Использование энергосберегающих технологий в системе тягового электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Использование энергосберегающих технологий в системе тягового электроснабжения

Абубакиров Азизжан Базарбаевич, Шарипов Музаффар Турахонович, Утемисов Аман Дуйсенбаевич

Абубакиров Азизжан Базарбаевич асистент Каракалпакский государственный университет.

Шарипов Музаффар Турахонович студент Каракалпакского государственного университета.

Утемисов Аман Дуйсенбаевич студент Каракалпакского государственного университета.

Abubakirov Azizjan Assistant Karakalpak Stateuniversity

Sharipov Muzaffar Students of the Karakalpak State University

Utemisov Aman Students of the Karakalpak State University

THE USE OF ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES IN THE SYSTEM OF TRAFFIC POWER SUPPLY

Установлено, что при изменяющихся грузопотоках и больших перетоках энергии экономически выгодными для железных дорог являются консольные схемы питания. Удержать на длинных консолях требуемый уровень напряжения позволяет система электрической тяги ЭУП -- 27,5 кВ. Если же для энергосистем экономически оправданными являются сложно-замкнутые сети (распределение активных и реактивных нагрузок экономичнее при сохранении перетока по сети), то необходимо вводить дифференцированные тарифы при транзите мощности по тяговым сетям [1-2].

Эффективным средством снижения оплаты за электроэнергию является высокотехнологичный коммерческий учет электроэнергии на базе современных высокоточных электронных счетчиков, а также серверов и преобразующих модемов. Это позволит создать современную 4-х уровневую систему автоматического учета электроэнергии.

В целом система коммерческого учета позволяет увидеть реальное потребление электрической энергии на всех участках деятельности железнодорожного транспорта.

Таким образом, управляя этим процессом, можно не только существенно снизить стоимость покупаемой электроэнергии, но и обеспечить уменьшение потребления как в эксплуатационной деятельности, так и в тяговом электроснабжении [3].

В данной работе рассмотрены основные вопросы построения автоматизированной системы коммерческого учета электрической энергии (АСКУЭ), предназначенной для контроля и учета потребляемого количества электрической энергии, а также автоматического сбора, накопления, обработки, хранения, отображения и передачи информации о потреблении энергоресурсов в диспетчерские и расчетные центры, с целью произведения расчетов, анализа и последующей выработки эффективной энергосберегающей политики.

Для решения вопроса оперативного мониторинга распределения электроэнергии в системе тягового электроснабжения требуется совместно с коммерческим учетом электроэнергии осуществлять технический учет, а именно -- контроль расхода по фидерам контактной сети (ФКС). Такая автоматизированная система учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСУЭФКС) позволит не только определять объем потерь и величину небаланса, но и выявлять перетоки мощности между подстанциями, вызывающие дополнительные потери.

В настоящее время при анализе режимов работы систем тягового электроснабжения используются аналитические и вероятностно-статистические подходы. Методология, теоретическое наполнение и информационно -- технологическое сопровождение функционирования автоматизированных систем управления потреблением электроэнергии в объемах тягового электропотребления строятся только на базе информации, получаемой из АСКУЭ [4-5].

Развитие систем учета электроэнергии на фидерах контактной сети позволит оперативно анализировать режимы работы системы тягового электроснабжения как единого целого, сравнивать текущие показатели на смежных подстанциях, что даст возможность анализировать электрические параметры сетей.

Сеть многофункциональных счетчиков электроэнергии, синхронизированных между собой, расположенных в различных узлах энергосистемы, позволит в режиме реального времени предоставлять информацию о текущем состоянии, как отдельных объектов, так и всей энергосистемы в целом. Предложенная методика может использоваться как для определения параметров электрических режимов, так и для параметров схем замещения тяговой сети [6].

Задача получения синхронизированных измерений, которая возникает для распределенных объектов электроэнергетики, может решаться с помощью штатной системы синхронизации, существующей в системе передачи данных АО «УТЙ». Эта система обеспечивает точность синхронизации до 0,1 с. Глобальные системы ГЛОНАСС и GPS дают возможность повысить точность синхронизации на несколько порядков.

Функциональная схема системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети представлена на рисунке 1. Предлагается вести оперативный учет как на выводах выпрямительных (выпрямительно-инверторных) преобразователей, так и на каждом фидере контактной сети.

Данные с каждого счетчика передаются на концентраторы, которые хранят информацию за заданный период, создают архивы, передают информацию на верхний уровень информационной системы.

Для реализации системы учета электроэнергии концентраторы подключаются к устройствам сбора и передачи данных (УСПД), к которым уже подключены счетчики переменного тока системы АСКУЭ. Использование подсистем АСКУЭ позволит синхронно определять расход электроэнергии, как принятой от системы внешнего электроснабжения, так и отданной в нагрузку. Такой подход дает возможность определять небаланс электроэнергии по каждой подстанции и корректировать уровень небаланса в контактной сети.

Структурная схема системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети (ФКС) представлена на рисунке 2.

Структурная схема построена по принципу распределённой вычислительной системы, что определяется двумя независимыми условиями. Первое условие состоит в гальванической изоляции цепей ввода аналогового сигнала от цифровых цепей вывода обработанных данных с высокими требованиями к величине пробивного напряжения. Второе условие состоит в том, что по мере обработки данных, изменяются методы этой обработки, т.е. при вводе аналоговых сигналов формируется непрерывный поток преобразованных в цифровой вид данных с равномерной дискретизацией, однако, после получения основных вычисляемых значений появляется задача архивирования, управления протоколами передачи данных и управления всей системой в целом. Поэтому система учета электроэнергии разделена на две части.

Измерительный блок состоит из трех частей: аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока обработки и оптического интерфейса. АЦП преобразует сигналы, пропорциональные напряжению и току в цифровые отсчеты. В нем предусмотрена температурная компенсация погрешности, а также периодическая коррекция аддитивной погрешности. АЦП соединен с блоком обработки по интерфейсу SPI. Измерительный блок осуществляет измерение сигналов тока и напряжения, вычисляет активную мощность на основе мгновенных значений сигналов тока и напряжения, вычисляет действующие значения тока и напряжения, графики нагрузки. Период вывода данных составляет 5 с, что облегчает дальнейший подсчёт потреблённой энергии.

Блок обработки реализован на одноплатном компьютере «Тион-про-28», который обеспечивает максимально обработку, эффективное распределение, архивирование данных, управление прибором в целом и поддержку протоколов обмена по цифровым интерфейсам. Этот микрокомпьютер является высокоинтегрированным устройством и имеет в своём составе почти все необходимые порты для реализации интерфейсов связи.

Передача данных в концентратор осуществляется с помощью волоконно-оптической линии связи. Волоконно-оптический интерфейс построен на основе оптического приёмопередатчика Netlink HTB-1100 и оптического коммутатора D- link DES-3200-28F. Передача информации осуществляется с помощью интерфейса Ethernet, что обеспечивает высокую скорость передачи данных. Оптический коммутатор позволяет подключить к концентратору до 24 измерительных блоков.

Концентратор предназначен для сбора данных от измерительных блоков, архивирования, построения графиков потребления, дополнительной обработки информации, подсчета расхода электроэнергии по всей подстанции. Отображение текущих значений и местное управление осуществляется с помощью сенсорного экрана. Оптический порт является технологическим и предназначен для загрузки, отладки и конфигурирования программы в микроконтроллере.

Связь АСУЭФКС через существующий УСПД с подсистемой верхнего уровня осуществляется через интерфейс RS-485 по протоколу Modbus RTU. Программное обеспечение верхнего уровня, необходимое для работы системы, устанавливается на те же серверы, что и применяемые в АСКУЭ. Структура аппаратных средств АСУЭФКС приведена в работе опубликованной в журнале «Экологические системы».

Предложенная система позволит определять режимы электропотребления на каждом участке, по каждому фидеру, оценивать уровень загрузки оборудования, эффективность рекуперативного торможения а также высчитывать потери электроэнергии в реальном времени. Сравнение режимов текущего энергопотребления с энергооптимальными режимами позволит в реальном времени управлять системой электроснабжения. Система может использоваться для сетей тягового электроснабжения как переменного, так и постоянного тока, разница лишь в используемых датчиках тока и напряжения.

Установка приборов учета электроэнергии на электроподвижном составе, аналогичных по своим метрологическим характеристикам (классу точности, минимальному интервалу снятия показаний и др.) измерительным приборам, устанавливаемым на фидерах контактной сети, а также обеспечение возможности мониторинга в режиме реального времени местоположения электроподвижного состава, позволит:

- определить уровень расхода, удельного расхода и небаланса электроэнергии на тягу поездов:

- в границах межподстанционных зон;

- в границах участков обслуживания локомотивных бригад;

- на участках заездов локомотивных бригад смежных железных дорог;

- в границах тарифных зон.

Наличие базы данных об электропотреблении на указанных участках в совокупности с информацией об ограничениях скорости движения поездов, предоставлении «окон», участках применения рекуперативного торможения и других факторах, влияющих на организацию движения поездов позволит разрабатывать адресные меры по улучшению основных показателей эффективности использования электроподвижного состава и снижению удельного расхода электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций, что в свою очередь приведет к снижению себестоимости перевозочного процесса.

- определить потребление активной и реактивной электроэнергии, потерь электроэнергии в тяговой сети, величины и длительности режимов рекуперации на участках переменного тока, что в свою очередь позволит:

- обеспечить контроль качества ведения поезда локомотивной бригадой за счет контроля потребляемой и рекуперируемой электроэнергии на участках переменного тока;

- определить нормативы расхода электроэнергии на ведение поезда по маршруту со сложным профилем пути.

- оценить уровень потерь электроэнергии в тяговой сети при различных схемах подключения тяговых подстанций (схемы подключения двухстороннего и одностороннего питания контактной сети), что в свою очередь позволит выделить величины уравнительных токов (неравенство напряжений на шинах подстанций, транзит мощности через контактную сеть) при разных схемах подключения тяговых подстанций и тем самым определить направления борьбы с ними.

- оценить снижение энергетической эффективности тяги поездов с учетом системы тягового электроснабжения, обусловленного ограничением скорости движения поездов, а также проследованием поездов при желтых и зеленых сигналах светофоров на пути следования с последующим адресным определением претензий к виновникам увеличения стоимости железнодорожных перевозок.

- оценить ущерб от неприменения или недостаточного применения рекуперативного торможения.

- оценить энергоэффективность новых локомотивов с учетом работы системы тягового электроснабжения.

- оценить энергоэффективность организации энергооптимальных графиков движения пассажирских и грузовых поездов, а также пропуска поездов повышенной массы.

- получение указанных данных позволит оперативно принимать решения о необходимости ремонта участков тяговой сети, усиления элементов контактной сети и разработать инструкции машинистам локомотивов, направленные на повышение эффективности использования электроэнергии на тягу поездов.

Целью организации учета электроэнергии на фидерах контактной сети тяговых подстанций является накопление базы данных об электропотреблении на тягу поездов для разработки организационно-технических мероприятий по снижению удельного расхода электроэнергии на тягу поездов, а также уточнения структуры и снижения уровня небаланса электроэнергии на тягу поездов, принятой по счетчикам тяговых подстанций и потребленной по счетчикам электроподвижного состава.

1. Лецкий Э. К., Крепкая З. А., Маркова И. В. и др.; под ред. Лецкого Э. К. Проектирование информационных систем на железнодорожном транспорте. М.: Маршрут. 2003. 408 с.

2. Управление качеством электроэнергии [Текст] / И. И. Карташев, Н. Тульский, Р. Г. Шамонов. Под.ред. Ю. В. Шарова. -- М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 320 с.

3. Ожегов Н. А. Системы АСКУЭ: Учебное пособие [Текст] / А. Н. Ожегов. -- Киров: Изд-во ВятГУ, 2006. 102 с.

4. Интегрированные автоматизированные системы учета энергоресурсов с применением многофункциональных счетчиков электрической энергии фирмы АББ ВЭИ Метроника» [Текст] / А. В. Воронин, А. Е. Хамьянов, В. С. Образцов, В. Н. Смирнов // Промышленная энергетика. 2000. № 10. С. 9-16.

5. «Три кита» систем контроля и учета электроэнергии. -- URL: http://www.ielectro.rU/news50524/index.html# (дата обращения 25.05.2013 г.).

6. Дубинский Е. В. Современные информационные технологии и их аппаратное обеспечение в задачах управления системами электроснабжения [Текст] / Е. В. Дубинский, И. С. Пономаренко, С. Н. Тодирка // Энергосбережение. 1999. № 6.С.11-14.