Содержание к диссертации
Введение
1 Систематизация требований к существующим измерительным системам на электроподвижном составе для определения эффективности их эксплуатации в границах зон учета железной дороги 14
1.1 Экспериментальные исследования по определению эффективности эксплуатации электроподвижного состава в границах зон учета железной дороги за произвольное время прошедших суток 15
1.2 Разработка технических требований к измерительным системам электроподвижного состава для определения расхода электроэнергии на тягу поездов в границах зон учета железной дороги 1.3 Анализ соответствия существующих измерительных систем учета электрической энергии требованиям определения эффективности эксплуатации электроподвижного состава в границах зон учета железной дороги 30
1.4 Выводы по первой главе 34
2 Разработка технологии контроля потребления электри чекой энергии электроподвижным составом с использованием информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии 36
2.1 Концепция автоматизированной системы мониторинга энергетической эффективности перевозочного процесса 37
2.2 Разработка технологии фиксации и передачи данных с информационно-измерительных комплексов электроподвижного состава 39
2.3 Разработка технологии обработки данных с информационно измерительных комплексов электроподвижного состава 41
2.4 Определение погрешности измерения информационно-измерительным комплексом электроподвижного состава расхода электрической энергии в грани цах зон учета железной дороги
2.5 Алгоритм определения расхода и возврата электроэнергии электроподвижным составом в границах зон учета железной дороги 50
2.6 Выводы по второй главе 57
3 Разработка метода снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги с неэффективным использованием электроэнергии на тягу поездов 58
3.1 Нормирование удельного расхода электрической энергии в зонах учета железной дороги на основе базы данных "нормальных" поездок 59
3.2 Разработка алгоритма анализа эффективности использования электрической энергии электроподвижным составом по поездкам 61
3.3 Разработка алгоритма определения причин ущерба и ответственных за него участников перевозочного процесса при невыполнении локомотивной бригадой нормы расхода электроэнергии на поездку 65
3.4 Выводы по третьей главе 75
4 Разработка технологии определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом на основе данных информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии 76
4.1 Анализ существующих способов определения непроизводительных потерь электроэнергии 76
4.2 Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при неграфиковых остановках 79
4.3 Способ определения потерь электроэнергии электроподвижным составом при проследовании участков с временным ограничением скорости... 83
4.4 Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при нагоне графикового времени 88
4.5 Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при "горячем" простое на тракционных путях локомотивных депо и пунктах оборота 4.6 Выводы по четвертой главе 94
5 Апробация метода снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета западно-сибирской железной дороги на примере экп луатационного локомотивного депо Омск 95
5.1 Определение норм удельного расхода электроэнергии электроподвижным составом в зонах учета железной дороги на основе базы данных "нормальных " поездок 95
5.2 Анализ эффективности использования электроэнергии электроподвижным составом на плечах обслуживания локомотивных бригад 104
5.3 Анализ эффективности использования электроэнергии электроподвижным составом по сериям электровозов 105
5.4 Анализ эффективности использования электроэнергии электроподвижным составом по поездкам 107
5.5 Определение причин ущерба и ответственных за него участников перевозочного процесса при невыполнении локомотивными бригадами нормы расхода электроэнергии на поездку 111
5.6 Выводы по пятой главе 113
Заключение 115
Список литературы
- Разработка технических требований к измерительным системам электроподвижного состава для определения расхода электроэнергии на тягу поездов в границах зон учета железной дороги
- Разработка технологии фиксации и передачи данных с информационно-измерительных комплексов электроподвижного состава
- Разработка алгоритма анализа эффективности использования электрической энергии электроподвижным составом по поездкам
- Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при "горячем" простое на тракционных путях локомотивных депо и пунктах оборота
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Компания ОАО «Российские железные дороги» является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов, на долю которого приходится около 4,4 % от всей вырабатываемой в России электроэнергии, 85 % которой расходуется на тягу поездов, поэтому приоритетными задачами энергетической стратегии холдинга ОАО «РЖД» на период до 2020 г. и на перспективу до 2030 г. являются качественное улучшение структуры управления потреблением тягово-энергетическими ресурсами (ТЭР) на основе использования современных информационных технологий, систем учета, нормирования и мониторинга потребления ТЭР и значительное повышение показателей энергетической эффективности тяги поездов. Так, в целом по ОАО «РЖД» прогнозируемое снижение удельного расхода ТЭР на тягу поездов к уровню 2015 г. должно составить к 2020 г. от 2,5 до 4,4 %, к 2030 г. от 8,0 до 9,0 %, что может быть достигнуто, в частности, за счет: выявления участков железных дорог с неэффективным использованием электрической энергии; выявления локомотивов с систематическим перерасходом электрической энергии с целью постановки их на неплановый вид ремонта; снижения доли непроизводительных потерь электроэнергии и отнесения их на виновных участников перевозочного процесса; снижение технологических и коммерческих потерь электроэнергии в тяговой сети; повышения эффективности нормирования удельного расхода электроэнергии (УРЭ) ТЭР; внедрения коммерческого учета электроэнергии в связи с появлением частного электроподвижного состава (ЭПС).
В настоящее время ряд факторов препятствует реализации на должном уровне названных мероприятий.
Существующие системы учета имеют следующие недостатки: низкий класс точности, высокий порог чувствительности, отсутствие системы спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС, отсутствие беспроводной передачи данных, уязвимость для несанкционированного вмешательства в их работу извне.
Автоматизированная система централизованной обработки маршрутов машинистов (ЦОММ) имеет следующие недостатки: источником данных ЦОММ являются маршруты машинистов, где указываются только общий расход и возврат электроэнергии по результатам работы локомотивных бригад, что ограничивает проведение более детального анализа энергопотребления ЭПС и поиска резервов сбережения ТЭР; не позволяет получать информацию об эффективности использования электроэнергии ЭПС по итогам суток, что препятствует оперативной разработке мероприятий по снижению потерь электроэнергии; предполагает ручной ввод информации с маршрута машиниста, что приводит к появлению многочисленных ошибок в статистической отчетности и, как следствие, к недостоверной организации учета электроэнергии, возникновению доли коммерческой составляющей потерь электроэнергии в тяговой сети и неадекватному нормированию ТЭР.
Анализ отчетных данных системы ЦОММ за 2014 и 2015 гг. об энергопотреблении электровозов, эксплуатирующихся на различных участках Западно-Сибирской железной дороги, показал, что имеется значительный потенциал снижения непроизводительных потерь электроэнергии и существуют проблемы в организации досто-3
верного учета электроэнергии. Непроизводительные потери электрической энергии за 2014 г. составляют 2,1 % и за 2015 г. 3,8 % от общего потребления электроэнергии на тягу поездов. В абсолютном выражении это составляет около 26,8 млн кВтч в 2014 г. и 53,6 млн кВтч за 2015 г. Недоучет электрической энергии за 2014 г. составляет 2,6 % и за 2015 г. 4,1 % от общего потребления электроэнергии на тягу поездов. В абсолютном выражении это составляет около 33,2 млн кВтч в 2014 г. и 57,5 млн кВтч за 2015 г.
Перечисленные недостатки в той или иной мере могут быть устранены с внедрением автоматизированных систем учета электрической энергии, выполняющих измерение приращения энергии за интервалы времени от долей секунды до нескольких секунд со спутниковым позиционированием местоположения ЭПС и системы обработки данных с них. При этом появляется широкий комплекс принципиально новых задач для реализации вышеназванных мероприятий на новом уровне.
В данной работе учтено большинство из вышеперечисленных актуальных проблем, учтен опыт зарубежных ученых и предложены конкретные пути решения задач, стоящих перед холдингом ОАО «РЖД».
Объект исследования – ЭПС постоянного и переменного тока.
Область исследования – методы и средства снижения потерь электроэнергии в тяговой сети.
Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад в решение задач анализа энергопотребления на тягу поездов внесли такие известные ученые, как Б. А. Аржанников, М. П. Бадёр, Л. А. Баранов, А. А. Бакланов, А. Т. Бурков, Л. А. Герман, В. А. Гречишников, Б. Е. Дынькин, А. М. Евстафьев, Д. В. Ермоленко, Ю. И. Жарков, В. П. Закарюкин, В. Н. Игин, А. Б. Косарев, А. В. Котельников, В. А. Кучумов, А. Н. Марикин, Р. Р. Мамошин, Р. Я. Медлин, О. В. Мельниченко,
A. Н. Митрофанов, В. С. Молярчук, Л. А. Мугинштейн, А. К. Пляскин, А. Д. Петрушин,
О. Е. Пудовиков, Н. Н. Сидорова, В. П. Феоктистов Н. О. Фролов, М. В. Шевлюгин и др.
Вопросы применения информационных технологий на железнодорожном транспорте,
разработки и совершенствования систем учета, контроля и анализа энергозатрат изложены
в работах Б. И. Давыдова, Ю. А. Давыдова, И. К. Лакина, Е. А. Сидоровой,
B. Т. Черемисина и др.
Рассмотрен зарубежный опыт: работы в части автоматизированного анализа расхода электроэнергии ЭПС вели B. Bohlscheid, D. Gulbrandsen, P. Treige, S. Gramann, G. Harmsen, H. Strenreuther и др.
Вопрос повышения эффективности эксплуатации ЭПС является широко проработанным многими учеными, однако внедрение современных измерительных систем на ЭПС, оснащенных спутниковой навигацией и имеющих возможность беспроводной передачи данных, имеет некоторые области потенциального развития.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации ЭПС и снижение потерь электроэнергии на тягу поездов за счет внедрения технологических решений на основе результатов мониторинга работы локомотивных бригад на плечах обслуживания с детализацией удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии по зонам учета железных дорог.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
-
выполнить систематизацию требований к существующим измерительным системам учета электроэнергии на тяговом ЭПС для определения эффективности их эксплуатации в границах зон учета железных дорог за произвольное время и на ее основе разработать технические требования к автоматизированным ИИК учета электроэнергии на тяговом ЭПС;
-
разработать технологию контроля потребления электрической энергии ЭПС с использованием ИИК и спутниковых навигационных систем позиционирования, позволяющую автоматизировать процесс сбора и обработки информации об энергопотреблении ЭПС, определять расход электроэнергии в границах зон учета железной дороги за произвольное время прошедших суток;
-
разработать метод снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги, позволяющий по итогам суток ло-кализовывать зоны учета с повышенным значением удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии с детализацией по четному и нечетному направлениям, по принадлежности к локомотивному депо, сериям и номерам локомотивов, и разрабатывать мероприятия по повышению эффективности использования электроэнергии ЭПС;
-
разработать технологию определения непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги при неграфиковых остановках, задержках поездов у запрещающих сигналов светофоров, ограничениях скорости движения на участке, нагоне графикового времени, простоях на тракционных путях локомотивных депо и в пунктах оборота, простоях в пути следования и в ожидании работы по данным ИИК ЭПС, позволяющую определять действительные значения данных потерь и относить их на виновных участников перевозочного процесса (функциональных филиалов ОАО «РЖД») для повышения эффективности эксплуатации ЭПС;
-
выполнить апробацию метода снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги.
Научная новизна работы заключается в решении комплекса задач по повышению энергетической эффективности ЭПС в границах зон учета железной дороги. При этом выполнено следующее:
-
разработана технология контроля потребления электрической энергии ЭПС с использованием ИИК и спутниковых навигационных систем позиционирования, учитывающая технические требования к подобным комплексам учета электроэнергии и реальные условия эксплуатации ЭПС;
-
разработан метод снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги, учитывающий непроизводительные потери электроэнергии при неграфиковых остановках, задержках поездов у запрещающих сигналов светофоров, ограничениях скорости движения на участке, нагоне графикового времени, простоях на тракционных путях локомотивных депо и пунктах оборота, простоях в пути следования и в ожидании работы, а также потери электроэнергии, связанные с неудовлетворительным техническим состоянием локомотивов и неприменением машинистами рациональных режимов вождения поездов;
3) разработана технология определения непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги при неграфиковых остановках, задержках поездов у запрещающих сигналов светофоров, ограничениях скорости дви-5
жения на участке, нагоне графикового времени, простоях на тракционных путях локомотивных депо и пунктах оборота, простоях в пути следования и в ожидании работы по данным ИИК, учитывающая влияние профиля пути и параметров состава на конечный результат расчета.
Теоретическая и практическая значимость работы:
-
разработанная технология контроля электропотребления ЭПС позволяет автоматизировать процесс сбора и обработки информации об энергопотреблении ЭПС и определять расход электроэнергии в границах зон учета железной дороги за произвольное время;
-
разработанный метод снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги позволяет по итогам суток ло-кализовывать зоны учета с повышенным значением удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии с детализацией по четному и нечетному направлениям, по принадлежности к локомотивному депо, сериям и номерам локомотивов и разрабатывать мероприятия по повышению эффективности использования электроэнергии ЭПС;
-
разработанная технология определения непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги по данным ИИК позволяет определять действительные значения данных потерь и относить их на виновных участников перевозочного процесса для повышения эффективности эксплуатации ЭПС;
-
разработанные технические требования и методика применения автоматизированных информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии на тяговом электроподвижном составе утверждены распоряжением ОАО «РЖД» от 31 декабря 2014 г. № 3226р и внедрены в Западно-Сибирской дирекции тяги – структурном подразделении Дирекции тяги – филиала ОАО «РЖД».
Методология и методы исследования. В работе использованы основные положения и методы теории тяги поездов, корреляционно-регрессионного анализа и построения сложных алгоритмов. Для проведения расчетов и анализа математических зависимостей применялись лицензионные программные продукты: электронные таблицы Microsoft Excel 2007 и STATISTICA for Windows Release 8.0.
Положения диссертации, выносимые на защиту:
1) технология контроля потребления электрической энергии ЭПС с использованием
ИИК и спутниковых навигационных систем в границах зон учета железных дорог;
2) метод снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в грани
цах зон учета железных дорог с неэффективным использованием электроэнергии на тягу поездов;
3) технология определения непроизводительных потерь электроэнергии в гра
ницах зон учета железных дорог по данным ИИК ЭПС.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. Полученные статистические модели множественной нелинейной регрессии для прогнозирования удельного расхода электроэнергии на тягу поездов имеют более высокие наблюдаемые значения множественного коэффициента детерминации факторов в сравнении с другими моделями, который находится в пределах от 0,62 до 0,85.
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на второй и третьей всероссийских научно-технических конференциях с международным участием «Эксплуатационная надежность локомотивного парка и по-6
вышение эффективности тяги поездов» (Омск, 2014 и 2016); первой и второй международных научно-практических конференциях «Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем» (Омск, 2014 и 2016); международной научно-практической конференции «Современный взгляд на будущее науки» (Челябинск, 2015); VIII Международном симпозиуме «Электрификация, развитие электроэнергетической инфраструктуры и электрического подвижного состава скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта» (Санкт-Петербург, 2015); третьей всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (Омск, 2015); научной конференции «Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте» (Омск, 2016).
Результаты диссертационной работы отмечены
дипломом III степени на международном конкурсе научных работ молодых ученых и специалистов в области информационно-коммуникационных технологий и управления на транспорте (Москва, 2015), проводимом некоммерческим партнерством по развитию транспорта «Международная академия транспорта»;
дипломом I степени на конкурсе «Молодые ученые транспортной отрасли» (Москва, 2016), проводимом Министерством транспорта Российской Федерации.
Личный вклад соискателя. Автором выполнен основной объем теоретических и экспериментальных исследований, проведен анализ полученных данных, сформулированы положения диссертации, составляющие её новизну и практическую значимость.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них четыре в изданиях, включенных в перечень ВАК Минобрнауки России, одна в издании, индексируемом в международной реферативной базе данных Scopus. Получено три патента Российской Федерации на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, восьми приложений, библиографического списка из 151 наименования и содержит 136 страниц основного текста, 36 рисунков и 23 таблицы.
Разработка технических требований к измерительным системам электроподвижного состава для определения расхода электроэнергии на тягу поездов в границах зон учета железной дороги
Коэффициент готовности всех каналов связи между компонентами ИИК ЭПС должен быть не хуже 0,95.
Каналы связи между компонентами ИИК ЭПС должны обеспечивать скорость передачи данных, необходимую для обеспечения заданных характеристик комплекса.
Для соединения МВОИ с МПОИ и модулем беспроводной связи должны применяться волоконно-оптические кабели, обеспечивающие гальваническую изоляцию между указанными компонентами.
Для осуществления обмена данными между секциями одного ЭПС должен быть реализован беспроводной канал связи, отвечающий требованиям по защите информации от несанкционированного доступа.
Передача результатов измерений, данных о состоянии объектов и средств измерений между компонентами ИИК ЭПС должна осуществляться в автоматическом режиме. Для внутреннего информационного обмена между компонентами ИИК ЭПС необходимо использование открытых стандартных протоколов, обеспечивающих: функциональную полноту и корректность реализации функций; совместимость систем и аппаратуры различных поставщиков; возможность объективного и независимого тестирования реализации протокола. На физическом уровне взаимодействие МПОИ, МВОИ и модуля беспроводной связи должно осуществляться с применением волоконно-оптических интерфейсов. Кроме того, МВОИ должен обеспечивать информационное взаимодействие с внешними устройствами по протоколам (типа Modbus и др.) с использованием стандартных интерфейсов RS-485, RS-232, CAN и Ethernet. Беспроводной канал связи между секциями одного ЭПС должен быть реализован на базе стандартных протоколов для беспроводных локальных вычислительных сетей (WLAN).
На выходе АЦП должны формироваться и передаваться в МПОИ отсчеты мгновенных значений напряжения и тока (со знаком) с частотой дискретизации 12800 Гц.
В МПОИ в результате первичной обработки данных, поступающих с АЦП, вычисляются следующие значения: усредненные в соответствии с заданным интервалом действующие значения напряжения и тока (со знаком), средние значения активной (со знаком) и реактивной (по четырем квадрантам) мощности, расход и возврат активной и реактивной энергии нарастающим итогом.
В МПОИ должна быть предусмотрена возможность выбора интервала усреднения измеряемых величин из значений 1 с, 3 с или 1 мин.
Все вычисляемые значения соотносятся с метками времени, получаемыми с модуля реального времени с интервалом, равным выбранному интервалу усреднения измеряемых величин.
В МПОИ должно быть предусмотрено ведение «Журнала событий», в котором с метками времени должна фиксироваться следующая информация: попытки несанкционированного доступа; перерывы и отключения питания; перезапуски МПОИ (при зацикливании и т.п.); изменение параметров и настроек МПОИ; изменение текущих значений времени и даты. Все результаты первичной обработки данных и «Журнал событий» с метками времени должны храниться в памяти МПОИ не менее 35 суток, с возможностью увеличения срока хранения.
По запросу оператора МПОИ должен позволять сохранять в памяти результаты измерения мгновенных значений напряжения и тока (со знаком) на срок не менее 24 часов.
Результаты первичной обработки данных и «Журнал событий» МПОИ должны передаваться в МВОИ с интервалом, равным выбранному интервалу усреднения измеряемых величин.
В МВОИ каждой секции должны поступать результаты первичной обработки данных со всех блоков измерения электроэнергии, расположенных во всех секциях ЭПС.
В состав вторичной информации, формируемой в МВОИ, должны входить усредненные в соответствии с заданным интервалом действующие значения тока ЭПС (со знаком) и напряжения на токоприемнике ЭПС, средние значения активной (со знаком) и реактивной (по четырем квадрантам) мощности ЭПС, расход и возврат активной и реактивной энергии ЭПС нарастающим итогом, расход активной электроэнергии на электроснабжение пассажирских вагонов (для электропоездов и электровозов пассажирских серий).
Вся вторичная информация соотносится с метками времени, получаемыми с модуля реального времени с интервалом, равным выбранному интервалу усреднения измеряемых величин, и географическими координатами нахождения ЭПС, получаемых с модуля ГЛОНАСС/GPS/GALILEO (для случая, когда указанный модуль входит в состав ИИК ЭПС).
В МВОИ должно быть предусмотрено ведение «Журнала событий», в котором с метками времени должна фиксироваться следующая информация: попытки несанкционированного доступа; перерывы и отключения питания; перезапуски МВОИ (при зацикливании и т.п.); изменение параметров и настроек МВОИ; изменение текущих значений времени и даты. Все результаты вторичной обработки данных и «Журнал событий» с метками времени должны храниться в памяти МВОИ не менее 35 суток, с возможностью увеличения срока хранения.
При наличии на ЭПС модуля УССВ и модуля индикации и управления в составе смежных систем, ИИК ЭПС должен иметь возможность подключения к данным техническим средствам, при условии, что эти технические средства способны обеспечить выполнение возложенных на них функций, и соответствуют требованиям, предъявляемым к таким средствам настоящим документом.
ИИК ЭПС должен позволять осуществлять взаимодействие с бортовыми системами передачи данных по беспроводному каналу связи в сети РОРС GSM. Создаваемый комплекс должен обеспечивать следующие режимы функционирования: автономное круглосуточное функционирование компонентов, осуществляющих в автоматическом режиме измерение, запись и хранение заданных параметров; автономное круглосуточное обеспечение единого времени работы ИИК ЭПС; доступ к уровню ИИК ЭПС со стороны УСПД в автоматическом режиме и/или по запросу. ИИК ЭПС должен иметь возможность подключения резервного питания от бортовой сети ЭПС и обеспечивать автоматическое переключение между источником резервного и основного питания.
Разработка технологии фиксации и передачи данных с информационно-измерительных комплексов электроподвижного состава
Определение значений расхода и рекуперации электроэнергии ЭПС в границах зон учета железной дороги осуществляется на сервере АСМЭПП. Расход электроэнергии ЭПС в границах любой зоны учета за отчетный период определяется по формуле: W = Y1L Wls-W(1_l)s , (2.5) s=l г=1 где Wis - W(i_1)s - измеренное значение приращения количества электроэнергии, потребленной ЭПС из контактной сети, за интервал измерения T; q - количество интервалов измерения электроэнергии за время нахождения ЭПС в границах расчетной зоны учета в отчетном периоде; /- количество ЭПС, находившихся в расчетной зоне учета в отчетном периоде. Удельный расход электроэнергии ЭПС в границах любой зоны учета за отчетный период определяется по формуле: W-104 а = , У 4 26) =1 где W - расход электроэнергии ЭПС в границах любой зоны учета за отчетный период; Ак- фактический объем перевозочной работы в границах расчетной зоны учета в к-й поездке, 104 ткм брутто. Аналогично формуле (2.5) и (2.6) определяются значения энергии рекуперации (WR), удельной рекуперации (aR) и расхода электроэнергии на энергообеспечение пассажирских вагонов (WВ) в границах расчетной зоны учета за отчетный период.
Расход электроэнергии между моментом времени сдачи ЭПС предыдущей локомотивной бригадой и моментом времени приема ЭПС следующей локомотивной бригадой (отмечены соответствующими кодами состояния локомотива в графе 10 таблицы 2.3) является расходом электроэнергии данным ЭПС без бригады. Общий расход электроэнергии ЭПС без бригады в границах зоны учета (за исключением участков работы локомотивных бригад) за отчетный период определяется по формуле: ЖББ = І] Wls-W{l_X)s , (2.7) s=\ z=l где q\ - количество интервалов измерения значений расхода электроэнергии за время нахождения ЭПС в границах расчетной зоны учета в отчетном периоде, ограниченных моментами времени сдачи ЭПС предыдущей локомотивной бригадой и моментом времени приема ЭПС следующей локомотивной бригадой, попадающих в границы расчетной зоны учета в отчетном периоде;
Д - количество ЭПС, находившихся в расчетной зоне учета в отчетном периоде в режиме простоя без бригады. Аналогично формуле (2.7) определяется значение расхода электроэнергии на энергообеспечение пассажирских вагонов без бригады (WВ ББ ) в границах зоны учета за отчетный период.
Расчетные выражения, приведенные выше, могут быть использованы в общем алгоритме определения энергетических показателей эксплуатации ЭПС в границах зон учета (рисунок 2.3).
Для определения абсолютных и удельных показателей работы ЭПС в отдельно взятой поездке в границах расчетной зоны необходимо сформировать ито 53 говую таблицу соответствия даты, номера поезда, номера машиниста и электровоза и основного показателя поезда – веса. Данное соответствие осуществляется путем импортирования данных из различных автоматизированных систем в виде таблицы 2.6.
Для определения удельного расхода электрической энергии на тягу поездов при проследовании поезда P1 по межподстанционной зоне З2 под управлением машиниста с номером M3 на локомотиве N4 необходимо в таблице 2.3, составленной для локомотива N4 , просуммировать измеренные значения приращения количества электроэнергии, потребленной этим ЭПС из контактной сети за отчетный период при проследовании поезда P1 по межподстанционной зоне З2 под управлением машиниста с номером M3 :
Тогда удельный расход электрической энергии на тягу поездов при проследовании поезда Р1 по межподстанционной зоне З2 под управлением машиниста с номером М3 на локомотиве N4 определяется по уравнению: ЖМ3-104 сґ3 = - , (2.9) где т1- вес поезда/ , т; /з2 - длина межподстанционной зоны З2, км. Аналогично определяется удельный расход электроэнергии в границах зоны учета для любой единицы ЭПС или локомотивной бригады (по номеру машиниста) в соответствии с алгоритмом, представленным на рисунке 2.4.
В блоке 1 выполняется ввод исходных данных о поездке (номер поезда, табельный номер машиниста, серия ЭПС, дата поездки, номер поезда, масса состава, нагрузка на ось, температура, зона учета и координаты выбранной зоны учета) и задаются время начала работы локомотивной бригады (t0), начальные значения фактического расхода в режиме тяги (Wфт0), возврата в режиме рекуперации (Wфр0), расхода на энергообеспечение пассажирских вагонов (Wв0) и начальное значение координаты местоположения ЭПС (0; 0).
В блоке 2 определяются моменты прохождения ЭПС по выбранной зоне учета.
Фактическая координата анализируется в каждый i-й момент времени. При этом моменты соответствия фактической координаты значениям координат, выбранной зоны учета, считаются моментами нахождения ЭПС в зоне учета. При выходе из зоны учета осуществляется фиксация расхода в режиме тяги (Wфтзz), возврата в режиме рекуперации (Wфрзz) и расхода на энергообеспечение пассажирских вагонов (Wв0), а также рассчитывается фактический расход с учетом рекуперации (Wфзz), удельный расход с учетом рекуперации (афз1) и удельная рекуперация (афрз1).
В блоке 3 определяется момент окончания работы локомотивной бригады. В случае, если момент фиксации последней координаты соответствует моменту изменения кода состояния локомотива, свидетельствующего о сдаче ЭПС локомотивной бригадой, то процесс расчета завершается. В противном случае расчет продолжается для следующей зоны учета [134].
В конечном итоге на основании полученных абсолютных и удельных энергетических показателей эксплуатации ЭПС проводится анализ эффективности использования электроэнергии ЭПС в границах зон учета железной дороги по итогам суток и разрабатываются мероприятия по снижению потерь электроэнергии.
Технология контроля расхода электроэнергии ЭПС с использованием ИИК и спутниковых навигационных систем разработана с участием автора и утверждены распоряжением ОАО «РЖД» от 31 декабря 2014 года №3226р [121].
Разработка алгоритма анализа эффективности использования электрической энергии электроподвижным составом по поездкам
Локомотивная бригада (машинист и помощник машиниста) – это те специалисты, деятельность которых в первую очередь будет подвержена контролю по рациональному использованию ТЭР при создании АСМЭПП. В случае выявления невыполнения удельной нормы электрической энергии именно локомотивной бригаде, как правило, будут предъявляться претензии по нерациональному использованию ТЭР. В связи с этим актуальным является вопрос по разработке алгоритма определения причин ущерба и ответственных за него участников перевозочного процесса при невыполнении локомотивной бригадой нормы расхода электроэнергии (рисунок 3.3).
Тело алгоритма условно можно разбить на четыре функциональных блока. В блоке 1 выполняется анализ наличия в ходе работы локомотивной бригады непроизводительных потерь электрической энергии. В случае их наличия происходит формирование протоколов о непроизводительных потерях электроэнергии с указанием времени и места их возникновения (таблица 3.2 и 3.3).
В данном случае под непроизводительными потерями понимаются потери электроэнергии: – в режиме простоя на станционных путях в ожидании работы; – у запрещающих сигналов; – на неграфиковые остановки; – при проследовании мест с ограничением скорости; – при нагоне графикового времени.
Далее определяется причастный к этим потерям функциональный филиал ОАО «РЖД» при использовании автоматизированных систем КАС АНТ, КАСАТ, АС РБ, АСУ НБД, АСУ-Ш-2, ГИД "Урал-ВНИИЖТ" и системы АСУНТ [23], базирующейся на информации вышеперечисленных систем, а также бортовых микропроцессорных систем [126]. Определение виновников дополнительных затрат электроэнергии с использованием данных автоматизированных систем ОАО «РЖД» Формирование итоговых протоколов с отнесением дополнительных затрат электроэнергии на виновника их возникновения
Алгоритм определения причин ущерба и ответственных за него участников перевозочного процесса при невыполнении локомотивной бригадой нормы расхода электроэнергии на поездку Таблица 3.2 – Форма выходного документа АСМЭПП «Непроизводительные потери электрической энергии при неграфиковых остановках, остановках у запрещающих сигналов светофоров и в режиме простоя на станционных путях в ожи дании работы»
Порядковый номер момента возникновения непроизводительных потерь Номер поезда Табельный номер машиниста Дата и время возникновения непроизводительного расхода Координата Непроизводительные потери электроэнергии, кВтч Cоставляющая удельного расхода на непроизводительные потери электрической энергии, кВтч/10ткм брутто Начало Окончание 1 P M tн1 tк1 1 1 W нгр 1 aнгр1 2 tн2 tк2 2 2 W нгр2 aнгр2 i tн i tкi i i W нгр i aнгрi Таблица 3.3 – Форма выходного документа АСМЭПП «Непроизводительные потери электрической энергии при проследовании мест с ограничением скорости движения и нагоне графикового времени» Порядковый номер момента возникновения непроизводительных потерь Номер поезда Табельный номер машиниста Дата и время возникновения непроизводительного расхода Начальная координата Конечная координата Непроизводительные потери электроэнергии, кВтч Cоставляющая удельного расхода на непроизводительные потери электрической энергии, кВтч/10ткм брутто Начало Окончание 1 P M tн1 tк1 н1 н1 к1 к1 W огр 1 aогр1 2 tн2 tк2 н2 н1 к2 к1 Wогр2 aогр2 i tн i tкi нi н i кi к i W огрi aогрi Учет, контроль за устранением отказов в работе технических средств и анализ их надежности осуществляется с использованием Комплексной автоматизированной системы, учета, контроля устранения отказов в работе технических средств и анализа их надежности (КАС АНТ).
На основании первичной информации об инциденте, поступившей из системы ГИД "Урал-ВНИИЖТ", в системе КАС АНТ формируется оповещение об отказе в работе технического средства. Оповещение содержит следующую обязательную информацию: место (наименование станции, перегона) и время возникновения отказа в работе технического средства, характер проявления отказа в работе технического средства, причастная к данному случаю отказа служба, структурное подразделение функционального филиала, линейное подразделение, которые первоначально определяются диспетчером поездным, дежурным по станции при внесении информации в график исполненного движения.
Учету в системе КАС АНТ подлежат все отказы в работе технических средств, в том числе приведшие к нарушениям безопасности движения в поездной и маневровой работе.
К техническим средствам, отказы в работе которых подлежат учёту в автоматизированной системе КАС АНТ, относятся: а) технические средства, отказы в работе которых, подлежат обязательному учёту: верхнее строение пути, земляное полотно, искусственные сооружения и железнодорожные переезды; железнодорожный подвижной состав, специальный железнодорожный подвижной состав, обращающиеся на инфраструктуре ОАО "РЖД"; устройства и линии электроснабжения; устройства, средства, сооружения и системы железнодорожной технологической электросвязи; устройства, средства и системы железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ); устройства автоматического контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда; устройство контроля схода подвижного состава (УКСПС); вычислительная техника, периферийные устройства, сеть передачи данных, общесистемное и прикладное программное обеспечение, используемые в информационных системах при организации перевозочного процесса; диагностическое оборудование мобильных средств контроля (вагон-путеизмеритель, вагон-дефектоскоп, мобильная лаборатория дефектоскопии, га-барито-обследовательская станция и др.); автоматизированная система коммерческого осмотра поездов и вагонов (АСКО ПВ);
Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при "горячем" простое на тракционных путях локомотивных депо и пунктах оборота
Алгоритм обработки данных поездки с целью выявления моментов нагона графикового времени и расчета, вызванного им потерь электроэнергии, приведен на рисунке 4.6.
Новизна способа определения непроизводительных потерь электроэнергии ЭПС, вызванных нагоном графикового времени, защищена – получен патент РФ на изобретение № 2591558 (приложение 8). Тело алгоритма условно можно разбить на семь функциональных блоков. В блоке 1 выполняется ввод интервала измерений t и начальных координат (i; i), и задаются фактическое время начала поездки (t0) и начальные показания счетчика электроэнергии с учетом рекуперации (Wф0).
В блоке 2 определяется момент выхода поезда со станции отправления, остановка на которой предусмотрена нормативным графиком движения пассажирских поездов. Для этого регистрируемые координаты местоположения поезда в каждый i-й момент времени анализируются на предмет их соответствия координатам выходного светофора станции отправления, содержащимся в соответствующей базе данных. В момент совпадения этих координат фиксируется фактическое время выхода поезда со станции (tвых) и показание счетчика электроэнергии с учетом рекуперации в данный момент времени (Wвых). В этом же блоке вводится время отправления поезда со станции в соответствии с нормативным графиком Рисунок 4.6 – Алгоритм определения непроизводительных потерь электроэнергии
при нагоне графикового времени (tот. гр.), получаемое из автоматизированной системы, содержащей информацию о нормативном и исполненном графиках движения. В блоке 3 производится смена индекса станции. Дальнейший анализ местоположения поезда осуществляется относительно следующей по ходу движения станции. В блоке 4 определяется момент входа поезда на станцию прибытия, остановка на которой предусмотрена нормативным графиком движения. Для этого регистрируемые координаты местоположения поезда в каждый i-й момент времени анализируются на предмет их соответствия координатам входного светофора станции прибытия, содержащимся в соответствующей базе данных.
В момент совпадения этих координат фиксируется фактическое время входа поезда на станцию (tвх) и показание счетчика электроэнергии с учетом рекуперации в данный момент времени (Wвх). В этом же блоке вводится время прибытия поезда на станцию в соответствии с нормативным графиком (tприб. гр.). Далее вычисляется разница между фактическим временем хода поезда между станциями отправления и прибытия и графиковым временем хода поезда по данному (k-му) межстанционному перегону: tk = (tвх – tвых) – (tприб.гр – tот.гр). (4.9) В блоке 5 выполняется анализ значения выражения (4.9) на предмет наличия или отсутствия факта нагона графикового времени поездом на k-м межстанционном перегоне.
Для этого проверяется условие tk. 0. В случае, если условие не выполняется, то считается, что факта нагона не было, и алгоритм повторяется со 2 блока для следующего межстанционного перегона. Если условие выполняется, то считается, что на k-м межстанционном перегоне имел место нагон поездом графикового времени, и осуществляется переход к следующему блоку алгоритма. При этом значение tk является временем нагона. В блоке 6 производится расчет дополнительного расхода (непроизводительных потерь) электрической энергии на к-м межстанционном перегоне, обусловленного нагоном графикового времени поездом.
Для этого вычисляется абсолютное значение расхода электроэнергии с учетом рекуперации на к-м межстанционном перегоне по формуле: д\уфk=\вх-\вьк (4.10) Далее осуществляется вычисление базового значения расхода электроэнергии для участка, соответствующего моменту исследуемого подвижного состава. Для этого из базы данных формируется выборка поездок с аналогичными параметрами за предшествующий период времени для поездов, проследовавших данный участок без нагона графикового времени. Базовый расход электроэнергии определяется по формуле: п AWбk= , (4.11) п где AWбka - расход электроэнергии на к-м межстанционном перегоне по -й поездке, выполненной без нагона графикового времени в предшествующем отчетном периоде; п - количество -х поездок, выполненных без нагона графикового времени в предшествующем отчетном периоде. Далее определяется величина непроизводительных потерь электрической энергии, обусловленных нагоном графикового времени: AWHark = Д\фk - AWбk (4.12) В блоке 7 выполняется проверка прибытия поезда на конечную станцию. В случае, если текущая станция не является конечной, алгоритм повторяется со 2 блока для следующего межстанционного перегона. В противном случае вычисляется суммарное по поездке значение дополнительного расхода (потерь) электроэнергии, обусловленных нагоном графикового времени поездом: m
AWHar=AWHark, (4.13) k=l где m - количество k-х межстанционных перегонов. Удельные непроизводительные потери электрической энергии при нагоне графикового времени определяются по формуле: 5 = L, (4.14) НГ AtHar где tнаг - время нагона, определяемое по формуле, аналогичной (4.13) [91, 130].
Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при «горячем» простое на тракционных путях локомотивных депо и пунктах оборота Алгоритм обработки данных с целью выявления моментов захода и выхода на тракционные пути депо и расчета непроизводительных потерь при «горячем» простое приведен рисунке 4.7.