ДП 140604.65. ПЗ 658 (1232986), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Существующие автоматизированные системы и измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) применяются на электроподвижном составе с целью регистрации параметров работы оборудования и движения электровозов во время их эксплуатации и испытаний, в том числе и учет расхода электрической энергии на тягу поездов. В основном, такие системы включают в себя следующие функциональные группы:

- различные датчики, входные сигналы которых различной физической природы и их набор, зависят от объема испытаний и исследований характеристик подвижного состава;

- преобразователи аналоговых сигналов датчиков в цифровой код, что по-зволяет вести дальнейшую передачу и обработку информации;

- ЭВМ с периферийными устройствами, обеспечивающие получение не-обходимой информации непосредственно в ходе поездки в наглядном виде (таблицы, графики);

- преобразователи, обеспечивающие устойчивое питание элементов сис-темы.

До начала 80-х годов XX века для испытаний разных типов электроподвижного состава использовались вагоны-лаборатории, оснащенные набором измерительного и испытательного оборудования на базе стрелочных приборов, магнитографов, самописцев и другого неуниверсального оборудования, стыковка которого между собой и регистрация показаний представляла сложные технические проблемы [6].

Появление в 80-х годах XX века персональных электронно-вычислительных машин (ЭВМ), допускающих их установку на движущихся объектах, позволило создать более доступные по цене и функциональные ИВК. В них осуществлялось управление процессами сбора, хранения и обработки данных путем стыковки измерительных приборов с ЭВМ. В свою очередь такой измерительный комплекс требовал программного обеспечения ЭВМ для проведения измерений и испытаний.

Так в 1979-1980 гг. в отделении электрификации ВНИИЖТа была создана и испытана в 1981 г. автоматизированная система для экспериментального исследования режимов работы электровозов. Работа [6], посвященная этой системе, в полной мере описывает преимущества замены ручного ввода экспериментальных данных на машинный носитель против существующих ранее методов их измерения.

Автоматизированная система позволяет одновременно производить замеры таких параметров как: скорости вращения всех колесных пар электровоза и вагона-лаборатории, токи тяговых двигателей, напряжение на токоприемнике, сила тяги электровоза, его потребляемые полная и активная (полезная) мощности, расход электрической энергии, позиции контроллера машиниста, данные о срабатывании реле боксования, подаче песка и другие. Измерение, преобразование и регистрация названных параметров происходит в дискретные моменты времени с возможностью изменения интервала времени между замерами. Различная физическая природа входных сигналов, возможности датчиков и требования, предъявляемые к точности измерений, определили выбор системы с аналогово-цифровыми преобразователями (АЦП), которые установлены после датчиков в каждом входном канале. Такая структура системы дает возможность использовать не только мгновенные значения исследуемых параметров, но и их средние или действующие значения, выбирая тип или режим работы АЦП. Связь между АЦП и ЭВМ обеспечивается с помощью кодового коммутатора, в котором происходит запись информации на машинный носитель, что позволяет обрабатывать ее после опытной поездки на стационарной ЭВМ или на микро-ЭВМ в вагоне-лаборатории. Кроме того, можно обрабатывать информацию в реальном масштабе времени.

Такое комплексное исследование режимов работы электровозов требует большое количество каналов измерения, что ведет к достаточно большим габаритам аналогово-цифровой функциональной группы автоматизированной системы, соответственно которую можно разместить в ходе поездки только в специализированном вагоне-лаборатории. Таким образом, исследование режимов работы электроподвижного состава ограничивается опытными поездками, что исключает возможность постоянного во время эксплуатации контроля энергетических характеристик.

Учет электрической энергии на электроподвижном составе является важным элементом оценки работы локомотивного хозяйства. Более 30% эксплуатационных расходов тратится на оплату электрической энергии на тягу поездов. Сегодня учет электрической энергии ведут локомотивные бригады, списывая показания счетчиков электровозов, и группа оперативного учета депо, вносящая информацию с маршрута машиниста в автоматизированное рабочее место (АРМ) для автоматической обработки (таксировки). Учитывая доли «хищений» и ошибок при регистрации электрической энергии на тягу поездов локомотивными бригадами и операторами центра оперативно-технического учета, а также недостаточный класс точности и разброс показаний счетчиков электрической энергии на подвижном составе вследствие их неустойчивой работы, возникает проблема достоверного учета электрической энергии.

В настоящее время результаты работы локомотивов и локомотивных бригад фиксируются в маршрутных листах машинистов. Существующая в группе учета локомотивного депо автоматизированная система обработки маршрутных листов машинистов является полуавтоматической, поскольку источником воздействия является человек, что свидетельствует о влиянии субъективного фактора на достоверность вводимой информации.

Характерным для полуавтоматической незамкнутой системы является то, что процесс работы системы не зависит от результата ее воздействия на управляемый объект, т.е. в ней отсутствует обратная связь.

Дальнейшим усовершенствованием автоматизированной системы является переход от информационно-справочной к планирующе-управляющей автоматизированной системе. Это становится возможным при замыкании ее выхода со входом так, чтобы контрольные приборы, измерив некоторые величины, характеризующие определенный процесс в управляемом объекте, служили бы одновременно и источником воздействия на систему. Величина этого воздействия должна зависеть от того, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений. Таким образом, возникает замкнутый контур управления.

Создание замкнутых контуров – одна из перспектив развития автоматизированной системы управления локомотивным хозяйством. Создание и внедрение автоматизированных систем обеспечит повышение эффективности использования и уровня работоспособности тягового подвижного состава при минимальных затратах.

Развитие современных средств вычислительной техники и электронных устройств позволит изменить сложившуюся информационную систему учета расхода электрической энергии на электровозах переменного тока и в локомотивных депо и создать новую систему, основанную на автоматизации процесса учета. Принципы создания такой системы положены в основу данной работы. Основными функциями такой системы являются:

- получение достоверного учета расхода электрической энергии;

- снятие электронной информации о расходе электрической энергии с компьютера электровоза и передачи ее для оперативной обработки в отдел локомотивного депо по учету работы локомотивных бригад;

- корректировка управления режимами работы электровоза при отличии измеренных величин от требуемых значений;

- нормирование электрической энергии на грузовые и пассажирские пе-ревозки, а также на отопление пассажирских вагонов.

2.3 Анализ точности и достоверности учета электрической энергии (приборы и средства измерения и их погрешности)

В существующих схемах измерения электронные счетчики типа Ф440 и Ф442, используемые на электровозах переменного тока, допускают неточности в измерениях, так как в основе их работы применяется двойная модуляция, преобразующая измеряемую энергию в импульсный код с последующим интегрированием и запоминанием числа импульсов, соответствующих количеству активной энергии. Они не позволяют вести учет одним счетчиком электроэнергии, потребляемой в тяге и возвращаемой при рекуперации.

Недостатки электронных счетчиков указывают на то, что для более точного измерения электроэнергии требуются другие принципы измерения.

При внедрении энергосберегающих технологий необходимы приборы, у которых принцип работы основан на регистрации мгновенных значений электрических параметров, характеризующих работу электровоза, и дальнейшей их обработке. Для повышения точности измерения электроэнергии на электроподвижном составе целесообразно использовать электронные счетчики переменного тока нового поколения типа «Альфа» с классом точности 0,5, которые имеют электронную память, дисплей для отображения информации, а также возможность измерять в одном блоке и потребление и возврат электроэнергии, что позволит сократить количество счетчиков на электровозах с рекуперативным торможением. Измерительная часть таких счетчиков выполнена на основе аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и сигнального процессора. АЦП измеряет мгновенные значения величин, пропорциональные фазным напряжениям и токам, преобразовывает их в цифровой код и передает по скоростному последовательному каналу сигнального процессора. Сигнальный процессор по мгновенным значениям напряжений и токов вычисляет средние за период напряжения сети значения: напряжения и тока, активную, реактивную и полную мощности.

Но и эти счетчики обладают недостатками. Так как электровоз является нагрузкой, искажающей синусоидальность кривых тока и напряжения в электрической сети, то возникающие гармоники напряжения и тока приводят к появлению энергии искажения, которая отдельно не учитывается в этих счетчиках.

Метрологическое обеспечение учета расхода электрической энергии предусматривает правильный выбор средств измерений и соответствующее применений их в рабочих условиях эксплуатации. Основной причиной неточности учета электрической энергии является преобладающее влияние систематических погрешностей средств измерения. В состав измерительного комплекса в качестве технических средств измерения, влияющих на результат и погрешность измерения электрической энергии в общем случае входят: трансформатор тока (ТТ), трансформатор напряжения (ТН), счетчик электрической энергии, линия присоединения к ТН, а также устройство сбора данных (УСД) и устройство сбора и передачи данных (УСПД), которое входит в состав измерительного канала автоматизированных систем коммерческого учета электрической энергии (АСКУЭ).

2.4 Влияние технических средств и схем измерения на точность учета электрической энергии

Применяемые в настоящее время на электровозах переменного тока электронные счетчики электрической энергии типа Ф440 и Ф442 рассчитаны на ток 5 А и напряжение 220 В. Поэтому в электровозе требуется трансформация напряжения и тока для измерительных цепей счетчиков. Токовые зажимы счетчиков подключены к измерительным трансформаторам тока, установленным в цепи первичной обмотки тягового трансформатора электровоза. Отсутствие ТН на большинстве серий электровозов переменного тока приводит к использованию упрощенной схемы измерения электрической энергии. Измеряемое напряжение подается от обмотки собственных нужд тягового трансформатора электровоза, что вносит значительную погрешность при определении расхода электрической энергии, потребляемой электровозами на тягу поездов.

В соответствии с технической документацией вспомогательные обмотки тяговых трансформаторов различных серий электровозов переменного тока, от которых питаются счетчики, имеют различное номинальное напряжение. Таким образом, даже на холостом ходу, т.е. без влияния тяговой обмотки трансформатора на обмотку собственных нужд электровоза, при одном и том же значении первичного напряжения, напряжение на счетчиках электрической энергии различных серий электровозов заметно изменяется.

Компенсировать систематическую погрешность за счет ввода коэффициента пропорциональности между напряжением на обмотке собственных нужд и первичным напряжением для всех серий электровозов переменного тока довольно трудная задача. Трудность заключается в том, что величина этой погрешности не постоянна и зависит от режима работы электровоза. Так, с ростом нагрузки электровоза действующие значения напряжения на первичной и вторичной обмотках тягового трансформатора электровоза снижаются непропорционально. Например, в работах [7, 8] показано, что при включении вентиляторов или компрессоров в цепях собственных нужд напряжение на выводах обмотки понижается, в то время как напряжение в контактной сети от этого практически не меняется.

Предел допускаемой относительной погрешности канала измерения электрической энергии, существующей системы измерения расхода электрической энергии на электровозах переменного тока, определяется, по методике, представленной в [9], как среднеквадратическая величина, складывающаяся из относительных погрешностей (классов точностей) применяемых средств измерения: ТТ, ТН (если есть) или каналов измерения тока и напряжения, а также счетчика электрической энергии вычисляется по следующей формуле:

, (2.1)

где , , – относительные погрешности (классы точности) соответственно ТТ, ТН либо каналов измерения тока и напряжения, а также счетчика электрической энергии.

Расчет производится по паспортным значениям классов точности применяемых средств измерения из [10, 11]. Результаты расчета предела допускаемой относительной погрешности канала измерения электрической энергии, существующей системы измерения расхода электрической энергии на электровозах переменного тока представлены в таблице 2.1.

Анализ этих данных показывает, что замена устаревших индукционных на электронные счетчики электрической энергии в системе измерения электрической энергии на электровозах переменного тока практически не повышает точность измерения электрической энергии. Поэтому решением проблемы по снижению погрешности при измерении расхода электрической энергии, потребляемой электровозами переменного тока является устранение недостатков схемных решений измерительной системы учета электрической энергии на электроподвижном составе.

К снижению погрешности измерения по измерительному каналу напряжения на 1,3 % приводит применение в измерительной схеме расхода электрической энергии, потребляемой электровозом переменного тока, измерительного трансформатора напряжения с литой изоляцией ОЛТ-0,1/25УХЛ1. Такими трансформаторами оснащались первые выпуски электровозов серии ВЛ85, но из-за своей недостаточной надежности, выявленной в процессе эксплуатации, использование трансформаторов напряжения прекратилось. На сегодняшний день для получения достоверной картины потребления электрической энергии электровозом переменного тока возможно только с применением измерительного трансформатора напряжения марки ЗНОМ-35 с масляной изоляцией или ЗНОЛЭ-35-УХЛ - 27500/100/127 с литой изоляцией при монтаже его на крыше электровоза.

Таблица 2.1 – Предел относительной погрешности каналов измерения расхода электрической энергии на электровозах переменного тока

Решая задачу по обеспечению оперативности получения информации о количестве потребленной электровозом электрической энергии, необходимо использовать автоматизированную систему измерения с возможностью обработки, хранения и передачи полученной измерительной информации. К таким системам относятся автоматизированные системы коммерческого учета электрической энергии (АСКУЭ), а также автоматизированные информационно-измерительные системы учета электрической энергии (АИИС УЭ), погрешность которых определяется в соответствии с инструкцией РД 34.11.114-98 «Автоматизированные системы учета электроэнергии и мощности. Основные нормируемые метрологические характеристики. Общие требования».

Характеристики

Список файлов ВКР