Передумови проведення експериментальних досліджень по визначенню існуючого стану використання та обліку рекуперативної енергії електрорухомого складу на ділянках Придніпровської залізниці

А. М. Муха; М. О. Костін; О. І. Бондар; А. В. Нікітенко; О. Я. Куриленко

УДК 621.311.3

А. М. МУХА (ДНУЗТ), М. О. КОСТ1Н (ДНУЗТ), А. В. Н1К1ТЕНКО (ВПУ), О.Я. КУРИЛЕНКО (ДНУЗТ),

О. I. БОНДАР (ДНУЗТ),

Кафедра «Електротехшка та електромехашка», Днiпропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, к.125, м. Днтро, 49010, УкраТна, тел.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: orcid.ora/0000-0002-5629-4058

Кафедра «Електротехшка та електромехашка», Дшпропетровський нацюнальний унiверситет залiзничного транспорту iменi академка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, к.238, м. Днiпро, 49010, УкраТна, тел.: +380563731537, e-mail: [email protected], ORCID: orcid.ora/0000-0002-0856-6397

Кафедра «Електротехшка та електромехашка», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, к.125, м. Днтро, 49010, УкраТна, тел.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: orcid.ora/0000-0003-3884-5589

1нститут електричних машин, Варшавський полiтехнiчний унiверситет, пл. Полтехшки, 1, к. 246, м. Варшава, 00661, Польща, тел.: +48222347435, факс: +48226299817, e-mail: [email protected], ORCID: orcid.ora/0000-0002-6426-5097

Кафедра «Електротехнiка та електромехашка», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, к.125, м. Днтро, 49010, УкраТна, тел.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: orcid.ora/0000-0003-2045-917X

ПЕРЕДУМОВИ ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛ1ДЖЕНЬ ПО ВИЗНАЧЕННЮ 1СНУЮЧОГО СТАНУ ВИКОРИСТАННЯ ТА ОБЛ1КУ РЕКУПЕРАТИВНО1 ЕНЕРГП ЕЛЕКТРОРУХОМОГО СКЛАДУ НА Д1ЛЯНКАХ ПРИДН1ПРОВСЬКО1 ЗАЛ1ЗНИЦ1

Вступ

Зашзничний транспорт являеться одним i3 найбшьших i стабiльних споживачiв електрично1' енерги: залiзницями Украши, наприклад, у 2009 рощ на електротягу поïздiв i нетяговi потреби витрачено 5,4 млрд. кВт^год, що складае бiля 4,2% вщ загального споживання електроенергiï в державi [1,2]. При цьому i3 всiеï спожитоï елект-роенергiï 80...84% використовуеться власне на електричну тягу [3]. I в той же час фактичний середнш закупiвельний тариф на активну елект-роенергiю для Укрзашзнищ щорiчно зростае i, наприклад, складае (грн/МВттод) 221,7; 358,61; 428,55; 502,8; 892,86; 1035,71 вщповщно в роки: 2006; 2008; 2009; 2010; 2012; 2014. I до того ж прогнозуеться, що цей тариф у подальшому буде зростати лшшно. Зазначене робить актуальною необхщнють критичного анашзу принцишв i розробки заходiв електрозбереження на зашзни-чному електричному транспортi, яке мае не лише загальногалузеве, але й загальнодержавне значення.

Одшею iз найважливiших складових елект-розберiгаючих технологiй перевiзного процесу на зашзницях Украши е рекуперацiя електрое-нергiï електрорухомим складом (ЕРС). I в той же час в силу ряду причин рекуперащя на дорогах Украши за останш 20-25 роив не лише не роз-виваеться, але навiть вiдпрацьованi рашше ïï ре-

жими використовуються дуже слабо, про що свiдчить зазначене нижче.

Об'ективно шляхом використання рекуперативного гальмування (РГ) можливе повертання електроенерги об'емом до 8.12% вiд енерги, витрачено1' на електротягу поïздiв [4], а деяю автори [5-6] збшьшують цi проценти до 15.30% для електропоïздiв. В той же час в останш 20-25 роюв об'ем енерги рекупераци не перевищуе 2,21% вщ спожито1' [1]. Зокрема, на Придшпровськш i Донецькiй залiзницях у 19992000 р.р. цей об'ем склав вщповщно 1,7.2,7% i 0,6.2,6%, а по Укрзашзнищ 1,3.2,6% [5]. Бшьш того, цей вщсоток щорiчно знижуеться настiльки [2], що в останш 15 роюв цей показ-ник в середньому не перевищуе 1,71% [4]. До цього слщ додати , що в нишшнш час, у порiв-нянi з 70-80 роками, на електрифшованих дшян-ках залiзниць Украши в щлому об'ем рекуперо-вано1' електроенергiï зменшився в 6 разiв (у вщ-сотковому спiввiдношеннi вiд загальних витрат на електротягу) i в 5.6 разiв також зменшилась величина питомо1' (на 1 т^км брутто роботи) електроенерги рекупераци [5].

Зазначене вище обумовлене рядом причин, частково приведених в [4], а також, на нашу думку, тим, що надшнють, стабшьшсть i електри-чна ефектившсть iснуючих (в подальшому -традицшних) режимiв РГ в бшьшосп залежить

вiд системи тягового електропостачання (СТЕ). II iнфраструктура не в повнш мiрi вiдповiдаe сучасним вимогам з ефективносп отримання, передачi та використання енергп рекуперацп.

Дiйсно, рекуперащя електроенергп та пере-дачi II в контактну мережу можливi за таких умов: вихщна напруга рекуперуючих тягових двигунiв (ТЕД) електрорухомого складу (згщно сумi ЕРС 1х якорiв) мае бути вищою напруги на струмоприймачi , але не повинна перевищува-ти максимально допустиме значення згiдно з потенцiальними умовами на колекторах ТЕД; в системi тягового електропостачання повинш бути споживачi рекуперовано! електроенергiI' або iнверторнi агрегати на тягових шдстанщях; при передачi рекуперовано! енергп вiдбуваються II втрати в контактнш мереж i елементах тягових шдстанцш; застосування iнверторiв в якост поглиначiв рекуперованоI енергiI призводить до прискореного старiння контактного проводу у зв'язку з протшанням додаткових надлишкових струмiв рекуперацiI, якi до того ж знижують пропускну спроможшсть контактноI мереж за умовами на^ву; дiапазон швидкостей, при якому можливе РГ вузький, при цьому швид-кiсть нижньоI границi мае високе значення, оскшьки в зонi невеликих швидкостей ефект вщ рекуперацiI малий, а небезпека виникнення по-штовху струму при вмиканнi РГ на таких швид-костях зростае.

Викладенi вище «жорстю»умови можливого здiйснення РГ i «погане» неефективне використання рекуперованоI i переданоI в контактну мережу електроенергп призводять до зривiв рекуперацп i знижують вiру машинiстiв у II надш-

•100000

нiсть, в результат вони за часто уникають засто-совувати рекуперативне гальмування.

Тому з метою удосконалення системи облшу та шдвищення ефективносп отримання i використання енергiI рекуперацiI електровозiв пос-тiйного струму шляхом модершзацп силових та допомiжних кiл електровозiв типу ВЛ11М6 про-тягом 2014-2015 роюв було проведено досл> дження в умовах реальноI експлуатацiI на дшян-ках ПриднiпровськоI залiзницi здшснено часо-вий монiторинг напруг i струмiв в режимах рекуперацп електровозiв ВЛ11М6. Передумовою проведення таких дослщжень е обгрунтування вибору дослiдноI дiлянки

Вибiр дослщноТ дiлянки

Для обгрунтованого вибору дiлянок дослщ-них поIздок проведено аналiз даних щодо вико-наноI роботи локомотивами на дшянках ДП «Приднiпровська залiзниця» за 2013 рш. Найб> льший об'ем робгг зафiксовано на дiлянках: Красноармшськ-Чаплше; Чаплiне-пост 239; Верховцево-П'ятихатки; Синельникове-

Вольнянськ. З точки зору рекуперативного гальмування, на тдсташ даних щодо профшю цих дiлянок, для проведення експериментальних дослщжень доцшьно обрати дiлянки з максималь-них ухилом, а саме 11,5 %о та 9,2 %о (Верховце-во-П'ятихатки); 9,2 %о (Баглей-Сухачiвка); 8,3 %о (Сухачiвка-Горяйнове); 6,3 %о (Н-Д Вузол -Iлларiонове); 5,2 %о (Синельникове - Роздори); 6,0 %о (Роздори-Письмена); 4,8 %о (Письмена-Ульяновка). Найбiльше сумарне значення вико-наноI роботи (рис.2.1) зафiксовано на донках мiж ст.Н-Д Вузол та ст. Чаплше, саме тому цю диянку визначаемо як експериментальну.

3SOOOO

зооооо

2SOOOO Л0000О

isoooo 100000 Î.0000

1 '11 iL 1 L 1 ■

II III_____ II [I J Lu! ,Lul

J —" —' ч J w m JÏ • " " iï i

= % SiâSëlH^fïil i ^ ^ ï e с * - I ; I « " = -3£ï?5$SiK3Ï*

с t se * Ï — г с ss

JC * =■ CT ж Ë. — ^ ï s *

_ 4 Q

i 15

= ^ 2 î Î"i 3 i 8 I i

Hjnnun^"

lie 1st à If

11 I ô 5 I 5

Рис. 1. Робота (ткм. бр.) виконана у 2013 (оранжев1 стовпщ) та 2014 (с1р1 стовпщ) роках

електро

:омий склад / electric rolling stock

Аналiз схем системи електропостачання на дослщнш д1лянц1

Використовуючи метод експертних оцшок було встановлено, що для проведення необхщ-них експериментальних дослiджень необхiдне переведення дослщно! дшянки на однопутну схему, з живленням вiд вщокремлено! фщерно! зони, ^м того час проведення дослiджень повинен складати не менш одше! години. Врахо-вуючи iнтенсивнiсть руху на д^нщ вiд ст. П'ятихатки до ст. Синельникове, при одночас-ному зменшити iнтенсивностi руху з боку ст. Чаплине, для проведення експериментальних дослщжень обрано дшянку мiж тяговими тдс-танцiями ЕЧЕ-19 Роздори (254 км ПК5) та ЕЧЕ-20 Письменна (272 км ПК9), яка належить до дистанци електропостачання Нижньоднш-

ровськ-Вузол (ЕЧ-2) Придшпровсько! залiзни-Щ.

Обрана дiлянка е двоколшною та електриф> кована за системою електрично! тяги постшно-го струму. Загальна довжина складае 17,8 км (усього 4 блок-дшянки). При рус вiд Роздорiв до Письменно! профшь дiлянки мiстить споча-тку спуск 2,9 %о довжиною бiля 8 км, а потiм пiдйом 6,0 %о (решта дiлянки). У межах дiлянки знаходиться ст. Письменна. Схема живлення дiлянки - двобiчна з паралельним з'еднанням контактних пiдвiсок колш.

На експериментальнiй дiлянцi розташовано пост секщонування контактно! мережi ПСК Терса та пункти паралельного з'еднання ППС

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Серпенко, М. I. Основш напрямки роботи Укрзал1знищ з енергозбереження та и результати / М. I. Серпенко // Локомотив-информ. - 2010. - №4.

- С. 24-28.

2. Лашко, А. Д. Енергозбереження на зал1знич-ному транспорт! Укра!ни / А. Д. Лашко, М. I. Серпенко // Затзничний транспорт Укра!ни. - 2001. -№4. - С. 7-11.

3. Малышко, И. В. Основные направления энергосбережения на железнодорожном транспорте Украины / И. В. Малышко // Локомотив-информ. -2007. - №1. - С. 12-14.

4. Щербак, Я. В. Анал!з застосування рекуперативного гальмування на зал!зницях Укра!ни / Я. В. Щербак, В. П. Нерубацький // Зал!зничний транспорт Укра!ни. - 2011. - №2. - С. 30-34.

5. Сулима, С. Д. Повышение эффективности рекуперативного торможения электровозов постоянного тока : дис. ... к-та техн. наук : 05.22.09 / Сулима Станислав Дмитриевич ; Днепропетр. нац. ун-т железнодор. трансп. им. ак. В. Лазаряна. - Д., 2001.

- 189 с.

260 км, ППС 269 км, яю е нормально увiмкне-ними.

Для проведення експериментальних досль джень узгоджено використання електровозiв титв ВЛ8, до якого тдключено тягово-енергетична лабораторiя (динамометричний вагон-лабораторiя) та ВЛ11М6. Часова реест-ращя напруги на струмоприймачах и струмiв електровозiв проводить за допомогою реестра-цшних систем дiагностування i контролю ваго-на-лаборатори та електровозу ВЛ11М6.

Висновки

На пiдставi проведених дослiджень, разом зi спiвробiтниками дорожньо!' електротехнiчноï лаборатори розроблено та узгоджено в устано-вленому порядку програми проведення експе-риментiв щодо зняття часових залежностей струму та напруги у наступних режимах роботи системи тягового електропостачання:

-«без навантаження»;

-«електровоз в режимi рекупераци»;

-«Перший електровоз - у режимi рекупера-ц^', другий - у режимi тяги» на фщернш зонi пiдстанцiï Роздори (ЕЧ-2 Нижньодшпровськ-Вузол).

В подальшому згiдно розробленоï програми зазначенi вище дослiдження було виконано у повному обсяз^ а отримаш при цьому експери-ментальш даннi використано пiд час математи-чного моделювання електромагнiтних процесiв в електричних колах розглянутих дiлянок сис-теми тягового електропостачання.

REFERENCES

1. Sergienko, М. I. Osnovni napryamky roboty i z energozberezhennya ta yii rezultaty [The nain areas of "Ukrzaliznytsa's" work on energy saving and its main results / М. I. Sergienko // Locomotiv-inform. [Professional journal "Locomotive-inform"] - 2010. - №4. - P. 24-28.

2. Lashko, А. D. Energozberezhennya m zaliznych-nomu transporti Ukrainy [Energy saving on the railway transport of Ukraine]/ А. D. Lashko, М. I. Sergienko // Zaliznychny transport Ukrainy. [Scientific and practical journal "Railway transport of Ukraine"] - 2001. - №4. -P. 7-11.

3. Malyshko, I. V. Osnovnye napravlenya energos-berezhenya na zheleznodorozhnom transporte Ukrainy [The main trends of energy saving on the railway transport of Ukraine ]/ I. V. Malyshko // Locomotiv-inform. [Professional journal "Locomotive-inform"] -2007. - №1. - P. 12-14.

4. Scherbak, Y. V. Analyz zastosuwannya rekuper-atyvnogo halmuvannya na zaliznytsyah Ukrainy [Analysis of using of regenerative braking on the Ukrainian railways]/ Y. V. Scherbak, V. P. Nerubatsky // Zaliznychny transport Ukrainy. [Scientific and practical journal "Railway transport of Ukraine"] - 2011. - №2. -P. 30-34.

:омий склад / electric rolling stock

^^^^^^^^^електрорух

6. Капустин, Л. Д. Эффективность рекуперации пригородных электропоездов / Л. Д. Капустин // Железнодорожный транспорт. - 1963. - №11. - С. 22-25.

Надшшла до друку 15.05.2017.

Внутршнш рецензент Кузнецов В. Г.

5. Sulima, S. D. Povyshenye effektivnosty rekuper-atyvnogo tormozheniya elektrovozov postoyannogo toka: diss. ... kand tech. nauk : 05.22.09 [Increase in effectiveness of regenerative braking of direct current electric locomotives: thesis for the candidate of technical science degree in speciality 05.22.09 - electric transport ] / Sulima Stanislaw Dmitriyevich ; Dnepropetr. nats. un-t zheleznodor. transp. im. akad. V. Lazarya-na.[Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after ac. V Lazaryan] - D., 2001. - 189 p.

6. Kapustin, L. D. Effektivnost rekuperatsiy prigorodnyh elektropoezdov [Effectiveness of suburban electric trains' energy regeneration]/ L. D. Kapustin // Zheleznodorozhny transport. [Scientific journal "Railway transport"] - 1963. - №11. - P. 22-25.

Зовшшнш рецензент Хворост М. В.

В po6oTi проведено аналiз даних щодо виконаноТ роботи локомотивами на дшянках ПриднтровськоТ залiзницi. На цiй основi обфунтовано результати вибору дшянок для дослiдних поТздок з метою реeстрацiТ часових залежностей електричних величин в основних режимах роботи системи тягового електропоста-чання. Також виконано аналiз особливостей роботи схем системи енергопостачання на дослщнш дшянц

Ключовi слова: рекуперацiя; електровоз; електроенерпя; облiк електроенергiТ; напруга; струм, енерго-ефективнiсть.

УДК 621.311.3

А. Н. МУХА (ДНУЖТ), Н. А. КОСТИН (ДНУЖТ), О. И. БОНДАРЬ (ДНУЗТ), А. В. НИКИТЕНКО (ВПУ), Е. Я. КУРИЛЕНКО (ДНУЖТ)

Кафедра «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, к. 125 , г. Днепро, 49010, Украина, тел.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-5629-4058

Кафедра «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, к. 238 , г. Днепропетровск, 49010, Украина, тел.: +380563731537, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-0856-6397

Кафедра «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, к. 125 , г. Днепро, 49010, Украина, тел.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3884-5589

Институт электрических машин, Варшавский политехнический университет, пл. Политехники, 1, к. 246, г. Варшава, 00661, Польша, тел.: +48222347435, фак.: +48226299817, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6426-5097

Кафедра «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, к. 125 , г. Днепро, 49010, Украина, тел.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2045-917X

ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И УЧЕТА РЕКУПЕРАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА УЧАСТКАХ ПРИДНЕПРОВСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

В работе проведено анализ данных касательно выполненной работы локомотивами на участках Приднепровской железной дороги. На этой основе обоснованы результаты выбора участков для опытных поездок с целью регистрации временных зависимостей электрических величин в основных режимах работы системы тягового электроснабжения. Также выполнено анализ особенностей работы схем системы электроснабжения на опытном участке

Ключевые слова: : рекуперация; электровоз; электроэнергия; учет электроэнергии; напряжение; ток; энергоэффективность.

Внутренний рецензент Кузнецов В. Г. Внешний рецензент Хворост Н. В.

UDC 621.311.3

A. M. MUKHA, M. O. KOSTIN (DNURT), O. I. BONDAR (DNURT), A. V. NIKITENKO (WUT), O. Ya. KURYLENKO (DNURT)

Department of "Electrical Engineering and Electromechanics", Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan Str., 2, office 125 , Dnipro, 49010, Ukraine, tel.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-5629-4058

Department of "Electrical Engineering and Electromechanics", Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan Str., 2, office 238 , Dnipro, 49010, Ukraine, tel.: +380563731537, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-0856-6397

Department of "Electrical Engineering and Electromechanics", Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan Str., 2, office 125 , Dniprok, 49010, Ukraine, tel.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3884-5589

Institute of "Electrical Machines", Warsaw University of Technology, Pl. Politechniki, 1, room 246, Warsaw, 00661, Poland, tel.: +48222347435, fax: +48226299817, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6426-5097

Department of "Electrical Engineering and Electromechanics", Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan Str., 2, office 125 , Dnipro, 49010, Ukraine, tel.: +380563731547, e-mail: [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2045-917X

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

PREREQUISITES OF EXECUTION THE EXPERIMENTAL STUDIES FOR DEFINITION OF CURRENT STATE OF USING AND ACCOUNTING OF THE ELECTRICAL ROLLING STOCK'S REGENERATIVE ENERGY ON SECTIONS OF THE "PRIDNIPROVSKA" RAILWAY

In this paper the analysis of data about executed work by locomotives on sections of the "Pridniprovska" railway is carried out. On this basis results of the choice of sections for experimental trips for the obtaining of time dependence of electrical values for the main modes of traction power supply system of are proved. It is also executed the analysis of work features of power supply system's schemes on the experimental section

Keywords: energy regeneration; electric locomotive; electric energy; electricity accounting; voltage; current, energy efficiency.

Internal reviewer Kuznetsov V. G.

External reviewer Khvorost M. V.