Крюков А.В. Энергосбережение: Технологии, Приборы, Оборудование (Сборник научных трудов Иркутск)

Подождите немного. Документ загружается.

Сопоставление режимных особенностей двух установок РГ хорошо

иллюстрирует важность выбора оптимального места расположения

установок РГ в районах электроснабжения.

Таким образом, установки распределенной генерации позволяют

улучшить качество электрической энергии в РЭС, особенно для

электрически удаленных точек сети. Выбор и размещение установок

требует предварительных изысканий для определения оптимальной

мощности установок РГ и СТК, оптимального места их размещения, а

также определения оптимального положения регуляторов ПБВ

трансформаторов РГ.

Выводы

1. Сферами применения установок распределенной генерации на

железнодорожном транспорте являются следующие направления:

• объекты железнодорожного транспорта (включая электротягу

поездов) в регионах с потенциально неустойчивым электроснабжением;

• повышение надежности электроснабжения ответственных

потребителей при создании транспортно-энергетических коридоров,

совмещающих трассы железной и автомобильной дорог, высоковольтные

ЛЭП и линии связи;

• на предприятиях железнодорожного транспорта, имеющих

собственные теплоисточники (использование режимов совместной

генерации электрической и тепловой энергии);

• в районах электроснабжения нетяговых и нетранспортных

потребителей для снижения затрат на энергообеспечение и повышение

качества электроэнергии (в частности, для уменьшения отклонений

напряжения, вызываемых резкопеременной тяговой нагрузкой);

• для питания автономных объектов ж.-д. транспорта с

использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

2. Системы электроснабжения железнодорожных магистралей

обладают следующими особенностями, которые необходимо учитывать

при решении вопросов применения технологий распределенной генерации:

• значительная нестационарность и резкопеременный характер

однофазных тяговых нагрузок;

• возможность значительной несимметрии на шинах 0.4 кВ

трансформаторных подстанций стационарных потребителей, вызванной

однофазным характером тяговой нагрузки;

• нелинейность выпрямительных электровозов, генерирующих в

сеть высшие гармоники;

• значительное электромагнитное влияние контактной сети на

смежные линии электропередачи.

3. Для анализа возможностей применения установок распределенной

генерации в системах электроснабжения железнодорожного транспорта

могут быть применены методика и программные средства имитационного

моделирования систем электроснабжения в фазных координатах.

Проведенный анализ показывает, что установки распределенной

генерации эффективно снижают отклонения и несимметрию напряжения в

районах электроснабжения нетяговых и нетранспортных потребителей.

Библиографический список

1. Фотин В.П. Рассредоточенная энергетика [Электронный ресурс] / В.П. Фотин.

– http://www.vei.ru/public/public2.htm.

2. Фотин В.П. Технологическая стратегия электроэнергетической системы

России / В.П. Фотин, В.Г. Аракелян // Электричество. – № 9. – 2001. – С. 12–20.

3. Фотин В.П. Энергетика и экономика России: виртуальное настоящее и

реальное будущее [Электронный ресурс] / В.П. Фотин. –

http://www.vei.ru/public/public2.htm.

4. Агроскин В. Распределённая генерация, перспективы и проблемы

[Электронный ресурс] / В. Агроскин // ЭСКО. – № 7(19). – 2003. – http://esco-

ecosys.narod.ru/journal/journal19.htm.

5. Фотин В.П. Электрификация теплоснабжения [Электронный ресурс] /

В.П. Фотин. – http://www.vei.ru/public/public2.htm.

6. Пейсахович В. Роль малой энергетики в решении проблем энергетического

обеспечения потребителей [Электронный ресурс] / В. Пейсахович // Энергорынок. –

№ 5. – 2005. – http://www.e-m.ru.

7. Куро Ж. Современные технологии повышения качества электроэнергии при ее

передаче и распределении [Электронный ресурс] / Ж. Куро. – Новости электротехники.

– 2005. – № 1 (31). – http://news.elteh.ru/arh.

8. Котельников А.В. Энергетическая стратегия железных дорог России

[Электронный ресурс] / А.В. Котельников // Железные дороги мира. – № 2. – 2005. –

http://www.css-mps.ru/zdm/index.html.

9. Василянский А.М. Совершенствование системы тягового электроснабжения

железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц [Текст] /

А.М. Василянский, Р.Р. Мамошин, Г.Б. Якимов // Железные дороги мира. – 2002. –

№ 8. – С. 40–46.

10. Бородулин Б.М. Симметрирование токов и напряжений на действующих

тяговых подстанциях переменного тока / Б.М. Бородулин // Вестник ВНИИЖТ. – 2003.

– № 2.

11. Бардушко В.Д. Режимы работы системы тягового электроснабжения

напряжением 94 кВ с симметрирующими трансформаторами / В.Д. Бардушко, В.П.

Закарюкин, А.В. Крюков // Вестник ВНИИЖТ. – 2005. – № 3. – С. 44–47.

12. Закарюкин В.П. Имитационное моделирование системы тягового

электроснабжения 94 кВ с симметрирующими трансформаторами / В.П.

Закарюкин, А.В. Крюков // Вестник ВНИИЖТ. – 2005. – № 5. – С. 12–17.

13. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог /

К.Г. Марквардт. – М. : Транспорт, 1982. – 528 с.

14. Поплавский А.Н. Электроэнергетика предприятий железнодорожного

транспорта / А.Н. Поплавский. – М. : Транспорт, 1981. – 264 с.

15. Поплавский А.Н. Стационарная электроэнергетика железнодорожного узла /

А.Н. Поплавский, Б.Д. Краснов, В.В. Недачин. – М. : Транспорт, 1986. – 279 с.

16. Negishi Н. Аккумулирование энергии на железных дорогах [Электронный

ресурс] / Н. Negishi // Железные дороги мира. – № 6. – 2003. – http://www.css-

mps.ru/zdm/index.html.

17. Habel D. Инерционный накопитель энергии для тяговой сети [Электронный

ресурс] / D. Habel // Железные дороги мира. – № 2. – 2004. – http://www.css-mps.ru/zdm/

index.html.

18. Долдин В.М. Применение накопителей энергии в системах электропитания /

В.М. Долдин // Локомотив. – № 12. – 1999. – С. 40–41.

19. Феоктистов В.П. Повышение тягово-энергетической эффективности

транспортных систем при помощи накопителей энергии / В.П. Феоктистов //

Транспорт: наука, техника, управление. – № 12. – 1999. – С. 21–26.

20. Carriére, В. Основные направления научных исследований на железных

дорогах Франции [Электронный ресурс] / B. Carriére, P. Grassard. La Vie du Rail //

Железные дороги мира. – № 5. – 2002. – http://www.css-mps.ru/zdm/index.html.

21. Roth, W. Гелиоустановки для железных дорог [Электронный ресурс] /

W. Roth // Железные дороги мира. – № 4. – 2004. – http://www.css-mps.ru/zdm/index.html.

22. Ушаков В.А. Фильтрация высших гармоник тока электровозов в системах

тягового электроснабжения / В.А. Ушаков, С.Н. Машутин // Политранспортные

системы. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2007. – С. 49-54.

23. Бочев А.С. Электрически скомпенсированная тяговая сеть / А.С. Бочев,

В.А. Осипов // Транспорт, 2007. – Ч.2. – Ростов-на-Дону : РГУПС, 2007. – С. 257–262.

24. Бочев А.С. Модернизация линий продольного электроснабжения два провода

– рельсы / А.С. Бочев, Т.Э. Финоченко // Вестник РГУПС. – № 4. – 2006. – С. 87–90.

25. Закарюкин В.П. Имитационное моделирование систем тягового

электроснабжения / В.П. Закарюкин, А.В. Крюков – Иркутск: ИрГУПС, 2007. – 124 с.

26. Свидет. об офиц. регистр. программы для ЭВМ №2007612771 (РФ) «Fazonord-

Качество – Расчеты показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения

в фазных координатах с учетом движения поездов» / Закарюкин В.П., Крюков А.В. –

Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

– Зарегистр. 28.06.2007.

УДК 621.331

Н.С. Назаров, А.П. Краснопеев, Д.С. Драничников

РЕКУПЕРАТИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА – ЭФФЕКТИВНОЕ СРЕДСТВО

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Рекуперативное торможение, основанное на свойстве обратимости

электрических машин, является одним из существенных преимуществ

электрической тяги. За счет межпоездного токообмена снижаются

удельные расходы электроэнергии на тягу, потребление электроэнергии на

нетяговые нужды железнодорожной инфраструктуры. Кроме того,

электроэнергия частично возвращается в энергосистему с

соответствующим возмещением затрат на ее приобретение.

В условиях возрастающего энергодефицита и постоянного роста

тарифов на энергоресурсы недоиспользование такого важного резерва

энергосбережения в перевозочном процессе как рекуперативное

торможение неправомерно. Объективно его оценивают в 8…10 % возврата

электроэнергии, израсходованной на тягу поездов, или 3…3,8 млрд кВт·ч в

год для сети железных дорог.

Однако сегодня возможности рекуперации используются далеко не

полностью (рис. 1, а). В последнее время возврат электроэнергии не

превышает 3 % от ее потребления и ежегодно снижается. Два прошлых

десятилетия этот показатель достигал 5 %.

Фактическое распределение коэффициента возврата электроэнергии

по дорогам, например, за 2007 г. (рис. 1, б) позволяет детально

проанализировать сложившуюся ситуацию. Одна из причин,

сдерживающих применение рекуперативного торможения, – большое

число локомотивов с неисправными схемами рекуперации и

необорудованных ими изначально. Если практически все грузовые

электровозы постоянного тока оснащены схемами рекуперации, то 15 %

эксплуатируемого парка машин переменного тока вообще не имеют

электрического торможения, на 60 % есть только реостатное торможение и

лишь 25 % имеют рекуперативное торможение (ВЛ80р, ВЛ85, ВЛ82,

ВЛ80ТК, ЭП1, «Ермак»). Отметим, что последнее прямо характеризует

полигон Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Активно проводимая в последнее время работа по «оживлению» схем

рекуперации дает свои результаты: показатель возврата электроэнергии в

2008 г. возрастет по прогнозам до 2,8 % (рис. 1, а). На Восточно-Сибирской

и Красноярской дорогах, где использованию рекуперативного торможения

уделяют большое внимание, на затяжных уклонах 10…17 ‰ возврат

электроэнергии достигает 15 %, (в пассажирском движении – до 20 %).

Опыт создания энергоэкономного электропоезда ЭД-6, позволяющего

тормозить в режиме рекуперации практически до полной остановки

поезда, свидетельствует о возможности возврата до 30 % электроэнергии.

Рис. 1. Динамика изменения коэффициента возврата энергии рекуперации

по годам (а) и железным дорогам в 2007 г. (б)

Как следует из анализа, проведенного специалистами ВНИИЖТ,

ИрГУПС и Восточно-Сибирской дороги в 2005…2008 гг., есть ряд причин

объективного и субъективного характера, тормозящих применение

рекуперации. Её использование затрагивает интересы многих служб:

движения, электроснабжения, локомотивной, пути, вагонного хозяйства,

автоматики и связи.

Различные подразделения дорог имеют положительные и

отрицательные примеры влияния электрического торможения на их

эксплуатационные показатели. Практически в каждом хозяйстве

возникают как дополнительные затраты, обеспечивающие возможность

применения рекуперации, так и доходы, образующиеся за счет генерации и

возврата электроэнергии, повышения пропускных способностей участков

дорог, обеспечения безопасности движения поездов и улучшения ряда

других эксплуатационных показателей перевозочного процесса. Поэтому

по аналогии с тяжеловесным движением отдачу от рекуперативного

торможения можно оценивать только по суммарному экономическому

эффекту, достигаемому в целом по Компании, а не по отдельным дорогам

и их хозяйствам.

К комплексу факторов, определяющих необходимость и возможность

применения рекуперативного торможения, относятся следующие.

По хозяйству движения:

- повышение пропускной способности участков дорог за счет

повышения скорости на спусках (рис. 2), снижение времени обработки

составов после спуска;

- ускорение оборота локомотивов и вагонов и, в связи с этим,

снижение их потребности;

- повышение безопасности движения поездов за счет наличия в поезде

дополнительного средства торможения.

Рис. 2. Скорости движения на уклонах при различных системах торможения

По локомотивному хозяйству:

- снижение удельного расхода электроэнергии на тягу поездов за счет

ее возврата в контактную сеть и снижения расхода на собственные нужды

электровоза;

- повышение технической скорости движения за счет особенностей

характеристик рекуперативного торможения – поддержание постоянной

скорости на спусках (вместо ее перепадов при сочетании режимов

пневматического торможения и выбега);

- увеличение среднесуточного пробега и производительности

локомотива за счет роста технической скорости, а также снижения

времени простоя локомотива с поездом на станциях обработки (нет

массовой замены колодок).

По хозяйству электроснабжения:

- экономия электрической энергии при рекуперативном торможении.

По вагонному хозяйству:

- экономия тормозных колодок, снижение затрат на их замену;

- экономия на обточке колесных пар.

В то же время повышение уровня высших гармоник обратного

тягового тока в рельсах при рекуперации потенциально увеличивает

уровень помех на устройства автоматической локомотивной сигнализации

и на рельсовые цепи, что может привести к росту экономических потерь

из-за возможных неплановых остановок и задержек поездов после отказов

систем СЦБ.

Многолетней практикой установлено, что на участках с

электрическим (реостатным и рекуперативным) торможением вследствие

повышенного воздействия на путь, в основном в поперечном направлении,

увеличивается интенсивность бокового износа рельсов, выход деревянных

шпал, изъятие элементов стыковых, промежуточных скреплений и

противоугонов.

Специалисты ВНИИЖТа и ИрГУПСа установили, насколько

увеличивается стоимость содержания пути на горных участках при

различных режимах – тяга, выбег и торможение (пневматическое и

рекуперативное) для поездов массой до 4000 т. «Коэффициенты

удорожания» для тяги поездов и пневматического торможения включены в

«Нормы эксплуатационных расходов по верхнему строению пути для

различных условий эксплуатации железных дорог». Методическими

указаниями МПС они были дополнены и для рекуперативного торможения

(рис. 3, а).

Характерно, что как для режима тяги на подъеме, так и для режима

рекуперации на спуске удорожание содержания пути (по отношению к

равнинным участкам) практически одинаково. Разница между

пневматическим торможением и рекуперацией (равно как и реостатным

торможением) составляет лишь часть повышения содержания пути на

затяжных спусках.

Комплексная оценка влияния всех факторов в общем технико-

экономическом эффекте от применения рекуперации позволила выявить

наиболее эффективные условия её использования. Были определены также

граничные показатели применения электрического торможения,

отработаны схемы и режимы вождения поездов, обеспечивающие

наименьшее негативное воздействие рекуперации на смежные хозяйства.

Рис. 3. Поправочные коэффициенты (К) к нормам эксплуатационных расходов

на текущее содержание пути в зависимости от режимов вождения поездов,

профиля и плана пути

Наибольшая экономия средств достигается в хозяйстве управления

перевозками, вагонном хозяйстве и в хозяйстве электроснабжения.

Значительные затраты от рекуперации несет путевое хозяйство. В

локомотивном хозяйстве, хозяйстве сигнализации и связи расходы,

связанные с применением рекуперации, в сравнении с указанными

подразделениями незначительны.

Установлено, что наибольшая отдача от возврата электроэнергии в

контактную сеть (при сопоставлении экономии и затрат) наблюдается

после проведения ремонта пути (рис. 4, а). По мере пропущенного

грузопотока эффективность снижается за счет расстройства пути. При

некотором пороговом значении суммарные затраты на поддержание пути

начинают превосходить доходы от применения рекуперативного

торможения.

Рис. 4. Граничные условия технико-экономически эффективного применения

рекуперативного торможения при заполнении пропускной способности до 80% (а)

и выше 85…90 % (б)

Так, в зависимости от радиуса кривых (300…650 м) и уклона от 9 ‰

до 18 ‰, его величина колеблется от 300 до 600 млн ткм брутто (см. рис. 4, а).

После достижения этого порога целесообразно проводить капитальный или

средний ремонт пути. Однако их сроки могут быть меньшими, чем

экономически целесообразные по условиям прочности и надежности пути.

Важно отметить, что при максимальных размерах движения грузовых

поездов, превышающих 85 % заполнения пропускных способностей

(рис. 4, б), выигрыш в стоимости выражении от снижения потерь в поездо-

часах на участках с большими спусками начинает значительно

(практически на порядок) превышать затраты на реализацию

рекуперативного торможения по всем хозяйствам. При критичном

заполнении графика движения поездов (выше 90 %) рекуперация

становится абсолютно необходимой по условиям обеспечения перевозок.

Поскольку грузооборот на электрифицированных участках в

последнее время приближается к порогу заполнения пропускных

способностей, эффективность использования рекуперативного торможения

трудно переоценить. Учитывая сказанное, необходимо направить усилия

всех причастных хозяйств Компании не на противостояние рекуперации, а

на поиск технических решений, снижающих её негативные последствия,

как общеотраслевую задачу. Именно на это ориентирован разработанный

ИрГУПСом «Каталог рациональных технологий рекуперативного

торможения». Он содержит описание способов электрического

торможения исходя из безусловного обеспечения провозной способности

участка и всех возможных сочетаний исходных условий. В документе

учтены план и профиль пути, масса и род поездов, вагонов и грузов,

степень загруженности подвижного состава (включая порожние вагоны),

вид тяги (одиночная и кратная), работа с толкачом, сдвоенными

локомотивами и прочее тяговое обеспечение. Определены условия,

смягчающие взаимодействие влияющих систем: комбинированное

торможение, перераспределение тормозной силы, включая торможение с

хвоста поезда, асинхронное регулирование тормозной силы в поезде и ряд

других.

В смежных хозяйствах должны быть приняты меры, чтобы уменьшить

негативное влияние рекуперативного торможения на эксплуатационные

показатели. Так в путевом хозяйстве необходимо создавать усиленные

путевые конструкции, в локомотивном и электроснабжении –

компенсировать реактивную мощность и снижать гармонический состав

тока рекуперации. В хозяйстве автоматики, телемеханики и связи следует

повышать помехозащищенность рельсовых цепей СЦБ. В ряде случаев,

возможно, придется отойти от типовых конструкций и устройств и

принять нестандартные решения, ориентированные для применения на

участках устойчивой рекуперации энергии.