягового электроснабжения на устройства связи и системы централизации и блокировки.
На ряде тяговых подстанций применяются устаревшие двухзвенные СУ, собранные по схемам ЗСЖД и ВНИИЖТа. Недостатком указанных СУ являются значительные эксплуатационные затраты и повышенные потери электрической энергии за счет применения двух сглаживающих реакторов с высокой индуктивностью.
В связи с внедрением кабельных и волоконно-оптических линий связи применение двух-звенных СУ с точки зрения потерь электрической энергии и эксплуатационных расходов не является целесообразным. При названных выше условиях следует реконструировать такие СУ в более простые и экономичные однозвенные.
Кроме того, на ряде тяговых подстанций с шестипульсовыми и двенадцатипульсовыми выпрямителями эксплуатируются однозвенные СУ с резонансными контурами 300, 600, 900
и 1200 Гц, предназначенные для шестипульсовых схем. В эксплуатации находятся и устаревшие многоконтурные схемы с количеством резонансных контуров от семи до девяти.
В границах любого ЭЧ предлагается реконструировать существующие СУ на тяговых подстанциях в однозвенные апериодические, а на станциях стыкования и смежных с ними -в резонансно-апериодические. Параметры реконструируемых СУ зависят от типа автоблокировки и линий связи на участке и числа пульсаций в схеме преобразовательного агрегата.
В случае использования на ТПС однозвенных апериодического и резонансно-апериодического СУ с резонансным контуром 100 Гц модернизация СУ не требуется.
Расчет выполнен с учетом того, что работы по реконструкции СУ выполняются оперативно-ремонтным персоналом тяговой подстанции и ремонтным персоналом ремонтно-ревизионного участка (РРУ) в течение одной рабочей смены. Реконструкция заключается в отключении избыточных индуктив-ностей и конденсаторов, поэтому новых материалов не требует. Количественный состав исполнителей принят с учетом сложности и объема работ, но не менее двух человек согласно правилам техники безопасности.
Ожидаемое снижение потерь в СУ составляет 11,2 млн кВтч в год, а срок окупаемости данного мероприятия не превышает одного года.
9. Перевод переключателей ответвлений обмоток без возбуждения (ПБВ) на преобразовательных трансформаторах из положения III в положение II позволяет снизить потери электроэнергии в преобразовательных трансформаторах.
С целью дополнительного снижения потерь холостого хода и потребления реактивной мощности из сети выбор положения переключателя преобразовательного трансформатора необходимо производить исходя из среднего (наиболее вероятного) значения напряжения на шинах, питающих преобразовательные агрегаты. На трансформаторах, оснащенных переключателями ответвлений обмоток без возбуждения, правильность выбора коэффициента трансформации должна проверяться не менее двух раз в год. В процессе регулирования напряжения переключением ответвлений с помощью устройства ПБВ или РПН персонал не должен допускать длительного повышения напряжения на трансформаторе сверх номинального для данного ответвления более чем на 5 % при нагрузке не выше номинальной.
Это требование вызвано тем, что современные трансформаторы строятся с максимальной индукцией в стали, близкой к насыщению стали, и сравнительно небольшое увеличение подводимого к трансформатору напряжения ведет к резкому увеличению индукции, а следовательно, и тока, и потерь холостого хода трансформатора. Таким образом, нельзя применять ответвления трансформатора для компенсации ненормально большой потери напряжения во вторичной сети и работать с недопустимо высоким для данного ответвления первичным напряжением. При этом потери в стали возрастают пропорционально квадрату напряжения, а ток увеличивается еще в большей степени. Увеличение потерь в стали ведет к преждевременному износу изоляции и является причиной местного нагрева стальных конструкций.
В целях снижения потерь электрической энергии в тяговых трансформаторах была рассмотрена возможность перевода ПБВ из положения III в положение II. Данное мероприятие является организационным и не требует дополнительных капитальных затрат.
10. К прочим мероприятиям, направленным на увеличение пропускной способности и обеспечение надежности электроснабжения участков железных дорог, относятся
- строительство четырех новых тяговых подстанций;
- усиление отсасывающих линий на 20 тяговых подстанциях;
- усиление питающих линий на двух тяговых подстанциях;
- реконструкция участков контактной сети.
Необходимо указать еще одно перспективное направление, которое позволит существенно усовершенствовать систему контроля эффективности использования электроэнергии на тягу поездов - внедрение современной системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети и электроподвижном составе, отвечающей техническим требованиям,
06301360
предъявляемым к системам коммерческого учета электроэнергии [9]. Внедрение указанной системы позволит обеспечить контроль уровня потерь электроэнергии в границах меж-подстанционных зон и границах тарифных зон и исключить человеческий фактор при съеме и обработке показаний приборов учета электроэнергии на электроподвижном составе. В настоящее время специалистами Омского государственного университета путей сообщения проводятся работы по созданию элементов единой автоматизированной системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети и электроподвижном составе [10 - 12].
Список литературы
1. Черемисин, В. Т. Основные направления реализации Федерального Закона «Об энергосбережении...» № 261-ФЗ от 23.11.09 в холдинге «Российские железные дороги» [Текст] / В. Т. Черемисин, М. М. Никифоров // Известия Транссиба/ Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 2 (2). - С. 119 - 123.
2. Никифоров, М. М. Концепция организации энергетического обследования в ОАО «Российские железные дороги» [Текст] / М. М. Никифоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 4 (4). - С. 120 - 126.
3. Черемисин, В. Т. Повышение энергетической эффективности системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава [Текст] / В. Т. Черемисин, М. М. Никифоров // Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч.-практ. конф./ Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. -С. 9 - 15.
4. Никифоров, М. М. Энергетическое обследование системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава [Текст] / М. М. Никифоров // Инновационное развитие железнодорожного транспорта России: Материалы всерос. науч.-практ. конф./ / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - С. 113 - 119.
5. Давыдов, А. И. Особенности проведение энергетического обследования электрической тяги поездов [Текст] / А. И. Давыдов, М. М. Никифоров // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока / Новосибирская гос. акад. водного транспорта. - Новосибирск,
2011. - № 1. - С. 303 - 306.
6. Никифоров, М. М. Основные направления повышения энергоэффективности мотор-вагонного электроподвижного состава [Текст] / М. М. Никифоров, А. И. Давыдов, Т. Е. Ни-кишкин// Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч.-практ. конф./ Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск,
2012. - С. 29 - 35.
7. Незевак, В. Л. Потенциал энергосбережения в сфере эксплуатации мотор-вагонного подвижного состава постоянного тока [Текст] / В. Л. Незевак, М. М. Никифоров // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: Материалы всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - С. 251 - 256.
8. Никифоров, М. М. Методика оценки потенциала энергоэффективности применения рекуперативного торможения [Текст ] / М. М. Никифоров, А. Л. Каштанов, В. А. Кандаев // Известия Транссиба/ Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 1 (9). - С. 72 - 78.
9. Король, Ю. Н. Внедрение единой автоматизированной системы мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети и ЭПС - первый шаг к созданию «интеллектуальной» сети тягового электроснабжения [Текст] / Ю. Н. Король, Ю. А. Чернов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 4 (12) . - С. 102 - 110.
10. Пат. 97829 Российская Федерация, МПК7 G01R11/54. Универсальный электронный счетчик для учета электрической энергии на электроподвижном составе постоянного и переменного тока [Текст] / Черемисин В. Т., Грицутенко С. С., Никифоров М. М., Чижма С. Н., Хряков А. А.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2010118148/10; заявл. 05.05.2010; опубл. 20.09.2010.
Информационные технологии, рбтоматика, связь, телекоммуникации
11. Хряков, А. А. Снижение коммерческой составляющей потерь электрической энергии на тягу поездов на полигоне постоянного тока [Текст] / А. А. Хряков, М. М. Никифоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 1 (5). - С. 42 - 45.
12. Пат. 2446065 Российская Федерация, МПК7 В60М3/02. Информационная система для учета электроэнергии в тяговых сетях [Текст] / Черемисин В. Т., Чижма С. Н. Кондратьев Ю. В., Никифоров М. М., Ануфриев А. С.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2010143100/11; заявл. 20.10.2010; опубл. 27.03.2012.
УДК 519.72
Е. Д. Зачатейский, А. А. Лаврухин
АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ АЛГОРИТМОВ КВАНТОВАНИЯ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
В статье приведен сравнительный анализ различных оптимальных методов квантования непрерывных сигналов, в том числе с минимальной среднеквадратичной ошибкой, с максимальной энтропией и субоптимального по энтропии, при различных параметрах вероятностного распределения сигнала.
Современные электронные устройства оперируют с цифровым представлением непрерывных сигналов, полученным путем дискретизации сигналов по времени и квантования по уровню. Железнодорожный транспорт все больше использует достижения цифровой техники, которая в своем составе содержит как обязательный элемент аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Повышению точности цифровой обработки данных может способствовать применение оптимальных алгоритмов квантования. Например, при модуляции и демодуляции сигналов в телекоммуникационных системах может оказаться существенным повышение числа эффективных двоичных разрядов АЦП, а значит, и повышение точности цифрового представления и обработки; в устройствах контроля и диагностики систем электроснабжения при обработке данных, имеющих характерные особенности (сосредоточенных по амплитуде в узкой части динамического диапазона), применение оптимального квантования может повысить отношение точности обработки данных к стоимости элементной базы.
Решение задачи квантования сигнала по уровню заключается в преобразовании значений сигнала из непрерывного множества в множество разрешенных дискретных значений, которые называют уровнями квантования. Более подробно процесс аналого-цифрового преобразования сигнала описан в источниках [1 - 4].
Минимизация ошибки квантования может осуществляться путем увеличения числа уровней квантования (повышения разрядности АЦП) либо выбора оптимальных уровней квантования, либо комбинацией этих двух методов. Поскольку повышение разрядности сопряжено с увеличением стоимости устройства, то рассматривают различные методы, направленные на выбор оптимальных уровней квантования, в соответствии с некоторым критерием (максимизация энтропии, минимизация среднеквадратичной ошибки квантования (СКО) и др.). Будем считать, что априорной информацией является форма сигнала или статистические характеристики (функции распределения - интегральная Д(х) или дифференциальнаяД(х)).
В данной работе проводится анализ и сравнение среднеквадратичной ошибки для следующих методов квантования:
1) равномерного;
2) неравномерного оптимального с максимальной энтропией [1];
3) субоптимального по энтропии [5];
4) предложенного Л. А. Барановым неравномерного оптимального по уровню [6].
Анализ осуществляется путем моделирования методов квантования, при которых для
