CC BY
9
© Оленцевич В.А., Гусева Е.А., Константинова М.В. УДК 656.222.6
ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ОБЬЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ВОСТОЧНОГО ПОЛИГОНА В УСЛОВИЯХ ПРИРОСТА ГРУЗОПОТОКА
Оленцевич В.А1., Гусева Е.А2., Константинова М.В2.
1 Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Россия 2 Иркутский национальный исследовательский технический университет,
г. Иркутск, Россия
о1епсеУ1ск_уа@таИ. ги
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. С целью освоения новых объемов грузопотока необходимо максимально усиливать пропускную способность данного железнодорожного направления, что возможно в основном за счет модернизации действующей энергосистемы объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта, строительства дополнительных разъездов, двухпутных вставок и новых железнодорожных станций.
ЦЕЛЬ. Целью представленного научного исследования являлось рассмотрение способов увеличения пропускной и перерабатывающей способностей объектов транспортной инфраструктуры ОАО «Российские железные дороги» в рамках прироста грузопотока Восточного полигона железных дорог за счет проверки технических возможностей действующих систем энергообеспечения. Представленные научные исследования нацелены на оптимальное использование резервов тяговой мощности локомотивного парка и повышение эффективности наличной пропускной способности инфраструктуры железных дорог. МЕТОДЫ. Методологической базой исследования послужили научные работы отечественных и зарубежных ученых в области организации движения поездов и эффективного обслуживания объектов транспортной инфраструктуры, теории управления проектами, теории рисков, теории надежности. РЕЗУЛЬТАТЫ. Полученные авторами результаты научных исследований, проведенных на ограничивающем участке Восточного полигона железных дорог в условиях пропуска поездов повышенной длины, позволили выявить, что показатели рабочего режима системы тягового энергоснабжения имеют предельные значения и не позволяют увеличивать размеры грузопотоков на данном направлении движения. Действующий инфраструктурный комплекс позволяет увеличить пропускную способность заданного участка не более чем на 4 пары поездов в сутки, что говорит об актуальности скорейшей модернизации системы тягового энергоснабжения БАМа и Транссиба. ВЫВОДЫ. Проблемы организации работы энергосистемы объектов железнодорожного транспорта Восточного полигона в условиях прироста грузопотока становятся особенно актуальным. В настоящее время использование технического потенциала магистрали находится на пределе. С целью освоения новых объемов грузопотока необходимо максимально усиливать пропускную способность данного железнодорожного направления, что возможно в основном за счет модернизации действующей энергосистемы объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта, строительства дополнительных разъездов, двухпутных вставок и новых железнодорожных станций.
Ключевые слова: Восточный полигон железных дорог; энергоресурсы; направляемые на тягу поездов; энергосистема объектов инфраструктура; пропускная способность участка; предельные значения; тяговые расчёты.
Для цитирования: Оленцевич В.А., Гусева Е.А., Константинова М.В. Проблемы организации работы энергосистемы объектов железнодорожного транспорта восточного полигона в условиях прироста грузопотока. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 23-36.
PROBLEMS OF ORGANIZING THE WORK OF THE POWER SYSTEM OF RAILWAY TRANSPORT FACILITIES OF THE EASTERN POLYGON IN TERMS OF
CARGO TRAFFIC GROWTH
VA. Olentsevich1, EA. Guseva2, MV. Konstantinova2
'Irkutsk State Transport University, Irkutsk, Russia 2Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
olencevichj\>a(d),mail .ru
Abstract: RELEVANCE. In order to develop new volumes of freight traffic, it is necessary to maximize the capacity of the railway line, which is possib le mainly due to modernization of the existing energy system of railway infrastructure facilities, construction of additional intersections, double track inserts and new railway stations. THE PURPOSE.. The purpose of the presented scientific research was to consider ways to increase the throughput and processing capacity of the transport infrastructure facilities of JSC "Russian Raihvavs" within the framework of the increase in freight traffic of the Eastern Polygon of Railways by checking the technical capabilities of existing power supply systems. The presented scientific research is aimed at the optimal use of the reserves of traction power of the locomotive fleet and increasing the efficiency of the available capacity of the railway infrastructure. METHODS. The methodological basis of the research was the scientific work of domestic and foreign scientists in the field of organization of train traffic and efficient maintenance of transport infrastructure facilities, project management theory, risk theory, reliability theory. RESULTS. The results of scientific research obtained by the authors, conducted on the limiting section of the Eastern polygon of railways in conditions of passing trains of increased length, revealed that the indicators of the operating mode of the traction power supply system have limiting values and do not allow increasing the size of cargo flows in this direction of movement. The existing infrastructure complex allows increasing the capacity of a given section by no more than 4 pairs of trains per day, which indicates the urgency of the earliest modernization of the traction power supply system of BAM and Transsib. CONCLUSION. The problems of organizing the work of the power system of the railway transport facilities of the Eastern polygon in the conditions of an increase in cargo traffic are becoming particularly relevant. Currently, the use of the technical potential of the highway is at its limit. In order to develop new volumes of cargo traffic, it is necessary to maximize the capacity of this railway direction, which is possible mainly due to the modernization of the existing power system of railway infrastructure facilities, the construction of additional sidings, double-track inserts and new railway stations.
Keywords'. The Eastern polygon of railways, energy resources directed to train traction, the power system of infrastructure facilities, the capacity of the site, limit values, traction calculations.
For citation: Olentsevich VA, Guseva EA, Konstantinova MV. Problems of organizing the work of the power system of railway transport facilities of the eastern polygon in terms of cargo traffic growth. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57): 23-36.
BeedeHue(Introduction)
ОАО «Российские железные дороги» (далее - ОАО «РЖД») входит в тройку крупнейших потребителей топливных и энергетических ресурсов Российской Федерации, так в 2020 году объемы потребления Холдингом электрической энергии, направляемой на тяговые нужды, составили 53 млрд кВт-ч, что более чем 5 % от суммарной величины электропотребления страны [1-3].
Начиная с 2004 года объемы грузовых перевозок ОАО «РЖД» в направлении стран Азиатско-Тихоокеанского региона увеличились почти в три раза и продолжают наращиваться ежегодно, как за счет внутреннего грузопотока, так и за счет прироста транзитного направления. В период когда расчетные прогнозные значения поездопотоков по Транссибирской и Байкало-Амурской (далее БАМ) магистралям достигли критических отметок и дальнейший их прирост не позволил бы эффективно справляться с предстоящими объемами грузовых перевозок, актуальной проблемой стала тема увеличения пропускной способности в «узких местах» объектов транспортной
инфраструктуры, а также преобразование организации перевозочного процесса, повсеместное внедрение цифровых технологий, автоматизация отрасли [1, 2, 4, 5].
С 2015 года начались первые шаги к переходу от региональных принципов управления к полигонному планированию и организации движения поездов - открылся Центр управления перевозками Восточного полигона, основной задачей которого явилось оптимизировать работу вагонного парка, стабилизировать тяговые ресурсы и деятельность энергосистем объектов транспортной инфраструктуры данного направления железных дорог России, усилить состояние всех видов ремонтных баз. Центр позволил соединить воедино и четко контролировать процессы по организации движения поездов на четырех крупнейших дорогах ОАО «РЖД».
На втором этапе усиления пропускных способностей объектов транспортной инфраструктуры запущен проект модернизации БАМа и Транссиба, который включил в себя два крупнейших проекта, основная цель которых - прирост уровня пропускной способности до 250 млн тонн в год. Реализация проекта рассчитана до конца 2025 года. С целью его скорейшей реализации и достижения плановых показателей работы инфраструктуры необходимо не только строить дополнительные железнодорожные пути, тоннели, мосты, вторые главные пути, развязки, развивать железнодорожные станции, что позволит существенно повысить основной показатель работы отрасли - скорость движения поездов, но и в первую очередь рассматривать вопросы усиления существующей энергосистемы объектов железнодорожного транспорта в рамках работы Восточного полигона. Проведение данных реконструктивных мероприятий требует больших капиталовложений, но является стратегически важным для дальнейшего устойчивого развития экономики России [3-6].
В настоящее время использование технического потенциала магистрали находится на пределе. По ней перевозятся около 14 миллионов тонн грузов в год. Исследуя заявки грузоотправителей, можно сделать вывод, что в перспективе объемы перевозок по северной дороге могут увеличиться в разы.
Материалы и методы (Materials and methods)
Проблемы организации работы энергосистемы объектов железнодорожного транспорта Восточного полигона
Планы ОАО «РЖД» по расширению БАМа и Транссиба до пропускной способности 180 млн тонн к 2024 году потребуют ввода дополнительной генерации и нескольких тысяч километров электросетей вдоль трасс. При этом вопрос стоимости и механизмов финансирования строительства сетевой инфраструктуры пока не решён. ОАО «РЖД» совместно с Минэнерго необходимо пересмотреть существующие проектные схемы строительства дополнительной генерации для энергоснабжения Восточного полигона с целью увеличить объём поставок электроэнергии на БАМе и Транссибе. Согласно плановым показателям развития ОАО «РЖД», до 2030 г. для обеспечения потребностей БАМа и Транссиба необходимо сооружение свыше 4 тыс. км электросетей.
В проекте модернизации БАМа и Транссиба тема развития инфраструктуры - это одна из частей проблемы, которая сегодня существует, данный вопрос должен развиваться своим путём, не завязываясь с проблемами электроэнергетики. Если плановый грузопоток предусматривает сооружение вторых главных путей, то необходимо так же предусмотреть изменение количества или удлинении приёмо-отправочных путей железнодорожных станций, выполнить сопутствующие работы по модернизации прилегающей инфраструктуры, произвести усиление контактной сети. Со стороны инфраструктурного комплекса должна быть полная готовность к организации движения поездов в рамках плановой политики [4-8].
Энергосистема объектов железнодорожного транспорта является сложноструктурированным транспортным комплексом, выполняет огромный объем бесперебойной работы и находится в регулярном взаимодействии с достаточно большим числом хозяйствующих субъектов регионального уровня. Особенностью работы энергосистемы ОАО «РЖД» является географическая разобщенность потребителей. Эффективность деятельности также осложняет существующая технология работы системы, поскольку в соответствии со своей спецификой работы она разделена на два основных вида деятельности:
• реализация услуг по энергоснабжению объектов транспортной инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования;
• реализация услуг по снабжению электроэнергией сторонних потребителей [911].
Такое разделение приводит к частым отклонениям от исполнения требований
действующего законодательства РФ в сфере раздельного учета затрат по электросетевой деятельности и технологическому присоединению потребителей к электросетям [9, 12].
Результаты подробного анализа работы энергосистем железнодорожного транспорта с 2016 по 2020 гг. позволили определить основную проблему функционирования объектов транспортной инфраструктуры стационарной электроэнергетики - существенные потери электрической энергии при передачи ее железнодорожным потребителям ресурсов [12]. Значения суммарных годовых потерь электроэнергии в процессе передачи ее железнодорожным потребителям представлены на рисунке 1 [9-13].
Рис. 1. Суммарные годовые потери Fig. 1. Total annual electricity losses in the process электроэнергии в процессе передачи ее of transmitting it to railway consumers of Russian железнодорожным потребителям транспортной Railways'transport infrastructure. инфраструктуры ОАО «РЖД».
* Источник: составлено автором. Source: compiled by the author.
Суммарные годовые потериэлектроэнергии в процессе передачи ее железнодорожным потребителям транспортной инфраструктуры ОАО «РЖД» в процентном соотношении составляют: в 2016 году - 6,8 % от общего объема электрической энергии, предъявленного стационарным потребителям, в 2017 году - 7,9 %, в 2018 году - 7,8 %, в 2019 году - 7,22 %, в 2020 году - 7,22 %. При этом необходимо также отметить, что большинство крупных инвестиционных проектов по автоматизации существующих систем учета затрат электроэнергии оптимизировали работу по энергосетевой и энергосбытовой деятельности предприятий и структурных подразделений железнодорожного транспорта, однако, остались не реализованы базовые функции по анализу и управлению общим комплексом электропотребления по их данным. Также отмечено, что новая система учета часто не выполняет в полной мере своего прямого назначения - эффективная организация процедуры достоверного учета затрат электроэнергии.
Проведенный авторами анализ организации работы энергосистемы объектов железнодорожного транспорта показал, что основной причиной сохранения высокого уровня энергопотерь, при условии сокращения норматива по объему реализации услуги по передаче электроэнергии, является моральный и материальный износ технологического оборудования, что в свою очередь приводит к повышению издержек отрасли. Согласно проведенному анализу состояния технических постоянных средств и устройств системы электроснабжения Восточного полигона, которые непосредственно принимают участие в передаче электрической энергии внутри потребителей, 100%-ный финансовый износ имеет более 800 объектов. Основная причина сложившейся ситуации -недостаточность выделяемых средств на проведение реконструкционных мероприятий по обновлению устройств электроснабжения, непосредственно обеспечивающих перевозочный процесс [14-17]. Создавшаяся ситуация не может не оказывать влияние на работу тяговых ресурсов, что отрицательно сказывается на выполнении плановых значений объемных и качественных показателях работы отрасли в условиях постоянно возрастающего грузопотока.
Влияние веса грузового поезда на рациональное использование технических ресурсов объектов транспортной инфраструктуры
Основным показателем, в полной мере характеризующим работу участка железнодорожной линии, а также величину его пропускной и перерабатывающей способности является масса грузового поезда, который учитывает вес самого перевозимого груза и тару вагонов, входящих в его состав, унифицированный для
конкретной дороги или ее отдельно взятых участков согласно существующему графику движения поездов. Фактический состав грузового поезда должен включать в себя такое количество вагонов, чтобы его весовой показатель имел значение не ниже нормы веса, установленного на рассматриваемом участке. Принятие оптимального веса грузового поезда на участке железнодорожной линии с учетом его географических условий функционирования и воздействующих природно-климатических факторов позволяет рационально использовать ресурсы локомотивного парка, сокращает объем потребления электроэнергии, повышает процент пропускной способности объектов транспортной инфраструктуры. Выбор оптимального веса в большей степени зависит от профиля железнодорожного пути, мощности тягового подвижного состава, путевого развития, текущего состояния устройств системы электроснабжения, участвующих в передаче электроэнергии. Зависимость представляет собой обратную пропорциональность: менее крутые подъемы позволяют провезти более «тяжелые» поезда [18].
Факторы, связанные с принятием весовых норм грузовых поездов, следует тщательно изучать. При пропуске поездов с заниженной весовой нормой не рационально используются тяговые ресурсы, что приводит к ухудшению таких основных показателей работы отрасли, как энергетические и тяговые, а, следовательно и финансово-экономические. При обороте грузовых поездов с завышенными весовыми показателями возникает понижение установленной эксплуатационной надежности тягового подвижного состава, что может повлечь неисполнение принятого на участке графика движения поездов, т.е. любое возможное отклонение массы грузового поезда от принятых оптимальных значений способно привести к сбоям в работе объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта. Норма веса грузовых поездов определяет условия эксплуатации железных дорог: размеры движения поездов, мощность тяги, потери электроэнергии, полезную длину приемоотправочных путей на станциях, динамическую надежность приборов сцепки и рамы вагона, иных технических ресурсов отрасли. В зависимости от принятого веса формируется потребность в вагонном и локомотивном парках для реализации заданного объема перевозки.
Модернизация действующей энергосистемы объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта, обеспечение продольной стабилизации железнодорожного пути в условиях интенсификации работы Восточного полигона, повышение веса и длины грузовых поездов, осевых нагрузок подвижного состава, грузоподъемности и статической нагрузки грузовых вагонов, скоростей движения поездов является актуальной задачей ОАО «РЖД» [4-8].
В настоящее время обращение поездов повышенной массы и длины занимает особое место в политике ОАО «РЖД». Подобный способ организации грузовых перевозок дает возможность значительно увеличить объем перемещаемого груза при существующем локомотивном парке, снизить потери электроэнергии, сократить затраты на перевозку груза. Обращение тяжеловесных и длинносоставных поездов сопряжено с применением интенсивного пневматического и рекуперативного торможения и сосредоточением на малой длине большого количества единиц тяги. Возникает вопрос текущего состояния устройств электроснабжения, участвующих в передаче тяговой электроэнергии, надежности их эксплуатации при наращивании грузопотока на объектах транспортной инфраструктуры БАМа и Транссиба.
Пропускная способность участка рассчитывается для ограничивающего перегона, т.е. это перегон железнодорожной линии, на котором величина периода движения поездов максимальна, а количество возможных проложенных ниток графика движения минимально. Произведем оценку уровня надежности работы системы энергоснабжения при наращивании веса поезда на примере организации пропуска поездов на участке Н-Х Восточного полигона железных дорог при условии обращения на рассматриваемом участке электровозов серий ЗЭС5К, 2ЭС5К. При их эксплуатации примем, что тяговая мощность используется более чем на 90%, т.е. находиться на пределе [18, 19].
Введение в обращение поездов повышенной длины уменьшит количество ниток грузовых поездов на графике движения, что позволяет сократить количество потребных локомотивов и локомотивных бригад, повысить пропускную и перерабатывающую способности участка железнодорожной линии, возрастет участковая скорость движения, сократиться время оборота как вагонного, так и локомотивного парков. Совокупность указанных факторов позволяет снизить себестоимость перевозки 1 тонны груза, при этом необходимо отметить, что безопасность и бесперебойность передвижения поездов по участку остается приоритетной задачей в организации перевозок. Усложнение условий эксплуатации отражается на стабильности функционирования железнодорожного пути и
системы тягового электроснабжения, что требует принятия дополнительных усиливающих мер и прогнозирования безотказной работы объектов инфраструктуры.
Для выполнения всех требований на железнодорожных станциях где обращаются тяжеловесные и длинносоставные поезда, вводят изменения в техпроцессы их работы, разрабатываются специальные инструкции по приему и отправлению таких составов. Учитывая тяговый резерв локомотивов и вместимость приемо-отправочных путей станций анализируемого участка, предлагается увеличить длину порожнего поезда на 7 вагонов. Вследствие данного организационно-технического мероприятия количество нечетных ниток графика сократится на 4 единицы. Это позволит дополнительно пропустить до 2500 поездов в год, что соответствует 14,73 млн тонн в год. Дополнительный доход отрасли от увеличения грузооборота составит 1,8 млрд руб.
Выполнив построение графиков движения поездов при существующем поездопотоке и при условии изменения длины грузового поезда и уменьшении количества нечетных ниток графика, произведем расчет технико-эксплуатационных показателей работы, динамика которых представлена в табл. 1.
Таблица 1 Table 1
Динамика технико-эксплуатационных показателей работы участка при различных вариантах
организации пропуска грузовых поездов Dynamics of the technical and operational performance of the section under various options for the _organization of the transit offreight trains_
Показатель Значение показателя
При пропуске грузовых поездов установленной длинны При пропуске грузовых поездов повышенной длинны
Количество грузовых поездов, поезд четное направление движения 17 17
нечетное направление движения 17 14
Участковая скорость, км/ч железнодорожный участок НУ-Т 48,7 48,9
железнодорожный участок Т-НЧ 44,35 44,75
железнодорожный участок НЧ-Х 36,28 36,9
Техническая скорость, км/ч железнодорожный участок НУ-Т 52,95 53,11
железнодорожный участок Т-НЧ 50,58 50,93
железнодорожный участок НЧ-Х 46,18 46,57
Среднесуточный пробег локомотива, км/сут железнодорожный участок НУ-Х 667 684
Участковый оборот локомотива, час. 25,28 23,81
Производительность локомотива, млн. км/сут 2,371 2,402
Потребное число локомотивов, ед. 20 18
Потребное количество локомотивных бригад, ед. железнодорожный участок НУ-Т 29 24
железнодорожный участок Т-НЧ 33 29
железнодорожный участок НЧ-Х 27 21
*Источник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Проверка эффективности работы устройств тягового электроснабжения объектов транспортной инфраструктуры участка железнодорожной линии
Введение в обращение на рассматриваемом участке поездов повышенной длины приводит к снижению количества ниток поездов на графике движения, но при этом вызывает повышенную нагрузку на устройства электроснабжения, участвующих в передаче тяговой электроэнергии.
Тяговыми расчётами предусматривается проверка значения веса грузового поезда на трогание с места при условии эффективной работы устройств тягового
электроснабжения на расчетном подъёме поездным локомотивом после вынужденной остановки поезда. На основании проведенных расчетов получили значения данных величин для грузового движения, таблице 2. Основные технико-эксплуатационные показатели поездного локомотива серии 2(3)ЭС5К приведены в таблице 3. Ограничение по скорости движения на участке составляет 80 км/ч. Серия поездного локомотива, согласно примеру - 2(3)ЭС5К. Тип железнодорожного пути - звеньевой, состав поезда -грузовой, 85 % вагонов с роликовыми подшипниками. В таблице 4 представлены прогнозные значения суточных объемов движения грузовых поездов на участке Н - X на период до 2025 год.
Таблица 2 Table 2
Расчетные значения массы и длины грузовых поездов по сериям локомотивов, обслуживающих
участок H - X
_Calculated mass and length offreight trains for series of locomotives serving section H -X_
Наименование участка Серия локомотива Вес грузового поезда Длина состава в условных вагонах
Унифицированная для транзитных поездов По мощности локомотива для участковых поездов Максимальная для транзитных поездов Для участковых поездов
четный нечетный четный нечетный четный нечетный четный нечетный
Н- X 2(3)ЭС5К 5800 5800 5800 5800 71 71 71 71
1,5В Л80тк 6000 6000 6000 6000 71 71 71 71
*Источник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Таблица 3 Table 3
Основные технико-эксплуатационные показатели поездного локомотива серии 2(3)ЭС5К
Main technical and operational performance of train locomotive 2(3)ES5K
Серия Ином, кВ Масса, т Длина, м Конструкционная скорость, км/ч Мощность часового режима, кВт Мощность собственных нужд, кВт Ток собственных нужд, А
2(3)ЭС5К 25 192 35 110 6560 349.8 18
*Источник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Таблица 4 Table 4
Прогнозные значения размеров движения грузовых поездов на участке Н - X на 2025 год
Наименование Весовые нормы грузовых Размеры движения грузовых поездов, поездов/сутки
участка поездов, тонн четное нечетное
5800 7 1
6000 14 10
4000-4200 19 19
Н-Х 3000 сборные 10 10
3000 контейнерные 1 1
1500-1700 порожние - 10
Итого 51 51
*Источник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Для дальнейшего расчета режимов нагрузки тягового электроснабжения участка Н - X необходимо произвести тяговые расчеты для базовых весовых норм грузовых поездов, осуществляющих движение по участку. Согласно результатам, проведённых авторами тяговых расчётных значений получено: перегонный расход энергии (полной и активной), удельный расход энергии (полной и активной), время хода грузового поезда по участку (полное и под током), максимальный перегрев обмоток двигателя, касательно расчётного участка, отдельно в чётном и нечётном направлениях. Результаты расчета представлены в табл. 5-8. При использовании программного комплекса КОРТЭС [20-22] произведено построение графической зависимости токопотребления на участке Н - X, как для поездов в четном направлении, так и в нечетном, при различной массе грузового поезда (рис. 2-5).
Рис. 2. Токопотребление нечетного грузового Fig. 2. Current consumption of an odd 6,000-ton поезда массой 6000 тонн с локомотивом серии freight train with a 3ES5K locomotive on the H - X ЗЭС5К на участке H - X. section.
*Источник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Таблица 5 Table 5
Результаты тягового расчета для нечетного грузового поезда массой 6000 тонн с локомотивом
серии ЗЭС5К на участке Н - X
Results of traction calculation for an odd 6,000 ton freight train with 3ES5K locomotive on H -X section
Участок Длина, км Время хода, мин Расход энергии Удельный расход
полное под током активной, кВтч полной, кВА-ч активной, кВтч т-км полной, кВА-ч т-км
Н-Х 199,0 169,1 82,1 7777,0 9010,2 6,4 7,5
Макс, ток поезда, А 559 А на км 3831,1
Макс, перегрев обмоток двигателя, °С 46,5° (доп. 120°) на км 3871,45
*Источник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Рис. 3. Токопотребление четного грузового Fig. 3. Current consumption of an even freight поезда массой 6000 тонн с локомотивом серии train weighing 6,000 tons with a 3ES5K locomotive 3 ЭС5 К на участке H - X. on the H - X section.
*Источник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Таблица 6 Table 6
Результаты тягового расчета для четного грузового поезда массой 6300 тонн с локомотивом серии
ЗЭС5К на участке H - X Results of traction calculation for an even freight train weighing 6300 tons with a locomotive of series
3ES5K on section H -Л"
Участок Длина, км Время хода, мин Расход энергии Удельный расход
полное под током активной, кВт-ч полной, кВА-ч активной, кВт-ч т-км полной, кВт-ч т-км
Н-Х 199,0 173,1 108,7 9859,1 11349,9 7,9 9,1
Макс, ток поезда, А 612 А на км 3779,90
Макс, перегрев обмоток двигателя, °С 55,5° (доп. 120°) на км 3788,10
Рис. 4. Токопотребление нечетного грузового Fig. 4. Current consumption of an odd-numbered поезда массой 3245 тонн с локомотивом серии freight train weighing 3,245 tons with a 2ES5K 2ЭС5К на участке H - X. locomotive on the H - A" section.
*Псточник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Таблица 7 Table 7
Результаты тягового расчета для нечетного грузового поезда массой 3245 тонн с локомотивом
серии 2ЭС5К на участке Н - X
Участок Длина, км Время хода, мин Расход энергии Удельный расход
полное под током активной, кВт-ч полной, кВА-ч активной, кВт-ч т-км полной, кВт-ч т-км
Н-Х 199,0 176,1 76,6 6261,8 7211,2 9,3 12,3
Макс, ток поезда, А 408 А на км 3828,02
Макс, перегрев обмоток двигателя, °С 48° (доп. 120°) на км 3871,12
*Псточник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Рис. 5. Токопотребление четного грузового Fig. 5. Current consumption of an even freight поезда массой 3760 тонн с локомотивом серии train weighing 3,760 tons with a 2ES5K series 2ЭС5К на участке H - X. locomotive on the H -Xsection.
*Псточник: составлено автором. *Source: compiled by the author.
Таблица 8 Table 8
Результаты тягового расчета для четного грузового поезда массой 3760 тонн с локомотивом серии
2ЭС5К на участке Н - X
Traction calculation results for an even freight train weighing 3,760 tonnes with a 2ES5K locomotive on H
- A" section
Участок Длина, км Время хода, мин Расход энергии Удельный расход
полное под током активной, кВт-ч полной, кВА-ч активной, кВт-ч т-км полной, кВт-ч т-км
Н-Х 199,0 170,9 108,4 5994,9 6921,2 8,1 9,3
Макс, ток поезда, А 408 А на км 3792,13
Макс, перегрев обмоток двигателя, °С 50° (доп. 120°) на км 3799,22
*Псточник: составлено автором. *Source: compiled by the autho
Результаты и обсуждение!R es и / Is and Discussions)
В рамках значительного увеличения грузопотока на восточном направлении железных дорог процессы стабилизации системы обеспечения тяговыми ресурсами и эффективного функционирования энергосистемы объектов транспортной инфраструктуры БАМа и Транссиба становятся особенно значимыми. Особое место занимают исследования по проверке устойчивости работы устройств тягового электроснабжения участков железнодорожных линий с наибольшей грузонапряженностью, вызванной введением в обращение грузовых поездов повышенного веса и длины, т.к. именно данные факторы вызывают прирост нагрузки на весь комплекс контактной сети.
С целью подтверждения целесообразности, а в некоторых случаях, даже возможности применения различных известных способов усиления уровня пропускной и провозной способностей участков, эффективность которых на первый взгляд очевидна, авторами представленной статьи произведена оценка уровня надежности функционирования системы энергоснабжения при увеличении веса грузового поезда на примере организации работы участка Н-Х Восточного полигона железных дорог для электровозов серий ЗЭС5К, 2ЭС5К, при условии, что тяговая мощность устройств находиться на пределе. Конечной задачей исследования являлось ответить на вопрос -представляется ли возможным получить величину максимально доступной пропускной способности. Исследования проводились с использованием программного комплекса КОРТЭС.
Проведенные авторами тяговые расчеты позволили получить развернутые характеристики рабочих режимов системы энергоснабжения участка Н-Х Восточного полигона железных дорог при пропуске поездов повышенной длины и тяжеловесных.
Выявлено, что ограничивающий коэффициент нагрузки для грузовых поездов массой 6000 тонн и 3760 тонн, четного и нечетного направлений не превышает допустимого значения 2,0. Расчетные значения напряжения находятся в пределах допустимого значения. Температура в контактной сети и отсасывающей линии не превышает максимального допустимого значения 90 °С. Что говорит о допустимости пропуска поездов предложенной массы 6000 тонн и составности 60 условных вагонов на рассматриваемом участке при бесперебойном функционировании системы тягового энергоснабжения.
По результатам проведённых исследований можно сказать, что согласно полученным характеристикам рабочего режима системы тягового энергоснабжения отдельного ограничивающего участка Восточного полигона железных дорог при пропуске поездов повышенной длины и тяжеловесных, показатели его функционирования не выходят за предельные значения, но находятся на пограничных значениях. Расчеты показали, что существующий инфраструктурный комплекс позволяет увеличить пропускную способность не более чем на 4 пары поездов в сутки, вот почем}' вопрос энергоснабжения БАМа и Транссиба остаётся актуальным.
С целью оптимизации своей деятельности при приросте грузопотока на восточном направлении ОАО «РЖД» имеет как финансовые, так и технические возможности для сооружения новых и модернизации существующих объектов инфраструктурного комплекса на плановые объёмы перевозок. Однако необходимо понимать, что главным ограничением сегодня является недостаточность тягового энергоснабжения и любое техническое развитие одних объектов не будет давать предполагаемый эффект или будет простаивать неопределенное время без развития энергетики в целом.
Заключение( Conclusions)
Повышение уровня эффективности организации движения поездов на инфраструктурном комплексе Восточного полигона в рамках усиления пропускных способностей и экономии всех видов ресурсов сегодня играет большое значение в целом для всей экономики страны, поскольку именно данная стратегия позволит существенно укрепить международные позиции транспортной отрасли, расширить и повысить эффективность функционирования транспортных коридоров.
В настоящий момент согласно полученным характеристикам рабочих режимов системы тягового энергоснабжения отдельных ограничивающих участков БАМа и Транссиба, при пропуске поездов повышенного веса и длины, показатели функционирования находятся на пограничных значениях и не позволяют обеспечить перспективный уровень пропускной и перерабатывающей способностей. С целью обеспечения плановых показателей грузооборота Восточного полигона железных дорог необходимо срочное проведение мероприятий по дополнительной генерации электроэнергии, что является затруднительным, поскольку комплексы энергосистем Дальнего Востока и Восточной Сибири не синхронизированы.
Усиление пропускной и провозной способностей участков и линий Восточного полигона, повышение перерабатывающей способности железнодорожных станций и узлов до 200 млн тонн к 2024 году возможно за счет пропуска поездов повышенного веса, длинносоставных поездов, использования инновационного вагонного парка, применения систем интервального регулирования и «виртуальная» сцепка, что требует строительства дополнительной генерации и нескольких тысяч километров электросетей. Все проектные решения по усилению данного транспортного направления взяты под особый контроль правительства Российской Федерации, поскольку сегодня только финансовая поддержка со стороны государства является единственным способом обеспечить оптимальное электроснабжение БАМа и Транссиба.
Литература
1. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года [электронный ресурс] URL: http://www.zakonprost.ru/content/base/part/581185 (дата обращения 12.09.2022).
2. Распоряжение правительством Российской Федерации от 19 марта 2019 г. № 466-р «Долгосрочная программа развития ОАО «РЖД» на период до 2030 года»
3. Энергетическая стратегия холдинга «Российские железные дороги» на период до 2020 года и на перспективу до 2030 года. Утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 14 декабря 2016 г.№ 2537р, 2016. 76 с.
4. Olentsevich V.A., Belogolov Y.I., Kramynina G.N. Set of organizational, teclinical and reconstructive measures aimed at improvement of section performance indicators based on
the study of systemic relations and regularities of functioning of railway transport system // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 832(1). pp. 012038.
5. РЖД предстоит торговля за энергию для БАМа [электронный ресурс] URL: https://vgudok.com/lenta/rz.hd-predstoit-torgovlva-za-energivu-dlva-bama-vedomstvo-shulginova-predlagaet-sekonomit-na (дата обращения 01.10.2022)
6. Долгие провода на БАМ [электронный ресурс] URL: www.kommersant.nl/doc/5490899 (дата обращения 01.10.2022)
7. Минэнерго против электрификации БАМа и Транссиба после 2024 года https://www.vedomosti.ru/business/articles/2021/09/02/885009-minenergo-elektrifikatsii-bama (дата обращения 01.10.2022)
8. Olentsevich V.A., Konyukhov V.Y.. Olentsevich A,A., et al. Efficiency of implementation of interval traffic regulation by the virtual coupling system on the section of the railway line in the framework of the digital railway project // Journal of Physics: Conference Series" 2020. Vol. 1661(1). pp. 012106.
9. Третьяков E.A. Регулирование параметров режима в системе электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог / Е.А. Третьяков - Текст: непосредственный // Омский научный вестник. - 2015. - № 140. - С. 155-159.
10. Третьяков Е.А. Совершенствование методов управления качеством электрической энергии в распределительных сетях железнодорожного транспорта / Е.А. Третьяков, А.В. Краузе. - Текст: непосредственный // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2013. - № 1. - С. 119 - 128.
11. Воропай Н.И. Системные исследования проблем энергетики // Н.И. Воропай. -Новосибирск: Новосибирский филиал ФГУП Академический научно-издательский и книгораспространительский центр «Наука», 2000. - 168 с.
12. Каштанов А.Л.. Никифоров М.М., Комяков А.А. Актуализация энергетической стратегии холдинга «Российские железные дороги» // Материалы научной конференции, посвященной Дню российской науки «Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте»; 6 февраля 2015 г. Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2015. С. 141-147.
13. Никифоров М.М., Каштанов А.Л., Комяков А.А. О работе по актуализации энергетической стратегии холдинга «Российские железные дороги» на период до 2020 года и на перспективу до 2030 года // Материалы междунар. научн. -практ. конф. «Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем»; Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения. 2016. С. 159-165.
14. Astashkov N.P., Olentsevich V.A., Akhmetshin A.R., et. al. Increase of the throughput and processing capacity of the railway line mountain pass section by strengthening the devices of the system of traction power supply // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1111. pp. 012005.
15. Suslov K., Piskunova V., Gerasimov D., Ukolova E., Akhmetshin A., Lombardi P., Komarnicki P. Development of the methodological basis of the simulation modelling of the multi-energy systems. E3S Web of Conferences 2019: International Scientific and Technical Conference Smart Energy Systems; 18-20 September 2019; Kazan, Russia. Kazan: EDP Sciences; 2019. pp. 01049.
16. Akhmetshin A. R., Suslov К. V., Astashkov N. P., Olentsevich V. A., Shtayger M. G., Karlina A. I. Development of the performance control algorithm of the blower motors of electric locomotives for various operating modes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2020: International Conference: Actual Issues of Mechanical Engineering (AIME 2020); 27-29 Oct 2020; Saint-Petersburg, Russia. Saint-Petersburg: IOP Publishing; 2021. pp. 012001.
17. Olentsevich V. A., Astashkov N. P., Akhmetshin A. R., Suslov К. V., Shtayger M. G., Karlina A. I. Evaluation of the compatibility of the power traction supply system with a use of a "virtual coupling" technology. Journal of Physics: Conference Series 2021: International Conference on Actual Issues of Mechanical Engineering; 15-16 June 2021; Novorossiysk, Russia. Novorossiysk: Virtual; 2021. pp. 012112.
18. Архангельский E.B., Воробьев H.A., Дроздов Н А., Мирошниченко Р.И., Сегал Л.Г. Расчет пропускной способности железных дорог. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1977. 310 с.
19. Ресельс А.П., Филатов Е В. Проблемы эксплуатации кривых участков пути при организации тяжеловесного движения на Восточном полигоне // Вестник транспорта Поволжья. 2019. № 6. С. 42-48.
20. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог
Российской Федерации ЦЭ-462. М.: Транспорт, 2007. 450 с.
21. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985.
22. Тяговые расчеты. Справочник / Под ред. П.Т. Гребенюка. М.: Транспорт, 1987.
Авторы публикации
Оленцевич Виктория Александровна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Управление эксплуатационной работой». Иркутский государственный университет путей сообщения.
Гусева Елена Александровна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Материаловедения, сварочных и аддитивных технологий». Иркутский национальный исследовательский технический университет.
Константинова Марина Витальевна - канд. хим. наук, доцент кафедры «Материаловедения, сварочных и аддитивных технологий». Иркутский национальный исследовательский технический университет.
References
1. Transportnaya strategiya Rossiiskoi Federatsii na period do 2030 goda [electronic resource], URL: http://www.zakonprost.ru/content/base/part/581185 (accessed 12.09.2022).
2. Rasporyazhenie pravitel'stvom Rossiiskoi Federatsii ot 19 marta 2019 g. № 466-r «Dolgosrochnaya programma razvitiya ОАО «RZhD» na period do 2030 goda»
3. Energeticheskaya strategiya kholdinga «Rossiiskie zheleznye dorogi» na period do 2020 goda i na perspektivu do 2030 goda. Utverzhdena rasporyazheniem ОАО «RZhD» 14 dekabrya 2016,2537r:76.
4. Olentsevich VA, Belogolov YI, Kramynina GN Set of organizational, technical and reconstructive measures aimed at improvement of section performance indicators based on the study of systemic relations and regularities of functioning of railway transport system. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;832(1):012038.
5. RZhD predstoit torgovlva za energiyu diva BAMa [electronic resource]. URL: https://vgudok.com/lenta/rzhd-predstoit-torgovlYa-za-energivu-dlYa-bama-vedomstvo-shulginova-predlagaet-sekonomit-na (accessed 01.10.2022).
6. Dolgie provoda na BAM [electronic resource]. URL: www.kommersant.ru/doc/5490899 (accessed 01.10.2022).
7. Minenergo protiv elektrifikatsii BAMa i Transsiba posle 2024 goda [electronic resource]. URL: https://www.vedomosti.ru/business/articles/2021/09/02/885009-minenergo-elektrifikatsii-bama (accessed 01.10.2022).
8. Olentsevich VA, Konyukhov VY, Olentsevich AA, et al. Efficiency of implementation of interval traffic regulation by the virtual coupling system on the section of the railway line in the framework of the digital railway project. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1661(1):012106.
9. Tretyakov E.A. Regulation of mode parameters in the power supply system of non-traction consumers of railways / E.A. Tretyakov. - Text: direct.Omsk Scientific Bulletin. -2015:140.:155-159.
10. Tretyakov EA, Krause AV.Improvement of methods of electric energy quality management in railway distribution networks.Text: direct. Scientific problems of transport in Siberia and the Far East. 2013; 1:119 - 128.
11. Voropai N1. System researches of problems of power engineering.N.I. Voropai. -Novosibirsk: Novosibirsk branch of FSUE Academic Scientific Publishing and Book Distribution Center Nauka. 2000. 168 p.
12. Kashtanov AL. Nikiforov MM. Komyakov AA. Aktualizatsiya energeticheskoi strategii kholdinga «Rossiiskie zheleznye dorogi». Materialy nauchnoi konferentsii, posvyashchennoi Dnyu rossiiskoi nauki "Innovatsionnye proektv i tekhnologii v obrazovanii, promyshleimosti i na transports "; 6 Feb 2015; Omsk, Russia. Omsk: Omskii gosudarstvennvi universitet putei soobshcheniya, 2015. pp. 141-147.
13. Nikiforov MM, Kashtanov AL, Komyakov AA. О rabote po aktualizatsii energeticheskoi strategii kholdinga «Rossiiskie zheleznye dorogi» na period do 2020 goda i na perspektivu do 2030 goda. Materialy mezhdunar. nauchn.-prakt. konf. "Povvshenie energeticheskoi effekthmosti nazemnykh transportnvkh system"; Omsk, Russia. Omsk: Omskii gosudarstvennyi universitet putei soobshcheniya, 2016. pp. 159-165.
14. Astashkov NP, Olentsevich VA, Akhmetshin .R, et. al. Increase of the throughput and
processing capacity of the railway line mountain pass section by strengthening the devices of the system of traction power supply. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021; 1111:012005.
15. Suslov K, Piskunova V, Gerasimov D, et al. Development of the methodological basis of the simulation modelling of the multi-energy systems. E3S Web of Conferences 2019: International Scientific and Technical Conference Smart Energy Systems; 18-20 September 2019; Kazan, Russia. Kazan: EDP Sciences; 2019. pp. 01049.
16. Akhmetshin AR, Suslov KV, Astashkov NP, et al. Development of the performance control algorithm of the blower motors of electric locomotives for various operating modes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2020: International Conference: Actual Issues of Mechanical Engineering (AIME 2020); 27-29 Oct 2020; Saint-Petersburg, Russia. Saint-Petersburg: IOP Publishing; 2021. pp. 012001.
17. Olentsevich VA, Astashkov NP, Akhmetshin AR, et al. Evaluation of the compatibility of the power traction supply system with a use of a «virtual coupling» technology. Journal of Physics: Conference Series 2021: International Conference on Actual Issues of Mechanical Engineering; 15-16 June 2021; Novorossiysk, Russia. Novorossiysk: Virtual; 2021. pp. 012112.
18. Arkhangel'skii EV, Vorob'ev NA, Drozdov NA, et al. Raschet propusknoi sposobnosti zheleznykh dorog. 2nd ed. Moscow: Transport; 1977.
19. Resel's AP, Filatov EV. Problemy ekspluatatsii krivykh uchastkov puti pri organizatsii tyazhelovesnogo dvizheniya na Vostochnom poligone. Vestnik transporta Povolzh'ya. 2019;6:42-48.
20. Pravila ustroistva sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya zheleznykh dorog Rossiiskoi Federatsii TsE-462. Moscow: Transport; 2007.
21. Pravila tyagovykh raschetov dlyapoezdnoi raboty. Moscow: Transport; 1985. 22. Tyagovye raschety. Spravochnik. Moscow: Transport; 1987.
Authors of the publication
Victoria A. Olentsevich - Irkutsk State Transport University, Irkutsk, Russia. Elena A. Guseva - Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia. Marina V. Konstantinova - Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia.
Получено 08.02.2023г.
Отредактировано 15.02.2023г.
Принято 22.02.2023г.
