Содержание к диссертации
Введение
1. Энергозатраты электровозов переменного тока и влияющие на них факторы
1.1. Анализ энергозатрат электровозов 14
1.2. Анализ факторов, влияющих на энергопотребление электровозов 19
1.3. Постановка задачи и цель исследования 31
2. Анализ энергетической ситуации в электричехкой тяге
2.1. Электрическая тяга как составная часть электроэнергетики, специфические особенности электрической тяги, как потребителя электроэнергии, 34
2.2. Тенденции общего и удельного потребления электроэнергии на сети железных дорог и связь энергопотребления с транспортной работой . 36
2.3. Пути решения проблемы энергосбережения на железнодорожном транспорте, 42
3. Математическая модель энергетической цепи электровоза переменного тока
3.1. Общая характеристика силовой цепи электровоза 46
3.2. Энергетические показатели и характеристики процесса преобразования электроэнергии на электровозе переменного тока 50
3.3. Анализ потерь в тяговом двигателе пульсирующего тока 60
3.4. Анализ потерь в тяговом трансформаторе, реакторах и выпрямительной установке электровоза 85
3.5. Оценка потерь в тяговой передаче 90
4. Тягово - энергетические характеристики электровоза в различных режимах его работы
4.1. Уточнение тяговых и энергетических характеристик и обоснование экономичного режима возбуждения двигателей электровоза 98
4.2. Анализ потерь в оборудовании электровоза при посекционном управлении 111
4.3. Экономия энергозатрат во вспомогательных цепях электровоза 123
4.4. Выбор режимов посекционного управления и обобщенная оценка энергетического эффекта 127
5. Практическая реализация экономичных режимов управления электровозами в эксплуатации
5.1. Усовершенствование цепей управления электровоза ВЛ80с 136
5.2. Реализация повышенной силы тяги в условиях посекционного управления. 143
5.3. Внедрение системы автоматического регулирования частоты вращения мотор - вентиляторов (САУВ). 150
5.4. Внедрение системы оперативной регулировки мощности локомотива (ОРМЛ). 152
5.5. Внедрение телемеханической системы многих единиц (СМЕТ) для вождения тяжеловесных поездов. 154
5.6. Использование грузовых, электровозов в пассажирском движении, 158
5.7. Оценка экономической эффективности модернизации электровозов ВЛ80с. 162 Заключение 167
- Анализ факторов, влияющих на энергопотребление электровозов
- Тенденции общего и удельного потребления электроэнергии на сети железных дорог и связь энергопотребления с транспортной работой
- Анализ потерь в тяговом трансформаторе, реакторах и выпрямительной установке электровоза
- Анализ потерь в оборудовании электровоза при посекционном управлении
Введение к работе
Железнодорожный транспорт России за свою, более чем 160-летнюю историю прошел большой путь и занял одно из ключевых мест в экономике России,
Он является важнейшим связующим звеном между различными отраслями экономики страны. Именно в России, с ее огромной территорией, железнодорожный транспорт объединяет в единый комплекс буквально все отрасли экономики, обеспечивает не только нормальную жизнедеятельность, но и безопасность и целостность страны.
Развитие научно-технического прогресса в XX веке коренным образом изменило техническую оснащенность железных дорог.
Разработаны и внедрены современные технологии управления перевозочным процессом. Поставлена и поэтапно решается проблема автоматизации управления перевозками - оснащение АРМами учета, анализа и выработки управляющих рекомендаций, аппаратно-программными комплексами для оперативного расчета эпергоонтимальных режимных карт с учетом временных ограничений скорости и веса поезда (АРМ дежурного по депо), внедрения ресурсосберегающей техники, технологий и технологического оборудования.
Основной целью данного диссертационного исследования является I обоснование путей ресурсосбережения в электрической тяге поездов путем Г совершенствования экономичности управления электровозами переменного L тока за счет применения новых электронных систем управления. Это достигаеаси главным образом за счет установления взаимосвязи I энергозатрат с параметрами эксплуатационного процесса при учете особенностей энергетических преобразований в системе электрической тяги, включая при этом в указанную энергетическую цепь современные электронные устройства управления электровозами.
Актуальность диссертационного исследования обусловлена остротой t проблемы энергосбережения 7ia железнодорожном транспорте. Это в свою очередь определяется постоянным ростом тарифов по оплате электроэнергии и значительным увеличением удельного расхода электроэнергии в тяге поездов в I» ериоде 1986-2002 гг. Как следствие указанных факторов имеется значительное возрастание доли энергозатрат в себестоимости перевозок на железных дорогах - до 12 %, хотя ранее эта доля составляла 5-6 %. В эксплуатационных расходах щ электровозных депо, обслуживающих грузовое движение, доля расходов по оплате энергозатрат достигает 30 - 40 %. Актуальность данного исследования подтверждается также і к руководящими материалами МПС, в частности ежегодными Проіраммами ресурсосбережения и Программой доведения норм удельного расхода топлива и электроэнергии на тягу поездов до уровня 1У88 г, (указание МПС М-816у от 31.03,2000 г.). L Степень разработанности проблемы определяется ранее выполненными исследованиями по теории тяги поездов, транспортной энергетике и і нормированию энергозатрат. Основу всех этих работ составили исследования по электрификации железных дорог, начатые еще при разработке и реализации плана ГОЭЛРО в 1920-е годы. Эти исследования возглавили академики Кржижановский Ґ.М. и Графтио Г.О.; активное участие в них приняли профессора Александров ИХ., Вульф А.В., Дубелир Г.Д., Шателен М.А.Э Шепфер К.И. Ими разработаны первые проекты электрификации отечественных железных дорог, выполнено технико-экономическое обоснование систем электрической тяги постоянного тока 3 кВ и переменного тока повышенного напряжения промышленной частоты (на перспективу), проведены расчеты по экономии энергоресурсов при переходе с паровой тяги на электрическую.
В области теория электри ческой тяги поездов следует отметить классические работы Вульфа А.В., Крылова А.Н., Розенфельда В.Е., Лакштовского И,А., Сидорова Н.Н., Исаева И.П., Осипова СИ., в которых развиты методы тяговых расчетов и способы определения энергозатрат на выполнение заданных объемов поездной работы.
По транспортной энергетике следует особо отметить работы Молярчука B.C., Розенфельда В.Е., Сосенко Ю.К., Псртраковского С.С., Мсдлина Р.Я., Бакланова А.Д., Романовой А.Т., Павлова Л.Н., Дашкевича А.Б. К этим работам примыкают исследования, посвященные оптимизации режимов движения поездов с электрической тягой по критерию минимума энергозатрат. Их авторами являются Плакс А.В., Фаминский Г\В., Петров Ю.П., Пульер Ю.М., Баранов Л.А., Новиков А.П., Ерофеев Е.В., Астрахан А.Н.
Особо необходимо указать исследования профессоров Исаева И.П., Горского А.В., Стрельникова В.Т., Павловича Е.С., Четвергова В.А., Киселёва В. И., в которых энергопотребление на тягу поездов увязано с техническим состоянием электровозов и тепловозов и с системой их ремонта.
Цель и задачи исследования состоят в установлении функциональной связи размеров энергопотребления электровозами с параметрами и числовыми характеристиками реализованной ими перевозочной работы и определении необходимых параметров и конкретных узлов электровозов, нуждающихся в модернизации.
Практическая задача исследования состоит в том, чтобы определить, обосновать и предложить пути и методы внедрения новых управляющих радиоэлектронных систем с целью уменьшения расхода электроэнергии электровозами.
Объект диссертационного исследования - это перевозочный процесс железнодорожного транспорта со всеми его компонентами и влияющими факторами, которые в той или иной мере отражаются на работе всей энергетической цепи электрической тяги и электровоза в частности, а в
Щ конечном счете - на величине энергозатрат. В практическом аспекте объектом исследования являются новые, предлагаемые к внедрению или внедренные электронные системы управления, позволяющие значительно снизить расход электроэнергии электровозами.
В настоящее время основными, наиболее массовыми, электровозами, применяющимися для тяги грузовых поездов на сети дорог являются электровозы ВЛ80с, при этом, достигнуто существенное повышение единичной р мощности электровоза по сравнению с ранее выпускавшимися односекционными электровозами, но при этом, как правило, пропорциональный прирост веса поезда не обеспечивается. Причины этого связаны с ограничениями по длине станционных путей, с плохим использованием грузоподъемности вагонов и значительной долей их порожнего пробега (в среднем по дороге около 30%).Г
В связи с этим па дороге имеет место недоиспользование мощности электрооборудования многосекционных электровозов, что ведет к росту удельного энергопотребления и ухудшению экономических показателей локомотивных депо и дороги в целом. Таким образом, хотя многосекционные локомотивы и позволяют существенно повысить весовую норму (на равнинных участках до 9 тыс.т), фактический вес поезда обычно значительно меньше. Поэтому в качестве основного направления по повышению эффективности і многосекционпых электровозов может быть, в первую очередь, рекомендовано L создание условий для повышения веса поезда путем удлинения станционных путей и роста статической нагрузки вагонов. Однако реализация этих b мероприятий находится за пределами компетенции локомотивной службы.
Поэтому следует исходить из фактической ситуации, когда повышение эконо мичности электровозов за счет совершенствования и модернизации их электро оборудования и повышения экономической эффективности управления этим оборудованием и электровозом в целом, является единственным возможным, на сегодня, путем.
В этих условиях необходимо наметить и обосновать мероприятия, сводящиеся к улучшению использования электровозов в реальной ситуации, когда тяговое электрооборудование основную долю времени работает в режимах малой нагрузки. К таким мероприятиям можно отнести оптимизацию режимов вентиляции силового электрооборудования, изменение числа работающих тяговых двигателей или секций в зависимости от веса поезда и профиля пути.
Необходимость этих работ для I орьковской железной дороги определяется тенденцией к росту доли использования электрической тяги в перевозке грузов по дороге. При этом существенно возрастает роль электровозов, как основного средства по повышению среднего веса поезда.
Кроме этою, можно отметить другую тенденцию развития методов эксплуатации локомотивов, которая ведет к увеличению числа локомотивных секций в составе грузового поезда. Это расширение полигона эксплуатации соединенных поездов, вес которых обычно составляет 8-12 тыс. т., но в перспективе может быть повышен до 1 8-20 тыс. т. В пользу такого решения свидетельствует, в частности, зарубежный опыт: США и Канада - на тепловозной, ЮАР и Австралия - на электрической тяге.
При этом для обеспечения энергетической эффективности соединенных поездов необходимо применять посекционное управление локомотивами. Эта возможность учтена в разработанной и внедренной системе телеуправления СМЕТ.
Однако методы посекционного управления и соответствующие алгоритмы регулирования электрооборудования, на настоящий момент, требуют дальнейшей проработки.
Актуальность проблемы определяется ростом дефицита энергетических ресурсов, расширением парка и сферы использования электровозов, особенно электровозов ВЛ80с для которых, ввиду их массовости и низкого эксплуатационного КПД на большей части пути следования, необходимо проанализировать и разработать специальные методы управления тяговыми электроприводами. Такие методы должны обеспечить улучшение показателей использования электровозов в поездной работе (удельные энергозатраты, ресурс электрооборудования). При этом особенно большое значение приобретает разработка и внедрение новой, ресурсосберегающей техники, у технологий и технологического оборудования. Цель работы состоит в обосновании экономичных способов управления & электровозами и спарками электровозов переменного тока и разработке технических средств для реализации этих способов на практике. к Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи: - развитие комплексной методики расчета потерь энергии в оборудовании ! электровоза; - анализ потерь энергии в этом оборудовании и в электровозе в целом; 9 - выдача практических рекомендаций, обеспечивающих снижение I энергозатрат локомотивами. г - реализация и экспериментальная (включая эксплуатационную) проверка предложенных технических решений по повышению экономичности электровозов и спарок электровозов; Методика исследовании базируется на анализе электромагнитных процессов для квазистационарных режимов работы электровоза переменного і тока с учетом энергозатрат на его собственные нужды и потерь энергии в основных узлах локомотива по составляющим (механические, электрические, Р магнитные, пульсационные и добавочные потери). При этом использованы L I fc методы математической статистики, а также аналитические и численные I I методы решения уравнений. Научная новизна работы заключается в следующем: - разработана комплексная методика расчета потерь энергии в оборудовании электровоза переменного тока которую можно применять в широком диапазоне нагрузки и скорости движения; методика основана на использовании результатов испытаний электрооборудования локомотива и позволяет уточнить его тягово - энергетические характеристики; - предложен метод для сравнительного анализа способов регулирования тяги, I при помощи которого определены наиболее экономичные режимы работы электровоза; - исходя из требований минимизации потерь энергии в локомотиве определен критерий выбора числа работающих секций, на основе которого разработан алгоритм и технические средства посекционного управления. Практическая ценность выполняемой работы состоит в том, что: - обоснованы рекомендации по реализации экономичного использования электровозов в заданном графике движения с выбором числа работающих тяговых двигателей, секций, напряжения и степени ослабления возбуждении тяговых двигателей в зависимости от веса поезда: - внедрены на электровозах ВЛ80с в локомотивных депо Горьковской ж.д, системы автоматического управления режимами работы мотор - вентиляторов, системы оперативной регулировки мощности локомотива, телемеханические системы управления по системе многих единиц спарками электровозов для вождения тяжеловесных составов,
В первой главе выполнен анализ данных по эксплуатации электровозов переменного тока. При этом рассмотрены тенденции изменения удельного потребления энергии на тягу поездов, проанализированы причины изменения энергозатрат. Выполнен анализ энергозатрат электровоза ВЛ80с. На этой основе показана актуальность темы, сформулирована цель исследования и поставлена задача разработки методов экономичного управления электровозами и спарками электровозов.
Во второй главе выполнен анализ энергетической ситуации в электрической тяге, рассмотрены специфические особенности электрической тяги, как потребителя электроэнергии. Определены тенденции общего и удельного потребления электроэнергии на сети железных дорог и связь I энергопотребления с транспортной работой. Намечены пути решения проблемы энергосбережения на железнодорожном транспорте. щ В третьей главе выполнен анализ потерь энергии во всех характерных узлах электрооборудования электровоза по составляющим. Для этого использованы методы расчета электрических и магнитных квазистационарных процессов в электрических машинах и преобразовательном оборудовании электровоза при переменном и пульсирующем токе, а также методы расчета механических потерь в колесно-могорном блоке. Соответствующие методы уточнены применительно к специфическим режимам работы тягового L электрооборудования на электровозе переменного тока и обобщены для всего диапазона регулирования мощности. V В четвертой главе уточняются тяговые и энергетические характеристики и обосновывается экономичный режим возбуждения двигателей электровоза. Проводится анализ потерь в электрическом оборудовании электровоза.
В пятой главе содержатся практические рекомендации по реализации экономичных режимов в системе эксплуатации электровозов в локомотивных » депо.
Приведено описание внедренных энергосберегающих систем, описано использование грузовых электровозов в пассажирском движении.
Приведены и проанализированы результаты испытаний электровозов ВЛ80с, оборудованных системой ОРМЛ и САУВ на тяговом плече Горький Сортировочный - Владимир, электровозов ВЛ80с оборудованных системой САУВ и СМЕТ, на тяговом плече Муром - Вековка, а также данные по эксплуатации этих электровозов в депо Горький - Сортировочный и Муром .
Выполнена оценка экономической эффективности модернизации электровоза ВЛ80с с оборудованием его системами ОРМЛ, СМЕТ и САУВ.
Описано использование автоматизированных рабочих мест на рабочем месте дежурного по депо для разработки режимных карт для машиниста для поездов с электровозами, оборудованных системами СМЕТ И ОРМЛ перед поездкой с учетом веса поезда, временных ограничений скорости и т.д.
Анализ факторов, влияющих на энергопотребление электровозов
Фактическая ситуация в сфере эксплуатации электровозов может бьттъ оценена таким образом, что электровозу приходится работать в условиях широкого диапазона изменения тех переменных факторов, которые существенно влияют на удельные энергозатраты. Здесь в первую очередь применительно к условиям конкретного тягового плеча нужно отметить колебания весов поездов и осевых нагрузок (рис. 1.6 - 1.7). В результате t электровозы работают с неполной загрузкой тягового оборудования в пределах большей части тягового плеча. Именно режимы неполной загрузки электровоза к ведут к росту энергозатрат на собственные нужды локомотива, относительного значения потерь энергии в его оборудовании и соответственно способствуют увеличению удельного расхода энергии как на данном тяговом плече, так и в целом по дороге. В связи с этим, для электровозов необходимо: - провести детальное исследование потерь энергии во всем диапазоне изменения нагрузок и скоростей движения; на основе этих энергетических зависимостей разработать экономичные методы реализации тягового режима и составить соответствующие алгоритмы управления тяговым электрооборудованием и вспомогательными машинами. Конкретные предложения по экономичным методам управления электровозами были апробированы в различных условиях. Обычно они сводятся к посекционному управлению, т.е. к отключению части тягового электрооборудования и вспомогательных машин или секций в целом в неинтенсивных режимах тяги электровоза. Впервые такое предложение было обосновано начальником депо Пермь к.т.н. Легостаевым Е.А. в 1958 г. применительно к режиму двойной тяги с электровозами ВЛ22М / 10,11 / . Впоследствии этот вопрос более глубоко проработали следующие ученые: кл\н. Вольф A.M. / 12,13 /, к.т.н, Бычковский А.В. / 14 /, кл\н. Медлин Р,Я. / 15,16/, к.т.н. Бабич ІЇ.М. / 17 / и др/ 18,25,29/. Вместе с тем, даже сейчас этот вопрос нельзя считать изученным до конца, поскольку в разное время противниками посекционного управления выступали некоторые авторитетные специалисты / 26,27 /, По крайней мере, они указывали на необходимость более углубленного изучения этого вопроса и уточнения энергетических характеристик локомотива. Аналогичные методы посекционного управления, т.е. оперативного отключения - включения части тягового электрооборудования и вспомогательных машин или секций в целом в поезде широко используют при вождении тяжеловесных поездов за рубежом. Например, па железных дорогах США при тяге поездов весом 15-17 тыс.т. тепловозами / 128 /, на железных дорогах ЮАР / 129 У и Австралии / 130/, на электровозах переменного тока 25 кВ/ 50 Гц при тяі е поездов весом 20 тыс. т и 24 тыс. т соответственно; оперативное посекционное управление осуществляет машинист из кабины головного локомотива в соответствии с имеющейся у него режимной картой. Однако вопрос посекционного управления еще нельзя считать решенным, поскольку четкие рекомендаиии для депо в части посекционного управления должны базироваться на более точных методах анализа потерь энергии в широком диапазоне нагрузки и скоростей движения. Эта задача не была до сих пор решена в полном объеме, что не позволяет обосновать четкие рекомендации для эксплуатационников. Кроме того, особый практический интерес представляет выбор экономичного режима возбуждения двигателей электровоза с целью обеспечения необходимых значений силы тяги FK и скорости V при минимуме энергозатрат. Этот выбор может быть сделан двумя способами: - подбором более высокой ходовой позиции при нормальном возбуждении двигателей; - применением ослабления возбуждения на более низкой позиции регулирования. Эта задача также требует уточнения методов расчета потерь в оборудовании электровоза, причем она окончательно не решена именно для электровозов переменного тока. Электрическая тяга как составная часть электроэнергетики, специфические особенности электрической тяги, как потребителя электроэнергии На электрической тяге за последние 10-12 лет стабильно выполняется не менее 70 % общего грузооборота брутто железнодорожного транспорта, а по некоторым дорогам ди 85 %. Несмотря на то, что работы по электрификадии новых и эксплуатируемых линий, работающих на автономной тяге, почти полностью остановлены, указанная доля грузооборота брутто, выполняемая электрической тягой, возрастает по причине постепенного перевода грузопотоков с линий автономной тяги на параллельные хода с электрической тягой. Причиной этого являются экономические факторы, то есть снижение ш себестоимости перевозок, и показатели надежности в обеспечении перевозочного процесса. Потребление электроэнергии в системе электрической тяги в 1991 г. достигло 35 млрд. кВт-ч при общем производстве электроэнергии в СССР около 1500 млрд. кВт-ч в год. Таким образом, на тягу потреблялось 4,2 % общего количества вырабатываемой в стране электроэнергии. В настоящее время это долевое соотношение примерно сохранилось. Однако общее энергопотребление железнодорожного транспорта снизилось за период 1994-1999 тт. примерно вдвое в связи с сокращением грузооборота на железных дорогах, который только в последние годы начал заметно расти. Но снижение энергопотребления заметно от ставало от фактического сокращения грузооборота. Вследствие этого удельное _ эпсргопотреолсние возрастало как в целом по сети, так и практически по всем видам движения (грузовое, дальнее пассажирское и пригородное), а также по I всем дорогам, использующим электрическую тягу. Причем из всех железных дорог России только на Сахалинской ж.д. не используют электрическую тягу, а на Калининградской ж.д. эксплуатируют только электропоезда пригородного сообщения. На остальных железных дорогах Российской Федерации электрическая тяга применяется во всех видах движения. І Для анализа энергетической ситуации в электрической тяге особо важными являются следующие факторы: - снижение грузооборота и общего потребления электроэнергии при росте удельных энергозатрат в целом по сети и по каждой железной дороге в отдельности; - рост тарифов на электроэнергию.
Тенденции общего и удельного потребления электроэнергии на сети железных дорог и связь энергопотребления с транспортной работой
Па современных электровозах установленная мощность вспомогательных машин составляет около 5 % от номинальной мощности локомотива. Однако, в связи с тем, что значительную часть времени электровоз работает в неинтенсивных режимах, энергозатраты на собственные нужды достигает 18 % от энергии, расходуемой на тягу грузовых поездов. В связи с этим ранее были проработаны предложения по снижению энергозатрат вспомогательными цепями электровоза, эти предложения сводятся к регулированию частоты вращения / 6,83 / и длительности работы / 95Д24 / мотор - вентиляторов в зависимости от нагрузки тяговых машин. Эти варианты необходимо проанализировать с точки зрения возможности их использования в предлагаемой системе посекционного управления для получения дополнительной экономии энергозатрат.
Применительно к рассматриваемой задаче па многосекционных электровозах могут быть реализованы следующие решения: -переключение могор-вентиляторов на пониженную частоту вращения, причем наиболее просто реализуется ступень с их питанием через тириеторный непосредственный преобразователь частоты (50 - 16 2/3 Гц), что снижает частоту вращения вентиляторов приблизительно в 3 раза, а потребляемую ими мощность в 10-14 раз /105,119/ что реализовано на электровозах ВЛ80с, Горьковской и ряда других железных дорог, оборудованных системой автоматического управления вращением мотор - вентиляторов (САУВ); критерием включения мотор - вентиляторов является нагрев тяговых двигателей свыше 85С . отключение мотор-вентиляторов кузовного электрооборудования (трансформатор, выпрямитель, реакторы) на нулевой позиции контроллера, причем мотор-вентиляторы тяговых двигателей остаются при этом включенными во избежание попадания в последние пыли, снега, воды и т.д. /95/; Все эти, а также комбинированные из них способы, дают определенный эффект также при обычном управлении электровозом, когда все его секции включены и нагрузка распределена по ним равномерно. Но еще более высокую экономию можно получить при посекционном управлении. При этом на отключенной секции электровоза мотор-вентиляторы переводят в наименее интенсивный режим, в частном случае отключаются вообще. Поскольку вопрос полного отключения мотор-вентиляторов тяговых машин даже на выбеге является спорным, то в данной работе рассмотрены все возможные варианты 1 применительно к электровозам ВЛ80С (табл. 43). Выбор конкретного варианта определяется условиями работы электровоза на линии (профиль) вес состава, график движения и т.д.) и возможностями его модернизации. Анализ опытных данных вождения поездов нормативного веса электровозами ВЛ80 (всех индексов) даже на наиболее тяжелых (горных) участках Красноярской, Восточно-Сибирской, Дальневосточной, Северо - Кавказской ж.,д. показал, что около 90-92% времени движения нагрузка тяговых машин ниже номинальной, 1 причем около 60% времени - она не превышает 0,5 Idoo / 6 /. Так что на всей сети дорог температура перегрева тяговых машин локомотива почти всегда значительно ниже допустимой, что вполне обосновывает возможность . применение на электровозах, в целях снижения энергозатрат, отключения мотор-вентиляторов кузовного оборудования при движении на выбеге или с отключенными секциями при посекционном управлении. В отдельных случаях (на дорогах, имеющих затяжные критические подъемы) следует предусмотреть возможность отключения этих мотор-вентиляторов при указанных режимах с некоторой задержкой по времени (5-6 мин). Таким образом, все предлагаемые варианты управления мотор » вентиляторами способствуют снижению энергозатрат электровоза на тягу. Наибольшую экономию, при посекционном управлении локомотивом обеспечивает вариант, когда все мотор-вентиляторы отключены. Однако в связи с недостаточностью исследований возможности полного отключения вентиляторов тяговых двигателей вес же наиболее перспективными, на данном этапе следует считать варианты, которые обеспечивают малоинтенсивную вентиляцию тяговых двигателей. Для эксплуатирующихся электровозов ВЛ80с целесообразно произвести модернизацию по варианту, который требует минимальных затрат оборудования и может быть реализован силами депо / 95 /.
Анализ потерь в тяговом трансформаторе, реакторах и выпрямительной установке электровоза
Одной из первых внедренных ресурсосберегающих разработок на электровозах ВЛ80с была система автоматического регулирования частоты вращения мотор-вентиляторов (CAVB). Данная система предназначена для автоматического выбора частоты вращения мотор-вентиляторов МВ1-МВ4 охлаждения тягового электрооборудования электровоза в зависимости от теплового состояния наиболее нагретого. Система обеспечивает две частоты вращения вентиляторов: высокую ( номинальную), п = 1450 об/мин, при питании мотор вентиляторов от трехфазной сети 380В, 50 Гц фазорасщепитсля электровоза и низкую, п = 450 об/мин, при питании мотор-вентиляторов трехфазным напряжением 40 В, 16,7 Гц, вырабатываемом преобразователем частоты , системы САУВ. Как показало применение системы САУВ на Горьковской железной і дороге, она дает экономию электроэнергии от 5 до 15%. в среднем около 7% затрат электроэнергии на гягу. Восемь мотор-вентилятори в электровоза f потребляют п режиме высокой частоты вращения вентиляторов 240 кВт, в режиме низкой частоты 16 кВт. Система САУВ состоит из следующих основных частей: - блок управления вентиляторами (БУВ), блок теплового контроля (ВТК), который моделирует превышения ) температур якоря тягового двигателя и вентиля выпрямительной установки по току якоря наиболее нагруженного тягового двигателя, сравнивает их с заданными уставками и выдает команды переключения скоростей вентиляторов, - блок управления преобразователем (БУП) вырабатывает определенную последовательность команд на реле, обеспечивающих цикл неооходимых переключений при переходе от одной скорости на другую и обратно. БУП также вырабатывает определенную последовательность импульсов, включающих преобразователь частоты, который питает мотор-пентиляторы в режиме низкой скорости. блок контакторов по команде реле осуществляет включение электромагнитных контакторов обеих секций при переходе с высокой скорости на низкую. Контакторы подключают мотор-вентиляторы. Кроме того, в состав системы входят понижающий трансформатор, панели с реле, указатели температуры, которые установлены в кабине машиниста и показывают текущее значение превышения температуры наиболее нагретого оборудования, датчики тока, датчики вентиляции, контакторы. Система СЛУВ автоматически переходит на высокую скорость вращения при реостатном торможении электровоза, появлении неисправностей в аппаратуре системы и кратковременно на 1-2 мин. при первоначальном включении системы. Номинальная величина уставки по температуре переключения с низкой скорости на высокую составляет 85С, Номинальная величина уставки по температуре переключения с высокой скорости на низкую составляет 75С. В настоящее время весь парк локомотивов ВЛ-80с Горьковской железной дороги, а это более 350 единиц, оборудован САУВ. Аппаратура оперативного регулирования мощности локомотива ОРМЛ- 4 предназначена для размещения на электровозах ВЛ80с и управления его эл ектродви гател ям и. Она разработана НІ ПС Московского ВНИИ железнодорожного транспорта и позволяет дистанционно, из кабины машиниста, отключать 2, 4 или 6 двигателей электровоза типа ВЛ80с и предназначена для экономии электроэнергии в пути следования посредством оперативного регулирования мощности электровоза в зависимости от веса поезда, профиля пути и скорости движения поезда. ОРМЛ по принципу действия является электронной схемой отключения тяговых двигателей электровоза и размещается в первой секции электровоза. Органами управления ОРМЛ являются тумблеры, установленные на пульте машиниста в кабине каждой секции электровоза. Тумблеры имеют два положения: Положение вниз - тяговые двигатели включены. Положение вверх -тяговые двигатели выключены. В кабине №1 установлены тумблеры "1-2", "5-6" и "7-8", в кабине № 2 установлены тумблеры "1-2", "3-4", "7-8". ОРМЛ и тумблеры в кабине машиниста включаются в работу при переводе контроллера из "О" положения на одну из ходовых полиций. Поэтому в кабине ведомой секции тумблеры не действуют. На блоке системы установлен тумблер "Работа-Авария". При положении тумблера "Авария" типовая схема электровоза восстанавливается, а тумблеры в кабинах машиниста не работают. Под блоком установлены разъемы (заглушки), которые машинист может использовать при управлении электровозом без блока управления ОРМЛ или при его ненормальной работе для подсоединения электровозных кабелей, при этом типовая схема электровоза восстанавливается, В режиме торможения происходит рабочее отключение системы ОРМЛ. Отключение (включение) ТЭД для обеих кабин электровоза одинаково. Время отключения или включения двигателей не более 4 секунд. При отключении ТЭД линейные контакторы соответствующих ТЭД отключаются после кратковременного уменьшения в два раза напряжения. При включении ТЭД после включения линейных контакторов через некоторое время восстанавливается нормальное значение напряжения, поступающего от выпрямительных установок на ТЭД. Этим обеспечивается плавность тяги. В кабине машиниста отключение или включение ТЭД определяется по показаниям амперметров в соответствующих силовых цепях электровоза. Тумблер "1-2" отключает или включает 1-2 пару ТЭД, тумблер "7-8" отключает или включает 7-8 пару ТЭД и т.д. соответственно. Техническое обслуживание аппаратуры ОРМЛ производится один раз в три-четыре месяца и заключается во внешнем осмотре состояния аппаратуры, проверке крепления проводов, диодов, разьемов блока, проверке крепления самого блока, проверке крепления тумблеров в кабине машиниста. Ориентировочное время обслуживании - один час. В настоящее время около 80 локомотивов ВЛ80с приписки локомотивных депо Горьковской железной дороги оборудованы ОРМЛ.
Анализ потерь в оборудовании электровоза при посекционном управлении
Кроме того, в состав системы входят понижающий трансформатор, панели с реле, указатели температуры, которые установлены в кабине машиниста и показывают текущее значение превышения температуры наиболее нагретого оборудования, датчики тока, датчики вентиляции, контакторы.
Система СЛУВ автоматически переходит на высокую скорость вращения при реостатном торможении электровоза, появлении неисправностей в аппаратуре системы и кратковременно на 1-2 мин. при первоначальном включении системы.
Номинальная величина уставки по температуре переключения с низкой скорости на высокую составляет 85С, Номинальная величина уставки по температуре переключения с высокой скорости на низкую составляет 75С. В настоящее время весь парк локомотивов ВЛ-80с Горьковской железной дороги, а это более 350 единиц, оборудован САУВ. Аппаратура оперативного регулирования мощности локомотива ОРМЛ- 4 предназначена для размещения на электровозах ВЛ80с и управления его эл ектродви гател ям и. Она разработана НІ ПС Московского ВНИИ железнодорожного транспорта и позволяет дистанционно, из кабины машиниста, отключать 2, 4 или 6 двигателей электровоза типа ВЛ80с и предназначена для экономии электроэнергии в пути следования посредством оперативного регулирования мощности электровоза в зависимости от веса поезда, профиля пути и скорости движения поезда. ОРМЛ по принципу действия является электронной схемой отключения тяговых двигателей электровоза и размещается в первой секции электровоза. Органами управления ОРМЛ являются тумблеры, установленные на пульте машиниста в кабине каждой секции электровоза. Тумблеры имеют два положения: Положение вниз - тяговые двигатели включены. Положение вверх -тяговые двигатели выключены. В кабине №1 установлены тумблеры "1-2", "5-6" и "7-8", в кабине № 2 установлены тумблеры "1-2", "3-4", "7-8". ОРМЛ и тумблеры в кабине машиниста включаются в работу при переводе контроллера из "О" положения на одну из ходовых полиций. Поэтому в кабине ведомой секции тумблеры не действуют. На блоке системы установлен тумблер "Работа-Авария". При положении тумблера "Авария" типовая схема электровоза восстанавливается, а тумблеры в кабинах машиниста не работают. Под блоком установлены разъемы (заглушки), которые машинист может использовать при управлении электровозом без блока управления ОРМЛ или при его ненормальной работе для подсоединения электровозных кабелей, при этом типовая схема электровоза восстанавливается, В режиме торможения происходит рабочее отключение системы ОРМЛ. Отключение (включение) ТЭД для обеих кабин электровоза одинаково. Время отключения или включения двигателей не более 4 секунд. При отключении ТЭД линейные контакторы соответствующих ТЭД отключаются после кратковременного уменьшения в два раза напряжения. При включении ТЭД после включения линейных контакторов через некоторое время восстанавливается нормальное значение напряжения, поступающего от выпрямительных установок на ТЭД. Этим обеспечивается плавность тяги. В кабине машиниста отключение или включение ТЭД определяется по показаниям амперметров в соответствующих силовых цепях электровоза. Тумблер "1-2" отключает или включает 1-2 пару ТЭД, тумблер "7-8" отключает или включает 7-8 пару ТЭД и т.д. соответственно. Техническое обслуживание аппаратуры ОРМЛ производится один раз в три-четыре месяца и заключается во внешнем осмотре состояния аппаратуры, проверке крепления проводов, диодов, разьемов блока, проверке крепления самого блока, проверке крепления тумблеров в кабине машиниста. Ориентировочное время обслуживании - один час. В настоящее время около 80 локомотивов ВЛ80с приписки локомотивных депо Горьковской железной дороги оборудованы ОРМЛ. 5,5. Внедрение телемеханической системы многих единиц (СМЕТ) для вождения тяжеловесных поездов Система телемеханической аппаратуры для управления сдвоенными электровозами (СМЕТ-УК2) разработана НІЖ Московского ВІІИИ железнодорожного транспорта. Аппаратура СМЕТ-УК2 предназначена для дистанционного управления из кабины машиниста электро- и пневмооборудованием магистральных грузовых электровозов переменного тока типа ВЛ80С, ВЛ80Т но системе многих единиц тяги, сигнализации о его работоспособности (исправности или неисправности) и должна обеспечивать нормальную работу электровозов во всех режимах при 1 оперативном соединении и рассоединении любых двух электровозов. Аппаратура СМЕТ-УК2 обеспечивает синхронное и асинхронное управление ведомым электровозом, а также позволяет оперативно выводить из тяги отдельные секции электропоезда, согласно специально составляемой режимной карте. Синхронизация набора позиций ЭКГ ведущего и ведомого электровозов осуществляется на ходовых позициях. Аппаратура СМЕТ-УК2 по принципу действия является устройством телемеханики с трехпроводной линией связи, по которой производится непрерывный циклический обмен информацией управления и сигнализации между комплектами аппаратуры ведущего и ведомого локомотивов. В состав аппаратуры СМЕТ-УК2 функционально входят (см. рис.5.8): , логический блок ЛБС-УК2, состоящий из шифратора (Ш), дешифратора (ДТП), буферного запоминающего устройства (БЗУ), модуля синхронизации (А) и модуля питания датчика тока и АЦП (БП). выходной блок БВ-УК2; I два пульта сигнализации ПС-УК2.
