ТРАНСВУЗ-2015.Часть 3

Ремонт и динамика подвижного состава

полупроводникового преобразователя, обеспечивающего согласование НЭ и сети переменного тока промышленной частоты.

4. Основным ограничивающим фактором применения емких НЭ для улучшения качества электроэнергии и повышения энергоэффективности систем электроснабжения различного назначения является высокая стоимость НЭ с требуемыми техническими показателями.

Список литературы

1.Гапанович, В. А. Энергетическая стратегия и электрификация российских железных дорог [Текст]. / Под ред. Г. П. Кутового. – М.: Эко-Пресс,

2012. – 196 с.

2.Москалев, Ю. В. Определение оптимальной энергоемкости и мощности накопителя энергии для управления графиками нагрузок железнодорожных потребителей [Текст] / Ю. В. Москалев // Известия Транссиба. – Омск, 2014. –

№3 (19). – С. 75 – 81.

3.Накопители энергии [Текст] / Д. А. Бут, Б. Л. Алиевский и др. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 400 с.

4.Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс [Текст] / Б. Банди. – М.: Радио и связь, 1988. – 128 с.

УДК 621.331.1

В. О. Мельк, А. С. Вильгельм, Д. И. Бондаревский

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОГРАММЫ «КОМПЛЕКС РАСЧЕТОВ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (КОРТЭС)»

В статье представлены результаты тяговых расчетов электровоза ВЛ10, выполненных ручным способом и с помощью программы «Комплекс расчетов тягового электроснабжения (КОРТЭС)». Также были представлены расчеты, направленные на повышение точности. Авторами обосновывается возможность использования программы «КОРТЭС» для тяговых расчетов поездов, а также приводится алгоритм для повышения точности тягового расчета.

180

ТРАНСВУЗ – 2015

Основной задачей тяговых расчетов является определение для заданных участка и типа электроподвижного состава (ЭПС) массы поезда, скорости его движения и времени хода, тока электровоза и тяговых электродвигателей (ТД), перегрева обмоток ТД, расхода электроэнергии и других тягово-энергетических показателей ЭПС с учетом полного использования его мощности, кинетической и потенциальной энергии поезда.

Результаты тяговых расчетов могут быть использованы для составления графика и расписания движения поездов, разработки энергосберегающей технологии перевозочного процесса, в том числе режимных карт вождения поездов и норм расхода электроэнергии на тягу, расстановки светофоров и решения других практических задач, возникающих в реальных условиях эксплуатации электрифицированных железных дорог.

Для ускорения и упрощения тяговых расчетов «Научноисследовательским институтом железнодорожного транспорта (ОАО ВНИИЖТ)» создана программа «Комплекс расчетов тягового электроснабжения (КОРТЭС)», в которой за короткий период времени могут быть выполнены тяговые расчеты движения поездов по участкам железных дорог.

В первой части данной статьи приведен сравнительный анализ двух способов тяговых расчетов для электровоза ВЛ10, выполненных ручным способом и с помощью программы «КОРТЭС».

К расчетам приняты следующие исходные данные:

–номинальное напряжение контактной сети Uк.с = 3000 В;

–масса локомотива mл = 184 т;

–масса поезда mс = 7000 т;

–длина поезда lп = 1139 м;

–тип пути – бесстыковой;

–начальный перегрев обмоток двигателя (для безостановочного движения) – 60 ºС;

–начальная скорость поезда (для безостановочного движения) – 68 км/ч;

–возможность электрического (рекуперативного) торможения;

–профиль пути – Среднесибирская – 17-й км.

При выполнении тягового расчета электровоза ВЛ10 ручным (графоаналитическим) способом использовались правила, изложенные в [1], и руководство по эксплуатации электровоза ВЛ10 [2].

181

Ремонт и динамика подвижного состава

На основе построенной в ходе данного расчета диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда строятся кривые движения поезда (см. рис. 1): спрямленный и приведенный профиль пути участка, кривые скорости и времени движения поезда, кривые тока электровоза и ТД.

Рис. 1. Расчетный участок Среднесибирская – 17-й км

Производится проверка нагревания тяговых электродвигателей. Для ВЛ10 предельное допустимое превышение температуры составляет 130 оС.

Перегрев (превышение температуры) лимитирующей обмотки ТД над

температурой охлаждающего воздуха (см. табл. 1) определяется по формулам,

0С:

– при работе под током (в режимах тяги и электрического торможения):

– при работе без тока (в режимах выбега и пневматического торможения):

где – установившееся превышение температуры обмотки при среднем токе

Iд.ср, 0С;

t – интервал времени, в течение которого протекает ток Iд.ср, мин;

182

ТРАНСВУЗ – 2015

0 – превышение температуры обмотки в начале рассматриваемого интервала времени, t, 0С;

Тп = 20 мин – тепловая постоянная времени.

При расчете нагревания ТД по формулам (1), (2) необходимо соблюдать условие t/Тп≤0,1 для обеспечения требуемой точности результатов.

Расход электроэнергии на тягу является показателем энергоемкости и качества перевозочного процесса, он складывается из отдельных составляющих, в том числе из потребления и возврата энергии тяговыми двигателями в режимах тяги и рекуперативного торможения, расхода энергии на собственные нужды поезда.

Потребление (возврат) электроэнергии тяговыми двигателями рассчитывается по формуле, кВт ч:

где Uэ – напряжение на токоприемнике электровоза, В;

Iэ.срj – средний ток электровоза на j-ом интервале времени, А;tj – j-й интервал времени, мин;

zТ – количество интервалов изменения скорости в режиме тяги. Результаты расчета потребления и возврата электроэнергии сводятся в

табл. 1.

Таблица 1 Потребление и возврат электроэнергии тяговыми двигателями

электровоза при движении без остановок

183

Ремонт и динамика подвижного состава

Окончание таблицы 1

Суммарное время движения поезда по перегону составляет 13,9 мин, а максимальный ток электровоза – 2220 А.

Расход электроэнергии на собственные нужды ЭПС (мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, цепи управления, сигнализации, освещения и отопления) определяется по формуле, кВт ч:

где асн – удельный расход электроэнергии на собственные нужды, кВт ч/мин; t – время движения поезда по перегону.

Для электровоза ВЛ10 по [1] асн = 2,08 кВт ч/мин.

2,08 13,9 29 кВт ч .

Результирующий полный расход электроэнергии на тягу поезда Аэ состоит из потребления Ат и возврата Ар энергии тяговыми двигателями электровоза, затрат энергии на собственные нужды электровоза и состава вагонов Ас.н и рассчитывается по формуле:

184

ТРАНСВУЗ – 2015

Удельный расход электроэнергии на тягу поезда определяется по формуле, кВт ч/104:

mc L

где mс – масса состава вагонов, т; L – длина участка, км.

Энергетические и другие показатели движения поезда сводятся в табл. 2.

Для выполнения аналогичного тягового расчета в программном комплексе «КОРТЭС» создается требуемый участок движения поезда в «Редакторе параметров участков» [3].

Заполняется панель расчетных данных, которая представлена на рис. 2. На основе этих данных программой строятся кривые движения поезда

(см. рис. 3): кривые скорости и времени движения поезда, кривые тока электровоза и ТД, кривые перегрева обмоток ТД.

После выполнения тягового расчета программа формирует отчет, содержащий основные параметры, используемые в расчете, и его результаты:

–участок: Среднесибирская – 17-й км;

–тип пути: бесстыковой;

–состав: грузовой;

185

Ремонт и динамика подвижного состава

–поезд: грузовой, масса 7000 т, длина 1139 м, локомотив ВЛ10;

–расход энергии: 383,0 кВт·ч; рекуперация 84,0 кВт·ч;

–удельный расход: активный 3,2 Вт·ч/т·км;

–техническая скорость: 74,1 км/ч;

–максимальный ток поезда 2225 А;

–максимальный перегрев обмоток двигателя 60° (доп. 130°).

Рис. 2. Панель расчетных данных программы «КОРТЭС»

Рис. 3. Расчетный участок Среднесибирская – 17-й км

186

ТРАНСВУЗ – 2015

Таблица 3 Потребление электроэнергии тяговыми двигателями электровоза

при движении без остановок

Полный расход электроэнергии составил 299,0 кВт·ч.

187

Ремонт и динамика подвижного состава

На основании вышеприведенных данных приводится сравнительный анализ тяговых расчетов электровоза ВЛ10, который представлен в табл. 4.

Таблица 4 Сравнительный анализ тяговых расчетов электровоза ВЛ10

Согласно [1] в тяговых расчетах для участков постоянного тока напряжение контактной сети принимается равным 3 кВ, что вносит некоторую неточность в расчеты. В реальных условиях данное напряжение на всем участке пути отличается от значения 3 кВ. Для повышения точности тягового расчета предлагается алгоритм, описанный ниже и позволяющий учитывать изменяющееся в процессе движения поезда напряжение на токоприемнике.

Впрограмме «Редактор схем системы 3 кВ» задается необходимое количество тяговых подстанций на участке и их параметры, а также параметры тяговой сети. В программе «Тяговые расчеты» выполняются расчеты для четного и нечетного направления движения поездов, и сохраняется файл тяговой нагрузки. Далее в программе «Редактор графиков движения» на основе заданной тяговой нагрузки создается график движения поездов.

Впрограмме «Расчеты нагрузок и пропускной способности системы 3 кВ» на основе параметров системы тягового электроснабжения и графика движения поездов выполняется электрический расчет. В данном расчете выбираются два пересекающихся поезда, у которых с интервалом в несколько минут отслеживаются расчетные значения напряжения и тока электровоза в процессе его движения по участку.

188

ТРАНСВУЗ – 2015

Далее в программе «Тяговые расчеты» на всем участке пути выполняется корректировка напряжения на токоприемнике электровоза в соответствии со значениями, полученными в электрическом расчете. Далее вновь выполняются расчеты для четного и нечетного направления движения поездов, затем файл тяговой нагрузки сохраняется под тем же именем.

Впрограмме «Редактор графиков движения» на основе обновленного файла тяговой нагрузки актуализируется график движения поездов. Затем на основе актуализированного графика в программе «Расчеты нагрузок и пропускной способности системы 3 кВ» выполняется новый электрический расчет.

Врезультате двух расчетов (базового и уточненного) суммарный расход электроэнергии поездом (WЭПС) и тяговыми подстанциями (WТ.П) составил:

-для базового расчета WЭПС = 1375 кВт∙ч, WТ.П = 1585 кВт∙ч.

-для уточненного расчета WЭПС = 1425 кВт∙ч, WТ.П = 1585 кВт∙ч.

Далее определяется небаланс (N) электроэнергии двух расчетов по формуле:

Таким образом, значение небаланса электроэнергии уточненного расчета меньше аналогичного значения базового расчета и, следовательно, уточненный расчет, в котором учитывается изменяющееся в процессе движения поезда напряжение на токоприемнике, является более точным и корректным в отношении электрического расчета, определяющего расход электроэнергии на тягу поездов по тяговым подстанциям с учетом работы системы тягового электроснабжения и поездной ситуации.

Анализируя результаты представленных расчетов, можно сделать вывод, что программный комплекс КОРТЭС выполняет тяговые расчеты по точности соответствующие расчетам, выполненным ручным (графо-аналитическим) методом, с гораздо меньшими затратами времени и возможностью повышения точности за счет приближения условия движения поезда к реальной поездной

189