Содержание к диссертации
Введение
1. Снижение затрат на электроэнергию при взаимодействии железных дорог с сетевыми и энергосбытовыми компаниями 10
1.1 Анализ структуры приема и распределения электрической энергии при внедрении АСКУЭ на тяговых подстанциях и в железнодорожных узлах 11
1.2 Систематизация задач, направленных на снижение затрат при приеме и распределении электроэнергии на железные дороги от сетевых и энергосбытовых компаний 16
1.3 Снижение затрат на электроэнергию за счет автоматизированного сбора и обработки информации об электропотреблении на железнодорожном транспорте 28
1.4 Повышение эффективности электропотребления электрифицированных железных дорог за счет совершенствования условий согласования систем тягового и внешнего электроснабжения 32
1.5 Выводы 38
2. Разработка системы расчета технологических составляющих затрат на электроэнергию, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики, при внедрении АСКУЭ 40
2.1 Способы определения величины затрат на транзит электроэнергии по стороне высшего напряжения тяговых подстанций 41
2.2 Оценка эффективности обеспечения сальдированного учета электроэнергии 47
2.3 Методика расчета снижения затрат электроэнергии за счет переноса коммерческого учета электроэнергии на границу балансовой принадлежности 48
2.4 Повышение достоверности учета электроэнергии за счет обеспечения контроля небаланса на шинах 6, 10 и 35 кВ тяговых подстанций 51
2.5 Повышение достоверности учета электроэнергии за счет контроля небаланса в сетях 6,10 кВ железнодорожных узлов 55
2.6 Систематизация данных для определения параметров снижения затрат на электроэнергию, вызванных особенностями электропотребления на железной дороге 59
2.7 Выводы 63
3. Разработка расчстно-экспсримситалыюго метода исследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения по данным АСКУЭ 64
3.1 Принципы систематизации исходных данных при обследовании условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения железных дорог переменного тока 64
3.2 Разработка методики проведения энергетического обследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока при наличии ЛСКУЭ 69
3.2.1 Выявления участков с неудовлетворительным согласованием систем внешнего и тягового электроснабжения 69
3.2.2 Определение основных информативных параметров, характсри-зующих условия согласования систем внешнего и тягового электроснабжения 77
3.2.3 Расчет технологических потерь электроэнергии от протекания уравнительных токов 92
3.2.4 Расчетпо-экспсримснтальный метод выбора мероприятий по совершенствованию условий согласования систем внешнего и тяговою электроснабжения 93
3.2.5 Порядок заполнения сетевой карты условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения 95
3.3 Экспериментальная проверка способа исследования условий согла сования систем внешнего и тягового электроснабжения па действующем участке электрифицированных железных дорог 97
3.3.1 Анализ условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения 97
3.3.2 Определение уравнительного тока поданным ЛСКУЭ 98
3.3.3 Проведение экспериментальных исследований по измерению уравнительных токов 103
3.3.4 Выбор мероприятий по совершенствованию условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения 106
3.4 Выводы 1 К)
4. Оценка технико-экономических составляющих эффективности внедрения АСКУЭ и мероприятий по совершенствованию условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения 1 11
4.1 Оценка технико-экономических составляющих затрат, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики АСКУЭ на тяговых под станциях и в железнодорожных узлах действующего участка железных дорог 111
4.2 Оценка экономической эффективности мероприятий по совершенствованию условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения 119
4.2.1 Показатели экономической эффективности 119
4.2.2 Расчет капитальных вложений и эксплуатационных расходов 123
4.2.3 Оценка экономического эффекта 125
4.3 Выводы 126
Заключение 127
Список использованных источников 129
- Систематизация задач, направленных на снижение затрат при приеме и распределении электроэнергии на железные дороги от сетевых и энергосбытовых компаний
- Методика расчета снижения затрат электроэнергии за счет переноса коммерческого учета электроэнергии на границу балансовой принадлежности
- Выявления участков с неудовлетворительным согласованием систем внешнего и тягового электроснабжения
- Оценка технико-экономических составляющих затрат, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики АСКУЭ на тяговых под станциях и в железнодорожных узлах действующего участка железных дорог
Введение к работе
Актуальность проблемы. Железнодорожный транспорт России является достаточно энергоемким потребителем и наиболее экономичным видом транспорта. Основным энергоносителем для тяги поездов и эксплуатационных нужд в энергобалансе отрасли является электроэнергия (более 50 %), дизельное топливо составляет - 18 %, уголь и мазут - 20 % (соответственно 14,6 % и 5,4 %) 111. Ориентация железнодорожного транспорта главным образом па элсктропотрсблепис совпадает с общей направленностью энергетики страны 2. В целом по сети железных дорог ежегодно расходуется 5 - 6 % вырабатываемой в стране электроэнергии, что составляет свыше 40 млрд. кВт-ч, в том числе 82 % приходится натягу поездов 3.
Реформирование отрасли совпало с реформированием электроэнергетики страны, предъявляющей новые жесткие рыночные требования к потребителям. Не являясь производителем эпсргорссурсов, железнодорожный транспорт должен был гармонично вписаться в новые условия взаимоотношений с энергетикой с минимально негативными последствиями.
В первый же год образования открытого акционерного общества «Российские железные дороги» была принята «Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта па период до 2010 года и на перспективу до 2020 года», одной из основных задач которой является переход на энергосберегающий путь развития железнодорожного транспорта.
Анализ основных каналов формирования потерь эпсргорссурсов по всем техническим средствам и іехнологиям железнодорожного транспорта позволил наметить основные технические решения повышения энергосбережения.
Одними из главных проблем, обуславливающих принципы формирования энергетической стратегии железнодорожного транспорта па ближайший период времени, являются вопросы эффективности контроля элсктропотрсб-лепия и снижения потерь электрической энергии на тягу поездов и эксплуатационные нужды.
Особая роль в вопросе повышения эффективности контроля электропо-треблепия и наведения соответствующего интересам ОАО «РЖД» порядка в управлении энергорссурсами отводится созданию автоматизированной системы управления энергорссурсами, основной целью которой является снижение корпоративных расходов на энергопотребление. Прежде всего, это можно обеспечить за счет снижения финансовых издержек, связанных с приобретением электроэнергии. Эта задача решается в рамках внедряемой на железных дорогах автоматизированной системы контроля учета электрической энергии (АСКУЭ).
Общепризнан, что внедрение автоматизированных систем учета энергоресурсов в энергетике и промышленности не приводит напрямую к снижению электропотребления, однако оно позволяет осуществлять оперативный контроль состояния приборов учета и выполнения удельного расхода энергоресурсов на выпуск единицы продукции, что приводит к снижению общего потребления электроэнергии на 3 - 5 % (в тяге) и 20 - 25 % (в стационарной энергетике) [1].
Значительные резервы по снижению объема принимаемой на железные дороги электрической энергии заключаются в совершенствовании технологии электропотребления на основе обработки данных АСКУЭ. Это связано, прежде всего, с тем, что железная дорога является протяженным приемником электрической энергии. Тяговые подстанции получают питание от различных узлов одной или нескольких энергосистем. Таким образом, пункты питания, имеющие различные внешние характеристики, замыкаются через систему тягового электроснабжения. К тому же наблюдается некоторое различие по модулю и фазе напряжений в узлах подключения тяговых подстанций к энергосистемам. Совокупность перечисленных факторов приводит к появлению потоков мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока между узлами питания даже при отсутствии нагрузки в тяговой сети, которые принято называть уравнительными. Это приводит к неравномерности загрузки тяговых подстанций, повышенным потерям электрической энергии в системе тягового электроснабжения, а также вызывает необходимость учета ее транзита по тяговой сети и возврата в питающую энергосистему.
Так как система тягового электроснабжения имеет значительные участки параллельной работы с системой внешнего электроснабжения, имеют место перетоки мощностей энергосистемы по устройствам тяговых подстанций железных дорог, что также должно находить отражение при взаимодействии железных дорог с сетевыми и энергосбытовыми компаниями.
Диссертационная работа непосредственно связана с совершенствованием технологии электропотребления железных дорог при взаимодействии с сетевыми и энергосбытовыми компаниями путем разработки научно обоснованных управляющих решений но снижению электроиотрсблсния с помощью данных ЛСКУЭ тяговых подстанций и железнодорожных узлов.
Цель работы. Целью диссертационной работы является снижение затрат на электрическую энергию, поступающую на железную дорогу, путем принятия научно обоснованных решений за счет обработки информации ЛСКУЭ и учета особенностей технологии электропотребления в системе тягового электроснабжения и в железнодорожных узлах. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
провести систематизацию задач, направленных на снижение затрат на электроэнергию при взаимодействии железных дорог с сетевыми и энергосбытовыми компаниями при приеме и распределении электрической энергии;
разработать систему контроля затрат па электроэнергию, вызванных особенное тями электропотребления на железной дороге, но данным ЛСКУЭ;
предложить расчешо-эксперимсптальный метод исследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения па основе обработки информации ЛСКУЭ;
разработать расчетпо-эксиеримептальпый метод определения ущерба, наносимого неудовлетворительными условиями согласования систем внешнего и тягового электроснабжения па основе обработки информации ЛСКУЭ;
дать оценку снижения затрат на электроэнергию, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики при внедрении ЛСКУЭ.
Методы исследования. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, а также имитационное моделирование системы тягового электроснабжения на ЭВМ. В работе использованы основные положения математической статистики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования проведены с использованием многоканальных измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) - «Омск-М».
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. В диссертационной работе решен комплекс задач, позволяющих при использовании соответствующих алгоритмов обработки данных ЛСКУЭ принимать научно обоснованные решения но снижению затрат на электроэнергию за счет совершенствования системы учета и условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения.
К наиболее значимым необходимо отнести следующие теоретические и практические результаты: разработана система расчета технологических составляющих затрат электроэнергии, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики па основе обработки информации ЛСКУЭ;
разработана методика проведения энергетического обследования условий согласования систем внешнего и гягового электроснабжения полигона переменного тока но данным ЛСКУЭ;
усовершенствован метод расчета уравнительного тока в тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока при наличии ЛСКУЭ;
предложен способ расчета ущерба от неравномерности загрузки смежных тяговых подстанций па основе информации ЛСКУЭ.
Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждена положительными результатами экспериментальных исследований, выполненных па Северной железной дороге. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 10 %.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены:
методика расчета технологических составляющих затрат электроэнергии, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики поданным ЛСКУЭ;
методика проведения энергетического обследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения полигона переменного тока при наличии ЛСКУЭ;
способ расчета ущерба от перетоков мощности в тяговой сети и неравномерности загрузки смежных тяговых подстанций поданным ЛСКУЭ;
выполнен расчет технико-экономической эффективности внедрения ЛСКУЭ на тяговых подстанциях и железнодорожных узлах Северной, Горь-ковской и Куйбышевской железных дорог.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались и обсуждались:
на сетевой научно-практической конференции «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОЛО «РЖД» (Омск, 2004);
па всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии па железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005); на шестой межвузовской конференции «Молодые ученые - транспорту» (ІЕкатеринбург, УрГУІ 1С 2005);
на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2005).
на международной научно-технической конференции «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006).
Публикации. Но материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 11 статей (из них две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ) и тезисы одного доклада на международной научно-технической конференции.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературных источников и четырех приложений. Работа изложена па 128 страницах основного текста, содержит 35 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 101 наименования.
Систематизация задач, направленных на снижение затрат при приеме и распределении электроэнергии на железные дороги от сетевых и энергосбытовых компаний
На первом уровне определяется количество электроэнергии, принятой в сети железнодорожного узла. Для этого необходимо провести определение и классификацию источников питания распределительных сетей железнодорожного узла.
Поступление электрической энергии в сети железнодорожных узлов может осуществляться: по фидерам 6, 10 кВ тяговых подстанций, распределительных подстанций энергосистем и организаций - поставщиков электроэнергии; по вводам 6, 10 кВ центральных распределительных подстанций, находящихся па балансе районов электроснабжения; по вводам 6, 10 кВ трансформаторных подстанций, находящихся па балансе районов электроснабжения; на низком напряжении 0,4 кВ по фидерам трансформаторных подстанций, принадлежащих энергосистемам или промышленным предприятиям или организациям, являющимися абонентами энергосистемы или независимых поставщиков электрической энергии. На втором уровне проводится определение количества электроэнергии, распределенной по трансформаторным подстанциям, находящимся на балансе сетевого района электроснабжения, обслуживающего железнодорожный узел. Учет распределения электроэнергии по вводам трансформаторных подстанций (ТІ І, КТІ І, КПП 1С и др.), находящихся в границах железнодорожного узла, может осуществляться как на стороне 6, 10 кВ, так и на стороне 0,4 кВ. Па третьем уровне определяется отпуск электроэнергии из сетей железнодорожного узла железнодорожным и сторонним потреби телям. І Іри этом приборы учета устанавливаются: на вводах 6, 10 кВ трансформаторных подстанций городских электросетей промышленных предприятий и других организаций, получающих питание от сетей железнодорожного узла; па вводах 0,4 кВ трансформаторных подстанций городских электросетей, промышленных предприятий и других организаций, получающих питание от сетей железнодорожного узла; на отходящих фидерах 6, 10 кВ трансформаторных подстанций, находящихся на балансе районов электроснабжения; на отходящих фидерах 0,4 кВ трансформаторных подстанций, находящихся па балансе районов электроснабжения; в элсктрощитовых и распределительных устройствах 0,4 кВ сторонних потребителей, получающих питание от трансформаторных подстанций, находящихся на балансе районов электроснабжения. Такая структура системы контроля учета электроэнергии позволяет (в конечном счете) решить весь комплекс задач, стоящих перед ЛСКУЭ. 1.2 Систематизация задач, направленных па снижение затрат при приеме и распределении электроэнергии на железные дороги от сетевых и энергосбытовых компаний В общем случае снижения затрат па приобретение электроэнергии можно добиться двумя основными способами - повышением качества экономических взаимоотношений с энергосистемами по расчетам, связанным с реализацией электроэнергии, и снижением непроизводительных потерь электроэнергии (рис. 1.5). К вопросам, касающимся совершенствования договорной деятельности с сетевыми и энергосбытовыми компаниями, относятся: целесообразность покупки электрической энергии для тяги поездов па оптовом рынке; снижение тарифов па активную и реактивную энергию; переход на оплату по мпоготарифпой системе; оплата энергосистемами за транзит электрической энергии по устройствам железной дороги; контроль качества получаемой энергии; учет перетоков мощности через контактную сеть и учет возврата электроэнергии в энергосистему. Одним из приоритетных направлений реформирования ОАО «РЖД» является выход железных дорог как единого технологического и организационного комплекса на оптовый рынок электроэнергии с возможностью приобретения энергии по ценам ниже тарифов, утвержденных органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации в области государственного регулирования тарифов 1 3, 16, 17].
В основу функционирования оптового рынка заложена система регулируемых договоров (РД) на поставку электрической энергии. В соответствии с условиями таких договоров носіавіцик обязан поставить доіоворпой объем электроэнергии, а покупатель, в свою очередь, обязан оплатить договорной объем вне зависимости от величины собственного планового потребления.
Чтобы обеспечить условия объективного планирования и закупки строго необходимого количества электроэнергии на оптовом рынке перед железными дорогами ставится вопрос более точного ее учета. Одним из современных решений поставленной задачи является внедрение автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии на границах балансовой принадлежности питающих энергосистем и железных дорог.
Второй не менее актуальной задачей является снижение тарифов па активную и реактивную энергию 118 - 20. Энергосистемы выполняют расчет тарифа, затем он проверяется экспертами, корректируется и утверждается па определенный срок региональной энергетической комиссией. Это, так называемый, среднеотпуекпой тариф. В каждом регионе имеются потребители льготники. После перерасчета получается тариф для предприятий железнодорожного транспорта, который превышает среднеотпуекпой. Таким образом, для железнодорожного транспорта тариф на электроэнергию явно завышен и не отражает истиной стоимости электроэнергии, тем более, что железнодорожный транспорт является очень удобным потребителем для энергосистем по следующим причинам: -более 90 % потребляемой электрической энергии железная дорога получает от питающих энергосистем па напряжении 220 - 110 кВ и уже за счет своих средств трансформирует ее до уровня 27,5, 3,3, 0,4 кВ; основной потребитель железнодорожного транспорта - электротяга, а это, как известно, практически равномерная по суткам нагрузка. Ночное потребление па элсктро шу заполняет провалы графика и положительно влияет на экономические показатели энергосистем; железная дорога является не только потребителем электроэнергии, но и питает ближайшие населенные пункты и сторонние железнодорожному транспорту предприятия.
При решении вопроса но снижению тарифов на электроэнергию следует учитывать возможность расчета за электроэнергию с применением дифференцированных по зонам суток тарифам 20, 211. 1 Іерсход на гибкую систему тарифов, учитывающую как режим работы энергосистемы, так и режим работы железнодорожного транспорта, позволит существенно снизить оплату за электроэнергию.
При применении дифференцированных тарифов по зонам времени суток (пиковые, полупиковые, ночные часы суток, задаваемые ЛО-энерго) определяют зоны наинизших (ночные часы), повышенных (нолупиковыс часы) и наивысших (пиковые часы) тарифов. Ночной тариф предполагается принимать равным себестоимости электроэнергии (с учетом потерь в сетях), полупиковый тариф - равным существующему одиоставочному тарифу.
Методика расчета снижения затрат электроэнергии за счет переноса коммерческого учета электроэнергии на границу балансовой принадлежности
В настоящее время на большинстве тяговых подстанций расчет за потребляемую энергию ведется по приборам учета, установленным па вводах среднего и низкого напряжения, с учетом указанного в договоре с энергосистемами процента технологических потерь в понизительных трансформаторах. В большинстве случаев эта величина является завышенной, что приводит к дополнительным расходам за потребляемую электроэнергию. Эффект достигается за счет более точного определения технологических потерь электроэнергии в понизительных трансформаторах тяговых подстанций.
Расчет технических величин, характеризующих экономическую эффективность при переносе коммерческого учета на границу балансовой принадлежности для одного понизительного трансформатора, находящегося в работе в течение рассматриваемого периода, выполняется в следующей последовательности.
Расчет фактического значения технологических потерь электроэнергии в трехобмоточиом понизительном трансформаторе AW X1I в общем случае выполняется по выражению: где W, ll - количество электроэнергии, принятой за рассматриваемый период из сетей питающей энергосистемы, определяемое по счетчику, установленному па вводе высшего напряжения 110, 220 кВ тяговых подстанций, кВт-ч; Согласно условиям отраслевого типового проектного решения GTP 32 51 «Измерительно-информационный комплекс тяговых подстанций (ИИК ПІ) в составе системы ЛСКУЭ железных дорог на вводах понизительных трансформаторов тяговых подстанций постоянного тока, оборудованных вы прямительными агрегатами, а также на вводах 6, 10 и 35 кВ устанавливаются і однонаправленные приборы учета электроэнергии. В этом случае в выраже ниях (2.2), (2.3) составляющие W,,M, W",, , и W( !n 2 принимаются равными нулю. Величина несоответствия договорного значения технологических потерь в понизительном трансформаторе фактическому значению AW," m ои рсдслястся исходя из схемы расчета за принятую и распределенную электроэнергию. Мели до переноса коммерческого учета па границу балансовой принадлежности, величина технологических потерь электроэнергии в понизительном трансформаторе, указанная в договоре с питающей энергосистемой 5W."", определяется как процент от количества электроэнергии, отпущенной с тяговой обмотки тяговых трансформаторов только потребителям железнодорожного транспорта, то расчет AW "1 выполняется по выражению: - количество электроэнергии, отпущенной с тяговой обмотки тяговых трансформаторов потребителям железнодорожного транспорта (тяга, собственные нужды и т.д.), кВт-ч; W - количество электроэнергии, отпущенной с тяговой обмотки тяговых трансформаторов сторонним железнодорожному транспорту потребителям (транзит, питание населенных пунктов и т.д.), кВтч; - величина технологических потерь электроэнергии в понизительном трансформаторе, указанная в договоре с питающей энергосистемой при отсутствии приборов учета на стороне высшего напряжения, %. В случае если 6WT""( определяется как процент от количества электроэнергии принятой по вводу тяговой обмотки (27,5; 10 кВ), выражение (2.17) примет вид: где Wai количество электроэнергии, принятой по вводу тяговой обмотки тяговых трансформаторов, кВт-ч. При определении снижения затрат па электроэнергию при переносе расчетных приборов учета электроэнергии на границу балансовой принадлежности расчеты по формулам (2.15) - (2.18) необходимо выполнять только для трансформаторов, находящихся иод нагрузкой. Для понизительных трансформаторов тяговых подстанций, находящихся в рассматриваемый период в горячем резерве, эффект Эн не определяется. Расчет экономического эффекта Эт, достигаемого за счет переноса расчетных приборов учета электроэнергии па границу балансовой принадлежности, выполняется по формуле: где ЦИ - цена I кВт-ч, приобретаемого на высоком напряжении, р. Повьппелис достоверности учета электроэнергии за счет обеспечения контроля небаланса на шипах 6, 10, 35 кВ тяговых подстанций Внедрение ЛСКУЭ на тяговых подстанциях предусматривает установку приборов учета электроэнергии на вводах и отходящих фидерах 6, 10, 35 кВ. Такая структура системы учета позволяет обеспечить кот-роль небаланса приема и распределения электроэнергии на шинах 6, 10, 35 кВ. В настоящее время на фидерах контактной сети 27,5 кВ приборы учета не устанавливаются, что, к сожалению, не позволяет па данном этапе внедрения ЛСКУЭ организовать контроль небаланса приема и распределения электроэнергии па шипах 27,5 кВ тяговых подстанций переменного тока. Повышение класса точности измерительных трансформаторов и приборов учета электроэнергии приведет к снижению небаланса приема и распределения электроэнергии, который в настоящее время может достигать трех и более процентов, и, соответственно, устранению коммерческих потерь электроэнергии па шинах 6, 10, 35 кВ. Расчет фактического значения небаланса приема и распределения электроэнергии (коммерческих потерь) AWKmi на шинах 6, 10 и 35 кВ тяговых подстанций после внедрения системы ЛСКУЭ выполняется раздельно для каждого уровня напряжения по выражению: где U уровень напряжения на рассматриваемых шинах тяговой подстанции; W , - количество электроэнергии, переработанной по і-му вводу тяговой подстанции за рассматриваемый период (декада, месяц и т.д.), кВт-ч; W( - количество электроэнергии, отпущенной по j-му фидеру тяговой подстанции за рассматриваемый период, кВт-ч.
Выявления участков с неудовлетворительным согласованием систем внешнего и тягового электроснабжения
Электрифицированная железная дорога переменного тока имеет существенное отличие от других потребителей, заключающееся в том, что она представляет собой протяженный приемник электрической энергии, и питание се тяговых подстанций не может быть осуществлено от одной точки присоединения к системе внешнего электроснабжения (СВЭ). Система тягового электроснабжения (СТЭ) подключается к различным узлам одной или нескольких АО-Эисрго, это приводит к тому, что СВЭ оказывается подключенной параллельно к СТЭ, создавая тем самым участок единой электроэнергетической системы содержащей электротяговую нагрузку. Такое подключение не позволяет рассматривать отдельно СТЭ и СВЭ.
Данная глава посвящена разработке расчетно-эксперимепталыюго метода исследования по данным АСКУЭ условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения для подготовки принятия решений о снижении перетока мощности но контактной сети путем выбора экономически целесообразных схем питания межподстапциотшых зон с точки зрения потерь электрической энергии и поддержания оптимального уровня напряжения при заданных режимах движения поездов.
Принципы систематизации исходных данных при обследовании условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения железных дорог переменного тока
Для подготовки, организации и проведения экспериментальных исследований согласования СВЭ и СТЭ электрифицированных железных дорог переменного тока, а также моделирования режима работы тяговых подстанций необходимо выполнить систематизацию и провести сбор исходных данных 83.
К исходным данным, необходимым для проведения анализа условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения в границах участка железной дороги, относятся: - характеристика системы внешнего электроснабжения; характеристика системы тягового электроснабжения; переработка электроэнергии по тяговым подстанциям; характеристика перевозочного процесса.
Рассмотрим структуру и порядок сбора данных на примере участка Явснга - Скалиио Вологодской дистанции электроснабжения Северной железной дороги.
Проведением исследований условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения необходимо выполнить анализ СЮ, включающую в себя все устройства от электрических станций до линий электропередач (включительно), подводящих энергию к тяговым подстанциям.
Наиболее информационным источником исходных данных, характеризующих систему внешнего электроснабжения, является схема (рис. 11.3.1), па которой должны быть указаны следующие элементы: питающие центры, распределительные подстанции энергосистем, линии электропередач 220/110 кВ, крупные нстяговые потребители, осуществляющие отбор мощности от линий электропередач 220/110 кВ, тяговые подстанции, точки технического и коммерческого учета и границы балансовой принадлежности. Дополнительно описывается характеристика крупных нетяговых потребителей, для которых следует указать: наименование потребителя, наименование энергосистемы, наименование пункта питания, годовой расход активной и реактивной энергии.
11а втором этапе выполняется характеристика системы тягового электроснабжения. І Іесмотря па то, что система тягового электроснабжения является составной частью единого участка электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, она является самостоятельным объектом железной дороги со своими специфическими особенностями, отличающими се от системы электроснабжения любого промышленного предприятия. Система тягового электроснабжения включает в себя тяговые подстанции и тяговую есть.
Для характеристики тяговых подстанций указывается: тип тяговой иод-станции (опорная, транзитная, отиаечпая, тупиковая), мощность короткого замыкания на шинах тяговой подстанции па стороне высокого напряжения, типы фаз плеч тяговых подстанций слева и справа по ходу движения (отстающая или опережающая), длины и марки проводов фидеров контактной сети и отсоса тя говых подстанций, указываются параметры тяговых трансформаторов и нагрузки, подключенной к ним (тяговая или районная), либо отмечается, что трансформатор находится в резерве. Параметры тяговых подстанций на примере Вологодской дистанции электроснабжения приведены в табл. 11.3.1. Также необходимо привести данные по силовым понижающим трансформаторам (табл. И.3.2). При этом указывается: номинальная мощность трансформатора, напряжение короткого замыкания, мощность потерь электроэнергии (холостого хода и короткого замыкания), ток холостого хода, традиционное положение ан-цапф РПП (позиция и номинальное напряжение, соответствующее данной позиции).
Второй составляющей при анализе системы тягового электроснабжения является тяговая сеть, которая включает в себя провода контактной иод-вески и рельсовые цепи. К исходным данным, характеризующим тяговую сеть, относится: марка и длина проводов контактной подвески и рельсовой цепи (табл. 11.3.3), тип схемы питания контактной сети (табл. 11.3.4), указывается расположение объектов системы тягового электроснабжения (табл. 11.3.5), а также устройств компенсации реактивной мощности с указанием тина (продольная, поперечная) и установленной мощности.
Все схемы питания можно условно разделить на схемы одностороннего и двустороннего питания. Классификация схем питания контактной сети приведена на рис. 3.1. Следует отметить, что при двустороннем питании ток течет к нагрузке с двух сторон в течение всего времени, пока она находится между данными подстанциями, т. е. подстанции и контактная есть загружаются большее время и меньшей нагрузкой. Таким образом, подстанции и контактная сеть при двустороннем питании наїружеиьі более равномерно во времени. Однако все эти преимущества схемы двустороннего питания достигаются при равных действующих значениях и отсутствии фазового сдвига напряжений па шинах смежных подстанций. В противном случае нагрузка распределяется между смежными подстанциями неравномерно, что ведет к увеличению потерь энергии и напряжения. В отдельных случаях это может уничтожить все преимущества двустороннего питания и, более того, создать заведомо недопустимые условия для применения такой схемы.
Оценка технико-экономических составляющих затрат, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики АСКУЭ на тяговых под станциях и в железнодорожных узлах действующего участка железных дорог
Для выбора мероприятий по снижению перетоков мощности необходимо определить продольную и поперечную составляющие уравнительного тока 91, 92. ІІродольиая составляющая уравнительного тока характеризуется разностью модулей напряжения смежных подстанций. Текущее значение продольной составляющей уравнительного тока канала, обусловленной разностью абсолютных значений напряжений питающих межподстанциопную зону, вычисляется по формуле: где ф - угол сдвига между вектором напряжения плеча питания и вектором уравнительного тока, который определяется по результатам измерений; Р - угол сдвига между вектором разности напряжений смежных тяговых подстанций питающих межподстанциопную зону и вектором уравнительного тока, который определяется по выражению Хтс -значение реактивного сопротивления тяговой сети межподстанционной зоны, Ом; RT.C - значение активного сопротивления тяговой сети межподстанционной зоны, Ом. І Іопсрсчпая составляющая уравнительного тока определяется расхождением входных сопротивлений в систему внешнего электроснабжения и падением напряжения в системе внешнего электроснабжения за счет транзита мощности в Лг)11 системы. Значение поперечной составляющей уравнительного тока, обусловленной фазовым сдвигом напряжений питающих мсжподстанционную зону, вычисляется по формуле: После определения текущих значений составляющих уравнительного тока определяются их среднеквадратичные значения. Среднеквадратичные значения продольной SIj2 j и поперечной б1 2 Доставляющих уравнительного тока каждого фидера определяются по формулам аналогичным выражению (3.13). Средпеквадратичсское значение уравнительного тока протекающего по межиодстанционной зоне определяется по формуле: Совокупность сетей внешнего и тягового электроснабжения представляет собой весьма сложную систему с множеством взаимных связей. Это вызывает некоторые сложности в определении некоторых параметров нормальных режимов работы в определенных точках системы. Например, не представляется возможным определение гармонического состава напряжения на фидерах контактной сети при отсутствии тяговой нагрузки в МІ ІЗ в произвольный момент времени. Па практике нередки случаи, когда напряжение на шинах нссипусоидалыю и уже содержит гармонические составляющие, характерные для тяговой нагрузки. Такое положение зачастую вызвано искажающим влиянием смежных тяговых подстанций. Описанные особенности не позволяют задать конкретное минимальное значение характерных для тяги гармонических составляющих в токе, которое позволило бы достоверно распознать уравнительный ток. Таким образом, определение уравнительного тока с помощью гармонического анализа потребляемого тока при автоматизированной обработке данных не всегда представляется возможным.
Использование критерия равенства мгновенных значений токов обоих путей в случае автоматизированной обработки данных также имеет свои особенности. На практике возможен случай совпадения тяговых токов обоих путей. В этом случае регистрируется зачастую достаточно большое значение тока, ошибочно принятого за уравнительный. В случае ручной обработки данных ИВК «Омск-М» возможно использование субъективных критериев. Так, при нссинусоидалыюм питающем напряжении в качестве отличительной особенности уравнительного тока может выступать совпадение по форме тока и напряжения. Использование такого критерия вполне обоснованно, так как в случае отсутствия подвижного состава в МПЗ нагрузкой подстанции является только контактная сеть, представляющая собой линейный элемент цепи (в отличие от тяговой наїрузки, которая содержит выпрямитель - нелинейный элемент). Линейная нагрузка не дает искажения синусоидальности, и форма тока в ней должна повторять напряжение. Однако может наблюдаться небольшое расхождение формы кривой тока и напряжения, вызванное наведенными помехами в проводах контактной сети, в цепях защиты подстанции, а также погрешностью измерительных клещей прибора. ри обработке результатов измерений следует избегать учета токов переходных режимов, возникающих при отрыве токоприемника от контактного провода, переходе локомотива в другую межподстапционную зону и переключениях оборудования. Такие режимы обычно характеризуются большим содержанием токов гармоник высоких порядков.
Нел и на участке проведения измерений отсутствует рекуперация электроэнергии, то дополнительным критерием наличия уравнительного тока может служить направление потока активной мощности основной гармоники от линии в сторону шип тяговой подстанции. В таком случае наличие уравнительного тока можно определять исключительно по этому критерию. Таким образом, ошибки использования субъективных критериев, описанных выше, исключаются. Следует отмстить преимущества проведения одновременных замеров на смежных подстанциях перед замерами только на одной подстанции. Такой способ позволяет повысить точность и исключить возможные ошибки при обработке полученных данных. С одной стороны, это позволяет проверить правильность подсчетов величины тока, сравнив данные с двух приборов. С другой стороны, возможен случай, когда ток одной подстанции удовлетворяет критериям, описанным выше, но не является уравнительным. Но показаниям второго прибора выясняется, что в этот момент на МІ ІЗ присутствовала тяговая нагрузка, но электровоз находился в конце зоны и с дальней подстанции почти пе потреблял электроэнергию. При отсутствии второго прибо pa в гаком случае была бы допущена ошибка и учтен ток, фактически не являющийся уравнительным.
