Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

без учёта рекуперативного торможения 36

4.2 Расчет и анализ параметров системы тягового электроснабжения

с учётом применения рекуперативного торможения 42

4.3 Сравнительный анализ результатов расчёта для двух режимов 45

5 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УСИЛЕНИЮ СИСТЕМЫ

ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ 49

6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УВЕЛИЧЕНИЯ МАССЫ ТЯЖЕЛОГО ПОЕЗДА НА ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УЧАСТКА АНИСИМОВКА – ФРИДМАН 56

6.1 Расчёт и анализ параметров системы тягового электроснабжения

при увеличении массы тяжелого поезда и лимитирующего

межпоездного интервала попутного следования 56

6.2 Исследование влияния увеличения массы тяжелого поезда на параметры системы тягового электроснабжения с учётом её усиления 57

7 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ

НА КАЧЕСТВО ТОКА В ТЯГОВОЙ СЕТИ 61

7.1 Анализ существующих нормативных документов по качеству

электроэнергии для железнодорожного транспорта 61

7.2 Анализ результатов экспериментальных поездок

электроподвижного состава в режиме рекуперации на участке

Анисимовка – Фридман 65

7.3 Сравнительный анализ соответствия гармоник тока

электроподвижного состава эксперимента значениям,

принятым в справочной литературе 69

8 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ УСТРОЙСТВ ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ НА УЧАСТКЕ АНИСИМОВКА – ФРИДМАН 71

9 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ И

ОБСЛУЖИВАНИИ УСТРОЙСТВ ЁМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ 79

10 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА КОНТАКТНОЙ СЕТИ 84

10.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов 85

10.2 Меры безопасности для обслуживающего персонала

при выполнении работ различной категории 88

10.3 Организационные и технические мероприятия по обеспечению

безопасности обслуживающего персонала 91

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 95

ПРИЛОЖЕНИЕ А 100

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 102

ПРИЛОЖЕНИЕ В 103

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 105

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 110

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 112

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 113

ПРИЛОЖЕНИЕ И 114

ПРИЛОЖЕНИЕ К 116

ВВЕДНИЕ

Рекуперативное торможение является одним из наиболее доступных и известных путей экономии энергоресурсов в системе тягового электроснабжения (СТЭ) переменного тока железнодорожного транспорта. Помимо этого накопленный за последние 50 лет значительный опыт использования рекуперативного торможения (РТ) по сети электрифицированных железных дорог РФ позволяет выделить такие преимущества РТ как: экономия электроэнергии (ЭЭ); повышение безопасности движения; снижение износа тормозных колодок и колес электроподвижного состава (ЭПС) и, как следствие, снижение загрязнения путевого балласта и аппаратуры поезда металлической пылью.

Поэтому в связи с поставленной ОАО «РЖД» задачей по повышению энергетической эффективности и безопасности перевозочного процесса вопросы применения РТ являются актуальными. Так в принятой ОАО «РЖД» программе «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» предусматривается сокращение удельного расхода электроэнергии на 10-15 %, что подтверждает применение РТ как одним из потенциальных путей решения поставленной задачи.

Целью выпускной квалификационной работы (ВКР) является расчёт параметров системы тягового электроснабжения Владивостокской дистанции электроснабжения и выбор мероприятий по её усилению при применении рекуперативного торможения.

Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:

1. Выполнить тяговый расчёт для поездов разной массы при работе электровоза в двух режимах ведения поезда: для режима ведения поезда в режиме электрической тяги и для режима ведения поезда с применением РТ. В ходе анализов результата расчёта провести сравнение параметров тягового расчёта;

2. Выполнить расчёт и анализ параметров СТЭ по заданному графику движения поездов на участке Анисимовка – Фридман для двух режимов ведения поезда, а также произведено сравнение расхода электроэнергии на участке;

3. Провести исследования влияние увеличения массы тяжелого поезда на параметры СТЭ при увеличении межпоездного интервала, а также до и после его усиления;

4. Исследовать влияние РТ на качество тока.

Задача усиления параметров системы СТЭ решается путем проведения анализа работы Владивостокской дистанции электроснабжения при существующих размерах движения с разработкой мероприятий по усилению СТЭ и последующей технико-экономической оценкой предлагаемых мероприятий.

Расчет параметров СТЭ осложняется многообразием изменяющихся внешних параметров (ток электроподвижного состава, напряжение в контактной сети, график движения поездов и т.п.). В связи с этим расчёт параметров СТЭ проводится с использованием современного программного комплекса КОРТЭС, что позволяет максимально приблизить результаты расчета к реальным условиям эксплуатации.

В процессе разработки выпускной квалификационной работы следует рассмотреть вопросы по электробезопасности, а также разработать мероприятия по безопасности жизнедеятельность при работе на контактной сети.

1. АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Применение рекуперативного торможения в системе тягового электроснабжения переменного тока решает такие важные задачи как повышение энергетической эффективности электрической тяги за счёт возврата энергии рекуперации в тяговую сеть и обеспечение безопасности перевозочного процесса за счёт торможения противотоком и неиспользования основной тормозной системы электроподвижного состава. Распоряжением Правительства РФ № 877-р от 17 июня 2008 г. была утверждена программа “Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года”, которая предусматривает сокращение удельного расхода электроэнергии на тягу поездов на 10-15 %. Согласно этой программе, ожидаемые результаты внедрения ее на полигоне ОАО “РЖД” на период до 2030 года будут выражаться в сокращении удельного расхода электроэнергии на тягу поездов на 14,4 % [1, 2]. Таким образом, применение рекуперативного торможения в полной мере отвечает задачам, поставленным перед отраслью выше обозначенной стратегией, и отвечает сокращению удельного расхода электрически энергии на тягу поездов, что является актуальным в современных экономических условиях.

Произведенный анализ статистической информации, касающейся объемов применения РТ, согласно [3, 4, 5], позволил составить картину динамики расхода и возврата ЭЭ электровозами за последние 5 лет, представленную на рисунке 1.1- 1.2.

Рисунок 1.1 – Динамика расхода электроэнергии

электровозами по сети железных дорог ОАО РЖД

Рисунок 1.2 – Динамика возврата электроэнергии

электровозами по сети железных дорог ОАО РЖД

Как следует из рисунка 1.1 и 1.2, согласно данным Дирекции тяги ОАО “РЖД”, количество электроэнергии, полученной за счет применения рекуперации и возвращенной в контактную сеть, за последние пять лет увеличились на 0,74 млрд. кВт∙ч. Так, в 2010 г. Произошел рост возврата ЭЭ рекуперации с 1,1 млрд. кВт∙ч. до 1,84 млрд. кВт∙ч. (т.е. почти в 2 раза). В 2014 г. при общем потреблении локомотивами ОАО «РЖД» 37,9 млрд. кВт·ч электроэнергии на сумму 104 млрд. руб. в контактную сеть было возвращено путем применения рекуперации 1,84 млрд. кВт·ч (4,9 % от уровня ее потребления). Для сравнения: годовой возврат электроэнергии в контактную сеть в 2003 г. в целом по сети едва достигал 900 млн. кВт·ч. Благодаря проведенной работе достигнуто удвоение к уровню 2003 г. возврата электроэнергии в контактную сеть с экономией свыше 5 млрд. руб. в ценах 2014 года [3, 4, 5].

Прирост объема путём рекуперации электроэнергии в контактную сеть на фоне неустойчивой тенденции сокращения энергопотребления в целом по сети железных дорог говорит о правильности технической политики в области энергосбережения, проводимой ОАО «РЖД» [3, 4].

Таким образом, собранные данные свидетельствуют о положительной динамике применения РТ по сети ЭлЖД РФ.

Отметим также, что РТ в России на постоянном токе используется с ХХ века, т.е. имеет более чем 70 летнюю историю применения. Рекуперация доказала свою высокую энергетическую эффективность на Московской, Северо-Кавказской, Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской и прочих железных дорогах России. На переменном же токе работа по внедрению рекуперативного торможения на электровозах началась практически в тоже время – с 1960-х годов. В 1962 году силами Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ), ЦНИИ МПС (на данный момент ВНИИЖТ) и ВэлНИИ были построены и выпущены в свет два опытных электровоза серии ВЛ60 с РТ и с игнитронными выпрямителями.

После успешных испытаний в 1964-1966 гг. была выпущена серия подобных электровозов с рекуперацией в количестве 85 локомотивов. Серия получила обозначение ВЛ60Р, электровозы работали на Северо-Кавказской, Восточно-Сибирской и Дальневосточной железных дорогах на участках с горным профилем пути. Начиная с 1962 г. отечественная силовая преобразовательная техника получила качественно новое направление развития, основанное на применении силовых полупроводниковых приборов. Именно эти полупроводниковые приборы и положили начало развития плавного регулирования скорости в режиме тяги и тормозной силы в режиме РТ. Впоследствии, на замену ВЛ60Р в 1967 году пришли первые тиристорные электровозы ВЛ80Р. С появлением управляемых полупроводниковых выпрямителей область применения преобразовательных устройств расширилась для создания оптимальных условий передачи и распределения электрической энергии. После, в конце 80-ых и начала 90-ых годах отечественными заводами-изготовителями были выпущены электровозы ВЛ85 и ВЛ65, которые по своей структуре выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП) были идентичны своим предшественникам – электровозам серии ВЛ80Р [6, 7].

В настоящее время на замену электроподвижному составу (ЭПС) марок ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ65 пришли более современные отечественные электровозы такие, как ЭП1 и ЭС5К «Ермак» с улучшенными силовыми характеристиками вентилей ВИП, имеющими значительно больший ресурс переключений. Более совершенные преобразователи позволяют применять РТ не только на затяжных, значительных по величине уклонах, но и на относительно небольших по протяженности и уклону участках железных дорог. Также электровозы серии ЭП1 и ЭС5К «Ермак» сохранили практически неизменной систему, ВИП, что является одним из преимуществ электровозов данных серий и позволяет говорить об идентичности электромагнитных процессов при рекуперации энергии [6, 7].

Значительный опыт использования рекуперативного торможения по сети электрифицированных железных дорог РФ позволил выявить основные технико-экономические преимущества электрической тяги с рекуперацией по сравнению с обычным режимом ведения поезда в режиме тяги:

• экономия электроэнергии (на отдельных участках с крутыми спусками может быть сэкономлено до 20 % электрической энергии, затрачиваемой на тягу поездов);

• повышение безопасности движения (подтормаживание в экстренных аварийных случаях при отказе пневматического тормоза);

• снижение износа тормозных колодок и колес ЭПС, в результате чего намного снижаются расход металла и затраты на ремонт колесных пар;

• снижение загрязнения путевого балласта и аппаратуры поезда металлической пылью.

Необходимо отметить ряд преимущества применения РТ на переменном токе по сравнению с системой постоянного тока, которые обеспечивают благоприятные условия для её внедрения:

• энергия, возвращенная в контактную сеть в процессе рекуперации, в основном используется другим ЭПС, работающим на этом участке в тяговом режиме, либо передаётся через тяговые подстанции (ТП) в сеть внешнего электроснабжения (СВЭ);

• при работе в режиме РТ у электровоза нет ограничений по напряжению в контактной сети, так как оно при его работе несколько снижается;

• при низких технических скоростях движения электровоза эффективность рекуперации сохраняется.

Несмотря на ряд преимуществ, применение РТ вносит ряд негативных особенностей в работу СТЭ:

• коэффициент мощности СТЭ снижается, поэтому электровоз увеличивает потребление реактивной энергии из сети, в результате чего увеличиваются потери, как в системе электроснабжения, так и в электровозе;

• загружая сеть значительными реактивными токами, электровоз снижает напряжение тяговой сети, что отрицательно сказывается на других электровозах, работающих в тяговом режиме – в некоторых случаях это может привести к снижению пропускной способности участка;

• особенности работы ВИП рекуперирующих электровозов существенно влияют на показатели качества электроэнергии (КЭ, что представляет собой отдельный комплекс проблем: пониженное КЭ отрицательно сказывается не только на работе самой электрифицированной линии, но и на работе потребителей, подключенных к ней.

Помимо перечисленных выше преимуществ и недостатков применения РТ стоит также учесть организационный фактор, который играет немало важную роль при применении РТ. Как показал произведенный анализ статистик, применяя РТ, из литературных источников [3, 4] основными причинами неэффективного использования РТ на ряде железных дорог являются:

• бесконтрольное и безответственное со стороны руководителей локомотивных депо и региональных дирекций тяги разоборудование на электровозах схем рекуперативного торможения, а также наличие в эксплуатации электровозов с разрегулированными схемами РТ

• низкие темпы восстановления схем РТ в условиях локомотиворемонтных предприятий;

• недостаточная квалификация и незаинтересованность локомотивных бригад в использовании РТ ввиду утраченной системы материального стимулирования локомотивных бригад за применение РТ, существовавшая в 1980-1990 годах прошлого века.

Мониторинг эффективности рекуперации, осуществляемый Дирекцией тяги ОАО РЖД [3, 4], свидетельствует, что главным из перечисленных факторов является неисправность системы РТ, имеющаяся на современным электровозах различных марок. Отметим, что вплоть до 2006 г. на сети железных дорог наблюдалось падение объема ЭЭ, возвращенной в тяговую сеть за счет применения РТ. Однако, на заседании Центральной комиссии по рациональному использованию топливно-энергетических ресурсов в марте 2006 г. железным дорогам было поручено организовать восстановление систем РТ на всем парке электровозов. В результате мер, принятых руководством ОАО «РЖД» и Дирекции тяги с причастными подразделениями, число электровозов с неработоспособной системой рекуперации сократилось с 604 в 2006 г. до 117 в 2014 г., т.е. до 2 % эксплуатируемого парка электровозов, оборудованных системой рекуперации. Согласно Правилам технической эксплуатации железных дорог РФ (от 21.12.2010 г. № 286, п. 24 приложения № 5) локомотивы с неисправным РТ не только не могут обеспечить безопасность движения поездов, но и ожидаемый от его использования экономический эффект [3, 4].

Характеристики

Список файлов ВКР