Способ определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети переменного тока

Изобретение относится к области электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта. Для выбранного участка тяговой сети переменного тока синхронно измеряют токи и напряжения на каждом фидере контактной сети каждой тяговой подстанции и на электровозах и регистрируют измеренные параметры с периодичностью от 0,1 до 1 минуты. Далее вычисляют расходы электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах и регистрируют их с той же периодичностью. Вычисленные значения расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах передают на устройство сбора и обработки данных, посредством которого рассчитывают электроэнергию, потребленную на тяговых подстанциях в пределах выбранного участка, и на электровозах за время прохождения ими этого участка. Технологические потери электроэнергии в тяговой сети выбранного участка определяют как разность между значениями расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах. Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения потерь электроэнергии. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта, конкретно, к системе тягового электроснабжения однофазного переменного тока напряжением 27,5 кВ.

Поскольку в электропотреблении электрифицированного железнодорожного транспорта около 80% приходится на электрическую тягу, весьма важным является создание энергооптимальных режимов вождения поездов. В этой связи, целесообразно создать систему контроля и учета электропотребления на тягу поездов, сопрягаемую с границами обращения электроподвижного состава. Такая система должна учитывать расход электроэнергии по плечам электропитания тяговых подстанций. Суммирование этих расходов по всем тяговым подстанциям в границах плеч обращения ЭПС позволит получать реальный расход электроэнергии в контактной сети и согласовать его с расходами, регистрируемыми на локомотивах, работающих на этом же плече обращения. В тарифах на железнодорожные перевозки составляющая оплаты электроэнергии при действующих тарифах на электроэнергию достигает 10-15%. Вопросам экономии электроэнергии на транспорте уделяется большое внимание. Одной из составляющих потребляемой электроэнергии являются технологические потери электроэнергии в тяговой сети, включающей в себя питающие фидера на тяговых подстанциях, контактную сеть на перегонах и станциях и рельсовую сеть. Особенность тяговой сети является непрерывно меняющиеся ее параметры, связанные с перемещением электровозов, ведущих поезда на участке обращения. Это переменные во времени сопротивление контактной и рельсовой сетей, переменное сопротивление электрической цепи самих электровозов и т.д. Выделить их общих потерь электроэнергии долю, относящуюся именно к тяговой сети, представляет чрезвычайно сложную инженерную задачу. Эта задача приобрела большую значимость при переходе на рыночные отношения при оплате за электроэнергию, когда каждый участник перевозочного процесса должен оплачивать ту часть электроэнергии, которая относиться непосредственно к конкретному участнику в перевозочном процессе за выполненную работу.

Существующие в настоящее время способы определения технологических потерь в тяговой сети не совершенны, обладают низкой точностыви достоверностью, поскольку практически не использовались для коммерческих расчетов за потребленную электроэнергию. Известен метод расчета потерь в тяговой сети для различных схем электроснабжения (см. Р.Н. Корякин. Тяговые сети переменного тока изд. «Транспорт», 1964 г., стр. 52-55). В этом методе нагрузка тяговой сети (электровоз) принята фиксированной величиной, размещаемой в определенных точках межпод станционной зоны или равномерно распределенной по ней. Этот метод очень неточен и позволяет проводить только качественный анализ величин потерь.

Наиболее близким является способ определения технологических потерь электрической энергии в тяговой сети однофазного переменного тока, заключающийся в измерении тока и напряжения в фидере контактной сети на тяговой подстанции и определении потерь с помощью счетчика электрической энергии (потерь), например, типа Ф 440П. (См. В.П.Кручинин, А.Л.Быкадоров, В.Т.Даманский Опыт эксплуатации счетчиков.потерь., «Режимы работы, автоматическое управление и техническая диагностика систем электроснабжения железных дорог.» Труды, Межвузовский тематический сборник, выпуск 171, стр. 45-48. г. Ростов-на-Дону, 1983 г.). Этот метод также обладает низкой точностью учета потерь, поскольку используются счетчики потерь с классом точности 4,0%, регистрируемые потери включают в себя потери электроэнергии в электровозе. Полученные величины потерь не могут быть использованы для коммерческих расчетов.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности определения потерь в тяговой сети на заданном участке тяговой сети переменного тока, минимизаций этих потерь, обеспечении возможности использования получаемых величин технологических потерь при коммерческих расчетах за электроэнергию.

Технический результат достигается тем, что в способе определения технологических потерь электроэнергии на участке тяговой сети переменного тока, заключающемся в измерениях тока и напряжения на тяговых подстанциях и электровозах, измерения тока и напряжения на каждой тяговой подстанции осуществляются синхронно на каждом фидере контактной сети и на электровозе и регистрируют измеренные параметры с периодичностью от 0,1 до 1 минуты, вычисляют расходы электроэнергии на тяговых подстанциях и электровозах, регистрируют их с той же периодичностью, передают вычисленные значения расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах на устройство сбора и обработки данных, посредством которого рассчитывают электроэнергию, потребленную на тяговых подстанциях, в пределах выбранного участка, и на электровозах за период прохождения ими этого участка, а технологические потери электроэнергии в тяговой сети выбранного участка определяют как разность между значениями расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах.

Получаемые при этом величины потерь относятся только к тяговой сети, из них исключены потери в электровозах. Они учитывают реальное состояние тяговой сети, техническое состояние рельсовой сети, реальные режимы ведения поезда электровозом, вплоть до учета климатических воздействий окружающей среды (дождь, снег, попутный или встречный ветер и др.).

Синхронизация по времени измерений на тяговых подстанциях и электровозах позволяет осуществить привязку получаемых данных к координате пути, а, следовательно, оперативно выявлять конкретные участки с повышенными потерями в элементах тяговой сети.

Сравнение заявленного способа определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети переменного тока с известными техническими решениями показывает, что учет электрической энергии одновременно на фидерах тяговых подстанций и электровозах, согласование по классу точности средств измерений, согласование времени измерений и время регистрации получаемых величин, вычисление потерь электроэнергии непосредственно в тяговой сети и выработка управляющих воздействий для изменений режимов работы на тяговых подстанциях и электровозах, ни в области электроснабжения железных дорог, ни в других областях техники ранее не использовались.

Вновь введенные операции предложенного способа, описанные выше, проявляют новые свойства - позволяют получить объективные данные о результатах проведенных измерений, определить реальные величины потерь только в тяговой сети без учета потерь в электровозах, обеспечивают минимизацию величин потерь в тяговой сети.

Сущность предложенного способа определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети переменного тока поясним на примере его реализации.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для одной тяговой подстанции (для упрощения схемы приведен один фидер контактной сети) и одного электровоза. На тяговой подстанции 1 к тяговому трансформатору 2 подключено распределительное устройство 3 напряжением 27,5 кВ, через выключатель 4 одна из фаз соединяется с контактной сетью. Трансформаторы тока 5 и напряжения 6 через соответствующие датчики тока 7 и напряжения 8 подключены к блоку 9 регистрации электроэнергии, выходы которого соединены с процессором 10. Блоки 7,8,9 и 10 составляют информационно-измерительный комплекс тяговой сети (ИИК ТС) 11. К контактной сети 12 токоприемником подключается электровоз 13, двигающийся по рельсам 14. На электровозе 13 установлены датчики тока 15 и напряжения 16, подключенные к бортовому блоку регистрации электрической энергии 17, выходы которого соединены с бортовым процессором 18. Процессоры 10 и 18 линиями связи 19 и 20 соединены с ЭВМ (главным процессором) 21. На тяговой подстанции имеется блок 22 регулирования напряжения.

На фиг.2 приведена схема однопутного участка электрифицированной железной дороги. Тяговые подстанции 1 группами получают электроэнергию от энероснабжающих АО-Энерго 23 и 24. В контактной сети 12 для разделения фаз имеются нейтральные вставки 25. На графиках приведены характерные зависимости расхода электроэнергии соответственно для тяговых подстанций 26 (Ртс) и электровоза 27 (Рэпс).

Система работает следующим образом. В тяговом режиме электровоз потребляет из контактной сети 12 необходимое для движения поезда количество электроэнергии, которое вычисляется в блоке 17 на основании текущих параметров тока и напряжения, поступающих с датчиков 15 и 16. В качестве блока 17 используется блок вычисления потребленной электроэнергии бортового «Регистратора параметров движения и автоведения» (РПДА). На тяговой подстанции 1 аналогично вычисляется расход электроэнергии в блоке 9 по данным, поступающим от датчиков 7 и 8. В качестве блока 9 используется блок коммерческого и технического учета электроэнергии (С1-С6) Комплекса ПТК «Черный ящик», производства Научно-технического центра «ГОСАН» г.Москва. В этом блоке имеется возможность независимой регистрации расходов электроэнергии по 6 каналам (4 фидера контактной сети для двухпутного участка железной дороги, фидер питания крупной станции и фидер питания локомотивного депо). Комплект внесен в Реестр средств измерений и разрешен для учета расхода электроэнергии Россстандартом. Класс точности обеих систем при измерении тока, напряжения и электроэнергии - 0,5. В процессорах 9 и 17, соответственно на тяговой подстанции и электровозе по специальным программам осуществляется преобразование и дальнейшая передача данных о расходах электроэнергии по каналам связи 19 и 20 в ЭВМ (главный процессор) 21. Поскольку движение электровоза в тяговом режиме представляет собой быстроменяющийся процесс (высокая скорость движения, изменение тока и напряжения в тяговой сети, изменение электрического сопротивления тяговой сети и др.) для повышения точности была выбрана дискретность регистрации величин от 0,1 до 1 минуты, что обеспечивается приведенными выше техническими средствами как на тяговых подстанциях, так и на электровозах. Единая система контроля астрономического времени обеспечивает синхронные измерения и регистрацию всех регистрируемых параметров. Отличительной особенностью можно считать дополнительно возникающую возможность синхронизации получаемых данных, которая возникает при проезде электровозом нейтральной вставки 25 в контактной сети, когда на электровозе в обязательном порядке отключается тяговый ток и кратковременно пропадает напряжение «контактный провод - рельс» (см. кривую 27 на фиг.2). Следовательно, при проезде нейтральной вставки на электровозе регистрируется «нулевой» расход электроэнергии. Время проезда нейтральных, вставок согласуется по времени с расходом электроэнергии на тяговых подстанциях. Благодаря этому можно определять реальные технологические потери в тяговой сети для каждой межподстанционной зоны (между смежными нейтральными вставками). Можно определять потери на любом наперед заданном участке тяговой сети от нескольких километров до полного плеча обращения электровозов, составляющего несколько сотен километров. Причем это достигается достаточно просто за счет арифметических действий сложения соответствующих расходов на подстанциях и электровозе и последующего вычитания из первого второго. Причем получаются только потери в тяговой сети, исключая потери в электровозах, чего нельзя было сделать ранее известными способами. Наличие нескольких электровозов на участке определения потерь принципиально ничего не меняет. Добавляется только операция суммирования расходов всеми электровозами.

Предложенный способ позволит вести практический анализ потерь по всей длине тяговой сети, выявлять участки с повышенными потерями и принимать технические решения по их снижению, например, установка дополнительных электрических соединителей на контактной сети, увеличение ее сечения и т.д. Кроме того, возможно в режиме реального времени вырабатывать управляющие воздействия для системы тягового электроснабжения. В частности при выявлении на некоторых зонах повышенных потерь применять регулирование напряжения на фидерах контактной сети. Проводя сравнение потерь при текущем режиме ведения электровоза и сравнения их с потерями при энергооптимальном (статистически проверенном режиме или специальной режимной картой) режиме ведения поезда, вырабатывать управляющие команды, передавать их и реализовать на электровозе, например, путем изменения режимов работы мотор-вентиляторов, тяговых двигателей и других. Появляется реальная возможность оценить в киловатт-часах, а следовательно, и в рублях сколько стоит ограничение скорости движения поездов при нарушении технического состояния пути, сколько стоит движение при желтых или зеленых сигналах светофорах на пути следования поезда. Знание конкретной стоимости таких «препятствий» при рыночных условиях перевозочного процесса позволит предъявлять претензии к конкретным виновникам увеличения стоимости железнодорожных перевозок.

Все это в совокупности и обеспечивает решение поставленной задачи.

Способ определения технологических потерь электроэнергии на участке тяговой сети переменного тока, заключающийся в измерениях для выбранного участка тока и напряжения на тяговых подстанциях и электровозах, отличающийся тем, что измерения тока и напряжения осуществляют синхронно на каждом фидере контактной сети каждой тяговой подстанции и на электровозах и регистрируют измеренные параметры с периодичностью от 0,1 до 1 мин, вычисляют расходы электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах и регистрируют их с той же периодичностью, передают вычисленные значения расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах на устройство сбора и обработки данных, посредством которого рассчитывают электроэнергию, потребленную на тяговых подстанциях в пределах выбранного участка, и на электровозах за время прохождения ими этого участка, а технологические потери электроэнергии в тяговой сети выбранного участка определяют как разность между значениями расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах.