6.5. Выбор энергооптимального режима движения поезда по перегону.

Минимальный расход электроэнергии соответствует движению поезда по перегону с постоянной скоростью, равной технической скорости на данном перегоне. В этом случае электроэнергия расходуется только на преодоление сопротивления движению. Режим движения по перегону с постоянной скоростью возможен при отсутствии остановок поезда на станциях, ограничивающих перегон.

Для ЭПС с контакторной системой регулирования режим движения с постоянной скоростью возможен лишь как частный случай: перегон имеет монотонный подъем, на котором установившаяся скорость на одной их имеющихся позиций регулирования соответствует заданной технической скорости; перегон имеет монотонный спуск, на котором установившаяся скорость в режиме выбега соответствует заданной технической скорости. Для ЭПС с плавным регулированием возможно выполнение режима движения с постоянной скоростью практически для любого профиля перегона, однако в случае наличия подъемов и спусков необходимо реализовывать режим движения тяга–электрическое торможение, что нерационально с точки зрения расхода электроэнергии.

В случае, если поезд имеет остановки на станциях, ограничивающих перегон, энергооптимальным режимом движения является разгон с максимальным ускорением, движение с постоянной скоростью, торможение с максимальным замедлением. Величина ускорения и замедления может быть ограничена условиями сцепления колес с рельсами или условиями комфорта пассажиров.

Р ежим выполним только для ЭПС с системой плавного регулирования напряжения на ТД. Однако для "длинных" перегонов режим точного поддержания постоянной скорости нерационален с точки зрения расхода электроэнергии. Для ЭПС с контакторной системой регулирования напряжения на ТД данный режим может быть получен только как частный случай – например, профиль перегонов метрополитена подбирается таким образом, чтобы приблизить кривую движения к энергооптимальной.

При выборе энергооптимального режима движения поезда по перегону уравнение движения поезда решается с точки зрения минимума расхода электроэнергии при выполнении заданного времени хода по перегону.

Для "коротких" перегонов (которые возможно пройти за одно подключение ТД) решение задачи сводится к нахождению скорости отключения тяги, т.е. к выбору режима разгона. Данный тип решения наиболее характерен для пригородного движения.

Для "длинных" перегонов (которые невозможно или нерационально пройти за одно подключение ТД) решение задачи усложняется, т.к. необходимо не только выбирать режим разгона, но и режим и место повторных подключений ТД.

Из сказанного можно сделать вывод, что выбор энергооптимального режима движения поезда по перегону наиболее точно можно выполнить на основании многовариантных тяговых расчетов – т.е. с использованием ЭВМ.

Решение задач по выбору энергооптимального режима движения поезда по перегону возможно как минимум двумя способами:

• использование режимных карт ведения поезда;

• использованием систем автоведения.

Хотя, исторически первым способом является использование режимных карт, рассмотрим сначала использование систем автоведения. Исходными данными для выбора энергосберегающего режима ведения поезда по перегону являются:

• характеристики перегона (план, профиль, допустимые скорости);

• характеристики ПС (электромеханические характеристики ЭПС, количество вагонов, их тип, нагрузка на ось (для электропоезда количество пассажиров), зависимости КПД ТД и преобразователей от реализуемой мощности);

• уровень напряжения в КС (при учете системы энергоснабжения – характеристики ТП, схема секционирования КС и ее параметры);

• график движения (перегонные времена хода);

• сигналы датчиков состояния электрооборудования ЭПС и автоблокировки.

К системам автоведения, которые используются для энергооптимизации режимов движения поездов, должны предъявляться следующие требования:

• высокое быстродействие (возможность проведения многовариантных тяговых расчетов за короткое время);

• компактность;

• малое собственное энергопотребление;

• возможность выбора режима ведения при отключении части моторных вагонов на электропоезде или части ТД на электровозе);

• учет поездной обстановки (система должна ориентироваться не на сигнал ближайшего путевого светофора, а иметь сведения о свободности как минимум четырех блок участков);

• система автоведения должна быть совмещена с системой диагностики электрооборудования ЭПС;

• система автоведения должна учитывать состояние рельсов для исключения боксования или юза;

• в пригородном движении система автоведения должна обеспечивать прицельное торможение для обеспечения остановки в пределах пассажирской платформы при наиболее рациональном режиме торможения (как правило, для этого требуются путевые датчики);

• машинист не должен утрачивать контроль за ведением поезда (возможность оперативного вмешательства в управление поездом в критической ситуации);

• возможность оперативного изменения исходных данных (машинист должен иметь возможность оперативно изменять исходные данные перед поездкой или в процессе ее при изменении времени хода по перегонам, скорости движения по отдельным участкам и т.д.).

Указанным требованиям обладает система автоведения на основе бортовой ЭВМ. В настоящее время системы автоведения нашли широкое распространение в метрополитене (ПС однотипный, эксплуатируется на одних и тех же участках). Все системы автоведения метрополитена в России не предусматривают энергооптимизацию режимов движения. В магистральном движении серийного использования автоведения не наблюдается, хотя были попытки (ЧС200, ЭР200). В настоящее время на пригородных электропоездах внедряется система автоведения САВПЭ. Данная система делает упор на соблюдении графика движения без выбора энергооптимальных режимов нагона опозданий. Нет прицельного торможения у платформ.

Второй способ решения задач энергосбережения при движении поезда – это выдача рекомендаций машинисту об рациональных режимах ведения. Составление режимных карт возможно различными способами:

• использование опыта передовых машинистов (небольшие затраты времени на составление РК, но невозможно использовать при замене ПС);

• составление РК на основании опытных поездок (большие затраты времени);

• составление РК на основании многовариантных тяговых расчетов (позволяет учесть много факторов, не требует больших затрат времени, универсален).

К режимным картам предъявляются следующие требования:

1. Режимные карты должны быть удобными для практического использования. При ведении поезда по участку перед машинистом находится расписание и бланк с предупреждениями на ограничения скорости. Пользоваться режимными картами будет удобно машинисту лишь в том случае, если режимная карта будет представлена в формате не более одной страницы служебного расписания.

2. Режимные карты должны учитывать допустимые скорости движения по перегонам и станциям, а также постоянные ограничения скорости.

3. При параллельной эксплуатации на участке ЭПС различных типов режимные карты должны быть составлены для каждого типа ЭПС.

4. Для ЭПС, оборудованных системой рекуперативного торможения, режимные карты должны содержать рекомендации по ее использованию.

Возможны различные виды оформления режимных карт ведения поезда. Вид их достаточно разнообразен. нормативные рекомендации по оформлению режимных карт в настоящее время отсутствуют. Режимные карты, как было показано выше, с одной стороны должны быть удобными для использования и иметь небольшой формат, а с другой стороны – содержать максимум информации об участке эксплуатации и режимах ведения поезда. То есть к содержанию и оформлению режимных карт предъявляются противоречивые требования. Характерные виды режимных карт, применяемые в различных локомотивных депо, приведены в приложениях 1-9.

В приложении 1 представлен фрагмент режимной карты текстового типа для пассажирского движения, разработанной в локомотивном депо ТЧ8 Октябрьской ж.д. Такая карта, содержит максимум информации об участке обслуживания, но не имеет рекомендаций по энергосбережению. Подобная режимная карта занимает слишком много места и неудобна для использования при ведении поезда. Поэтому режимная карта текстового типа может быть использования лишь для обучения локомотивных бригад при освоении нового участка.

Режимная карта может вообще не содержать текстовых сведений об участке обслуживания (приложение 2). Она представляет собой таблицу, по которой можно определить необходимую техническую скорость в зависимости от длины перегона и заданного времени хода.

В приложении 3 приведена режимная карта ведения грузового поезда, разработанная в локомотивном депо ТЧ7 Октябрьской ж.д. она содержит указания о том, какое соединение тяговых двигателей необходимо применять на различных перегонах участка эксплуатации для выполнения графика движения. Отсутствует информация по допустимым скоростям движения, необходимая при нагоне опозданий. Символическое обозначение продольного профиля пути недостаточно для начинающих машинистов и не нужно для опытных.

В приложении 4 приведен фрагмент режимной карты ведения грузового поезда, разработанной в локомотивном депо ТЧ11 Октябрьской ж.д., который содержит в табличной форме подробную информацию об участке, времени хода и режимах ведения поезда.

Режимные карты, составленные в ТЧ12 Октябрьской ж.д., кроме указаний о применении различных соединений тяговых двигателей, содержат сокращенный продольный профиль пути, расположение сигналов и места опробования тормозов (приложение 5).

Режимные карты, приведенные в приложениях 2-5 возможно использовать не только для обучения локомотивных бригад, но и непосредственно во время ведения поезда. К недостаткам этих режимных карт следует отнести отсутствие информации о режимах ведения поезда, позволяющих осуществлять нагон опозданий. Кроме этого, режимные карты, приведенные в приложении 3-5, содержат информацию, которая необходима лишь при обучении локомотивных бригад и не требуется опытному машинисту.

Возможно совмещение характеристик режимной карты, фрагмент которой приведен в приложении 1 и приложениях 3-5, то есть подробную характеристику участка эксплуатации и рекомендации по энергосберегающим режимам ведения поезда. В этом случае режимные карты оформляются в виде брошюры, в первом разделе которой содержатся сведения об участке обслуживания; во втором – рекомендации по энергосберегающим режимам ведения, включая нагон опозданий. В приложении 6 приведен фрагмент режимной карты ведения пассажирского поезда, в которой предусмотрен нагон опозданий. нагон опоздания поезда осуществляется на перегоне, следующем за перегоном, на котором допущено опоздание. Для этого из предложенных режимов ведения поезда на данном перегоне выбирается режим с временем хода, меньшим графикового. В том случае, если ликвидировать опоздание за один перегон не удалось – нагон продолжается на последующих до полной его ликвидации.

Особенностью магистрального грузового и пассажирского движения является возможность разрабатывать режимы ведения для так называемого "мягкого графика", который предусматривает перераспределение времени хода по участку между отдельными перегонами. Поэтому режимы ведения возможно разрабатывать не для каждого перегона, а для всего участка в целом. Это позволяет при выдержке общего времени хода по участку и экономии электроэнергии сократить время на разработку режимных карт и объем информации, содержащийся в них. Пригородное движение требует строго выполнения графика движения по всем перегонам участка и такой подход для разработки режимных карт для него неприемлем.

Вид режимных карт для пригородного движения, обслуживаемого электропоездами, как и для магистрального движения может быть весьма многообразен. В приложении 7 приведен фрагмент режимной карты ведения электропоездов ЭР2. Эта режимная карта, хотя и содержит минимум информации об участке эксплуатации и имеет довольно большой размер, вполне может быть использована на практике.

В приложении 8 приведен фрагмент режимной карты ведения электропоездов ЭР2, составленный в виде таблицы. В приложении 9 – тот же фрагмент в графическом виде. Из сравнения режимных карт можно сделать вывод, что графический вариант позволяет разместить на той же площади больший объем информации без ущерба для качества, хотя, как показывает практика, режимная карта, оформленная в виде таблицы, лучше воспринимается машинистом во время ведения поезда.

На рисунке приведено сравнение основных видов оформления режимных карт с экспертной оценкой, в баллах, удобства пользования ими.

			Внешний вид режимной карты
		Текстовой			Графический		Табличный
Наглядность		1			3		2
Плотность информации		1			2		3
Удобство использования		1			2		3

Обобщая сказанное выше, следует отметить, что наиболее предпочтительна табличная форма режимных карт, так как она удобнее для восприятия во время движения поезда и может дать машинисту информацию о нескольких режимах ведения для разных времен хода электропоезда по перегону. Кроме того могут быть даны режимы ведения для нескольких типов ЭПС в случае их параллельной эксплуатации на участке. Режимные карты целесообразно оформлять в виде брошюры. Первая часть которой содержит подробные сведения о участке обслуживания, а вторая – непосредственно энергосберегающие режимы ведения электропоездов по всем перегонам участка в табличной форме.