Каталог НТП ОмГУПС 2015 г / часть 4 128 по 144

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

СЕТЕВАЯ КАРТА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В настоящее время доля затрат на энергию для тяги поездов в тарифах на перевозку грузов на дорогах занимает по объему третью позицию (до 15%) – после фонда оплаты труда и амортизационных отчислений и мероприятия, направленные на снижение затрат на оплату электроэнергии, расходуемой на тягу поездов, являются первоочередными задачами отрасли. Система электрической тяги переменного тока, имея многие положительные качества, обладает и рядом специфических особенностей, которые снижают ее техни- ко-экономическую эффективность. В общем случае можно назвать три крупных недостатка системы тягового электроснабжения переменного тока: низкие показатели качества электрической энергии, электромагнитное влияние на смежные устройства и наличие потерь, обусловленных спецификой электроснабжения железных дорог переменного тока. Ухудшение показателей качества электрической энергии приводит к снижению мощности и увеличению потерь электроэнергии в системе тягового и внешнего электроснабжения.

Выбор эффективных мероприятий по повышению качества электроэнергии с целью сохранения электромагнитной совместимости и улучшения электроснабжения во многом будет предопределяться исходной информацией об отдельных показателях качества электроэнергии. Необходимость решения данной проблемы очевидна и подтверждается новыми нормативными документами и рядом целевых программ. Таким образом, необходимо выполнить составление сетевых карт качества электрической энергии по сети железных дорог России.

Контроль качества электроэнергии в сетях железных дорог

контроль качества электроэнергии, поступающей на тяговые подстанции и оценка вклада электрической тяги поездов в ухудшение показателей качества электроэнергии в точках общего присоединения тяговых подстанций к распределительным сетям энергосистем		контроль качества электроэнергии, отпускаемой на тягу поездов		контроль качества электроэнергии, отпускаемой с шин тяговых подстанций 10, 35 кВ в сети железнодорожных узлов и сторонним железнодорожному транспорту потребителям

Контроль качества электрической энергии в сетях железных дорог

128

В комплекте поставки «Сетевая карта качества электрической энергии» входят восемнадцати канальный измерительно-вычислительный комплекс ИВК «ОМСК-М», инструкция по правилам проведения измерений показателей качества на тяговых и трансформаторных подстанциях и обработке их результатов. Измерения показателей качества электроэнергии проводятся измерительно-вычислительным комплексом «Омск-М» и многофункциональным измерительным прибором для обеспечения контроля качества электроэнергии «МИК».

ИВК «ОМСК-М»		«МИК»

На основании измерений с помощью ИВК «ОМСК-М» и «МИК» составляется заключение о соответствии показателей качества электроэнергии в распределительных сетях требованиям ГОСТ 13109-97 и составляется сетевая карта качества исследуемого участка с учетом долевого вклада каждого потребителя ухудшающего качество электрической энергии.

Экономическая эффективность достигается за счет своевременного определения возможных штрафных санкций за ухудшение показателей качества электроэнергии в точках общего присоединения тяговых подстанций к сетям питающих энергосистем, а также за отпуск с шин тяговых подстанций электроэнергии, не соответствующей требованиям ГОСТ 13109-97, сторонним железнодорожному транспорту потребителям. А также в уменьшении времени, требуемого на наладку и проверку релейных защит тяговых подстанций. Размер штрафных санкций за ухудшение качества электроэнергии может составлять до 30 % от ее стоимости, а сторонние потребители, получающие питание от шин тяговых подстанций, в соответствии с действующим законодательством имеют право не оплачивать электроэнергию, не соответствующую требованиям ГОСТ 13109-97.

Внедрена на дистанциях электроснабжения Абакан и Саянская Красноярской; Чита Забайкальской; Владивосток Дальневосточной железных дорог – филиалов ОАО «РЖД». Экономическая эффективность для каждой дистанции электроснабжения составила более 900 тыс. руб.

Научно-исследовательская часть

129

							ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
							ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ КОНТАКТНЫХ
								ПОДВЕСОК
Цель – повышение точности и информативности оценки состояния контактных подве-
сок, предназначенных для высоких скоростей движения за счет применения интегриро-
ванной видеоизмерительной системы.
Существующие технические ограничения (200 км/ч) на применение вагона-
лаборатории в ходе проведения испытаний контактной сети, требуют переноса регистри-
рующей аппаратуры на локомотив, движущийся без вагонов. Использование системы ви-
деоизмерения позволяют
сократить		комплект				ап-		Тензополоз с	Контактный провод
паратуры			на		крыше
								комплексом датчиков
электроподвижного						со-	Видеокамера		Крыша ЭПС
става до нескольких ви-
деокамер		и	небольшого					преобразователь
числа	дополнительных
датчиков.
Регистрируемая						ви-
деоинформация позволя-
ет получить			массив			не-		GPS	сервер
обходимых			данных			для			БД
определения			вертикаль-				Блок контроля	АЦП
							аварийных ситуаций
ных,	продольных,				попе-
речных		перемещений						АРМ
								оператора
токоприемника				и	пово-			принтер
ротов	полоза			в		трех
плоскостях.
В предложенной системе видеокамера фиксирует перемещения и повороты элементов
токоприемника геометрические размеры и исправность полоза, искрение в зоне контракта.
Обрабатывающий комплекс определяет проекции перемещений полоза и системы по-
движных рам на плоскость, благодаря чему становится возможным получить полную и
точную картину перемещения узлов токоприемника в процессе токосъема.
Особенностью представленного комплекса является применение центрального ин-
формационно-вычислительного комплекса для сбора, обработки и хранения информации.
Различные датчики подключаются к ИВК посредством информационных каналов, рабо-
тающих по протоколам LAN и USB. Применение стандартных протоколов связи позволя-
ет подключать широкий круг современных промышленных измерительных устройств без
внесения изменений в конструкцию системы.
Положительный экономический эффект от внедрения комплекса достигается за счет
уменьшения штрафных санкций в результате предотвращения задержек пассажирских и
грузовых поездов, в том числе международных, и снижения эксплуатационных расходов,
связанных с затратами на восстановление электроподвижного состава и контактной сети.
Данный видеоизмерительный комплекс опробован при проведении сравнительных
испытаний систем токосъема на линии Москва – Санкт-Петербург Октябрьской ж.д.

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

130

МАГИСТРАЛЬНЫЙ ТОКОПРИЕМНИК «АИСТ» ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ НА ЛИНИЯХ

С МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ ИНФРАСТРУКТУРОЙ СИСТЕМЫ ТОКОСЪЕМА

Токоприемник предназначен для использования на отечественных магистральных электровозах и электропоездах постоянного и переменного тока с целью обеспечения надежного, экономичного и экологичного токосъема при взаимодействии с контактной сетью на модернизированных участках железных дорог при высоких скоростях движения.

Модель токоприемника «АИСТ»	Опытный образец токоприемника «АИСТ»
Технические характеристики:
		Значение показателя для
Наименование показателя		токоприемника
		исполнение Т		исполнение Л
Номинальная скорость движения ЭПС, км/ч			160
Род тока		постоянный		переменный
Рабочая высота, мм		от 400 до 1900
Наименьшее активное нажатие, Н, не менее		90	70
Наибольшее пассивное нажатие, Н, не более		130	110
Время подъема токоприемника, с, не более			10
Время опускания токоприемника, с, не более			6

Токоприемник «АИСТ» имеет модульную структуру и состоит из следующих подсистем: система подвижных рам, основание, подъемно-опускающий механизм, контактные вставки, полоза, каретки, система автоматического регулирования, предохранительные, аэродинамические, управляющие и демпфирующие устройства.

Конструкция системы подвижных рам представляет собой асимметричный полупантограф. Система подвижных рам предназначена для обеспечения надежного контакта полозов токоприемника с контактными проводами при изменении высоты последних в

131

заданных пределах. Для магистральных железных дорог эта высота составляет 5550 – 6900 мм. Диапазон рабочих высот токоприемника (400 – 1900 мм) определяет размеры его конструкции.

Основание токоприемника представляет собой универсальную конструкцию, в которой предусмотрены крепления для установки токоприемника на различные виды электроподвижного состава:

–электровозы: ЧС2, ЧС4, ЧС6, ЧС7, ЧС200, ВЛ10, ВЛ11, ЭП1, ЭП2, ЭП10, ЭП200, ЭП2К и др.;

–электропоезда: ЭД4М, ЭТ2, ЭМ2, ЭР2, ЭР9, ЭР200 и др.

Конструкции подъемно-опускающих механизмов для токоприемников легкого и тяжелого типов выполнены по одинаковым кинематическим схемам. Отличие составляет исполнение эксцентрика на главном валу токоприемника, в зависимости от его весовой характеристики, что обеспечивает различное статическое нажатие токоприемника.

Каретка токоприемника обеспечивает упругое перемещение полоза относительно верхнего шарнира системы подвижных рам. Каретка предназначена для уменьшения влияния инерции рам (в процессе взаимодействия с контактной сетью) путем упругого расчленения масс токоприемника. Она позволяет безотрывно проходить небольшие неровности на контактных проводах, а при определенных параметрах выбирать и стрелы провеса контактной подвески.

Кустройствам системы автоматического регулирования (САР) токоприемников относятся устройства, автоматически стабилизирующие или изменяющие параметры токоприемника, и содержащие датчики, элементы сравнения и исполнительные устройства.

Куправляющим относятся регулирующие устройства (дросселирующие и редукционные) и кнопки (ключи). Они определяют время и скорость подъема и опускания токоприемника, которые зависят от временных функций нажатия рам. Функции анализируются по скорости подъема и опускания токоприемника на различной рабочей высоте.

Аэродинамические устройства предназначены для улучшения аэродинамических свойств токоприемников, зависящих от воздействий воздушного потока, скорость которого определяется как сумма скорости движения поезда и скорости встречного и бокового ветра.

Предохранительные устройства токоприемника предназначены для сохранения контактной подвески и токоприемников при неисправностях на контактной сети, и предотвращение их перерастания в серьезные аварии. Эта проблема приобретает большее значение в связи с увеличением мощности и скорости движения электроподвижного состава. Токоприемник «АИСТ» оснащен следующими предохранительными устройствами: устройство защитное от срыва вставки; устройство защитное от подъема на недопустимую высоту; устройство защитное от ударов и наезда на препятствие.

Токоприемник «АИСТ» разработан в рамках проекта «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема» (договор № 13.G25.31.0034 от «07» сентября 2010 г.) реализуемого при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

132

УСТРОЙСТВО, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИЮ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА БЕЗ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОПОР НА РЕЛЬСЫ

Существующие в настоящее время защиты фидеров контактной сети предусматривают заземление опор контактной сети на рельс через искровые промежутки. Однако опыт эксплуатации показывает, что опоры контактной сети зачастую случайно (в процессе эксплуатации) или умышленно (акты вандализма) оказываются разземленными. Кроме того, при современных технологиях сооружения земляного полотна, увеличивается переходное сопротивление рельсов относительно земли, что приводит к массовым пробоям искровых промежутков цепи заземления опор, что может привести к отказу защит.

Фидер защищаемого пути

ДТ ДН

		ДЭ	&
						И
				БТ

Фидер смежного пути

Схема защиты фидеров контактной сети переменного тока от замыканий через большое переходное сопротивление

Теоретические и экспериментальные исследования ОмГУПСа в области защит тяговых сетей переменного тока позволили разработать способы реализации защиты фидеров, позволяющие эксплуатировать контактную сеть без заземления опор на рельсы. Один из алгоритмов работы защиты от замыканий через большое переходное сопротивление приведен на рисунке. Там же показан внешний вид устройства. Предлагаемые способы защиты позволяют сократить эксплуатационные расходы, повысить безопасность движения поездов и надежность работы тяговой сети в целом.

X
		ДЗ-3
		область
		нагрузки
	ДЗ-2	C2
B1		C1
В2		ДЗ-4
		D2
A1		R
ТОА2	ДЗ-1	D1
Комплексная характеристика срабатыва-
ния дистанционной защиты

Внешний вид микропроцессорного блока с реализованной защитой от замыканий на разземленные опоры

В настоящее время введен в эксплуатацию первый участок с разземленными опорами на межподстанционной зоне Карасук-Зубково (ЗСЖД). Все фидера тяговой сети на данном участке оборудованы микропроцессорными блоками с реализованной защитой от замыканий на разземленные опоры.

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

133

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ПРОВОДОВ И ТРОСОВ УИН-М2

Устройство предназначено для измерения и контроля натяжения проводов, тросов, оттяжек, поперечных связей, ригелей и анкерных конструкций без разрыва силовой схемы, а также для измерения усилий в арматуре при изготовлении железобетонных изделий, в тягово-тросовых системах управления механизмов и машин, различных мостовых конструкций, буровых вышек, мачт, башен и антенн.

11

2

10

	6				4	3	8	9	7	1	5
				Схема устройства для измерения								Общий вид устройства для измерения
					натяжения проводов и тросов							натяжения проводов и тросов

Устройство для измерения натяжения проводов и тросов состоит из рамы 1 с тремя опорными элементами 2, 3 и 4, два из которых расположены по концам рамы, а третий – посередине ее, при этом на одном из указанных концевых опорных элементов установлено нажимное рычажное устройство 5, на другом – устройство для зажима 6 провода 7, а средний представляет собой упругий элемент 8, связанный со стрелочным индикатором перемещений 9. Вышеупомянутый упругий элемент выполнен в виде кольца из пружинной стали, а концевой опорный элемент с нажимным рычажным устройством выполнен в виде стойки 10 с регулирующими отверстиями 11 для выбора диаметра провода.

Устройство для измерения натяжения проводов и тросов УИН-М2 имеет существенные преимущества по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения. Принцип действия устройства основывается на том, что измеряются упругие деформации кольца из пружинной стали по прогибу от действия сосредоточенных сил, создаваемых роликами. Благодаря выбранному варианту исполнения упругого элемента в процессе измерения не возникает сухого трения в шарнирах и этим достигается точное измерение прогиба кольца (в пределах 1 ÷ 2 %) на индикаторе перемещений, отградуированном через усилия.

Кроме того, устройство имеет достаточно простую конструкцию, удобно при эксплуатации, состоит из набора доступных технологичных с точки зрения изготовления деталей, а также может работать в широком диапазоне изменяющихся условий окружающей среды.

Экономический эффект от использования устройства УИН-М2 составляет 2 млн. р. на 20 устройств за 10 лет. Срок окупаемости инвестиций составляет два года.

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

134

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ

MECS-1

Устройство предназначено для измерения величины отжатий контактных проводов при нагружении их вертикально направленными силами с целью определения статических характеристик контактных подвесок.

	14		8
			Вид А
	6	А
			10
	4
			7
	3		5
1	2
	12		13
	11

m = 15 кг

9

Схема устройства для измерения	Общий вид устройства для измерения
жесткости контактной подвески	жесткости контактной подвески

Устройство для измерения жесткости контактных подвесок состоит из основания 1, установленного на каретке лейтера 2 и снабженного узлом позиционирования 3 относительно контактных проводов 4 и узлом нагружения 5, взаимодействующим с контактными проводами и связанным через блочно-полиспастную систему 6 с эталонными грузами 7, а также измерительной шкалы 8. Узел нагружения выполнен в виде толкателя 9, расположенного под контактными проводами с возможностью вертикального перемещения в направляющих роликах 10. Узел позиционирования выполнен в виде рамы 11 с возможностью горизонтального перемещения перпендикулярно оси пути в направляющих 12, закрепленных на основании.

Применение устройства MECS-1 позволяет повысить точность измерений и расширить функциональные возможности устройства, а также значительно уменьшить время проведения измерений.

Экономический эффект от использования устройства MECS-1 составляет 2 млн. р. на 20 устройств за 10 лет. Срок окупаемости инвестиций составляет два года.

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

135

МЕТОДИКА АНАЛИЗА И ПЛАНИРОВАНИЯ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА НЕТЯГОВЫЕ НУЖДЫ

Методика устанавливает единые принципы и методологию анализа и планирования расхода электрической энергии в филиалах ОАО «Российские железные дороги» и их структурных подразделениях.

Методика позволяет планировать расход электрической энергии на любой расчетный период (месяц, квартал, год), на основе следующих показателей: расход электрической энергии за соответствующий период предыдущего года, в том числе по цехам, отделениям и производственным участкам; объемы фактически выполненных работ (выпущенной продукции) в соответствующем периоде предыдущего года; плановые объемы работ (выпуска продукции) на расчетный период; климатические условия, температура воздуха; ввод в эксплуатацию нового электрооборудования; внедрение энергосберегающих технологий и выполнение организационно-технических мероприятий по экономии электроэнергии.

Применение методики возможно как на предприятиях, связанных с ремонтным производством (локомотивные, вагонные депо, промышленные предприятия), так и для объектов административного, общехозяйственного и коммунально-бытового назначения.

Методика утверждена в ОАО «Российские железные дороги» и с 2008 г. используется по сети железных дорог для определения планируемых значений расхода электроэнергии.

Достоверность и адекватность методики подтверждена положительными результатами ее апробации в структурных подразделениях различной хозяйственной принадлежности ЗападноСибирской железной до-

роги, по итогам которой отмечается удовлетворительное совпадение планируемого и фактического расхода электрической энергии с погрешностью, не превышающей 8 %.

Для автоматизации расчетов планируемого расхода электроэнергии разработан программный комплекс, зарегистрированный в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (свидетельство № 2009610055).

Эффект от использования методики анализа и планирования расхода электроэнергии формируется за счет снижения упущенной выгоды предприятия из-за недополученного эффекта в результате возможного использования освобожденных при достоверном планировании средств в других сферах деятельности компании. Кроме того, применение методики позволяет выявлять случаи нерационального расхода электроэнергии, устранение которых дает возможность повышения эффективности производственной деятельности предприятий.

Годовой экономический эффект от внедрения методики на десяти структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги составил 3305,4 тыс. р., а расчетный срок окупаемости не превысил одного года.

Научно-исследовательская часть

136

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АСКУЭ

ОАО «Российские железные дороги» планомерно проводит политику, направленную на снижение расхода топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте. Разработанная «Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года» призвана решить большинство задач энергосбережения, поставленных перед железными дорогами. Особая роль отведена наведению соответствующего интересам компании порядка в управлении энергоресурсами. Проблема повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, поставленная в «Энергетической стратегии», неразрывно связана с вопросом повышения достоверности учета топливно-энергетических ресурсов.

Одним из ключевых компонентов для решения задачи повышения достоверности учета является его автоматизация. Основной целью создания автоматизированной системы управления топливно-энергетическими ресурсами является снижение корпоративных расходов на энергопотребление. Эта задача решается в рамках создаваемой системы АСКУЭ с полным завершением по всем 64 энергосистемам, контактирующим с 17 дорогами ОАО

«РЖД».

Первым шагом на пути внедрения автоматизированных систем комплексного учета топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте стало внедрение автоматизированных систем контроля учета электроэнергии (АСКУЭ) на тяговых подстанциях и в железнодорожных узлах. В дополнение к этому в течение последних лет решается задача внедрения систем АСКУЭ розничных рынков электроэнергии (АСКУЭ РРЭ).

Следует отметить, что железнодорожный транспорт имеет собственную специфику электрохозяйства. Электроэнергия поступает в сети железных дорог, как правило, на тяговые подстанции и, в основном, на напряжении 110 – 220 кВ. При проведении анализа системы электроснабжения железных дорог следует учитывать, что тяговые подстанции представляют собой не только пункты приема электроэнергии, но и являются структурной частью общей электроэнергетической системы страны. По их шинам осуществ-

ляется транзит мощности не только для нужд железных дорог, но и сторонних железнодорожному транспорту потребителей.

Для обоснования эффективности внедрения АСКУЭ разработана инструкция, позволяющая выполнить расчет технологических составляющих эффективности внедрения автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики.

137