CC BY
23
5. Новиков И.И. идр. Бессмазочные поршневые уплотнения в компрессорах./ И.И. Новиков, В.П. Захаренко, Б.С. Ландо - Л.: Машиностроение, 1981.
6. Юша В.Л., МеренковД.Ю., ТанкинВ.В., Гуров А.А, Новиков Д.Г., Юша А.В Особенности расчёта и проектирования бессмазочных малорасходных компрессоров объёмного действия.// КомпрессорнаятехникаипневматикавХХ1веке. - Том2.:Труды xiiiМНТК. по компрессоростроению. - Сумы: СумГУ,2004.
7. Юша В.Л., Новиков Д.Г. Интенсификация процессов теплообмена в рабочей камере бессмазочных компрессоров // Вестник международной академии холода. 2004. Вып.4.
8. ЮшаВА, Бусаров СС. Интенсификация внешнего охлаждения бессмаэочных компрессоров // Холодильная техника. 2006. №2.
9. Исаченко В.П., Осипова В. А, Сукомел A.C. Теплопередача -М.:Энергоиэдат, 1981.
10. Патанкар C.B. Численное решение задачтеплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. — М.: Издательство МЭИ, 2003.
11. Самарский А А, Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. - М.: ЕдиториалУРСС, 2003.
12. ОдингИ.А. идр. Теория ползучести и длительной прочности металлов./ И.АОдинг, В.С.Иванова, В.В.Бурдукский, В.Н.Герми нов - М.:Металлургиздат, 1959.
13. Зарубин B.C. Прикладные задачи термопрочности элементов конструкций. — М.: Машиностроение, 1985.
14. Власова Е.А, Зарубин B.C., КувыркинГ.Н. Приближенные методы математической физики. — М.:Изд-воМГТУим. Н.Э. Баумана, 2001,
15. КоэдобаЛ.А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. - М: Наука, 1975.
16. Фотин Б.С. идр. Поршневые компрессоры / Б.С.Фотин, И.Б.Пирумов, И.К.Прилуцкий, П.И.Гластииин. - Л.: Машиностроение, 1987.
17. Кавтарадэе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях, - М.:Иэд-воМГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001
ПЛАСТИНИН Павел ¡Ивя нови1' доктор технических наук, профессор кафедры Э-5 Московского государственного техничьелого университета им. Н. Э. Баумана, заслуженный работник высшей школы РФ. ЮША Владимир Леонидович, кандидаттехнических наук, доцент, заведующий кафедрой «Компрессорные и холодильные машины и установки» Омского государственного технического университета.
БУСАРОВ Сергей Сергеевич, аспирант кафедры «Компрессорные и холодильные машины и установки» Омского государственного технического университета.
Поступила в редакцию 09.06.06. © Пластинин П. И., Юша В. Д., Бусаров С. С.
УДК <21.331:621.311 в т ЧЕРЕМИСИН
М. М. НИКИФОРОВ Т. Е. НИКИШКИН
Омский государственный университет путей сообщения
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХОЗЯЙСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
В статье рассматривается технология проведения энергетических обследований электропотребления на железной дороге. Указаны основше принципы, на которых должны основываться энергетические обследования электропотребления в границах железной дороги.
Железнодорожный транспорт представляет собой совокупность потребителей топливно-энергетических ресурсов, призванных обеспечивать бесперебойную перевозку грузов и пассажиров. Анализируя процесс энергопотребления на железнодорожном транспорте, необходимо учитывать одновременность протекания перевозочного процесса и ремонт-но-эксплуатационной деятельности нетяговых потребителей. Поэтому, рассматривая проблему повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, целесообразно применение комплексного подхода при проведении работ по
энергетическому обследованию и паспортизации объектов железной дороги и разработке программы ресурсосбережения.
К настоящему времени органами Главгосэнерго-надзора России, научными институтами и специализированными энергоаудиторскими организациями разработано и издано значительное количество методических пособий о порядке проведения энергетического обследования и энергетической паспортизации предприятий. Однако указанные методики не учитывают в полной мере специфики работы железнодорожного транспорта, в первую очередь это
Рис. 1. Структурная схема электрохозяйства отделения железной дороги
касается вопросов энергетического обследования тяги поездов. Учитывая, что превалирующим энергоносителем на железнодорожном транспорте является электроэнергия, доля которой в общем энергопотреблении на тягу поездов и эксплуатационные нужды превышает 50 %, разработка методики проведения комплексного энергетического обследования электропотребления железной дороги является актуальной и востребованной.
Укрупненной единицей железной дороги принято считать отделение дороги, охватывающее обычно территорию одного или нескольких субъектов Российской Федерации и включающее в себя железнодорожные магистрали и узлы, на которых расположены линейные подразделения железной дороги, такие каклокомотиво- и вагоноремонтные депо, эксплуатационные локомотивные и вагонные депо, станции, дистанции электроснабжения, сигнализации и связи, пути, гражданских сооружений и т.д. Поэтому анализ эффективности электропотребления целесообразно выполнять не по отдельным предприятиям, а в границах отделений дороги с последующим определением интегральной оценки уровня рациональности использования электроэнергии в границах железной дороги.
Специфика потребления электрической энергии на железнодорожном транспорте обусловлена распределенной вдоль железнодорожных магистралей структурой пунктов приема и потребления электроэнергии, наличием нескольких специфических типов электропотребления.
Исходя из вышеизложенного, предлагается при проведении комплексного энергообследования отделения дороги использовать структуру электрохозяйства, представленную на рис. 1.
При проведении энергетического обследования и паспортизации электрохозяйства отделения железной дороги рассматриваются два комплекса:
1) электрическая тяга поездов;
2) стационарная электроэнергетика.
1. Комплекс электрической тяги поездов включает в себя систему тягового электроснабжения и электроподвижной состав железных дорог.
1.1. При проведении энергообследования системы тягового электроснабжения следует обращать внимание на три вопроса: анализ условий сопряжения
систем внешнего и тягового электроснабжения; состояние электрооборудования тяговых подстанций; состояние устройств тяговой сети, постов секционирования, пунктов параллельного соединения, рельсовых цепей.
1.1.1. От состояния электрооборудования тяговых подстанций напрямую зависит безопасность движения поездов, пропускная способность участков железной дороги, обеспечение транзита электроэнергии питающих энергосистем, надежность электроснабжения железнодорожных узлов и сторонних железнодорожному транспорту потребителей.
Энергетическое обследование электрооборудования тяговых подстанций должно включать в себя:
— оценку технического состояния и эффективности использования трансформаторного оборудования;
■— расчет остаточного ресурсатрансформаторно-го оборудования;
— оценку состояния высоковольтного оборудования (выключателей, разъединителей, автоматических быстродействующих выключателей постоянного тока и т.д.);
— анализ применяемых технических решений по обеспечению качества электроэнергии;
— на полигоне постоянного тока необходимо провести анализ применяемых выпрямительных и вы-прямительно-инверторных преобразователей.
1.1.2. Анализ состояния тяговой сети включает в себя оценку технического состояния контактной сети — степень износа контактных проводов, высоты подвески контактной сети, обеспечения надежности токосъема и т.д. Данный анализ проводится по результатам регулярных испытаний, проводимых с помощью специализированного вагона-лаборатории для испытаний контактной сети. Следует провести анализ динамики состояния контактной сети с целью выявления участков с повышенным износом контактного провода и определения причин, вызывающих износ.
1.1.3. Проблема оптимизации сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения (в первую очередь на полигоне переменного тока) обусловлена принципами, применявшимися при электрификации железных дорог, когда при строительстве тяговых подстанций одновременно решалась проблема обес-
печения электроэнергией промышленных предприятий других отраслей народного хозяйства, сельского хозяйства и населенных пунктов. Такой подходе свое время позволил получить значительный экономический эффект для народного хозяйства страны. Однако в сегодняшних условиях, когда ОАО «Российские железные дороги» является самостоятельным хозяйствующим субъектом экономики, влияние условий сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения приводит к увеличению технологических потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения, возможности применения к железной дороге штрафных санкций за ухудшение показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в точках общего присоединения к питающим сетям 110 — 220 кВ, а также у сторонних железнодорожному транспорту потребителей, получающих питание от шин тяговых подстанций.
Увеличение потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения обусловлено в первую очередь протеканием уравнительных токов по контакт ной сети, которые появляются вследствие разности напряжений по модулю и фазе на шинах смежных тяговых подстанций, что может быть вызвано питанием смежных тяговых подстанций от различных питающих энергосистем, наличием на одной из тяговых подстанций системы двойной трансформации, значительными перетоками электроэнергии по питающим линиям 110 — 220 кВ, районной нагрузкой, сопоставимой по величине с тяговой нагрузкой и т.д. Поэтому при проведении энергообследования системы тягового электроснабжения аудитору необходимо провести измерение перетоков мощности (уравнительных токов) в тяговой сети и на основании результатов измерений дать заключение о необходимости внедрения мероприятий по снижению перетоков. Опыт проведения работ по анализу условий сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения позволяет утверждать, что необходимость внедрения мероприятий по снижению перетоков возникает з случае, когда значение уравнительного тока превышает 40 — 60 А в зависимости от размеров движения поездов на участке и ряда других особенностей рассматриваемого участка.
Причинами ухудшения показателей качества электроэнергии на шинах тяговых подстанций полигона переменного тока могут быть как режим работы питающей энергосистемы, так и влияние электрической тяги. Электроподвижной состав переменного тока, оборудованный двухпульсовыми выпрямительными (выпрямительно-инверторными) агрегатами, потребляя в режиме тяги электроэнергию на основной частоте, выступает в качестве генератора высших гармонических составляющих, возвращающихся в питающую сеть. В режиме рекуперативного торможения электроподвижной состав генерирует в контактную сеть, как мощность основной частоты, так и высших гармонических составляющих, причем мощность потоков на высших гармонических составляющих в режиме рекуперации значительно больше, чем в режиме тяги.
Снижение качества электроэнергии негативно сказывается на большинстве параметров и общем состоянии электрооборудования всех потребителей электроэнергии. Для стимулирования работ по обеспечению качества электроэнергии и электромагнитной совместимости электроустановок разработана система скидок и надбавок за ухудшение качества электроэнергии. Размер штрафных санкций может достигать 10 % от стоимости электроэнергии по каж-
дому из контролируемых показателей. Скидки к тарифу на электроэнергию применяются в том случае, когда виновником ухудшения качества электроэнергии является электроснабжающая организация. В случае, когда ухудшение качества электроэнергии обусловлено режимом работы потреби геля, к тарифу на электроэнергию должны применяться надбавки.
В настоящее время определены уроыш скидок и надбавок за ухудшение качества электроэнергии по следующим показателям, установившееся отклонение напряжения 61'; коэффициент искажения синусоидальности криви напряжения Ки; коэффициент несимметрки налрижония по обратной последовательности К.,и. Отклонение напряжения от номинального значения обусловлено режимом работы питающей энергосистемы. В то время как ухудшение коэффициентов искажения сик усоидальности кривой напряжения и несимметрии напряжения по обратной последовательности напряжения чаще всего объясняемся спр; мифическими режимами работы электроприем;¡кков, и том числе электроподвижного состава переменного тока.
Длг1 оценки возможного размера штрафных санкций за ухудшение показателей качества электроэнергии при проведении энергообследования необходимо выполнить измерение ПКЭ на шинах высокого, среднего и низкого напряжения тяговых подстанций.
Завершая комплекс работ по энергообследованию системы тягового электроснабжения необходимо оценить следующие позиции, входящие в интегральную оценку эффективности электрогютребле-ния в границах железной дороги.
Важной характеристикой системы тягового электроснабжения является уровень технологических потерь электроэнергии в тяговой сети, обусловленных условиями сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения, применяемым электрооборудованием тяговых подстанций, состоянием тяговый сети, применяемыми схемами питания тяговой сети и размерами движения поездов. По результатам энергообследования системы тягового электроснабжения для всех межподстанционных зон на основании имитационного моделирования должны быть составлены режимные карты технологических потерь электроэнергии, которые бы отражали влияние всех вышеперечисленных факторов.
Еще одной характеристикой, которая должна быть проверена при проведении энергетического обследования тяговых подстанций, является значение небаланса приема и распределения электроэнергии на всех уровнях напряжения. Величина небаланса характеризует состояние учета электроэнергии и, в случае удовлетворительного состояния, не должна превышать расчетного значения, определяемого на основании данных о классе точности применяемых измерительных приборов и количестве электроэнергии, учтенной каждым счетчиком. Превышение расчетного значения небаланса свидетельствует о неисправности системы учета электроэнергии.
1.2. Обследование эффективности использования электроэнергии на электроподвижном составе включает в себя: анализ использования электроэнергии по видам движения (грузовое, пассажирское, пригородное, маневровое, хозяйственное) и сериям электроподвижного состава; определение технического состояния элсктроподвижного состава; оценку состояние учета электроэнергии на тягу поездов.
1.2.1. При проведении анализа использования электроэнергии по видам движения на основании
данных существующей статистической отчетности локомотивных депо составляются графики полного и удельного расхода электроэнергии и тонно-кило-метровой работы за два года, предшествующих проведению энергетического обследования. Определяются возможные причины несоответствия динамики расхода электроэнергии и фактически выполненной тонно-километровой работы по видам движения. Анализ использования электроэнергии по сериям электроподвижного состава выполняется аналогично анализу использования электроэнергии по видам движения.
1.2.2. Техническое состояние электроподвижного состава оказывает самое непосредственное влияние на уровень потребления электроэнергии на тягу поездов. Важной характеристикой является фактический КПД локомотива. Также необходимо оценить долю неисправных локомотивов в каждом локомотивном депо. Одним из наиболее эффективных способов экономии электроэнергии натягу поездов общепризнано применение рекуперативного торможения. При наличии исправных систем рекуперации на локомотивах и эффективном их применении доля рекуперируемой электроэнергии может составлять до 25 % от расхода электроэнергии натягу поездов по счетчикам электроподвижного состава. К сожалению во многих локомотивных депо участки по ремонту систем рекуперативного торможения недоукомп-лектованы или отсутствуют, что в значительной степени снижает эффективность электрической тяги.
В настоящее время на сети железных дорог широко внедряются системы автоведения грузовых и пассажирских поездов (САВП) и регистраторы параметров движения и автоведения (РПДА). Поэтому при проведении энергетического обследования электропотребления вопросу оснащения локомотивов системами САВП и РПДА необходимо уделить пристальное внимание.
1.2.3. Критерием, характеризующим состояние учета электроэнергии натягу поездов, является небаланс электроэнергии на тягу поездов, отпущенной с шин тяговых подстанций и потребленной по счетчикам электроподвижного состава (далее «небаланс» электрической энергии на тягу поездов), также называемый «условными» потерями.
«Небаланс» включает в себя технологическую и коммерческую составляющие. Технологическая составляющая представляет собой потери электроэнергии при ее транспортировке от тяговых подстанций к электроподвижному составу. На полигоне переменного тока эта составляющая оценивается от 3,4 до 6,7 %, на полигоне постоянного тока — от5,4до 10,4 % от расхода электроэнергии на тягу поездов.
Коммерческая составляющая «небаланса» обусловлена недостатками системы учета электроэнергии натягу поездов, такими как неучет отбора электроэнергии от контактной сети на эксплуатационные нужды, неучет расхода электроэнергии на отопление и кондиционирование воздуха пассажирских вагонов в пути следования, погрешность учета электроэнергии на электроподвижном составе в пути следования и в режиме горячего простоя под депо и т. д.
При проведении энергетического обследования необходимо провести анализ динамики «небаланса» электроэнергии на тягу поездов с учетом заездов локомотивных бригад за два последних года.
2. Обследование стационарной электроэнергетики отделения дороги включает в себя рассмотрение системы нетягового электроснабжения и стационарных предприятий железнодорожного транспорта.
2.1. Система нетягового электроснабжения включает в себя распределительные сети районов электроснабжения железнодорожных узлов, линии продольного электроснабжения.
При проведении энергетического обследования системы нетягового электроснабжения необходимо:
— оценить техническое состояние воздушных и кабельных линий высокого напряжения и 0,4 кВ, отходящих от трансформаторных подстанций, техническое состояние понизительных трансформаторов трансформаторных подстанций и высоковольтного оборудования;
— дать оценку состояния учета электроэнергии в пунктах ее приема в сети нетягового электроснабжения и на вводах трансформаторных подстанций;
— определить значение фактического небаланса приема и отпуска электроэнергии в сетях железнодорожных узлов и участках продольного электроснабжения;
— выполнить расчет технологической и допустимой коммерческой составляющих потерь электроэнергии в сетях.
2.2. Проблеме энергетического обследования промышленных предприятий посвящено значительное количество работ ученых страны. По заказу ОАО «Российские железные дороги» в Омском государственном университете путей сообщения разработана специализированная методика проведения энергетических обследований предприятий железнодорожного транспорта.
При проведении комплексного энергетического обследований электрохозяйства отделения дороги предлагается выполнить разделение всех объектов стационарных предприятий на три группы, имеющие схожую специфику работ. В первую группу должны быть отнесены объекты ремонтного производства: ремонтные и вспомогательные цеха локомотивных и вагонных депо, мастерские дистанций пути, сигнализации и связи и т.д. К второй группе относятся объекты, обеспечивающие эксплуатационную деятельность железнодорожного транспорта: служебные и административно-бытовые здания и помещения всех служб, железнодорожные станции, вокзалы, билетные кассы и прочие объекты предприятий железнодорожного транспорта, не связанные с выполнением ремонтных работ. К третьей группе должны быть отнесены вспомогательные объекты, обеспечивающие нормальный режим работы ремонтных и эксплуатационных объектов в границах отделения дороги. К группе вспомогательных объектов относятся котельные, компрессорные, флотаторные и насосные станции.
После разделения всех стационарных объектов отделения дороги на группы энергетическое обследование для каждой группы проводиться по известным методикам.
По итогам проведения энергетического обследования электропотребления по отдельным объектам дороги (отделения дороги) должна быть определена интегральная оценка уровня рациональности использования электроэнергии на тягу поездов и нетяговые нужды железной дороги.
Применение комплексного подхода при проведении работ по энергетическому обследованию и паспортизации объектов предприятий железнодорожного транспорта и разработке программы ресурсосбережения позволит, по экспертным оценкам, повысить эффективность мероприятий программы ресурсосбережения на 5 - 10 % по сравнению с проведением энергетических обследований отдельных
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
