автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Исследование режимов электропотребления системой комбинированного отопления пассажирских вагонов от контактной сети постоянного тока

На правах рукописи

Г ( О 0 и

1 5 •

Комаров Александр Анатольевич

Исследование режимов электропотреблеиия

системой комбинированного отопления пассажирских вагонов от контактной сети постоянного тока

05.22.07- Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 2000

Работа выполнена в Самарском институте инженеров железнодорожного транспорта.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Яковлев В.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наз'к» профессор

Смопьянинов А..В. кандидат технических наук Зыков Ю.В.

Ведущая организация - Свердловская железная дорога

Защита состоится 25 июля 2000 г. в ¡4-00 на заседании диссертационного совета К 114.11.01 в ауд. 283 при Уральском государственном университете путей сообщения по адресу г. Екатеринбург, ул. Колмогорова,66.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке УрГУПС. Автореферат разослан 23 июня 2000г.

Отзыв на автореферат в, двух экземплярах , заверенных гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу университета.

Ученый секретарь диссертационного совета докт. техн. наук, профессор

Попов В.Е.

Введение

Актуальность проблемы. Рациональное расходование энергетических ресурсов всегда оставалась актуальной задачей на протяжении всей истории железнодорожного транспорта России. Особую остроту эта проблема приобрела сегодня, в период перехода экономики на рыночные отношения, структурно-функционального преобразования системой управления МПС. В этой связи на основании постановления правительства РФ №1078 от 12 ноября 1995г. "О неотложных мерах по энергосбережению" в МПС РФ в 1996г. были разработаны и введены в действие отраслевая "Программа первоочередных мер по реализации потенциала энергосбережений на железнодорожном транспорте в 19962000 годах" и указания МПС РФ "Об отраслевой программе по сбережению топливно-энергетических ресурсов (№478У от 30 апреля 1996г.) и "О методике анализа расхода энергоресурсов на тягу поездов" (№В-741У от 20 июня 1997г). Основная задача энергосбережения на транспорте - внедрение системного подхода к проблеме, предусматривающей как стимулирование оптимизации энергопотребления, так и разработку научно-технических мероприятий, стабилизирующих уровень энергозатрат и снижающих непроизводительные расходы.

Новая концепция развития научно-технической стратегии железнодорожной отрасли в области обновления парка пассажирского подвижного состава (ППС) предлагает новые критерии оценки качества пассажирского вагона: комфорт и потребительские услуги; стоимость жизненного цикла и коэффициент эксплуатационной готовности и др. В связи с повышением требований к уровню комфортности поездки пассажиров по железной дороге растёт элекгропотреб-ление современного пассажирского вагона. Для обоснования оптимальной установочной мощности высоковольтных нагревательных элементов водогрейного котла вагона, повышения эффективности рационального использования энергоресурсов, нормирования электропотребления пассажирского вагона важное значение имеет проведение научно-исследовательских работ по изучению электрической нагрузки и режимов электропотребления системой комбиниро-

ванного (электроугольного) отопления с учётом многофакторного влияния в условиях эксплуатации.

Цель диссертационной работы - совершенствование организации режимов электропотребления высоковольтными нагревательными элементами (ВНЭ) водогрейного котла пассажирских вагонов с комбинированным (элекгроуголь-ным) отоплением путём разработки норм и методов определения расхода электроэнергии ППС, и разработки пракгаческих рекомендаций по учёту электропотребления и решения технико-экономических аспектов проблемы.

Для достижения указаний цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка механизма получения и исследований графиков активной нагрузки и режимов потребления электрической энергии высоковольтными нагревательными элементами водогрейного котла пассажирского вагона.

2. Разработка структуры электробаланса ППС, расходная часть которой отражает поступление электроэнергии в высоковольтную магистраль поезда и сумму составляющих погрешности расчёта, определяемых по формулам с учётом различных коэффициентов эмпирического характера.

3. Разработка аналитических и статистических методов расчёта потребления электрической энергии нагревательными элементами котла вагона, различных моделей в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и других факторов.

4., Разработка структурной схемы анализа рациональных режимов использования энергоресурсов в ППС, которая при неопределённой информации о режимах ВНЭ котла вагонов позволит выбрать наиболее приоритетные направления в научных исследованиях по рассматриваемой проблеме.

5. Разработка конструкции узла сопряжения, технических требований по изготовлению на, АО "ЛЭМЗ" элеюронного счётчика энерши постоянного тока на 25 А (3000 В) для внедрения его в высоковольтную магистраль пассажирского вагона.

Метод исследования. Для решения поставленных задач использованы теоретические и опытные методы исследования. Теоретические исследования выполнялись с использованием: детерминированных и вероятностно-статастических алгоритмов, методов математической статистики, методов расчёта режимов электрических систем и сетей. Опытные исследования графиков активной электрической нагрузки ВНЭ котла вагонов выполнялись в процессе эксплуатации методом хронометража. Научная новизна диссертационной работы-.

1. Разработаны расчётно-аналитические и расчётао-статистические методы определения потребления электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла пассажирских вагонов разных моделей и ППС в целом с использованием в расчётах нормированных коэффициентов: использования и статистического, а также параметра линейной функции регрессии.

2. Разработана специализированная математическая модель объективной оценки анализа режимов электропотребления ВНЭ котла вагонов на базе электробаланса активной энергии. Разработана классификация составляющих модель электробаланса - погрешностей, позволяющих отличить расчётные данные расходной части от фактического электропотребления с точностью до 10...15%.

3. Разработана классификация факторов, позволяющая производить оценку расхода электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла вагонов и приемлемой для проведения анализа эффективности использования энергоресурсов на ППС.

Практическая иетюстъ, внедрение результатов.

Диссертационная работа является частью комплексного исследования, выношенного по заданию Управления Куйбышевской железной дороги (КБШ.Ж.Д.) "Разработка норм, средств учёта и методов расчёта электропотреб-лепия системой комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов от контактной сети 3000 В" и других НИР.

Разработанная классификация факторов, влияющих на потребление пассажирским вагоном электрической энергии от контактной сети, позволяет определить оптимальное направление в системе организации проведения ППР по фактическому техническому состоянию нагревательных элементов комбинированного отопления пассажирских вагонов и определить структуру рациональных режимов электропотребления ВНЭ.

Предложены новые технические решения для внедрения электронных счётчиков постоянного тока по учёту расхода электрической энергии системой комбинированного отопления пассажирского вагона от контактной сети (3000 В). Даны рекомендации по совершенствованию систем комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов.

Внедрены на КБШ ж.д. нормированные коэффициенты для расчёта потребления электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла вагона с учётом изменения температуры наружного воздуха и других факторов.

Результаты исследований, рекомендации и выводы использованы при выполнении сопутствующей хоз. договорной научно-исследовательской работы в научно-исследовательской лаборатории "Ресурсосберегающие технологии на транспорте" Самарского института ипженеров железнодорожного транспорта, а также при изучении курсов "Электрооборудование вагонов" и 'Техническое обслуживание оборудования пассажирских вагонов".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и межвузовских научно-технических конференциях: "Проблемы транспортного строительства и транспорта" (Саратов: СГУ. 1997г); "Надёжность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте" (Самара: СамГТУ 6-8 октября 1999г.); "Актуальные проблемы и перспективы развитая железнодорожного транспорта" (Москва; РГОТУПС, 21-22 марта 2000 г.); на НТК Самарского института инженеров железнодорожного транспорта (1997-2000гг), на технических советах КБШ ж.д.

Реализаиия работы. На основании выполненных в работе исследований разработана инструкция по расчёту расхода электрической энергии ВНЭ котла вагонов как купейного, так и плацкартного типа, с применением научно обоснованных нормированных коэффициентов.

Разработаны технические требования и задания, и изготовлены на АО "ЛЭМЗ" элекгропные счётчики энергии на 3000 В постоянного тока для установки в высоковольтную магистраль пассажирского вагона. Для этих целей разработан узел сопряжения.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8-ми печатных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 192 страницах машинописного текста, иллюстрирована 40 рисунками, содержит 19 таблиц и состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы на 9 страницах, включающих 100 наименований и приложений. В приложениях содержатся вспомогательные и дополнительные материалы, а также документы, подтверждающие внедрение результатов работы. Приложения содержат 30 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 33 рис. - всего 90 страниц.

Содержание работы

Введение. В работе обоснована актуальность темы. Изложены основные цели и задачи, методика исследования. Указаны научная новизна и практическая ценность работы.

Глава 1. Стратегия и приоритетные направления научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. Рассмотрены структура баланса потребности железнодорожного транспорта в топливно-энергетических ресурсах на перспективу (1995-2000гг.) и более, тенденция экономии ТЭР в результате реализации программы основных технологических мер энергосбережения до 2000 года. Приведены результаты выполнения отраслевой программы основных технологических мер по реализации потенциала энергосбережения экономии ТЭР и экономии электрической энергаи по годам до 2000г.

Рассмотрена стратегия научно-технической политики МПС РФ в соответствии с постановлением правительства РФ№1078 от 12.11.95г." О неотложных мерах по энергосбережению", изложенная в отраслевой программе на период 1996-2000гг. В ней определены приоритеты отрасли по топливо- и энергосбережению, организационные и научно-технические мероприятия по повышению энергетической эффективности транспорта до 2000г.

В соответствии с федеральной целевой программой "Разработка и производство пассажирского подвижного состава нового поколения на предприятиях России" (1996-2000гг) рассмотрены критерии оценки комфорта и потребительские услуги, стоимость жизненного цикла и коэффициент эксплуатационной готовности, требования к системам отопления на вновь создаваемых пассажирских вагонах моделей 820 К, 9502 и двухэтажных электропоездах и др.

Отмечается значительный вклад в решение проблемы повышения теплотехнических показателей пассажирских вагонов и в улучшение использования систем отопления в них, который внесли отечественные учёные и специалисты: Э.М.Болотин, А.В.Буренков, В.И.Гамиров, Е.В.Гудыма, В.А.Жариков, Ю.М.Калымулин, Б.Н.Китаев, А.Л.Лисицын, МГ.Маханько, В.Н.Майоров, Г.И.Осадчук, Л.В.Разаренова, А.А.Реморов, И.М.Рубинчик, В.А.Рудько, А.Б. Сидоров, Ю.П. Сидоров и др.

Приведён анализ электропотребления современного пассажирского ваго-ца, обусловленный повышенными требованиями к уровню комфортности поездки пассажиров, и основных направлений решения этой проблемы.

Кратко рассмотрен разнообразный арсенал алгоритмов и математических .моделей расчёта технологических расходов электрической энергии на тягу поездов и экономии от внедрения энергосберегающих мероприятий.

Глава 2. Современные математические методы и алгоритмы расчёта электрических нагрузок систем электроснабжения. Глава посвящена анализу современных математических методов и алгоритмов расчёта электрических нагрузок систем электроснабжения на транспорте, промышленных предприятий. Многообразие особенностей процесса электропотребления рассмотрены в ас-

пекгах: графики содержат закономерные временные связи, значения нагрузки носят случайный характер и значение нагрузки дискретно. Приведены модели графиков электрической нагрузки, их показатели и характеристики. Рассмотрена область применения детерминированных методов и алгоритмов определения расхода электроэнергии, а также и интерполяционные и эмпирические методы определения расчётных нагрузок электроустановок; Особое внимание уделено основанному па теории случайных процессов методу вероятностного моделирования графиков нагрузки, требующей их дополнительных более тонких характеристик. В главе приводится краткий анализ вероятностно-статистических методов расчёта потребления электрической энергии в системах электроснабжения железнодорожного транспорта и промышленных предприятий.

Глава 3. Экспериментальные исследования режимов электропотребления высоковольтными нагревательными элементами водогрейного котла пассажирских вагонов с комбинированным (электроугольным) отоплением.. Поставлена задача экспериментальных исследований графиков нагрузки и режимов элекгропотребления высоковольтными нагревательными элементами (ВНЭ) водогрейного котла пассажирских вагонов с комбинированным (электроугольным) отоплением и приведена методика их проведения. В главе рассмотрены особенности хронометрирования потребления электроэнергии ВНЭ котла вагона и описано представление иллюстративных материалов.

Особое внимание в диссертационной работе уделено разработке классификации составляющих выражения суммарной погрешности при выполнении расчёта расхода электрической энергии ВНЭ котла вагона.

Составляющие классификации погрешностей учёта и расчёта расхода электрической энергии ВНЭ котла вагона рассмотрено на фоне электробаланса активной энергии, отражающего поступление электроэнергии в высоковольтную магистраль (ВМ) пассажирского поезда с локомотива и потребление её нагревательными элементами системы отопления, включая суммарные потери в высоковольтной электрической сети:

N \

1 т=1

где \У*а.пр.эл. - приходная часть электробаланса, т.е. количество электроэнергии;-поступающее с электровоза в систему отопления пассажирского поезда и фиксируемое электросчётчиком на отопление ( *- основные принятые обозначения и индексы приведены в конце автореферата):

п

X ^о/.ВДЭ = пК;.В1ГЭ4Н ВНЭ24' полезный расход электроэнергии /-ми по-

требителями электроэнергии ВНЭ (Группа I и П мощностью 48 кВт и Группа I или Группа II мощностью по 24 кВт.) котла вагона пассажирского поезда;

л

А1Уацм = ¡пР-лм • Тц - потери электроэнергии в сети высоковольтной магистрали поезда, которые в дальнейших расчётах пренебрегаются из-за незначи-N

тельности величины; суммарная погрешность расчёта электропо-

т= 1

требления, обусловленная влиянием различных факторов N при проведении контрольных измерений и хронометража электрической энергии, и выполнения аналитических расчётов.

Выразим левую часть выражения (1) следующим образом:

т

К

.эс-эл. п.э с. .11. сл. ), (2)

Л=1

где ^а.эс.э/1." количество электроэнергии, потребляемое системой отопления пассажирского поезда, фиксируемое электросчётчиком на отопление электрово-

за; , ^АФаплэс =

.эс.чсг +^^аилэсчс4г + ^^апл.эслст ) ~ погреш-

и=1 п=1

ность количества электроэнергии, обусловленная классом электросчётчика на

т т

отопление; ^{^апм.влчсг ^^аплвл чЫ +Шапял.чс1 ) - по-

л=1 л=1

грешность количества электроэнергии, обусловленная снятием показаний с

электросчётчика на отопление локомотивной бригадой ЧС-2, ЧС4Т или ЧС7 и фиксируемая в соответствующем журнале.

п

Величину У^й^/.вдэ в (1) определяют по результатам хронометрирова-у-1

ния режима элекгролотребления ВНЭ котла вагона пассажирского поезда с учётом следующего комплекса погрешностей методического и информационного характера, приведённых в выражении:

пп

: + и/щ.внэ24-Р.х) ±

/=1

(3)

К=1

5Х/ЖЭ -

;=1

( и

[ . 1=1

п

где ¿Х/.ВНЭ

7=1

результате расчёта по данным хронометрирования режима электропотребления

п

ВНЭ Групп I и П; ^ ^а].впэ2А-р.х ~пРц.рх ' Тцх - количество электроэнергии,

полученное в результате расчёта по данным хронометрирования режима элек-

<В

АН7

1ст.п.ср.

тропотребления ВНЭ Группы I (Группы П); ^пК^^ЫУ^ а. п = ЬпКа>Рл% ■ Гс

¡=1

- погрешность количества электроэнергии, обусловленная отключённой на электровозе системой отопления поезда при подходе его к пункту остановки;

со

Ш ,

!1.стх

Ьп К^ АЖа1ст0 = 1п К ю Р4П ^СТ0 СР - погрешность количества электроэнергии,

м

обусловленная ещё не включённой на электровозе системы отопления поезда

п

после его отправления со станции; ЬК^^А]¥топ =1мКРп • - погреш-

к=1

ность количества электроэнергии, допускаемая оператором хронометража при фиксации начала и конца процесса электропотребления ВНЭ котла вагона;

п

ЬК ^ = Ьп КР4& ■ Тщ. • 1 (Г3 - погрешность количества электроэнергии,

обусловленная расчётом электропотребления ВНЭ котла вагона по результатам

п

хронометража режима работы их групп; ЬСК ^Г А№ак у = Ьп СКР^ • t - количе-

К=1

ство электроэнергии (погрешность), которое может быть не учтено хронометражем при движении пассажирского поезда по сложному профилю железнодорожного пути, на котором машинист локомотива отключает систему комбинированного отопления пассажирского поезда. Значения

величин Ь, С, К, Тцх, tcr.ii.cp1ст.о.ср., tonb.cp.ty установлены в процессе хронометрирования режимов электропотребления ВНЭ котла вагонов на пассажирских поездах различных маршрутов и направлений.

Глава 4. Анализ режимов электропотребления системой комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов. Приводится разработанная автором классификация факторов, определяющих и влияющих на режим электропотребления ВНЭ котла вагона. Классификация факторов отражает основополагающие положения системного подхода к анализу всей иерархической структуры взаимодействия и взаимосвязи системы комбинированного отопления с условиями эксплуатации вагона. Она позволяет устанавливать приоритеты и стимулирует процесс поэтапного решения многофакторной задачи при анализе функционирования систем отопления ППС, управлять системой с непрерывной коррекцией в нужном направлении, т. е. в выборе рациональных режимов электропотребления ВНЭ котла вагона, пассажирским поездом (рис.1). В работе приведены результаты исследования графиков электрических нагрузок ВНЭ водогрейного котла вагонов пассажирских поездов №9/10 (№10/9) Самара - Москва, №248 (№247) Самара - Санкт-Петербург и №258 (№257) Самара -Нижневартовск за отопительный сезон (Х.1998 г. - IV. 1999 г).

Анализ графиков нагрузки ВНЭ указывает на многообразие их форм. Однако среди этого многообразия выделяется одноступенчатая (импульсная) фор-

Уровень I фокус

Уровень II Фактор ы проблемы

Уровенв II! Акторы

Система комбинированного (эляетроутольногс) отопления пассажирских вагонов

Основные составляющи классификации

1.0. Технические условия эксплуатации ВНЭ котла вагон;

г.0. Фактическое жни-

Ч<:СКОО СОС'ЮЯИИО

^

¡З.О.Кпиыатичоск'оэ условие эксплуатации

Уроаэнь äV Л)ггорь': мотива v ции

УрОЕКЭ*<1> V

Цель

¡ЗКТОрОН

1.1. Подготовка поезда в лугъ следования в отстое. 1.?.. Подготовки Diirona к отопительному периоду

1.3. Количество вагонов в пассажирском iю«зд«

1.4. Пассажироназепекность вагона.

1.5. Имфигалткщия

1.6. Тип и модель иагоиа, срок службы вагана.

1.7. Диапазон отклонения напряжения КС от 3000 в. 1.S. Протженносч»» эпещ рофицированкых участков

а маршруте поезда

1.9. Количэсзо электрифицированных участков

1.10. Скорость поезда по злектрсфицироазмному участку.

1.11. Интервалы времени движения поезда мвжду остановками. Время стоянки поезда.

1.12. Режимы работы систем вентиляции,

1.13 Управление машинистом систе?/си отоплений

поссажирско'о поеэда. 1.14ТУП.по1ворнан ci юсобносгь твердого гоплива. 1,15. I 5с>рма т^ачи твердого 'гопли^в и?) огог-псние с.агон?} в сутки.

1.1В. Тйппо»«дапения err работы внутреи-даю

оборудования вагона.__

2.1. Контактной сети ti злектр

2.2. Электраизоляции hwcokoi оборудования.

2.3. Мнждуваганнык и подвагонных вмссвсшопмгных мйгистра/юй.

2.4. Высококслынога ьвгрбвательммо

2.G. Системы терморегулирования температуры в сагане.

2.6. Системы водяного отопления.

2.7. Устройстаз управления нагрева -тельными элементами котла.

2.8. Теплофкзич'эсккх качеств кузова аагонз.

3.1. Солнечная радиация

о.2. Температура наружного аоздуха

3.3. Относительная влажность воздуха.

3.4. Ветровой режим атмосферы.

4.0 Субъективный

фа:<Г'.'Р

4.1. Комфортные микро -климатические условия в пассажирском вагона. <1.2. Состояние здоровья и самочуствие про -водника, пассажира а пути следования.

4.3. Трудовая дисциплина чувства отвтстнЕннооти бригады поезда.

Степень возааДсгви» фак тора

Постоя; (ная

Периодическая }-

]--V

.3; 1.4; 1.5; 1-й; 1.8; 1 а ;1.10: 1.11 ; 1.12 ;1.14; 1.15 .18; 2.5- 2.8; 3.1-3.4; 4.1-1.3_

1.1; 1.2; 1.?; 1.13; 2.1; 2.2; 2.3; 2.4

[ Техническая диагностика. ПНР

г

Конролируумьил

Не ко нтро л иру в мы й

1.1-1.4; 1.6:1.7; ч.Ю, 1.11; 1.13; 1.15; 2.1-2.7; 3.2; 3.3 ;4.1:4.3

1.5; 1.8; 1.9; 1.12; 1.14;1.1в; 2.В; 3.1; 3.4; 4.2.

Рис. 1. Классификация структуры иерархии факторов определяющих эффективность режимов электропотребителей

системой комбинированного отопления пассажирских вагонов.•

ма строения трафика нагрузки своим многочисленным повторением по охватываемому ими периоду времени.

Установлено, что электрическая нагрузка ВНЭ котла вагонов, в основном, определяется влиянием температуры наружного воздуха, пассажиронаселённо-стью и субъективными факторами, продолжительностью движения пассажирского поезда как по электрифицированному, так и по неэлектрифицированному участку железной дороги, а также количеством остановок продолжительностью 10 мин. и более. Электрическая нагрузка ВНЭ котла вагонов является случайной и сложной величиной. При различных температурах наружного воздуха электрические нагрузки потребления ВНЭ вагонов отличаются по рассматриваемой электрической величине. При одинаковой температуре наружного воздуха существует небольшое различие в графиках нагрузки ППС по расследуемой величине как в чётном направлении движения по маршруту, так и в нечётном.

Установлено, что при изменении температуры наружного воздуха в пределах Ю...-30°С максимальная электрическая нагрузка ВНЭ котла вагонов в межстанционных интервалах колеблется от 200 до 600 кВт. При низких температурах наружного воздуха -25° и ниже графики нагрузки ВНЭ от вагона к вагону выравниваются.

Максимум электрической нагрузки ВНЭ котла вагонов поезда в межстанционных интервалах на графике нагрузки, как правило, приходится на середину, а в первом и в последнем межстанциопных интервалах этот максимум смещается по оси абсцисс. Резко переменный характер нагрузок ВНЭ котла вагонов указывает на специфический режим работы однородных элсктроприемни-ков.

Исследование режимов электропотребления ВНЭ котла вагонов ППС активной энергии, как и исследование графиков нагрузки в работе, осуществлялось как по результатам показаний электросчётчиков на отопление локомотивов, так и по результатам хронометража. Потребление электрической энергии ВНЭ котла вагонов фиксировалось через каждые 1,5...2 часа пути следования

пассажирского поезда, а показания электросчётчика снимались в пунктах смены локомотивных бригад и локомотивов.

По результатам исследований автором разработана структурная схема анализа режимов электропотребления ВНЭ котла вагонов ППС (рис.2). Определяющим аспектом совершенствования структур электропотребления является рациональное планирование и организация работы на подвижном цехе (пассажирском поезде) по экономии, достоверному учёту и контролю за расходом электроэнергии и топлива, что обусловлено неполнотой информации о режимах работы систем электропотребления ППС на железнодорожном транспорте.

Анализ режимов элекгропотребления ВНЭ котла вагонов указывает на их вероятностный характер, зависящий от особенностей эксплуатации нагревательных элементов, технологического процесса обслуживания пассажиров в соответствии с сашггарно-гигиештческими (комфортными) параметрами воздуха в вагонах ППС. Структурная схема (рис.2) преследует цель выбора наиболее приоритетного направления проведения энергосберегающих мероприятий по экономии энергоносителей в ППС при соблюдении условий комфортности, потребительских услуг и "стоимости жизненного цикла".

За период отопительного сезона суммарное электропотребление ВНЭ котла вагонов купейного типа превысило суммарное элекгропотребление ВНЭ котла вагонов плацкартного типа. Установлен факт, что при температуре наружного воздуха ниже -10°С электропотребление ВНЭ котла вагонов ППС, на-прфяер, плацкартного типа колеблется в пределах 500...800 кВт-ч, в то время кецс при температуре 0...-10°С наблюдается большой диапазон изменения \¥а, превышающий значение 1000 кВтч.

Электропотребление ВНЭ котла вагонов ППС, рассчитанное аналитическим выражением (3) метода хронометража, расходится с показаниями электросчётчиков на отопление на величину 300...700 кВт-ч в зависимости от температуры наружного воздуха.

Глава 5. Технико-экономический анализ результатов исследования. Приведено

Рис.2 Структура анализа режимов электропотребления ВНЭ водогрейного котла комбинированного отопления

технико-экономическое обоснование внедрения электронных счётчиков постоянного тока в высоковольтную магистраль (ВМ) пассажирского вагона, питаемую от контактной сети 3000 В, которое показало экономическую целесообразность их использования при минимальной мощности потребителя 44,2 кВт и более.

В работе разработай узел сопряжения для подключения электронного счётчика постоянного тока в ВМ вагона, приведены основные технические данные, характеристики и конструктивные особенности, которые были выполнены АО "ЛЭМЗ" при изготовлении счётчика согласно требованиям и технического задания, разработанных автором.

Используя основные принципы нормирования и экономического стимулирования рационального энергопотребления на железнодорожном транспорте и результаты анализа данных хронометража электропотребления ВНЭ котла вагонов, разработаны нормы и методы расчёта потребления электрической энергии ВНЭ при электроснабжении от КС постоянного тока.

Расчётно-аналитический метод определения суммарного электропотребления ВНЭ котла вагонов пассажирского поезда имеет вид:

.пв ) Е Ри [Ге (Кикпх + ктпп ) + Чркиврпвр ] (4)

аЪ 1 I

Особенностью предлагаемого метода является то, что он базируется на общей мощности ВНЭ водогрейного котла вагона, т.е. Р„=48 кВт. В основу метода заложен метод коэффициента использования определения электрических нагрузок. Нормированные значения коэффициента использования Кц приведены в таблице 1.

Расчёт элекгропотребления ВНЭ котла вагонов, выполненный по выражению (4) имеет погрешность относительно общего показания электросчётчика на отопление электровоза в пределах 15...20% и эта величина уменьшается с понижением температуры наружного воздуха.

Нормированное значение коэффициента использования Таблица 1

Тип вагона Значение коэффициента использования Ки л при диапазоне температуры изменения наружного воздуха, С

10...0 0...-11 -12..-20 -21...-30 ниже -30

Купейный 0,295.. .0,315 0,350...0,380 0,400...0,430 0,520...0,540 0,560...0,575

Плацкартный 0,410...0,440 0,355...0,395 0,340...0,380 0,525...0,545 0,555...0,565

Вагон-ресторан 0,150...0,200 (>вр=8ч.)* 0,250...0,295 (1ВР=8ч.)* 0,350...0,395 (tBP =9 ч.) 0,420...0,450 (Г№=9Ч.) >0,5 ('яр >Ю<)

Примечание: *- в скобках указано ГБР- общее время работы нагревательных элементов котла вагон-ресторана в течение одних суток движения пассажирского поезда по электрифицированному участку железной дороги маршрута.

Результаты исследования режимов работы ВНЭ котла вагонов позволяют предложить другой метод расчёта , основанный не на Рср и Рн, а времени работы Групп I и Д или Группы I (Группы II), но тогда погрешность при расчёте несколько возрастает. Поэтому в целях упрощения на практике можно применять более простой метод расчёта Wa-£ ВНЭ котла вагонов пассажирского поезда:

1 1

где Р - статистический коэффициент (кВт), зависящий от температуры наружного воздуха, значения которого приведено в табл.2.

Нормированный статасгаческий коэффициент (3. Таблица2.

№№ пп Значения статистического коэффициента, кВт, при диапазоне изменения температуры наружного воздуха, °С

10...0 0...-11 -12...-20 -11...-29 -21...-30 ниже-30

1 17,05 - - 20,0 - -

2 - 16,8 - - 24,0 -

3 - - 15,8 - - 25,6

В основе получения аналитического выражения (5) заложен принцип арифметической середины (среднего арифметического).

Экономический эффект от внедрения электронного счётчика активной энергии на каждом пассажирском вагоне только на направлении Самара-Москва (п№9/10) по участку Самара-Потьма (9,4 часа) за один месяц январь составил более 1600 руб из расчёта влияния на отопительную систему ППС температуры наружного воздуха самого холодного месяца в году.

Глава б. Обсуждение результатов научных исследований. В данной главе приведены: количественная оценка погрешностей - составляющих специализированной математической модели электробаланса (1); результаты обработки данных электропотребления ВНЭ котла вагонов ППС, полученных методом хронометража; рекомендации и предложения по совершенствованию системы комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов.

По итогам математической обработки данных хронометража электропотребления ВНЭ котла вагонов, используя пакет программ: Exel, MachSoft S Slus2000, SPSS v.8.0, Statistica/w.5.0. предложен расчётно-статистический метод расчёта потребления электрической энергии нагревательными элементами, представленный зависимостью для вагонов:

купейного типа W^ = ¿7>^(123,65 - 1,53Х ± 70)• 59 • 10"3,кВтч; (6) 1

плацкартного типа WanB = 55,55 - 0,63Х ± 70) • 59 ■ 10~\кВт-ч; (7)

1

Wamc^W^ + W^ = ¿ГдП- (143,55 -0,95Х + 70) • 59 -Ю^кВтч, (8) 1

где Х- параметр соответствующей температуры наружного воздуха.

Зависимости, аппроксимирующие математические ожидания значений расходов электроэнергии ВНЭ котла вагонов в пяти температурных диапазонах, представлены на рис.3. Погрешность расчётно-статистического метода 10... 15%.

Основные выводы и предложения.

1 .Разработаны расчётно-аяалитические и расчётно-статистический методы расчёта электропотребления ВНЭ котла вагона, в которых нормативными

составляющими являются: коэффициент использования, статистический коэффициент и параметр линейной функции регрессии. Аналитические выражения методов позволяют определить расходную часть элекгробаланса электроэнергии за время движения поезда по маршруту, обеспечить контроль и экономное использование энергоносителей.

2.Разработана специализированная математическая модель электробаланса активной энергии, потребляемой высоковольтными нагревательными элементами водогрейного котла вагона и пассажирским поездом в целом. Структура элекгробаланса характеризуется классификацией погрешностей, возникающих при учёте электропотребления системой комбинированного отопления. Произведено оценивание этих погрешностей.

Scatter (V_K_P_O.STA 10v»10c) VARJ=123,«S-M3*i+cps VAR3=165,55-0,63*x+tps VAH4=143,65-0,96*i+eps

VAMp 10 VAR4

Рис.3. Регрессионные зависимости Р„ (Т°С).

3.Разработана классификация факторов, позволяющая производить оценку расхода электрической энергии нагревательными элементами котла вагонов, приемлемая для ведения анализа эффективности использования электроэнергии наППС.

4.Исследованы графики активных нагрузок и режимы электропотребления ВНЭ котла вагона ППС различных направлений формирования КБШ ж.д.

Установлены основные факторы, влияющие на режим работы однородных электроприёмников ППС: температура наружного воздуха, продолжительность движения поезда по электрифицированному участку железной дороги и субъективный факторы.

5.Предложены рекомендации по выбору номинальной мощности ВНЭ котла пассажирского вагона, которая должна быть не ниже 72 кВт. (Группа I и П мощностью 72 кВт. и Группа I или Группа II - 48 кВт.).

6.Разработан узел сопряжения для внедрения в высоковольтную магистраль пассажирского вагона электрического счётчика энергии постоянного тока. Для этих целей разработаны технические требования, по которым на АО "ЛЭМЗ" были изготовлены электронные счётчики постояшюго тока на 25 А (3000 В).

7. Технико-экономическая эффективность от внедрения средств учёта и контроля потребления электрической энергии в ППС в отопительный сезон только на направлении Самара-Москва (п№9/10) по участку Самара-Потьма (9,4 часа) за одни месяц январь составил более 1600 руб из расчёта влияния на отопительную систему вагона температуры наружного воздуха самого холодного месяца в году.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах. I. /} .Комаров. Анализ состояния хозяйства Куйбышевской железной дороги и перспективы развития. // "Проблемы транспортного строительства и транспорта". Материалы международной НТК. Вып.4.Саратов.1997. С.3-7.

2.Комаров A.A. Факторы, влияющие на работу устройств электропотребления пассажирских вагонов с комбинированным отоплением. / "Надёжность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте": Труды международной конференции. Часть1. Самара. (6-8 октября 1999г.) 1999. С.28-30.

3.Комаров A.A. Классификация факторов, определяющих эффективность анализа режимов электропотребления системой комбинированного отопления пассажирских вагонов. / "Исследования и разработки ресурсосберегающих тех-

нологий на железнодорожном транспорте". Межвузовский сб. научн. тр. с международным участием. Самара. СамИИТ. Выл.19. 1999. С.118-121.

4.Комаров A.A. Электрические нагрузки системы комбинированного отопления пассажирских вагонов и их особенность. / "Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте Межвузовский сб. научн. тр. с международным участием. Самара. СамИИТ. Вып.19. 1999. С.121-128.

5.Комаров A.A. Анализ режимов электропотребления системой водяного отопления с комбинированным электроугольным котлом./ "Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте". Межвузовский сб. научн. гр. с международным участием. Самара. СамИИТ. Вып.19. 1999. С. 128-138.

6.Комаров A.A. Электробаланс, классификация погрешностей хронометрирования потребления электроэнергии ВНЭ котла вагонов и их оценивание / "Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте". Межвузовский сб. научн. тр. с международным участием. Самара. СамИИТ. Вып.19. 1999. С.138-141.

7.Комаров A.A. Технико-экономическое обоснование внедрения электронных счётчиков для измерения энергии на пассажирском подвижном составе. / "Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте". Межвузовский сб. научн. тр. с международным участием. Самара. СамИИТ. Вып.19. 1999. С.221-224.

8.Комаров A.A., Яковлев В.Н. Анализ электропотребления системой комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов и пути её совершенствования./ "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта". Тезисы 5-ой межвузовской НМК (21,22 марта 2000г.). Москва. РГОТ УПС. 2000.С.75-77.

ПРИНЯТЫЕ ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: S- количество вариантов диапазонов температур наружного воздуха, для каждого из которых производится расчёт электрической энергии ВНЭ котла вагона;

пв, п - количество вагонов в пассажирском поезде с исправными электронагревательными элементами водогрейного котла вагона; Г - технологический цикл - время движения пассажирского поезда по электрифицированному участку железной дороги, час.; &вм - сопротивление высоковольтной магистрали пассажирского поезда, Ом; Тцх - технологический цикл - время работы высоковольтных нагревательных элементов водогрейного котла, установленное хронометражем при движении поезда по электрифицированному участку железной дороги, час; К - коэффициент пропорциональности, учитываемый при расчёте расходной части электробаланса при подготовке ППС в маршрут, зависит от изменения наружной температуры воздуха и других факторов, мин.; Ь - коэффициент пропорциональности, учитываемый при расчёте электробаланса при подаче ППС из отстоя и при переходе с неэлектрифицирован-ного на электрифицированный участок железной дорога, зависит, в основном, от температуры наружного воздуха, мин.; С - коэффициент, учитывающий время отключения системы отопления ППС бригадой локомотива при движении по сложному профилю пути, при подъёме 8 У00 и более, зависит от температуры наружного воздуха, мин.; 'ст.п.ср. -период времени (среднее значение), в течение которого бригада локомотива отключает систему отопления поезда при подходе его к пункту остановки, мин.;

1 сто ср." время (среднее значение), в течение которого система отопления ППС не функционирует после его отправления с пункта остановки, зависит от температуры наружного воздуха, мин.; 'опвср ' время (среднее значение), в течение которого оператор хронометража не фиксирует начало или конец работы ВНЭ котла вагона, мин.;

1у - среднее время, в течение которого поезд движется по сложному профилю

участка железной дороги, мин.; Кт,К1{П,КИВр - коэффициенты использования ВНЭ котла вагонов купейного и плацкартного типов и вагон-ресторана соответственно;

Тв- базовое время - время движения поезда в межстанционных интервалах маршрута, час.;

пк,пп,пвр - количество вагонов в пассажирском поезде купейного и плацкартного типов и вагон-ресторан.

ИНДЕКСЫ:

н - цикл работы нагревательных

элементов; а - активная энергия;

ВМ - высоковольтная магистраль;

пр.эл. - приходная часть электробаланса;

ВНЭ - высоковольтные нагревательные элементы водогрейного котла вагона

ВНЭ48, ВНЭ24 - высоковольтные нагревательные элементы водогрейного котла вагонов с общей мощностью: 48 кВт. и 24 кВт. соответственно;

ЭС.ЭЛ. - электросчётчик на отопление электровоза;

П.ЭС. - погрешность учёта электроэнергии электросчётчиком на отопление электровоза;

П.ЭС.ЧС7, П.ЭС.ЧС47, П.ЭС.ЧС2- погрешности учёта электроэнергии электросчётчиками на отопление электровозов серии: ЧС7,ЧС4Т'ЧС2;

П.БЛ.ЧС2, П.БЛ.4С4Т, П.БЛ.4С7 - погрешности электроэнергии, обусловленные снятием показаний с электросчётчика на отопление бригадами локомотивов ЧС2, ЧС4Т и ЧС7 соответственно. Р.Х.- режим элсктропотребления, снятый хронометражом;

СТ.О. - станция отправления поезда;

СТ.П. - станция прибытия поезда; СР - среднее значение; В - вагон ЦХ. - цикл работы нагревательных элементов, установленный хронометражом; от - количество пунктов в маршруте поезда с остановками 10 мин. и более; т - количество пунктов смены локомотивных бригад и локомотивов;

Автор выражает благодарность сотрудникам НИЛ "Ресурсосберегающие технологии на транспорте" за помощь при выполнении диссертационной работы.

Введение.

Глава!.Стратегия и приоритетные направления научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте.

1.1.Анализ структуры электропотребления железнодорожного транспорта, основные научно-технические и технологические приоритеты снижения расхода энергоресурсов

1.2.Математические модели расчёта расхода, экономии энергоресурсов на тягу поездов.

1.3.Исследование и технические решения проблемы централизованного электроснабжения пассажирских поездов.

Глава 2. Современные математические методы и алгоритмы расчёта электрических нагрузок систем электроснабжения.

2. ] .Модели графиков электрической нагрузки,, их показатели и характеристики

2.2.Детерминированные методы и алгоритмы определения расхода электрической энергии.

2.3.Интерполяционные и эмпирические методы определения расчётных нагрузок электроустановок.

2.4.Метод вероятностного моделирования графиков нагрузки электрических сетей.

2.5.Стохастико-статистические методы расчёта потребления электрической энергии в системах электроснабжения.

Глава 3. Экспериментальные исследования режимов электропотребления высоковольтными нагревательными элементами водогрейного котла пассажирских вагонов с комбинированным (электроугольным) отоплением.

3.1.Постановка задачи.

3.2.Методика исследования режимов работы электронагревательных элементов водогрейного котла пассажирских вагонов.

3.3.Особенности хронометрирования потребления электроэнергии

ВНЭ котла вагона и иллюстрация полученных результатов.

3.4.Классификация погрешности расчёта потребления электрической энергии ВНЭ котла вагон.

Глава 4. Анализ режимов электропотребления системой комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов.

4.1.Классификация факторов, определяющих эффективность анализа режимов электропотребления системой комбинированного отоп

I I ! ! ления пассажирских вагонов

4.2.Электрические нагрузки системы комбинированного отопления пассажирских вагонов от контактной сети.

4.3.Анализ режимов электропотребления системой водяного отопления с комбинированным (эл^ктроугольным) котлом пассажирских вагонов.

Глава 5.Технико-экономический анализ результатов исследований.

5.1.Технико-экономическое обоснование внедрения электронных счётчиков для измерения энергии на пассажирском подвижном составе.

5.2.Основные принципы нормирования и экономического стимулирования рационального электропотребления.

5.3.Метод коэффициента использования определения электрических нагрузок

5.4.Разработка норм и метода расчёта потребления электрической энергии ВНЭ котла вагонов при электроснабжении от контактной сети постоянного тока.

5.5.Технико-экономический анализ использования энергоносителей системой комбинированного отопления пассажирских вагонов от контактной сети постоянного тока.

Глава 6.Обсуждение результатов научных исследований.

Актуальность проблемы. Рациональное расходование энергетических ресурсов всегда оставалась актуальной задачей на протяжении всей истории же

I ' лезнодорожного транспорта России. Особую остроту эта проблема приобрела сегодня, в период перехода экономики на рыночные отношения, структурно-функционального преобразования системой управления МПС. В этой связи на основании постановления правительства РФ №1078 от 12 ноября 1995г. "О неотложных мерах по энергосбережению" в МПС РФ в 1996г. были разработаны и введены в действие отраслевая "Программа первоочередных мер по реализации потенциала энергосбережений на железнодорожном транспорте в 19962000 годах" и указания МПС РФ "Об отраслевой программе по сбережению топливно-энергетических ресурсов (№478У от 30 апреля 1996г.) и "О методике анализа расхода энергоресурсов на тягу поездов" (ЖВ-741У от 20 июня 1997г). Основная задача энергосбережения на транспорте - внедрение системного подхода к проблеме, предусматривающей как стимулирование оптимизации энергопотребления, так и разработку научно-технических мероприятий, стабилизирующих уровень энергозатрат и снижающих непроизводительные расходы.

Новая концепция развития научно-технической стратегии железнодорожной отрасли в области обновления парка пассажирского подвижного состава (ППС) предлагает новые критерии оценки качества пассажирского вагона: комфорт и потребительские услуги; стоимость жизненного цикла и коэффициент эксплуатационной готовности и др. В связи .с повышением требований к уровню комфортности поездки пассажиров по железной дороге растёт электропотребление современного пассажирского вагона. Для обоснования оптимальной установочной мощности высоковольтных нагревательных элементов водогрейного котла вагона, повышения эффективности рационального использования энергоресурсов, нормирования электропотребления пассажирского вагона важное значение имеет проведение научно-исследовательских работ по изучению электрической нагрузки и режимов электропотребления системой комбиниро6 ванного (электроугольного) отопления с учётом многофакторного влияния в условиях эксплуатации.

Цель диссертационной работы - совершенствование организации режимов электропотребления высоковольтными нагревательными элементами (ВНЭ) водогрейного котла пассажирских вагонов с комбинированным (электроугольным) отоплением путём разработки норм и методов определения расхода электроэнергии ППС, и разработки практических рекомендаций по учёту электропотребления и решения технико-экономических аспектов проблемы.

Для достижения указаний цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка механизма получения и исследований графиков активной нагрузки и режимов потребления электрической энергии высоковольтными нагревательными элементами водогрейного котла пассажирского вагона.

2. Разработка структуры электробаланса ППС, расходная часть которой отражает поступление электроэнергии в высоковольтную магистраль поезда и сумму составляющих погрешности расчёта, определяемых по формулам с учётом различных коэффициентов эмпирического характера.

3. Разработка аналитических и статистических методов расчёта потребления электрической энергии нагревательными элементами котла вагона различных моделей в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и других факторов.

4. Разработка структурной схемы анализа рациональных режимов использования энергоресурсов в ППС, которая при неопределённой информации о режимах ВНЭ котла вагонов позволит выбрать наиболее приоритетные I направления в научных исследованиях по рассматриваемой проблёме.

5. Разработка конструкции узла сопряжения, технических требований по изготовлению на АО "ЛЭМЗ" электронного счётчика энергии постоянного тока на 25 А (3000 В) для внедрения его в высоковольтную магистраль пассажирского вагона. 7

Метод исследования. Для решения поставленных задач использованы теоретические неопытные методы исследования. Теоретические исследования выполнялись с использованием: детерминированных и вероятностно

I , статистических алгоритмов, методов математической статистики, методов расчёта режимов электрических систем и сетей. Опытные исследования графиков активной электрической нагрузки ВНЭ котла вагонов выполнялись в процессе эксплуатации методом хронометража. Научная новизна диссертационной работы:

1. Разработаны расчётно-аналитические и расчётно-статистические методы определения потребления электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла пассажирских вагонов разных моделей и ППС в целом с использованием в расчётах нормированных коэффициентов: использования и статистического, а также параметра линейной функции регрессии.

2. Разработана специализированная математическая модель объективной оценки анализа режимов электропотребления ВНЭ котла вагонов, на базе электробаланса активной энергии. Разработана классификация составляющих модель электробаланса - погрешностей, позволяющих отличить расчётные данные расходной части от фактического электропотребления с точностью до 10. 15 %.

3. Разработана классификация факторов, позволяющая производить оценку расхода электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла вагонов и приемлемой для проведения анализа эффективности использования энергоресурсов на ППС.

Практическая ценность, внедрение результатов.

Диссертационная работа является частью комплексного исследования, выполненного по заданию Управления Куйбышевской железной дороги (КБШ.ж.д.) "Разработка норм, средств учёта и методов расчёта электропотребления системой комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов от контактной сети 3000 В" и других НИР. 8

Разработанная классификация факторов, влияющих на потребление пассажирским вагоном электрической энергии от контактной сети, позволяет опрел / делить оптимальное направление в системе организации проведения ППР по фактическому техническому состоянию нагревательных элементов комбинированного отопления пассажирских вагонов и определить структуру рациональных режимов электропотребления ВНЭ.

Предложены новые технические решения для внедрения электронных счётчиков постоянного тока по учёту расхода электрической энергии системой комбинированного отопления пассажирского вагона от контактной сети (3000 В). Даны рекомендации по совершенствованйю систем комбинированного (электроугольного) отопления пассажирских вагонов.

Внедрены на КБШ ж.д. нормированные коэффициенты для расчёта потребления электрической энергии нагревательными элементами водогрейного котла вагона с учётом изменения температуры наружного воздуха и других

--Ч

1 факторов.

Результаты исследований, рекомендации и выводы использованы при выполнении сопутствующей хоз. договорной научно-исследовательской работы в научно-исследовательской лаборатории "Ресурсосберегающие технологии на транспорте" Самарского института инженеров железнодорожного транспорта, а также при изучении курсов "Электрооборудование вагонов" и "Техническое обслуживание оборудования пассажирских вагонов".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на отечественных и международных научно-технических конференциях. "Проблемы транспортного строительства и транспорта" (Саратов: СГУ. 1997г); "Надёжность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте" (Самара: СамГТУ 6-8 октября 1999г.); "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" (Москва; РГОТУПС, 21-22 марта 2000 г; на НТК Самарского института инженеров железнодорожного транспорта (1998-2000гг), на технических советах КБШ ж.д. 9

Реализация работы. На основании выполненных в работе исследований разработана инструкция по расчёту расхода электрической энергии ВНЭ котла вагонов как купейного, так и плацкартного типа, с применением научно обоснованных нормированных коэффициентов.

Разработаны технические требования и задания, и изготовлены на АО "ЛЭМЗ" электронные счётчики энергии на 3000 В постоянного тока для установки в высоковольтную магистраль пассажирского вагона. Для этих целей разработан узел сопряжения.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8-ми печатных работах. I

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 192 страницах машинописного текста, иллюстрирована 40 рисунками, содержит 19 таблиц и состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы на девяти страницах; включающих 100 наименований и приложений. В приложениях содержатся вспомогательные и дополнительные материалы, а также документы, подтверждающие внедрение результатов работы. Приложения содержат 30 страниц машинописного текста, 11 таблиц, 33 рис. -всего 90 страниц.

Основные выводы и предложения.

1 .Разработаны расчётно-аналитические и расчётно-статистический методы расчёта электропотребления ВНЭ котла вагона, в которых нормативными составляющими являются: коэффициент использования, статистический коэффициент и параметр линейной функции регрессии. Аналитические выражения методов позволяют определить расходную часть электробаланса электроэнергии за время движения поезда по маршруту, обеспечить контроль и экономное использование энергоносителей.

2.Разработана специализированная математическая модель электробаланса активной энергии, потребляемой высоковольтными нагревательными элементами водогрейного котла вагона и пассажирским поездом в целом. Структура электробаланса характеризуется классификацией погрешностей, возникаю

183 щих при учёте электропотребления системой комбинированного отопления. Произведено оценивание этих погрешностей.

3.Разработана классификация факторов, позволяющая производить оценку расхода электрической энергии нагревательными элементами котла вагонов, приемлемая для ведения анализа эффективности использования электроэнергии на ППС.

4.Исследованы графики активных нагрузок и режимы электропотребления ВНЭ котла вагона ППС различных направлений формирования КБШ ж.д.

Установлены основные факторы, влияющие на режим работы однородных

I I электроприёмников ППС: температура наружного воздуха, продолжительность движения поезда по электрифицированному участку железной дороги и субъективный факторы.

5.Предложены рекомендации по выбору номинальной мощности ВНЭ котла пассажирского вагона, которая должна быть не ниже 72 кВт. (Группа I и II мощностью 72 кВт. и Группа I или Группа II - 48 кВт.).

6.Разработан узел сопряжения для внедрения в высоковольтную магистраль пассажирского вагона электрического счётчика энергии постоянного тока. Для этих целей разработаны технические требования, по которым на АО "ЛЭМЗ" были изготовлены электронные счётчики постоянного тока на 25 А (3000 В).

7. Технико-экономическая эффективность от внедрения средств учёта и контроля потребления электрической энергии в ППС в отопительный сезон только на направлении Самара-Москва (п№9/10) по участку Самара-Потьма (9,4 часа) за один месяц январь составил более 1600 руб из расчёта влияния на отопительную систему вагона температуры наружного воздуха самого холодного месяца в году.

184

1. Лисицын А.Л., Сотников Е.А. Железнодорожный транспорт России в XXI веке. Железнодорожный транспорт. 1997. №10. С.41-48.

2. Аксёненко Н.Е. Стратегические задачи железнодорожного транспорта. Железнодорожный транспорт. 1999. №1. С.2-9

3. Беседин И.С. Научно-техническая политика в новых экономических условиях. Железнодорожный транспорт. 1997. №11. С.2-7.

4. Первейшая задача отрасли. Железнодорожный транспорт. 1997. №8. С.17-18. !

5. Комаров A.A. Прогрессивные разработки. Железнодорожный транс-порт.1997. №12. С.17-19.

6. Лисицын А.Л. Ресурсосбережение и отраслевая наука. Железнодорожный транспорт. 1997j №8. С. 19-25.

7. Елисеев С.Ю. Курс на комплексную автоматизированную систему. Железнодорожный транспорт. 1999.№6. С. 18-23.

8. Поддавашкин Э.С. Программа развития телекомуникаций. Железнодорожный транспорт. 1997. №8. С.2-5.

9. Кондратенко А.Н., Мугинштейн, Панфёров В.И. Отраслевая программа энергосбережения. Железнодорожный транспорт. 1998. №4. С.67-69.

10. Ю.Петраковский С С. Снижение расхода энергоресурсов принесёт большой доход. Локомотив. 1998. №3. С.4-6.

11. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Талалаев В.И., Гавзов Д.В., Наседкин O.A. Сертификация на железнодорожном транспорте. Железнодорожный транспорт. 1997. №12. С.26-29.

12. Носков А. Л. Электроподвижной состав для дорог России. Железнодорожный транспорт. 1999. №6. С.34-38.

13. Кучумов В.А., Кривной A.M., Покровский C.B., Гомола Г.Г., Хомяков Б.И. Электроподвижной состав. Железнодорожный транспорт.1998.№4.С.43-47.

14. Комаров. Анализ состояния хозяйства Куйбышевской железной дороги и перспективы развития.// Проблемы транспортного строительства и транспорта. Материалы международной НТК. Саратов. 1997. С.3-7.

15. Комаров A.A. Программа информатизации Куйбышевской дороги. Железнодорожный транспорт. 1998. №6 .С.114-116.

16. Паристый И.Л. Малозатратные технологии в действие. Железнодорожный транспорт. 1997. №4. С.38-45.

17. Пернов Г.И., Эрлих Н.В. Малозатратная технология местной работы. Железнодорожный транспорт. 1997. №7. С.42-45.

18. Мунькин В.В. Рубежи хозяйства электроснабжения. Локомотив. 1997. №7. С.38-41.

19. Электрооборудование вагонов: Учебник для вузов ж.д. трансп/ А.Е.Зорохович, А.А.Реморев, Ю.Н.Кадуба, Я.И.Гаврилов: Под ред. А.Е. Зорохо-вича.-М.: Транспорт. 1982. 367 с.

20. БарскийМ.Р.,.Зворыкин M.JI, Сургучев И.В., Черкез В.М. Электрооборудование и кондиционирование воздуха пассажирских вагонов. М.: Транс-желдориздат. 1963. 235 с.

21. ГОСТ 12400-79. Вагоны пассажирские магистральных железных дорог колеи 1524 мм. Технические условия.

22. Китаев Б.Н., Жариков В.А. Физическая коррекция температурно-влажностных параметров воздуха в пассажирском вагоне. Вестник ВНИИЖТа -М.: Транспорт. 1993. №2. С.43-46.

23. Китаев Б.Н., Рубинчик И.М., Гудыма Е.В. Пути улучшения технологических показателей пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха при высоких скоростях движения,- М.: Транспорт. 1974. С. 19-20.

24. Фаерпггейн Ю.О. Искусственный климат в пассажирском вагоне. М.: Транспорт. 1974. 208 с.

25. Китаев Б.Н. Теплообменные процессы при эксплуатации вагонов М.: Транспорт. 1984. 184 с.

26. Китаев Б.Н., Сидоров А.Б. Влияние температуры на теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций кузовов вагонов. Вестник ВНИИЖТ. 1998. №2. С.44-46.

27. ГОСТ 19431-84. Энергетика и электрификация. Термины и определения.

28. Зб.Электрические нагрузки промышленных предприятий. / С.Д. Волоб-ринский, Г.М.Каялов, П.Н. Клейн, Б.С.Мешель. М,- JL: Энергия. 1964. 304 с.187

29. Гордеев В.И. Регулирование максимума нагрузки промышленных электрических сетей.-М.: Энергоатомиздат. 1986.184с.

30. Постников НИ, Рубашов Г.М. Электроснабжение промышленных предприятий,- JL: Стройиздат. 1989.352 с.

31. Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных установок М.: Энергоатомиздат. 1991.424 с.

32. Гельман Г.А. Автоматизированные системы управления энергоснабжения промышленных предприятий. -М.: Энергоиздат. 1984. 256 с.

33. Гордеев В .И., Надтока И.И. Взаимная коррекция неравнопериодичных(графиков нагрузки. Электромеханика. 1975. №6. С.658-666.

34. Потери мощности и энергии в электрических сетях / Под ред. Г.Е.Поспелова.- М.: Энергоиздат. 1981. 216 с.

35. Головкин П.И. Энергосистема и потребители электрической энергии.-М.: Энергоатомиздат. 1984. 360 с.

36. Глазунов A.A., Глазунов A.A. Электрические сети и системы,- М.: Гос-энергоиздат.1960. 360 с.

37. Электрические системы. Режим работы электрических сетей и систем. / Под ред. В.А.Веникова М.: Высшая школа. 1975. 344 с.48.3алесский A.M. Передача электрической энергии.- М.: Госэнергоиздат. 1948. 355 с.

38. Каялов Г.М. Определение потерь энергии в электрической сети по средним значениям нагрузок в её узлах. Электричество. 1976. №6. С. 19-24.

39. Каялов Г.М. Определение максимума нагрузки группы произвольных электроприёмников. Электричество. 1937. №9-10.188

40. Свешников A.A. Прикладная теория случайных функций. -М.: Суд-промгиз. 1968. 463 с.52,Основные положения по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве,- М.: Атомиздат. 1980. с

41. Копейкин Б.В., Смирнов Е.А., Багиев Г.Е. Эффективность энергосбережений: Опыт ПО "Невский завод им. В.И.Ленина" / Под ред. Г.ЛБагиева. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1985. с

42. Задорина Т.О., Пиковский A.A. Некоторые вопросы анализа электропотребления в промышленности // Межвузовский сборник. -Л.: ЛИЭН. 1982. С.27-34.

43. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений,- М.: Госиздат. 1958. 334с.

44. Аоки М. Оптимизация стохастических систем.-М.: Наука. 1971. 283с.

45. Справочник по теории вероятностей и математической статистике./ В.С.Коралюк, Н.И.Портенко, А.В.Скороход, А.Ф.Турбин.-М. Наука. 1985.640 с.

46. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений,- М.: Наука. 1969.512 с.

47. Воскобойников Д.М. Экономическое стимулирование рационального использования электроэнергии в промышленности,- М.: Энергоатомиздат. 1988. 80 с.

48. Липес A.B. Применение методов математической статистики для решения электроэнергетических задач. Свердловск: УПИ. 1983. 86 с.

49. Бронштейн И.Н., Семендеев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов,- М.: Наука. 1980.976 с.

50. Теория вероятности и математической статистики. Под ред. В.А.Колемаева,- М.: Высшая школа. 1991. 400 с.

51. Харман Г. Современный факторный анализ.- М.: Наука. 1978. 420 с.

52. Е.М.Антонюк, Е.М. Душин и др.: Под ред. Е.М.Душина.-JI.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1987.420 с.

53. Акеёненко Н.Е. Реформам на железнодорожном транспорте динамическое развитие. Железнодорожный транспорт. 1998. №1. С.2-9.

54. Кондратенко А.Н., Мугинштейн Л.А., Парфёнов В.И. Отраслевая программа энергоснабжения. Железнодорожный транспорт. 1998.№4.С.67-69.

55. Саати Т., Керне К. Аналитическое планирование. Организация систем: Пер. с англ.- М.: Радио и связь. 1991.224 с.

56. Бакланов A.A. Измерение и учёт электроэнергии на электроподвижном составе./ Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта. Тезисы докладов II международной НТК (24-25 сентября 1996г.) В 2-х т. Том 1. -М.: МИИТ.1996. С.137-138.

57. Голев Ю.В. Совершенствование материально-технического обеспечения. Железнодорожный транспорт. 1998.Ж7.С.45-49.

58. Электротехнический справочник: В 3-х т. Т.З.Кн.1. Производство, передача и распределение электрической энергии./Под общ.ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др. -6-е изд.испр. и доп,-М.: Энергоиздат, 1982. 656 с.

59. Воронин A.B. Электроснабжение электрифицированных железных до-рог.-М.: Транспорт, 1971. 296 с.

60. Электрические системы. Электрические сети. Под ред. В.А.Веникова, В.А.Строева. -М.: Высшая школа. 1998. 511 с.

61. Комаров A.A., Яковлев В.Н. Особенности эксплуатации системы комбинированного отопления пассажирских вагонов поездов формирования КБШ.ж.д./ "Фундаментальные и прикладные исследования транспорту-2000".1 I

62. Тезисы докладов НТК (23-24 марта 2000г.). Екатеринбург. УрГАПС. 2000. С.

63. Длин А.М. Факторный анализ в производстве -М.: Статистика, 1975.328 с.

64. Инструктивные материалы Главгосэнергонадзора / Минэнерго СССР. -3-е изд. Перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1986. 352 с.

65. Зыкин Ф.А. и др. Некоторые проблемы измерения и учёта электрической энергии. Промышленная энергетика. 1979.№1. С.24-26.,С.49-51,С.53-54.

66. Кучумов JI.A., Спиридонова JIJB. Вопросы учёта и измерений добавочных потерь в сетях при некачественной электроэнергии.-В кн.: Вопросы надёжности и экономичности систем электроснабжения,- М.: МДНТП. 1974. С. 102106.

67. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т.1. Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общ.ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др. -М.: Энергия. 1980. 520с.

68. Зыкин Ф.А., Каханович B.C. Изменение и учёт электрической энергии,-М.: Энергоиздат. 1982. 104 с.

69. Электрические измерения. Под ред. А.В.Фремке. -Л.: Энергия. 1973.424 с.

70. Сальников А.Х., Шевченко Л.А. Нормирование потребления и экономии топливно-энергетических ресурсов. М.: Энергоиздат. 1986.с.

71. Лещинер P.E. Экономия топлива и электроэнергии важнейшее на-роднохозяйственноая задача. -М.: Знание. 1980с.

72. Основные положения по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве. -М.: Атомиздат. 1980.с.

73. Бубер Б.И., Рогулёв А.И. О возможной схеме премирования за экономию энергии. Промышленная энергетика. 1977. №4. С.7-9.

74. Ковалёв Ф.С., Мелехин В.Т. Хозрасчётные стимулы рационального использования энергетических ресурсов в промышленности-М.: Энергоатомиз-дат. 1984. 94 с.

75. Анчарова Т.В., Гамазин С И., Шевченко В.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях. -М.: Высшая школа. 1990.143 с.192

76. Булгаков K.B. Электроснабжение промышленных предприятий -M.-JL: Энергия. 1966. 318 с.

77. Справочник по электропотреблению в промышленности. Под ред. Г.П.Минина, Ю.В.Копытова. -М.: Энергия. 1978. 496 с.

78. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Под ред. С.С.Рокопяна, И.М.Шапиро. -М.: Энергия. 1977. 288 с.

79. Рабинович С.Г. Погрешность измерений.-Л.: Энергия. 1978. 262 с.

80. Комаров A.A. Электробаланс, классификация погрешностей хронометрирования потребления электроэнергии ВНЭ котла вагонов и их оценивание /|

81. Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте". Межвузовский сб. научн. тр. с международным участием. Самара. СамИИТ. Вып. 19. 1999. С.138-141.

82. Румшиский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука. 1971. 192 с.

83. ЮО.Бурумкулов Ф.Х., Мировская Е.А. Основы теории вероятностей и математической статистики. -М.: Издательство стандартов. 1981. 164 с.

84. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. -М.: Компьютер Пресс. 1998. 267 с.

85. Самарский институт инженеров желе {подорожного транспорт»им. ¡VI.Т. Ел и т ро ва11а правах рукописи

86. УДК 629. 4. 048.7: 629.45.064.5

87. Комаров Александр Анатольевич

88. ИССЛ ЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ )Л ЕКТО!ЮТРЕЬЛ Е11ИЯ

89. СИСТЕМОЙ КОМБИНИРОВАННОГО ОТОПЛЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ ОТ КОНТАКТНОЙ СЕТИ1. ПОСТОЯННОГО ТОКА /11. П Р И Л О Ж Е II И Я) И !

90. Специальность 05.22.07 Подвижной состав железныхдорог и тяга поездов

91. ДИСЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЁНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

92. Научный руководитель докгор технических наук профессор В.I ¡.Яковлев1. Самара 20001. ОГЛАВЛЕНИЕ