Пути повышения энергетической эффективности пассажирского электроподвижного состава, обслуживающие равнинные участки железных дорог Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

предприятий за счет разработки и применения типовых решений в границах отделения дороги.

ЧЕРЕМИСИН Василий Титович, доктор технических наук, профессор кафедры «Теоретическая электротехника».

НИКИФОРОВ Михаил Михайлович, кандидат технических наук, заместитель начальника НИЧ, начальник НПЛ «ЭТиЭМС». НИКИШКИН Тарас Евгеньевич, инженер НИЧ

Поступила в редакцию 30.06.06. © Черемисин В. Т., Никифоров М. М., Никишкин ". Е.

удк 629 423 1 А. В. ПЛАКСИН

Омский государственный университет путей сообщения

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАССАЖИРСКОГО ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА, ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО РАВНИННЫЕ УЧАСТКИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ_

В статье рассматриваются пути повышения энергетической эффективности существующего и планируемого к выпуску пассажирского электроподвижного состава на равнинных участках железных дорог. Материал тесно связан с Западно-Сибирской железной дорогой — филиалом ОАО «Р>КД». Формулируется вывод о необходимости рационального использования мощности пассажирского электроподвижного состава при эксплуатации на равнинных участках пути.

На протяжении всего периода существования железных дорог экономия электроэнергии на тягу электроподвижного состава имеет весьма важное значение и находится в центре внимания многих ученых и специалистов железнодорожного транспорта.

За последние годы в области снижения расхода электроэнергии натягупоездов сделано многое, однако не все резервы еще использованы. Одним из путей повышения энергетической эффективности электроподвижного состава является обеспечение его работы с наилучшими энергетическими показателями за счет рационального использования его мощности. Такая возможность начинает проявляться во все большей степени в связи с увеличением мощности современных электровозов и ограничением ее использования на ряде участков. Дело в том, что российские железные дороги характеризуются различными по профилю пути участками, где наряду с холмисто-горным и горным профилем имеются и равнинные перегоны большой протяженности (такие, например, как участок Новосибирск — Челябинск, протяженность его около 1400 км), на которых эксплуатируемый пассажирский электроподвижной состав (электровозы ЧС2 и ЧС7) работаете меньшей загруженностью, чем на участках с более сложным профилем и, соответственно, эксплуатируется в менее экономичных режимах [ 1 ].

Кроме того, на смену имеющемуся пассажирскому электроподвижному составу, большая часть которого уже выработала срок службы, промышлен-

ностью планируются к выпуску электровозы новых серий — ЭП2К, ЭП2 и ЭП10, имеющие большую мощность, чем эксплуатируемые в настоящее время. Как показывает анализ [2], мощность этих локомотивов при эксплуатации на равнинных участках пути будет востребована не полностью и электровозы будут эксплуатироваться с заниженными энергетическими показателями даже с учетом планируемого повышения пассажиропотока и максимальных скоростей движения на перегонах до 160 км/ч.

Учитывая данное обстоятельство, представляется необходимым рассмотреть возможные способы повышения энергетической эффективности пассажирского электроподвижного состава — регулирование его мощности путем отключения части тяговых двигателей и форсированием нагрузки оставшихся в работе и эксплуатация электровозов с рациональным значением мощности, необходимым для осуществления пассажирских перевозок на равнинных участках пути.

Сравнительный анализ эксплуатируемого пассажирского электроподвижного состава на всех и части тяговых двигателей был выполнен на примере электровозов ЧС2 и ЧС7. Для этой цели была разработана математическая модель электровоза постоянного тока как тягово-энергетической установки и усовершенствована методика расчета тягово-энергетичес-ких показателей электровоза применительно к ЭВМ.

Теоретические исследования показали, что при вождении поездов массой 600 - 1000 т электровозами

ЧС2 со скоростью движения 90—105 км/ч отключением части двигателей можно снизить расход электроэнергии на тягу на 1,5 —2 %, а при осуществлении данного мероприятия налокомотивах ЧС7 при их движении со скоростью 80- 120 км/ч экономия электрической энергии будет составлять 2 — 3%.

Экспериментальные поездки на участке Бара-бинск —Омск, проведенные налокомотивах ЧС7, оборудованных системой оперативного регулирования мощности, разработанной инженером А. Е. Пы-ровым, подтвердили возможность снижения расхода электроэнергии на тягу поездов при осуществлении способа регулирования мощности на электроподвижном составе. Согласно полученным результатам расход электроэнергии на тягу был снижен приблизительно на 2 — 3%. При этом были определены режимы, при которых следует производить отключение части двигателей, рациональное число работающих колесно-моторных блоков в зависимости от силы тяги и скорости движения и основной показатель отключения части двигателей — ток тягового двигателя. В результате исследований было определено, что производить отключение части двигателей на электровозах ЧС7 энергетически выгодно при равномерном движении в режимах с токами менее 50 % от их номинального значения. Кроме этого, были получены значения нагрузки на оставшиеся в работе колесно-мо-торные блоки, которые, как показали расчеты, не будут превышать 50 % от сил, предельных по сцеплению, что находится в допустимых значениях.

Способ регулирования мощности путем отключения части тяговых двигателей был теоретически рассмотрен и для электроподвижного состава, планируемого к выпуску, на примере локомотивов с мощностью, равной мощности электровозов ЭП10. Для этого были получены тягово-энергетические характеристики электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями мощностью 7200 кВт, рассчитанного на максимальную скорость движения 160 км/ч. Расчет тягово-энергетических характеристик электровоза с асинхронными тяговыми двигателями проводился по методике, приведенной в работе [3],

Согласно результатам сравнения можно сделать вывод о том, что при отключении части тяговых двигателей на данных локомотивах при вождении пассажирских поездов со скоростью движения 80—120 км/ч можно уменьшить расход электроэнергии на 1 — 2%, а со скоростью 80- 100 км/ч — на 3-4%; нагрузка на оставшиеся в работе колесно-моторные блоки будет составлять 40 — 50 % от сил, предельных по сцеплению.

Для сравнительной оценки электровозов с рациональным по тягово-энергетическим показателям значением мощности с эксплуатируемым и планируемым к выпуску пассажирским электроподвижным составом было определено значение мощности, которая необходима для преодоления равнинного участка пути. Как показали расчеты [2], для обеспечения современного пассажиропотока на равнинных участках, с учетом запаса мощности в 30 % [4], с максимальной скоростью движения 120 км/ч, рациональной была бы мощность электровоза 2800 - 3200 кВт, а со скоростью движения 160 км/ч — 4800 - 5400 кВт.

Сравнительный анализ электроподвижного состава со значениями мощности, рациональными для обеспечения пассажирского движения на равнинных участках со скоростью 120 км/ч, с эксплуатируемым был выполнен на примере четырехосныхлоко-мотивов постоянного тока мощностью 2800 кВт и

электровозов ЧС2, для чего были получены тягово-энергетические характеристики четырехосных локомотивов данной мощности.

Полученные результаты показали, что четырехосные электровозы мощностью 2800 кВт на равнинном профиле могут водить поезда массой 1000—1100т со скоростью движения 120 км/ч; при тяге пассажирских поездов этими электровозами расход электроэнергии на 7 — 8% меньше в сравнении с локомотивами ЧС2; время разгона четырехосных локомотивов до номинальной скорости движения будет в 1,3 раза дольше, чем у электровозов ЧС2.

Сравнительный анализ электроподвижного состава со значениями мощности, рациональными для обеспечения пассажирского движения на равнинных участках со скоростью 160 км/ч с планируемым к выпуску был выполнен на примере четырех- и шес-тиосных электровозов с мощностью 4800 и 5400 кВт и локомотивов с мощностью, равной мощности электровозов ЭП10.

На основании результатов сравнения определено, что четырехосные электровозы мощностью 4800 кВт при номинальном режиме работы на равнинном участке способны водить поезда массой 1000 т со скоростью движения 160 км/ч; при этом на данных локомотивах удельный расход электроэнергии на тягу на 5 — 8% ниже. По условиям сцеплению колес с рельсами четырехосный электроподвижной состав способен вести поезда массой 1200 т с максимальной скоростью движения до 160 км/ч на участках с подъемом до 60/м, а время разгона до номинальной скорости движения будет в полтора раза больше, чем у электровозов, планируемых к выпуску.

Эксплуатация шестиосных электровозов мощностью 5400 кВт также позволит снизить расход электроэнергии натягу (в сравнении с локомотивами мощностью 7200 кВт), хотя и на меньшую величину, чем на четырехосных. При эксплуатации данного подвижного состава со скоростью движения 110 — 140 км/ч расход электроэнергии будет снижен не менее чем на 1 %, а со скоростью движения 80— 100 км/ч — не менее чем на 2 — 3%. По условиям сцепления колес с рельсами шестиосные локомотивы могут водить составы массой 1200 т на участках с подъемом 9°/00 со скоростью движения 160 км/ч, а время разгона сравниваемых электровозов до номинальной скорости движения будет иметь несущественное отличие.

Кроме того, на шестиосных электровозах с рациональным значением мощности была рассмотрена возможность отключения части асинхронных тяговых двигателей при работе в режимах с низкой загруженностью. На основании полученных результатов было определено, что при вождении данными локомотивами пассажирских поездов средней и малой массы со скоростью движения 80 - 110 км/ч отключением части тяговых двигателей можно снизить расход электроэнергии на тягу на 1 — 2%.

В результате проведенного исследования можно сделать вывод о том, что имеется резерв экономии электрической энергии натягу пассажирского электроподвижного состава на равнинных участках пути большой протяженности.

Основным способом повышения энергетической эффективности эксплуатируемого пассажирского электроподвижного состава является способ регулирования мощности, который может быть использован и на перспективном электроподвижном составе с асинхронными тяговыми двигателями.

Наибольший процент снижения расхода электроэнергии на тягу можно ожидать при эксплуатации

электровозов с рациональными значениями мощности и числа осей, соответствующих средней массе поезда, скорости движения и профилю пути. Из этого следует, что на равнинных участках большой протяженности экономически выгодно эксплуатировать электроподвижной состав с такими значениями мощности и числом осей, которые при обеспечении заданного объема пассажирских перевозок позволили бы получить и наилучшие энергетические показатели на данном участке.

Библиографический список

1. Плаксин Л В. О повышении энергетической эффективности пассажирских электровозов / А. В. Плаксин// Повышение тя-гово-энергетической эффективности и надежности электроподвижного состава: Межвуз. темат. сб. науч.тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2003. С. 23 - 27.

2. Плаксин А. В. Пути повышения энергетической эффек тивности пассажирских электровозов / А. В. Плаксин // Экология

и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства (промышленность, транспорт, сельское хозяйство): Сб. ст. Четвертой всерос. науч.-практ. конф. / Приволжский Дом знаний. Пенза, 2004. С. 147 - 149.

3. Проектированиетяговых электрических машин: Учеб. пособие/Под ред. М, Д. Находкина. N1.: Транспорт, 1970.624 с.

4. Проектирование системуправлепия электр( иоднижным составом / Н. А. Ротанои, Д. Д. Захарч»|1ко и др.; Пс.дред. H.A. Рота-нова.М. Транспорт, ;980.'.177 < .

ПЛАКСИН Алексей Владимирович, инженер, аспирант кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог».

Поступала и редакц" :о 24.06.00. © Плаксин А. В.

удк 66.023 А.П.ПОПОВ

А. Ю. ВЛАСОВ

Омский государственный технический университет

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

О ВЛИЯНИИ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА ДАТЧИКА ТОКА НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

На основе анализа линейных электрических цепей установлена возможность передачи без искажения интегрального значения входного сигнала (вольт-секундной площади) для линий связи с пренебрежимо малыми поперечными активными проводимостями, применяемых для передачи сигналов и филь трации электро-магнитных помех при измерении количества электричества.

Как известно из курса электрохимии, согласно первому закону Фарадея, во время процесса электролиза из расплавов металлов или растворов солей на одном из электродов, находящихся в электролитической ванне, осаждается определенное количество металла или происходит выделение вблизи его определенного количества газов, соответственно по массе или объему пропорциональное израсходованному количеству электричества, которое определяется как интеграл по времени от текущих значений тока электролиза.

Для контроля электрохимических процессов используются первичные преобразователи (датчики) токов, установленные в силовых цепях электролизных энергоустановок, а блоки обработай аналоговых сигналов зачастую находятся на некотором удалении от них. При передаче по линиям связи сигналы датчика тока подвергаются искажениям, вызванным дейс-

твием различного рода помех, неизбежно возникающих в производственных условиях.

Наиболее ответственным элементом блока обработки сигналов является аналого-цифровой преобразователь (квантователь), который выполняется, как правило, на основе прецизионных операционных усилителей с высокими коэффициентами усиления и полосой рабочих частот, составляющих от единиц до нескольких сотен килогерц.

С целью защиты квантователя от воздействия указанных выше помех, имеющих в большинстве случаев широкий спектр частот, возникает потребность в их подавлении за счет применения низкочастотных фильтров. В связи с этим требуется выяснить, какое влияние будет оказывать линия связи, а вместе с ней и входной фильтр, на выходной сигнал, который определен, как интеграл по времени от входного воздействия текущего значения тока. Очевидно, что для прове-