ТРАНСВУЗ-2015.Часть 3

Ремонт и динамика подвижного состава

Уже сегодня знание конструкционных и эксплуатационных особенностей этой тележки не только включены в программу текущего технического обучения, но и наряду с безрезьбовым соединением тормозного оборудования в вагоне и другими новшествами входит в программу подтверждения квалификации, которая обязательна для осмотрщиков-ремонтников раз в три года [4].

Список литературы

1.Вагоны и вагонное хозяйство [Текст]: ежеквартальный производственно-технический и научно-популярный журнал. Приложение к журналу «Локомотив». – М.: ОАО «Российские железные дороги», издается с 2005 года – (М.).- Выходит ежеквартально – ISSN 1817-6089.

2.Сайт «Вагонник». Режим доступа: http://www. vagonnik.net.ru/ index.php?name=news&op=view&id=236.

3.Сайт ОАО «Российские железные дороги». Режим доступа: http://www.tdrzd.ru/press_centre/branch_news?rid=750&oo=2&fnid=68&newWin=0 &apage=1&nm=90264.

4.«Гудок» (газета). Режим доступа: http://www.gudok.ru/ newspaper/?ID =1226170&archive=2014.10.23.

110

ТРАНСВУЗ – 2015

РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

УДК 629.423.1

В. Т. Черемисин, С. Г. Истомин, А. Е. Перестенко

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКОГО МЕТОДА НОРМИРОВАНИЯ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В статье изложены основные особенности существующего метода нормирования удельного расхода на тягу поездов. Предложен научно обоснованный вариант совершенствования данного метода.

Большое значение для планирования работы электрифицированных железных дорог имеет нормирование удельного расхода электроэнергии (УРЭ) на тягу поездов, который является основным показателем энергетической эффективности электрической тяги и рассчитывается по формуле:

где W – полный расход электроэнергии, кВт∙ч; mc – масса состава вагонов поезда, т;

l – длина участка, км.

Правильно установленная норма является мощным стимулом для наилучшей организации эксплуатации и изыскания эксплуатационным персоналом способов экономии электроэнергии. В то же время недостаточно вдумчиво и неверно составленные нормы могут свести на нет всю работу по снижению потребления энергии.

В существующих условиях работы железных дорог различают планирование расхода электрической энергии на тягу поездов и ее нормирование.

Планирование расхода электроэнергии – более сложная задача, так как производится на основании ограниченного объема исходных данных: размеров движения, профиля пути, типов вагонов и серии электровоза без выполнения

111

Ремонт и динамика подвижного состава

тяговых расчетов. Исходя из этих данных, устанавливают базовую норму расхода электрической энергии.

Нормирование расхода электроэнергии основывается на данных эксплуатации, полученных на конкретных участках движения поездов, а также результатах тяговых расчетов. Анализ этих материалов позволяет установить нормы расхода электроэнергии на ближайшую перспективу работы ЭПС эксплуатируемого на данном участке.

Исходя из объема перевозок, производят планирование групповых и индивидуальных норм расхода электроэнергии с учетом фактического расхода в эксплуатации. На уровне железной дороги плановая норма УРЭ на тягу поездов разрабатывается в соответствии с инструкцией [1] c учетом плановых значений тонно-километровой работы и влияния различных эксплуатационных факторов. Затем осуществляется распределение этой нормы по нижестоящим структурным подразделениям (отделениям дороги и локомотивным депо) и периодам года (кварталам и месяцам) [2].

Машинист-инструктор по теплотехнике локомотивного депо получает единую плановую норму УРЭ в целом по депо и на ее основе реализует задачу определения индивидуальных технических норм на каждую из возможных поездок.

Общий расход электроэнергии на поездную работу ЭПС, приписанного к данному локомотивному депо, рассчитывают как сумму произведений индивидуальной нормы для каждого вида ЭПС на размеры движения данного вида [3].

В настоящий момент нормирование электрической энергии осуществляется с использованием статистического метода, сущность которого состоит в определении корреляционных связей между средним значением результирующей величины, в данном случае средним удельным расходом электроэнергии, и единственным параметром, – значением нагрузки на ось q .

Статистическая зависимость УРЭ на тягу от нагрузки на ось q была установлена в результате обработки данных маршрутов машинистов в исследованиях, проводившихся ранее [4].

112

ТРАНСВУЗ – 2015

Зависимость УРЭ от массы на ось вагона грузового состава является гиперболической и может быть записана в виде уравнения парной регрессии вида:

aэ Ao Aq1 ,

где Ao и A1 – эмпирические коэффициенты.

Анализ отчетных данных по маршрутам машинистов об энергопотреблении электровозов серии 2ЭС6 и ВЛ10, проведенный в работе [5], показал, что в настоящий момент существуют проблемы достоверного учета электроэнергии. Данный факт свидетельствует о том, что на основе искаженных исходных данных об энергопотреблении электровозов невозможно получить адекватные выводы о влияния различных факторов на характер изменения УРЭ.

На данный момент единственным источником достоверных данных об энергопотреблении электровозов являются регистраторы параметров движения. В результате расшифровки их картриджей возможно получить детализированную информацию о расходе и возврате электрической энергии за весь период следования поезда по участку. В этом случае ошибки при определении фактического расхода и возврата электроэнергии сведены к минимуму.

С целью получения адекватных выводов в работе [6] была проведена оценка влияющих факторов на значение УРЭ электровозов по данным регистраторов параметров движения. Исследования показали, что помимо нагрузки на ось значимыми факторами являются масса состава и температура.

В связи с этим актуальным является вопрос оценки качества построенной модели множественной регрессии, учитывающей вышеперечисленные факторы. Для оценки качества предсказания использовался коэффициент множественной корреляции R . Данный коэффициент показывает тесноту связи между функцией отклика и несколькими факторами. Результаты исследования, приведенные в табл.1, показали, что учет данных факторов позволит достичь в значительной мере более достоверного определения нормы расхода электрической энергии на поездку. Важно также отметить, что данные

113

Ремонт и динамика подвижного состава

параметры (нагрузка на ось, масса состава и температура) являются известными перед поездкой.

Таблица 1 Сравнение коэффициентов множественной и парной корреляции

Как отмечалось выше, необходимым условием реализации статистического метода нормирования является наличие достоверных итоговых данных о поездках локомотивных бригад за предыдущий период, так как от этого зависит адекватность установления норм УРЭ на поездку. Реализовать достоверный и оперативный учет возможно только за счет внедрения на сети железных дорог России информационно-измерительных комплексов (ИИК) электроподвижного состава (ЭПС), обладающих следующими основными функциями:

– автоматическое измерение и запись параметров электропотребления и рекуперации ЭПС с заданным интервалом и привязкой к глобальному времени и географическим координатам;

114

ТРАНСВУЗ – 2015

–автоматизированная идентификация машиниста с привязкой табельного номера к результатам измерений;

–автоматическая передача результатов измерений на сервер. Повсеместное внедрение на ЭПС информационно-измерительных

комплексов учета электроэнергии, отвечающих современным техническим требованиям к таким комплексам, и реализация на практике алгоритмов по обработке получаемой от ИИК информации позволит качественно улучшить нормирования электрической энергии, а самое главное – повысит ответственность участников перевозочного процесса за рациональное использование тягово-энергетических ресурсов.

Список литературы

1.Инструкция по техническому нормированию расхода электрической энергии и топлива тепловозами на тягу поездов ЦТ-2564 / Утв. МПС СССР от 20.05.1967. М.: Транспорт, 1968. 48 с.

2.Железняк, С. П. Совершенствование системы анализа и нормирования расхода энергоресурсов на тягу поездов в локомотивном депо: диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.22.07 / С. П. Железняк – Омск, 2011. – 144 с.

3.Розенфельд, В. Е. Теория электрической тяги / В. Е. Розенфельд, И. П. Исаев и др.; Под ред. И. П. Исаева. – М.: Транспорт, 1995 г. – 294 с.

4.Медлин, Р. Я. Масса вагона на ось – главный нормообразующий фактор удельного расхода электроэнергии на тягу поездов [Текст] / Р. Я. Медлин, Е. А. Сидорова // Актуальные проблемы экономии электроэнергии и топлива на железнодорожном транспорте / МИИТ. М., 1988. – №4406. – С.

135 – 142.

5.Истомин, С. Г. Анализ удельного расхода электрической энергии на тягу поездов на плече обслуживания локомотивных бригад [Текст] / С. Г. Истомин, Е. А. Лисенков // Современный взгляд на будущее науки: Сборник статей международной научно-практической конференции: В 2 ч. Ч.2/ Уфа. РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2015. С. 57 – 61.

6.Черемисин, В. Т. Оценка влияющих факторов на значение интегрального показателя энергетической эффективности электровозов ЭП2К и

115

Ремонт и динамика подвижного состава

2ЭС6 на основе данных регистраторов параметров движения [Текст] / В. Т. Черемисин, О. В. Гателюк, С. Г. Истомин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока / Новосибирская гос. акад. водного транспорта. Новосибирск. – 2015. – №2. – С. 85 – 89

УДК 629.423.1:621.33

А. Н. Савоськин, И. И. Гарбузов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА ПО ФИДЕРНОЙ ЗОНЕ С УЧЕТОМ ДИНАМИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЯГОВОЙ СЕТИ

В работе представлено описание модели, выполняющей моделирование движение электровозов переменного тока по фидерной зоне с двухсторонним питанием, которая позволяет учесть динамические изменения сопротивлений тяговой сети между тяговыми подстанциями и движущимися электровозами.

Разработанные на сегодняшний день математические модели систем тягового электроснабжения (СТЭС) учитывают основные особенности работы многопроводных тяговых сетей переменного тока, и позволяют определить токи и напряжения на всех элементах. Модели электроподвижного состава адекватно и достаточно точно воспроизводят все режимы работы, что позволяет провести широкий спектр исследований по оценке влияния работы электровозов на СТЭС и друг на друга. Однако, все эти модели позволяют рассматривать процессы в электровозах стоящих неподвижно в заданной в начале расчета точке фидерной зоны. Для выполнения моделирования движения электровозов по фидерной зоне необходимо учитывать изменения электромагнитных параметров тяговой сети между подстанциями и движущимися электровозами.

Предложенная новая модель СТЭС включает в себя блоки систем первичного электроснабжения (СТЭ 1 и СТЭ2), состоящие из моделей электростанции, линии электропередач, нетягового потребителя и тяговой подстанции, а так же блоки тяговой сети с переменными сопротивлениями. В модели, в соответствие с требованиями [1], присутствует 1456 блоков тяговой сети с изменяемыми параметрами, что соответствует двух путному участку

116

ТРАНСВУЗ – 2015

электрической железной дороги длиной 145км. На рис. 1 приведён участок модели для одной фидерной зоны длиной 50 км.

Поскольку в раннее разработанных моделях электровозы могли быть установлены только на границах участка длиной Δx, в настоящей работе для моделирования движения были реализованы зависимости rтс f s , Lтс f s и Cтс f s , чтобы непрерывно отслеживать влияние изменения параметров тяговой сети на электромагнитные процессы в СТЭС и на работу электровозов. Поскольку значения параметров сети линейно зависят от расстояния между тяговой подстанцией и составом, поэтому можно записать для любой точки перегона (рис. 2):

Cрц1 f3s .

Расчет коэффициентов ai, bi, ci, di, ei, fi осуществлялся исходя из значений удельных параметров контактной сети, которые были определены в [2]. Так как электровоз движется по перегону, то значения параметров тяговой сети непрерывно меняются. Поэтому в программных блоках необходимо аналитически задать функции параметров тяговой сети rтс f s , Lтс f s , и Cтс f s от пройденного поездом пути s. Процесс движения электровоза по фидерной зоне моделируется следующим образом. В момент времени t1 (рис. 3, а) электровоз подключен к точке kn. Перед электровозом находится блок тяговой сети Zтс_n с сопротивлением Zтс. Позади электровоза находится переходной блок Zтс_n–1. Его продольные сопротивления и индуктивности, а так же поперечные емкости и проводимости равны нулю. В период времени t1–t2

117

Ремонт и динамика подвижного состава

Рис. 1. Структурная схема системы тягового электроснабжения (СТЭС)

118

ТРАНСВУЗ – 2015

В момент времени t2 (рис. 3, б), когда величины сопротивлений блока Zтс_n достигают нуля, электровоз отключается от точки kn и подключается к следующей точке kn+1. Поскольку параметры блока Zтс_n стали нулевыми, такое переключение не приводит к возникновению коммутационных процессов и нарушений в работе тяговой сети. В момент времени t3 (рис. 3, в) электровоз подключен к точке kn+1. Снова начинается процесс «перетекания» параметров

– уже из блока Zтс_n+1 в блок Zтс_n. Так электровоз будет перемещаться, пока не достигнет конца фидерной зоны.

Задание параметров тяговой сети выполняется в отдельном программном блоке, на вход которого поступает пройденный поездом путь s, рассчитанный при выполнении решения уравнения движения поезда. При этом происходит определение порядкового номера точки kn точки, к которой должен быть подключен электровоз, как:

где ceil – оператор округления до целого в большую сторону; s – путь, пройденный поездом, м;

lкэ – принятая длина конечного элемента, м.

Далее происходит расчет текущего пути электровоза по конечным элементам Zтс_n и Zтс_n–1, находящимся слева и справа от текущей точки подключения электровоза: sn и sn–1 соответственно:

Полученные значения путей sn и sn–1 передаются в блок задания сопротивлений (БЗС), где, в соответствии с представленными выше зависимостями, определяются величины сопротивлений r, индуктивностей L и емкостей C элементов усиливающих (УП) и контактных проводов (КП), а так же рельсовых цепей (РЦ) входящих в состав блоков Zтс_n и Zтс_n–1. На остальные блоки тяговой сети Zтс, относящиеся к этому пути, с выхода БЗС передаются постоянные значения сопротивлений для принятой длины конечного элемента lкэ. Значения сопротивлений элементов, входящих в состав проводников элемента тяговой сети, объединяются в матрицы RLCуп, RLCкп и RLCрц, которые передаются в блоки сопротивлений тяговой сети Zтс_n.

Для изменения параметров тяговой сети используются блоки переменных сопротивлений, индуктивностей и емкостей входящие в состав пакета Matlab – Simulink. Входы «+» и «–» этих блоков являются силовыми и включаются в схему замещения участка тяговой сети, моделируя продольные сопротивления r1-1 и r1-2, индуктивности L1-1 и L1-2, а так же поперечные проводимости g1 и емкости C1 каждого проводника тяговой сети (УФ, КП, РЦ).

119