CC BY
234
УДК 621.333
А. Л. Каштанов, С. Ю. Ушаков, В. Т. Черемисин
Омский государственный университет путей сообщения
РАЗРАБОТКА ЕДИНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОАО «РЖД»
Нынешняя система учета электроэнергии на тягу поездов имеет весьма ограниченную функциональность и не удовлетворяет современным потребностям компании ОАО «РЖД». Это обусловливает необходимость разработки новой единой автоматизированной системы учета электроэнергии на тягу поездов (ЕАСУЭТ), которая позволила бы решать широкий спектр задач в сфере эффективности использования электрической энергии для тяги поездов.
учет электроэнергии, автоматизированная система, тяговое электроснабжение.
В последние годы специалисты Омского государственного университета путей сообщения провели ряд исследований в области оценки энергоэффективности системы тягового электроснабжения (СТЭ) и электроподвижного состава (ЭПС). В частности, провели эксперименты по определению действительного уровня небаланса электроэнергии на тягу поездов на участке переменного тока Горьковской железной дороги Керженец - Быструха [1], оценили эффективность рекуперативного торможения на участке Тайга -Мариинск Западно-Сибирской железной дороги [2], а также выполнили комплексное исследование потенциала энергоэффективности СТЭ и ЭПС на сети железных дорог [3].
Полученные результаты свидетельствуют о необходимости создания эффективной, постоянно действующей системы учета и анализа расхода электроэнергии на тягу поездов, которая бы позволяла в непрерывном режиме контролировать эффективность работы СТЭ и ЭПС. Такая система подразумевает наличие двух подуровней: автоматизированной системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСУЭ ФКС) и автоматизированной системы учета электроэнергии на электроподвижном составе (АСУЭ ЭПС), синхронизированных между собой, причем к обеим подсистемам должны
70
предъявляться жесткие требования по функциональности, точности измерений и надежности.
Так, система АСУЭ ФКС должна взаимодействовать не только с АСУЭ ЭПС, но и с ныне действующей автоматизированной системой коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) тяговых подстанций, что позволит оперативно контролировать баланс приема и распределения электрической энергии по шинам тяговых подстанций. Данное требование к функциональности подсистемы диктует и требования к точности учета, которая не должна быть ниже точности системы АСКУЭ, а также требования к периодичности измерений, которые также должны быть синхронизированы с измерениями системы АСКУЭ. Система должна позволять измерять средние за период отсчета значения напряжения на шинах тяговой подстанции, токи ФКС, активную и реактивную мощности, расход и возврат электрической энергии по ФКС. Результаты измерений со всех тяговых подстанций должны передаваться на единый сервер сбора данных для их последующей обработки.
Наиболее важным требованием, предъявляемым к АСУЭ ЭПС, является ее обязательное оснащение модулями спутниковой навигации для возможности определения географических координат тягового подвижного состава. Данное требование продиктовано необходимостью определения расхода электроэнергии электроподвижным составом в различных зонах учета, к которым можно отнести железные дороги, тарифные и межподстанционные зоны, границы дистанций электроснабжения, а также любые произвольные электрифицированные участки железных дорог. Еще одним непременным условием, которое должно быть выполнено в процессе разработки данной системы, является обеспечение возможности беспроводной передачи данных с борта ЭПС на сервер сбора данных, исключающей участие машиниста в снятии показаний расхода электрической энергии электроподвижным составом. Таким образом, система учета электроэнергии на ЭПС должна включать в себя измерительную систему на ЭПС, а также стационарную часть, состоящую из точек приема данных с борта ЭПС и единый сервер обработки данных.
Ученые ОмГУПС создали новый подход к измерению электроэнергии, при котором бортовая измерительная система на ЭПС формирует массив данных, где каждому моменту времени t , фиксируемому с некоторым постоянным интервалом T, соответствуют показание расхода Э и возврата ЭР электроэнергии электроподвижным составом, мгновенные значения напряжения на токоприемнике U и тока электровоза I, а также его географические координаты: широта ф . и долгота X., где i - номер интервала. Полученный в итоге массив данных можно представить в виде таблицы.
Информация с измерительных систем ЭПС поступает на единый сервер обработки данных через точки приема данных посредством беспроводной связи. Накопленные данные передаются с борта ЭПС при входе подвижного состава в зону покрытия точек приема (см. рисунок), которые могут рас-
71
Массив данных, фиксируемых измерительной системой на ЭПС
Момент времени, t Показания приборов учета электроэнергии Мгновенное значение напряжения на токоприемнике, U Ток электровоза, I Географии-ческие координаты точки пути (широта ф, долгота А)
расход, ЭТ возврат, ЭР
to Э ^Т0 ЭР0 U I ф0; А0
ti Эл ЭР, U Ii фр А
t2 ЭТ2 ЭР2 U2 I2 Ф2; А2
t i ЭТ. Тг Эрг U. г I. г ф.;
t n ЭТ Тп ЭРп U п I п Фп;Ап
полагаться в эксплуатационных и ремонтных локомотивных депо, в пунктах подмены локомотивных бригад, на станциях или тяговых подстанциях.
После программной обработки информации с двух систем (АСУЭ ФКС и АСУЭ ЭПС) на едином сервере по умолчанию могут быть получены отчеты, содержащие следующие данные:
• расход и возврат электроэнергии по счетчикам ЭПС по результату поездки;
• расход и возврат электроэнергии на тягу поездов по счетчикам на ФКС тяговых подстанций и ЭПС в границах железной дороги, тарифной зоны, дистанции электроснабжения или межподстанционной зоны за требуемый период, кратный 30 минутам или одним суткам;
• значение удельного расхода и небаланса электроэнергии на тягу поездов в границах железной дороги, тарифной зоны, дистанции электроснабжения, межподстанционной зоны за период, кратный 30 минутам или одним суткам;
• значение небаланса приема и распределения электрической энергии по шинам тяговой подстанции за требуемый период, кратный 30 минутам или одним суткам (при условии взаимодействия с системой АСКУЭ тяговых подстанций);
• расход и возврат электроэнергии на тягу поездов по тяговой подстанции и отдельным ФКС за требуемый период, кратный 30 минутам или одним суткам.
Полученная информация позволит:
• выявлять межподстанционные зоны с неравномерно загруженными тяговыми подстанциями;
72
73
Схема функционирования АСУЭ ЭПС
• определять на основании данных о потоках мощности по ФКС средние значения уравнительных токов в контактной сети межподстанционных зон участков переменного тока;
• обеспечивать повышение эффективности применения рекуперативного торможения без анализа поездной обстановки и определения конкретного местоположения в фидерной зоне ЭПС за счет оперативного контроля текущей нагрузки на ФКС;
• выполнять синхронное осциллографирование процессов, возникающих в контактной сети, что позволит оценить потокораспределение энергии рекуперации и качество электроэнергии на ФКС и ЭПС;
• обеспечивать достоверный контроль удельного расхода и небаланса электрической энергии на тягу поездов, что позволит повысить эффективность планирования расхода электроэнергии на тягу поездов на всех уровнях, а также обосновать сетевую составляющую тарифа на электроэнергию на основе фактически измеренных величин потребления электроэнергии при эксплуатации частного ЭПС на путях общего пользования ОАО «РЖД»;
• определять в автоматизированном режиме расход электрической энергии ЭПС в режиме «горячего» простоя на тракционных путях ремонтных локомотивных депо и в пути следования;
• оптимизировать закупки электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии за счет оперативного прогноза потребления электроэнергии на ближайшие часы и корректировки суточных прогнозов о расходе на тягу поездов;
• оценивать энергоэффективность новых локомотивов, применения энергооптимальных графиков движения пассажирских и грузовых поездов, а также пропуска поездов повышенной массы с учетом работы системы тягового электроснабжения;
• оценивать снижение энергетической эффективности тяги поездов с учетом системы тягового электроснабжения, обусловленного ограничением скорости движения поездов, а также проследованием поездов при желтых и зеленых сигналах светофоров на пути следования с последующим адресным определением претензий к виновникам увеличения стоимости железнодорожных перевозок.
Заключение
Сегодня в ОмГУПС разработаны макетные образцы измерительных систем учета электрической энергии на электроподвижном составе постоянного тока, подготовлен опытный образец многофункционального счетчика электрической энергии для ФКС тяговых подстанций постоянного тока. Микропроцессорный измерительный преобразователь, входящий в состав
74
изготавливаемых счетчиков, разработан с использованием новейших запатентованных технологий ОмГУПС в области измерений постоянного тока, что обеспечивает высокий класс точности прибора в целом и увеличивает межповерочный интервал до 8 лет. Разрабатываемые элементы ЕАСУЭТ прошли лабораторные эксперименты и подготовлены к опытной проверке на объектах ОАО «РЖД».
Наряду с разработкой современных технических средств учета электроэнергии в ОмГУПС ведется подготовка методической и программной базы для реализации проекта ЕАСУЭТ.
Исследования потенциала повышения энергоэффективности системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава показали наличие существенных резервов энергосбережения на тягу поездов, значительная часть которых заложена в оперативном реагировании на изменяющиеся условия эксплуатации системы тягового электроснабжения и режимы ее работы, связанные с ее моральным и физическим износом, внедрением новых устройств электроснабжения, вводом в эксплуатацию новых серий ЭПС, изменением объемов и структуры тонно-километровой работы и другими причинами. Предлагаемая система ЕАСУЭТ способна стать эффективным инструментом контроля и анализа эффективности работы системы тягового электроснабжения и ЭПС, разработки мероприятий, направленных на сбережение энергетических ресурсов на тягу поездов.
Библиографический список
1. Снижение небаланса электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций и электроподвижного состава / В. Т. Черемисин, Е. Л. Емельяненкова, С. Ю. Ушаков // Железнодорожный транспорт: науч.-теоретич. технико-экономич. журн. -2011. - № 2. - С. 43-48.
2. Мониторинг напряжений в контактной сети на участках постоянного тока в условиях применения рекуперативного торможения / В. А. Кващук, А. С. Вильгельм // Инновационное развитие железнодорожного транспорта России : материалы Всерос. науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - С. 119-128.
3. Оценка потенциала повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения / В. Т. Черемисин, М. М. Никифоров // Изв. Транссиба. - 2013. -№ 2. - С. 75-84.
© Каштанов А. Л., Ушаков С. Ю., Черемисин В. Т., 2015
75
