автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Вероятностная методика расчета расхода электроэнергии на заданный объем перевозочной работы дорог постоянного тока

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

На правах рукописи УДК 629.423.016.15

ШЛЕИНА Елена Алексеевна

ВЕРОЯТНОСТНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЗАДАННЫЙ ОБЪЕМ ПЕРЕВОЗОЧНОЙ РАБОТЫ ДОРОГ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы,

включая их управление и регулирование 05.22.09 - Электрификация железнодорожного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мооква - 1995

Работа выполнена в Московском Государственном уилаерсяггс^й путей сообщения (МИОТе).

Шхучиый руководитель - засдужешгый деятель науки и сслоегх»!

РСФСР, доктор ■гшошчасхих паук,

профессор

ИСАЕВ И.П.

Официадыша оппоненты - доктор таюшяескш: паук, профессор

ПУПЫНИН в.и.

камдидаэ тсоашчасгсзв; кй.ук петраковский с.с. ВадуЕ,ао предприятие - Ка.учкый цец'гр по Ксмвдоздакык

сранспсрг г вробгсмая 3?4>

XI 1935 года а №

,00

Дап^гга соотогася 1Э95 года а У/' нй еасо-

дашш диссертационного сопота Д 114.05.07 при Иэскопско-л государственном уикзерсмгвто путей сообЕузпкя по адресу: 1<"1473, ГСП, г.Москва, А-55, ул.Образцова, 15, ауд.2310.

С диссертацией кохно о^гаксз-аггься в Си&шкжсхо иасазязуга.

Аагорофераг разослав 1£95 V.

Огзиз иа автореферат, аааоресзагй потаьа, просгс: капраглеть со адресу совета ипсттегутга.

Учекмй секретарь днссергадиокиого сосеста

проф. Едасоз С.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность ремы. Для повышения эффективности работы железнодорожного транспорта России требуется более полное использование имекцейся сети железках дорог. С целью привлечения дополнительного потока пассажиров и грузоотправителей к использованию го-леаиодорожного транспорта следует, по возможности, снизить себестоимость перевоаск, предотвратив тем сажм рост тарифов и расценок за пользование услугами железнодорожного транспорта.

Известно, что и настоящее врекя тоштпяо-зпергвтически'о затраты состазлямт около 300 себестоимости желоэкодорсгжсс перевозок. Почему для повышения конкурентоспособности железнодорожного транспорта важной задаче?! является рациональное использование эяоргосичоских ресурсов и разработка энергосберегающих технологий. Одним из условий экономии энергии на тягу поездов является . паучло обоезозаппоо ее нормирование, позволяющее объективно определить иесбзюдимнй объем энергетических ресурсов в функции размеров транспортной работы. Научный подход к разработке методики расчета расхода электроэнер ни позволяет выявить скрытые пнутренние резервы экономии энергии. Среди основных направлений повышения эффективности использования электроэнергии важны» является методическое сс арпанствоваиив обоснования ее расхода. В условиях новых экономических отношений в стране, осложняемых снижением уровня производства всех видов энергетических ресурсов, прогрессирующе* ростом цен на энергоресурсы, а также ростом удельных энергозатрат на единицу перевозочной работы обостряется проблема поиска путей наиболее эффективного использования энергоресурсов на железнодорожном транспорте. Одним из путей оо решения является разработка и внедрение новых подходов к расчету

расхода электроэнергии на движение поездов, в сом число всeit его составляет?®!.

В соответствии со схазажшм диссертация предссавлясг собой разработку более совершенных матодов определения раскола электроэнергии с учетом случай)ас: составляхшугх и предложения лк роа-лизггф&1, направленные иа экономию электрической энергии при сягв поездов на дорогах постоянного тока. Тема диссертации пспосред-cTueinio связана с паучно-исследователъскини работами, г ^оаодоааг-ки на кафедре "Электрическая тяга" Московского государственного университета путей сообщения в соответствии с плакс»! осиовшас научных работ МКИТа по совершенствованию методоз экономии сиор-говатрат на работу локомотивов с учетом реальных параметров по-ездопотоков в эксплуатации. Диссертация посвящена исследования влияния эксплуатационных факторов па использование электроэнергии кагистральв1П<и электровозами постоянного тока. Цель работы. Цель диссертациониой работы заключается а научном обосновании и разработке вероятностного метода расчета расхода электроэнергии на движение поездов на участках постоянного тока с учетом условных потерь энергии в тяговой сети. Естественно, »ту задачу невозможно релить без анализа факторов, наиболее аяияххцкх на расход электроэнергии.

Методика исследования. Реоение поставленной задачи осуществлено па основе методов теории вероятностей и математической статистики, использованных при анализе и расчетах составлявших расхода •лектроэнергин на движение поездов, в «ом числе потерь влектро-»нергкк в глговой сети.

Пдучкая яоакзка. „При -•разработка-истода -расчета-расхода-влектро— asepx-ки ка покрмтм© ев потерь в тяговой сети предложен новый -»сражтиоотжкгй подход, базирухе?сйся на учете разброса авачевкй

токов па токоприемниках электроподвижного состава и числа поездов, одновременно находосдихся в можподстанционной ооно. Предложена методика расчета условных потерь энергии в тяговой сети в функции характеристик распределения тяговых нагрузок >- основных исходных величии, обуславливающих потери энергии, а также в функции времени хода поезда в режиме тяги в процессе движения по межподстанционной зоне.

Впервые определена функция распределения случайных значений условных потерь электроэнергии как отношения распределений' двух коррелированных случайных величия: общее потерь электроэнергии и ео расхода при движеига поездов разных категорий па учаезке дороги постоянного тока.

Предложены тооретихо-зероятностныо методики расчета и анализа случайных составлязгцих потерь электроэнергии при торможенхш по. езда до полной останозки, а также при пуско поезда с различной его интенсивноегьы. Рассмотрены принципы расчета случайных потерь энергии при следовании поезда по участкам различной дхвеш с ограничениями скоростей движения.

ГГрактическая ценность. Виедрснио результатов работы. Материалы диссертации являются частью научно-исследовательских работ КИИТа по создания» прогроссип.-их методов расчета расхода электроэнергии на движение поездов и анализа определивших его факторов. Результаты исследования и практические предложения внедрены з НЦКТП Ьйштранса РФ и в Главном управлении локомотивного хозяйства КПС.

Разработашше мезодики могут бьпгь использованы для расчетов расхода электроэнергии на движение поездоп и состаплякз^ос со потерь применительно к условиям локЬмогивного депо, отделения дороги и дороги в целом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение иа:

- XXXVIII научно-практической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта в новых условиях" (г.Хабаровск, 1993 г.);

- Межвузовской с международным участием научно-практической конференции "За технический прогресс на железных дорогах" (г. Самара, 1993 г.);

- Научной конференции "Проблемы экологии, энерготики, безопасности на транспорте" (г. Москва, 1992 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано четыре работы, из них две в соавторстве.

Структура и об-ьем работы. Диссертация состоит из введения', шести глав, основных выводов, списка литеритуры (98 наименований) и 8 приложений. Она содержит 133 страницы основного машинописного текста, 13 таблиц, 24 иллюстрации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы. В первой главе выполнен анализ существующей динамики потребления электроэнергии на железнодорожном транспорте России. Проанализирован наблюдавшийся в последние 5 лет рост на 5-7'~ (к 1989 г.) удельного расхода электроэнергии на движение поездов всех типов. Его причинами являются падение объемов перевозок, недостаточное внедрение энергосберегающих мероприятий, превышение нормативных сроков эксплуатации устройств и оборудования железных дорог, а

тахже_ рост___составляющей _тах нд.чииаошх --услодкых потерь"- »дек----

ггроэнерт-ки на. электрифицированных участках. Условные потери оп-р«долкхт .обычно как процентное отношение потерь электроэнергии в

сетях энергоснабжения, кВт.и, к общему ее расходу на движение поездов, кВт.ч. Поскольку энергетическая составляющая себестоимости железнодорожных перевозок в настоящее время возросла с отдельных случаях до 25-30%, для снижения себестоимости»перевозок целесообразно внедрение приведенных в работе энергосберега*.сщих мероприятий, среди которых, в частности, организация достоверного учета и обоснованного расхода элекроэне ¡»гии на тягу поездов с учетом потерь электроэнергии а тяговой сети, имея в виду ее более эффективное использование. В глазе приведена развернутая постановка задачи и метода исследования.

Во второй глаза рассмотрены существутацие методы расчета групповой норки энергозатрат на движение поездов, представлящей собой затраты энергии на выполнение планируемого объема транспортной работы. Дана классификация основных факторов, влиязодих на ■ энергозатраты, среди которых сопротивление движению поезда, зависла;®® от нагрузки на колесную пару поезда, массы поезда, типа вагонов, режима ведения поезда, профиля пути и т.д.; приведена классификация составляясь« расход;., электроэнергии на тягу поездов.

Ввиду актуальности задачи совершенствования методов расчета расхода электроэнергии на электрифицированных железных дорогах ее решению посвящено большое число научных работ, начиная с трудов Д.В.Тимофеева и А.В.Вульфа, сформулировавших принципы статистических методов расчета тяговых сетей и анализа проходяг?ос э них процессов, а также фундаментальных работ проф. К.Г.Марквардта, проф. В.Е.Розенфельда и дг>. , посвяцснкых вероятностным методам расчета расхода энергии на движение поездов. В ' большинстве этих методов рассчитывается расход эл^хтроэнерпс! по данным о фактических энергозатратах за прошедЕЗЕ! период эксплуа-

тации. Далее проводят учет предполагаемого изменения условий эксплуатации и характеристик поездопотоков на планируемый период путем корректировки расхода на величины приращений основных определяющих ее параметров. Как правило, для этого тем или иным способом рассчитывают коэффициенты влияния изменения соответ-стзукс~£х параметров на величину расхода энергии, Чхо однако н» всегда обеспечивает достаточную точность расчетов. Как ухе уха-аьталось, методам расчета потерь электроэнергии с тяговых сетях посвящено значительное число научных разработок, среди которых превалирует метод проф. К.Г.Марквардта, основанный на анализе мгновенных схем, получивший развитие в работах Р.И.Мирошниченко и Д.А.Палой; разработки проф. Р.И.Караева; метод так называемого "эквивалентного сопротивления", предложенный А.Н.Кувичинским и др. Вероятностно-статистический подход к решению вопросов, связанных с потерями энергии в контактной сети, получил развитие в работах Г.Г.Марквардта, Р.Р.Мамошина и др., и по мнению автора представляет большой интерес вследствие учета ряда случайных факторов, связанных с расходом электроэнергии.

В третьей главе изложен вероятностный метод "одинарного интеграла" расчета групповой норны энергопотребления па движение поездов, разработанный на кафедре "Электрическая тяга" МИИТа при участии автора. Случайный характер транспортного процесса делает со только обоснованным, но и неизбежным применение теории вероятностей и математической статистики при расчетах энергопотребления. Проведенный анализ разброса основных факторов, определяю-дох величину расхода энергии, относительно их средних значений

-&а~ряд-лет научастко "Москва-Волоколамск" Мэсковскойжелозпойдо-рогк показах, что каждый из них описывается своим законом рас-продехеюся вероятностей, тип которого для данного фактора, как

правило, остается неизменных. Так, разброс массы поездов, проходящих по участку, описывается нормальным законом распределения, разброс нагрузки на колесную пару, как правило, представляет собой композиции законов распределения и т»д. Метод "одинарного интеграла" позволяет учесть совокупности значений основных факторов, определяющих расход электроэнергии - массы поезда Q и нагрузки на колесную пару ^ а также исключить из расчетов такую подверженную частым изменениям величину как сопротивление движению поезда.

Одной из основных величин, используемых з данном методе, является критическая масса поезда Q*p ■ °!Ia рассчитывается для наиболее сложного элемента профиля пути и представляет собой массу поезда, которий могет быть проведен по этому элементу с постоянной скоростью при максимальном использовашт колкости локомотива без боксозания. Так, например, по данным эксплуатацт!

па участке» Москва-Волоколамск Q "4540 т. D соответствии с мо-

*Р

тодом "одинарного инте1рала" для неполновесных поездов, масса которых меньше критической, между распределением p(Q) массы поезда и распределением нагрузки на колесную пару существует однозначная зависимость:

(1)

?<«>• ж ^

гдо ¿q - длина условного вагона, м; ¿-•¡I - длина станционимх путей, м.

По результатам тягового расчета для заданных значений массы поезда определен удельный расход электроэнергии на даижение поездов. Поскольку между массой поезда и нагрузкой на колесную пару существует однозначная связь, тем самым определена зависимость удельного расхода электроэнергии J от нагрузки на ко-

весну» пару . Таким образом строят номограмму, связывающую

распределение плотности вероятностей масс поездов и нагрузок на колесную пару вагонов, а также зависимость сЦ^^,предназначенную для расчета групповой нормы расхода электроэнергии на движение поездов. Для участка Москва-Волоколамск зависимость &((}.) представлена кривой 1 на рис.1. Используя изложенггмй метод, групповую норку определяют как сумму удельного расхода электроэнергии на движение неполновесных (ф ? О ) и полновесных { 0т 0 ) . поездов:

4г Р Чтах. *

/ чрт^щ + У'тФщ , ■ (2)

где $ - средняя по поездопотоку масса состава, т;

¿{г - граничная величина нагрузки на колесную пару,

соответствующая критической массе состава, т/ось;

С? и ¿7 ■ - максимальная и минимальная нагрузки на колесную

¡■/пах. ¿""Л-

пару для поездопотока, т/ось.

Полученная таким образом величина расхода электроэнергии не требует корректировки для учета возможных изменений определяющие ее факторов - массы поезда и нагрузки на колесную пару, тах как она рассчитана на основе прогнозируемых на заданный период вако-нов распределения этих факторов. Однако в случае необходимости оо можно скорректировать с учетом условий эксплуатации (кривые 2 и 3, ркс.1), используя полученные опытным путем корректировочные коэффициенты. Для исследуемого участка величина групповой нормы расхода электроэнергии, рассчитанная данным вероятностным методом, применительно к сентябрю 1990 г. составила 142,6 кВт.ч/10 пен. По данным счетчиков, установленных на локомотивах, величина

—Удельного .расхода -электроэнергии -ва тот-жв_пвриод -времени сосва-

4

вкла' 148,7 кВт.ч/10 *кх, что больше расчетного значения примерно ва 41.

В четвертой главе в качество развития метода "одинарного интеграла" изложена разработанная автором вероятностная методика определения условию: потерь энергии в тяговой сети. Па примере известного представления о равномерно распределенной нагрузке по межподстаицконной зоне вероятностна методом учтен при расчете потерь электроэнергии разброс значений основных определяющих потери параметров - токов двигателей электроподвижного состава и числа поездов П , одновременно находящихся з межподстанционной зона. Исходными данными для расчетов являются гистограммыр(У) токов двигателей электроподвижкого состава, построешше по результатам опытных поездок и тяговых расчетов и учитыва;сг?1е разброс касс, проходящих по участку поездов. При этом принято допущегаю о биномиальном характере распределения числа поездоз jOf/K-J . Аналитическое выражение условных потерь ^ электроэнергии в тяговой сети межподстанционной зоны получено з функции параметров рас-проделе!В5й токов -У двигателей электроподвижного состава и числа поездов /п. :

2 _

г -рш.иг) , у ß(и, ил--ТТ—* ---(3)

Г до J* - погонное cor. ютивление тяговой сети, См/км; 6 - протяженность межподстакционной зоны, км; ~tT - время движения поезда по зоне в режиме тяги, мин; ~tx - время хода поезда по зоне, мин;

MJ- математическое ожидание и дисперсия тока двигателя

г

электроподвижного состава, А,А ;

1

"вс/1 - ток вспомогательных малин, А;

Mj /п _, - математическое ожидание и средний квадрат числа поездов, одновременно находящихся в межподстанционной зоне;

,в

и,+иг

и,, - напряжения на фидерах соседних подстанций, В.

(5)

Полученную зависимость (3) ¡полезно использовать для оценки средних условных потерь анергии применительно х условиям работы локомотивных депо, отделений дорог с учетом прохождения по участкам поездов разных категорий.

Для учета разбросов величины условных потерь относительно их среднего значения впервые оценено статистическое распределение условных потерь, электроэнергии. При этом условные потери ¿Г рассмотрены как случайные величины, являющееся отношением двух коррелированных случайных величин - потерь электроэнергии А А в тяговой сети и общего ее расхода А на движение поездов:

<Г= . т Уо . <6)

Вероятностная связь этих величин характеризуется коэффициентом их взаимной корреляции Ъ .

Согласно сказанному выше закон распределения условных потерь электроэнергии имеет вид: С

/

Ясб'6".

ДА А

%

(Л? ~Ар С ■—р + — е б с з/в

и %]? Г

/ щТ-г*)

_ и е с!а

'тГг*)

(7)

где коэффициенты В, См 2 определяются а виде:

в с

■+

2<Га*

¿А /" /}./глд

йА А

о. А

-г

2 <Г/

_ 2 А

(8)

(9)

(10)

Здесь А и - среднее значение и дисперсия расхода электроэнер.

г г

гки на движение поездов, кВт.ч; кВт .ч ;

¿1/4 и б""^ среднее значение и дисперсия потерь электроэнергии

м ; г

в тяговой сети, кВт.ч, кВт .ч .

.2

Значения А и б^ определены на основании данных маршрутных

листов машинистов. Числовые значения характеристик закона рас—

продолекия потерь электроэнергии ¿А и определены приближенно из условия равномерно распределенной нагрузки, учитывая, что на участке курсируют поезда трех категорий: грузовые, пассажирские и электропоезда: Z 1 z z

f-6T ^ г

+ ^Ч^Р ТЧ^У С) : <">

= иг)^ГА С +

+^ - ГРХ, р мчи <5- ' <12>

где в дополнение к введенным выше обозначениям Т - расчетный период, ч;,

Щг и2т- средний квадрат и дисперсия числа поездов, одновременно находящихся в межподстанционной зоне; У?, с/"я" , ^, • Оуил - средние значения и дисперсии

токов двигателей грузовых, пассажирских и электро-

2.

поездов соответственно. А; А ; , ^пагс г ~ общее число проходящих по участку за период

времениТгрузовых, пассажирсхих и электропоездов оответствелно; М - общее число проходящих по учаеттку за вр«<я Т поездов всех категорий.

В пятой -глава приведены результаты расчетов условных потерь электроэнергии разработанным методом. Для их проведения выполнены тяговые расчеты на каждой из 7 межподстанционных зон исследуемого участка Москва-Волоколамск, исходя из фактического профиля пути для составов трех масс - 1000т, 2300 т и 4000 т с электровозом ВЛ11. По полученным при этом зависимостям токов двигателей электровозов в функции времени применительно к каждой зоне построены гистограммы плотности распределения токов двигателей для поезда каждой из рассматриваемых масс. Далее, используя гистограмму распределения вероятностей масс поездов, проэсодящю! по участку, получены гистограммы распределения вероятностей "гокоа двигателей электровоза ВЛ11 при движении ого с поездом по каждой из зон участка с учетом разброса масе поездов. На рис.2 представлена такая гистограмма для одной из зон участка. Эти материалы явились исходными для дальнейших расчетов условных потерь предложенным методом.

Согласно проведенной оценке разработанным вероятностным методом применит ель- о к исследуемому участку при общем чи£ло поездов, проходящих участок за сутки, равном /У^Эв, средние условные потери энергии в тяговой сети составили величину ¿Г, =(6,6+0,8)% с вероятность» 0,68. Расчетно-статистическое значение условных потерь в тяговой сети на данном участке, полученное по действующей ме.одике МПС, составляет 7,2%, что практически согласуется с полученным предлагаемым методом, однако без учета случайных потерь энергии.

-Используя построенные по результатам тяговых расчетов Гистограмма распределения плотности вероятностей токов двигателей грузо IX поездов для исследуемого участка Москва-Волоколамск (рис.2} и аналогичные данные для пассажирских и электропоездов,'

полученные . в результате опытных поездок, определены не только

средние потери энергии в тяговой сети ЛА »3159 кВт.ч, но и

г-* ^ Z &

дисперсия потерь энергии, равная 0Á, -451 069 кВт . ч . По данным

АА '

маршрутних листов машинистов также рассчитан средний расход

электроэнергии на движение поездов А -324 ЗЗОкВт.ч и его диспер-

r"^ z í

сия Од —4 528 871 400кВт .ч . Используя соотношения (7)-(10), получены аналитические выражения фактических законов распределения условных потерь для исследуемого участка для трех возможных значений 2-0,1; 0,3 и 0,5.

Выполнен аналогичный расчет в предположении, что средние условные потери энергии составляют 5% и 10%. На рис.3 представлены полученные законы распределения плотности вероятностей .условных потерь электроэнергии при различных их средних значениях Z»0,5, являющееся по существу номограммой для оценки разброса условных потерь электроэнергии относительно их средних значений.

В шестой главе изложены разработанные вероятностно-статистические методики анализа и учета расхода электрической энергии при наличии нерегулярных факторов, проявляющихся при движении поезда и обычно не учитываемых в расчетах расхода электроэнергии на движение поезда. Так, в отличие от существующего детерминированного определения составляющей расхода электроэнергии, обусловленной торможением поезда массы Q , т, движущегося со скоростью lfJ0 , км/ч, до остановки, основанного на потерях кинетической энергии поезда в тормозах, предложено принимать во вникание разброс масс движущихся по участку поездов. В переем приближении распределение масс поездов p(Q) можно принять нормальным с параметрами: средняя касса поезда Q и дисперсия массы поезда б^ : ^

/-• / / (Q'Q) ) /13)

' GQ •. ¿6a. J

Поскольку отклонения фактической скорости начала торможения от графиковой незначительны и не зависят друг от друга, то статистическое распределение П, значений скоростей начала торможения поездов данной категории принято также нормальным с парамот -

.Рис. 3.

рами: средняя скорость качала торможения V и дисперсия скорости начала торможения . Плотность распределения вероятностей скоростей качала торможения

И г } ■ <«>

Далее и а основании представленного распределения осущест-

влен переход к распределению квадрата скорости начала торможения

-г

, т.к. оя входит в выражение кинетической энергии повода. Используя известные из тзории вероятностей соотношения для иатв-матического ожидания и дисперсии произведения независимых случайных величин, получена количественная оценка влияния состав-ля5гчей расхода электроэнергии ЛАТо < обусловленной торможением поездов данной категории до остановки, в вида плотности распределения вероятностей этих потерь энергии:

/> > \ 1 / (¿Ато-ьАто) )

где средяил расход энергии на торможение поезда до остановки

ААг* Чъ • / <1б)

и дисперсия дайной составляющей расхода энергии

На рис.4 представлено распределение потерь электроэнергии при торможении поездов расчетной массы до остановки на основании данных, полученных из поездных документов■ грузовых поездов на участка Косква-Волоходамск. При расчетах принята приведенная масса поезда (?л —2515 т. Средняя скорость начала торможения для грузовых поездов принята равной ХГТ -(60±6)км/ч. >£арахтеристики нормального закона распределения расхода энергии на тормохояие;

¿А—993 кБт.ч; дисперсия ,7У/аЛТо) "29 970 кВт^ .ч*~. В тахои аспожто

разработанная методика полезна при оценке энергетики движения поездов и мероприятий по экономии энергии.

В отличие от существующей детерминированной методики расчета энергозатрат на пуски поездов предложена вероятностная методика учета влияния интенсивности пуска поезда на расход электроэнергии без выполнения тяговых расчетов. В качестве примера для поезда средней массы О, -2243 т и трех возможных значений коэффициента сцепления ^-0,49, 0,33, ^ -0,17, соответствующих различным интенсивностям пуска и силам сцепления колес с рельсами, рассчитано движение поезда с момента его трогалия до выхода иа установившуюся скорость 1ГП -»60 км/ч, которая для всех рассматриваемых режимов принята одинаковой и равной скорости выхода электровоза на безреостатную характеристику при номинальном напряжении на тяговых двигателях 1500 В:

V* V. {/- е т)

" 1 / (18)

гдо V - скорость поезда, км/ч;

'б - врол, мин;

Т - постоянная времени поезда, мин;

Ул

Т= ' с/У I ■ '

л к-о • <19>

Используя рассчитанные величины ускорений поезда в момент трогакия по соотношению (19) найдены постоянные времени: Т*3,19 мин, «»6,04 мин, Т =16,3 мин и построены графики за-

висимости скорости поезда от времени (рис.5). На основании токовых характеристик электровоза ВЛ11 проведен разработанным методом расчет расхода электроэнергии за время пуска для указанных сьдяо трех режимов работы электровоза. Анализ полученных результатов показывает, что при наиболее интенсивном режиме пуска с

ускорением 0,087 м/с по сравнению со вторым режимом (ускорение

3,

0,046 м/с ) достигнута экономия электроэнергии А,3 кВт.ч, при цене 1 кВт.ч около ISO руб. экономия в эксплуатационных расходах составляет 67 090 руб. на один пуск. По сравнению с третьим, наименее интенсивным режимом пуска посада (ускорение 0,017

Z л

м/с ), достигается экономия & в размере 2001,2 кВт.ч или

320200 руб. также аа время одного пуска. Данная методика дает экономическую оценку интенсивности каждого пуска и позволяет выбрать режим, дакгзий наиъольщую экономию электроэнергии в данных эксплуатационных условиях.

Далее изложены принципы построения методики определения составляющей расхода электроэнергии при движении поезда по участкам определенной длины, требующим ограничения скорости из-аа состояния пути. Методика основана на исследовании влияния ря

Рис. 4 Рис.5

да случайных факторов на расход электроэнергии, а именно основного удаяьяого сопротивления движению данного поезда , Н/кЯ, массы поезда Ц , *, и длины , км, пути с ограничением скорости движения поезда. При этом сроднио потери электроэнергии

¿Anf = M Q-f -L ■ /р Л , кдж. (20)

Поскольку величины W^ , Ct и ¿, no своей природе являются случайными и в первом приближении их отклонения от соответствующих средних значений не зависят друг от друга, то можно полагать, что каждый из этих параметров имеет нормальное распределение со своими характеристиками - средним значением и дисперсией. Так, плотность распределения значений удельного сопротивления движе-

1000 , / . / (к-кТ I ■

где У/ и £f.. - среднее значение и дисперсия удельного

z г

сопротивления движению поезда, KlI/II,кК /В . Аналогичный вид имеют плотности распределения Д (Q) значений массы поездов и длин участков ^¿(h) с ограничениями скорости движения. Плотность распределения составляющей расхода электроэнергии в рассматриваемой задаче может быть рассчитана как последовательная композиция этих трех независимых составлякорпс плотностей распределения в виде:

/> Aj = [р, /к)<А * Л (L■)■ ' • <22>

Для выполнения композиции математическое ожидание представ-

лено в виде:

M /л Ап,) = s/fttj-M(Q)- M(L) _

, кВт.ч <23)

и дисперсия этой состав ляхгцей расхода электроэнергии определена в виде:

DfcJDfOjDfl) + MA(k)V(Q)D(L) +

, кВт .ч (24)

Данные по разбросу масс поездов, обращакщихся на участке, можно получить на основа tant поездных документов. Кроме того в первом приближении ложно принять, что Iаааисит только от изменения скоросгя движения, ток как има::но рмброс скоростей движения

оказызает на наибольшее влияние. Относительно влияния разброса гначотегй длин участков пути а ограничениями скорости движения дело значительно сложное, т.к. собрать воедино по времени числовые данные о параметрах распределения случайных величин , 0 , необходимых для расчета составляющей расхода электроэнергии при движении поезда с ограничениями скорости по предупреждениям, сложно: это требует одновременного участия многих специалистов различных направлений. Поэтому з данной работе изложены лишь принципы теоретико-вероятностной методажи, которой, насколько известно, ранее но существовало, несмотря на ее необходимость.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЕ!

1. Результаты анализа потребления электроэнергии на железнодорожном транспорте свидетельствуют, что за период с 1989 г. по 1994 г. в связи с падением объемов перевозок почти иа 608, ростом условных потерь электроэнергии а системе энергнснабжения и недостаточной реализацией энергосберегающих мероприятий удельный раосод электроэнергии па тягу поездов возрос на 6,58. Поскольку затраты на оплату электроэнергии в себестоимости перевозок достигают 25-308, тариф на электроэнергию для тяги поездов возрос С 1,5 коп./кВт.ч в 1909 г. до 160 руб./кВт.ч в настоящее время, с особой актуальностью встает задача снижения потерь и экономии энергии в системе энергоснабжения и в э.п.с. железных дорог.

2. Выполненный статистическими методами анализ влияния основных факторов на величину удельного расхода электроэнергии на тягу поездов позволил учесть случайный разброс характеристик поездо-потоков и, а частности, таких параметров как масса поезда и ла-хрузка на колесную пару.

3. Разработан вероятностный метод учета условных потерь электроэнергии в тяговой сети, базирующийся на фактических данных о

значениях тяговой нагрузки. Используя допущение о равномерно;; распределении тяговой. нагрузки в можподетакциониой боке, а также распределения вероятностей токов двигателей электроподвихкого состава и числа поездов, одновременно находящихся в зоне, в наедено соотношение для расчета условных потерь электроэнергии в тяговой сети.

4. Рассчитанная по методике МПС величина условны:: потерь электроэнергии применительно к направлению Москва-Волоколамск при существующей интенсивности движения и относительном времени потребления энергии на тягу поездов составляет детармижфоаанкоа значение, равное 7,26. в отличие от этого среднее значение по предложенной автором вероятностной методике составляет 6,6в с вероятность» 0,68. Расхождение этих сродню: величин можно объяснить сложностью профиля участка, а кроме того тем, что за прошедшие 20 лет после разработки методики МПС внедрены новые технические устройства в системе энергоснабжения к на электроподвижном составе, что требует ее определенной корректировки.

5. В отличие от зуществухадей детерминированной методики*МПС расчета условных потерь электроэнергии разработанный автором метод

/

предусматривает определение не только средних условных потерь энергии, но и возможные разбросы этой величины относительно ее среднего значения. В рассматриваемых условиях движения поездов на участке Москва-Волоколамск этот разброс составляет 10,6%,

6. Разработанный статистический метод расчета условных потерь энергии обеспечивает погрешность 10-12% по отношению к средней ее величине и может быть использован для оценки величины расхода знорг! 1 на покрытие ее потерь в тяговой сети железных дорог постоянного .тока.

7. Разработанная теоретико-вероятностная модель расчета условных потерь электроэнергии базируется на статистическом анализе корреляционного отпопгэния двух случайных величин - потерь электроэнергии а тяговой сети и еа общего расхода на движение поездов, что позволяет более полно учесть условия эксплуатации. 3. Предложен, а отличие от сузцаствукщего детерминированного, статистический метод расчета потерь электроэнергии при торкожо-вми подвижного состава, позволяк^ий на основании результатов статистического анализа поездных документов (марсрутных листов кгтзпаютоа и скоростемерных лент) определять фактический расход медатрозпергтс! при различных условиях торможения. Разработан и прсилязоетрирозан на конкретных примерах тсореткко-всроятносткый »теяод определ е!сия расхода электрической энергии электровоза; ¡и постоянного тока без выполнения тягогых расчетов при различных китечсизностях пуска поездоа до выхода на бсзроостатнум характо-злсктрсзоза при пскннаяьно-« капрякешш на тяговых дзига-

эелях.

5. Иплозгоям гграгпр'.тпг »основного тесретнко-лероятпостного учета расхода электроэнергии при следовании пооэда по участкам с огра-г-г:с~-..~:'гг скоростей движения как функцтги трех случайней пара-гс.'грсз: иаса поеэдоп, допустга^ьпс скоростей движегам и длин уча-сгазз с ограничениями скоростей движения. Конкретный расчет данной соетаалгасгтей расхода электроэнергии будет зояиояея при нали-тггт зелго набора соответствующей поездкой документации, а танго дагнгых о состоянии пути па исследуемом участка, чем я кастсгеч-о автор диссертации па располагает.

Осговшэ положения диссертации опубликованы в работах: 1. Сценка условных потерь электроэнергии ггр«.1 расчета групповой кормен энергозатрат на. тягу поездоа для додо/ Фсокгистоа О - ,

Шяеина E.// Tea. докл. 38 науч.-практ. конф. "Повыш. эффектна, работы ж.-д. граней, в нов. условиях. Ч.З.- Хабаровск, 1993.-с.81-82.

2. Идейна Е.А. Определение потерь энергии в контактной сохи вероятностным методом// За технический прогресс на железных дорогах. Материалы межвузовской с междунеродиым участием научно-практической конференции,- Самара, 1993.- с.87-88.

3. Шяеина Е.А. Статистический метод расчета потерь электроэнергии в контактной соти при нормировании энергозатрат па тягу поездов// Проблемы экологии, энергетики, безопасности на транспорте. Результаты исследований, практика их применения. Науч. конференция. Тезисы докладов. - М. , 1992.- с.174-176.

4. Решение о выдаче патента »500'4870/70 от 10.03.92 (приоритет 11.04.91). Устройство для проверки счетчика электроэнергии на электровозе постоянного тока./ А.Ч.Озекбловский, Н.Н.Сидорова, В.П.Феоктистов, Ю.Ю.Чуверин, А.И.Чумоватов, Е.А.Елейна, 0,35 □еч.лисга.

ШЛЕИНА Елена Алексеевна ВЕРОЯТНОСТНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЗАДАННЫЙ ОБЪЕМ ПЕРЕВОЗОЧНОЙ РАБОТЫ ДОРОГ ПОСТОЯННОГО ТОКА 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их

управление и регулирование 05.22.09 - Электрификация железнодорожного транспорта

Сдано-в набор ¿0, //. 9Подписано к печати AO.ff.95, <&ормат бумаги 60x90 1/16 Оба ем 1,5 п.л. Заказ //¿Г,5~Тираж 100 эка.

Типография мтат.коекза, 101475,ГСП,Москва,А-55,ул.Образцова,15