ФАКТОРЫ,  ВЛИЯЮЩИЕ  НА  РАСХОД  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ЭНЕРГИИ  НА  ТЯГУ  ПОЕЗДОВ

Вялкова  Светлана  Олеговна

аспирант  Омского  государственного  университета  путей  сообщения,  г.  Омск

E-mail: 

THE  FACTORS  INFLUENCING  ON  ELECTRIC  ENERGY  CONSUMPTION  ON  DRAFT  OF  TRAINS

Vyalkova  Svetlana

postgraduate  student  of  Omsk  state  transport  university,  Omsk

АННОТАЦИЯ

Существенная  часть  расходов  ОАО  «Российские  железные  дороги»  приходится  на  топливно-энергетические  ресурсы  на  тягу  поездов.  Расход  электрической  энергии  зависит  от  множества  факторов  различной  природы,  каждый  из  которых  влияет  на  расход  энергии  по-разному.  В  статье  рассмотрены  и  проанализированы  факторы,  которые  следует  учитывать  при  анализе  и  нормировании  энергопотребления  на  тягу  поездов. 

ABSTRACT

The  significant  portion  of  charges  of  OJSC  Russian  Railways  represented  a  fuel  and  energy  resources  on  draft  of  trains.  The  consumption  of  electric  energy  depends  on  many  various  factors  which  influence  on  power  consumption  differently.  In  the  article  the  factors  which  should  be  taken  account  in  the  analysis  and  rationing  of  power  consumption  on  draft  of  trains  are  considered  and  analysed.

Ключевые  слова:  расход  электрической  энергии;  подвижной  состав;  тяга  поездов;  контактная  сеть.

Keywords:  consumption  of  electric  energy;  rolling  stock;  draft  of  trains;  catenary.

Основной  статьей  расходов  Дирекции  тяги  ОАО  «Российские  железные  дороги»  («РЖД»)  являются  топливно-энергетические  ресурсы  (ТЭР)  на  тягу  поездов.  Так,  в  2011  г.  доля  затрат  на  топливо  и  электрическую  энергию  в  эксплуатационных  расходах  дирекции  достигла  54  %  [1].  В  связи  с  этим  вопросы  учета,  анализа,  нормирования  и  планирования  ТЭР  на  тягу  поездов  являются  особо  актуальными.

Нормы  удельного  расхода  ТЭР  разрабатывают  на  планируемые  показатели  использования  подвижного  состава  в  соответствии  с  действующей  в  ОАО  “РЖД"  Методикой  анализа  результатов  расхода  топливно-энергетических  ресурсов  на  тягу  поездов  №  ЦТД-26,  утвержденной  приказом  МПС  РФ  от  20  июня  1997  г.,  однако  эта  методика  не  удовлетворяет  современным  требованиям.

В  настоящее  время  в  ОАО  «РЖД»  сформировано  и  постоянно  развивается  корпоративное  информационное  хранилище  данных  (КИХ),  основная  функция  которого  состоит  в  обеспечении  широкого  круга  пользователей  динамической  отчетностью  по  различным  средам  прикладных  областей,  в  том  числе  для  решения  вопросов  прогнозирования  различных  показателей  работы  железнодорожного  транспорта.

Целью  прогнозирования  энергопотребления  на  тягу  поездов  является  поддержание  надежной  работы  единой  энергосистемы  железнодорожного  транспорта.  Система  финансовых  расчетов  на  рынках  топливно-энергетических  ресурсов  устроена  таким  образом,  чтобы  мотивировать  потребителей  как  можно  точнее  планировать  собственное  потребление:  чем  точнее  прогноз  энергопотребления,  тем  выше  финансовый  результат.

Согласно  экспертным  оценкам  предполагается,  что  при  повышении  средней  точности  прогнозирования  энергопотребления  на  1  %  экономия  предприятия  в  год  может  достигать  0,01  %  от  общего  объема  расхода  электроэнергии  и  дизельного  топлива  на  тягу  поездов.

Для  повышения  точности  прогнозирования  расхода  электрической  энергии  на  тягу  поездов  необходимо  проанализировать  и  наиболее  полно  и  точно  учесть  влияющие  на  него  факторы  (рис.  1).  Рассмотрим  более  подробно,  на  что  расходуется  электрическая  энергия  на  подвижном  составе.

Полный  расход  электрической  энергии,  потребляемый  подвижным  составом,  состоит  из  энергии,  расходуемой  на  движение  поезда,  собственные  нужды  локомотива,  отопление  пассажирских  и  почтово-багажных  вагонов,  на  маневровые  передвижения  по  деповским  и  станционным  путям.

Движение  поезда  сопровождается  действием  сил,  направленных  против  его  движения.  Действие  этих  сил  заменяется  эквивалентной  силой  —  силой  сопротивления  движению  поезда,  которую  подразделяют  на  основное  и  дополнительное  сопротивление  движению  поезда  и  которая  определяется  не  только  характеристиками  локомотива  и  вагонов,  но  и  состоянием  пути  и  метеорологическими  условиями.

Рисунок  1.  Факторы,  влияющие  на  расход  электроэнергии  на  тягу  поездов

Силы  основного  сопротивления  движению  обусловлены  трением  в  подшипниках  подвижного  состава,  взаимодействием  колесных  пар  с  рельсами  и  сопротивлением  от  воздействия  воздушной  среды  при  отсутствии  ветра.  Силы  дополнительного  сопротивления  движению  возникают  от  уклонов  и  кривизны  пути,  при  трогании  с  места,  от  подвагонного  генератора,  при  низких  температурах  наружного  воздуха  и  действии  встречного  и  бокового  ветра  [3].

Температура  наружного  воздуха  определяет  степень  вязкости  смазки.  С  понижением  температуры  возрастает  воздушное  сопротивление,  а  зимой  возникают  силы  дополнительного  сопротивления:  это  сопротивление  гребней  бандажей  колесных  пар  при  движении  по  снежному  покрову,  сопротивление  самого  снежного  покрова,  лежащего  на  рельсах,  и  т.  д.

Ветер  может  оказывать  прямое  тормозящее  сопротивление  или  попутное  воздействие.  При  встречном  ветре  возрастают  силы  сопротивления  движению  воздушной  среды,  в  то  время  как  попутный  ветер  уменьшает  эти  силы.  Большое  влияние  оказывает  боковой  ветер,  так  как  под  его  воздействием  подвижной  состав  смещается  в  сторону  и  возникает  трение  гребней  колесных  пар  о  боковую  поверхность  рельса.

На  сопротивление  движению  оказывает  влияние  участок  пути,  по  которому  проходит  подвижной  состав  и  который  характеризуется  своим  профилем  и  планом.  Существуют  равнинные  участки,  участки,  имеющие  холмистый  профиль,  гористые  участки.  При  движении  поезда  по  уклонам  и  кривым  расход  электрической  энергии  будет  зависеть  от  их  крутизны  и  протяженности,  длины  и  радиуса  кривой.  С  увеличением  крутизны  подъема  возрастает  и  расход  энергии.  Также  он  возрастает  на  кривой  участка  при  уменьшении  радиуса  кривой  [4].

Конструкция  и  состояние  верхнего  строения  пути  также  влияют  на  сопротивление  движению  поезда.  Большое  влияние  на  расход  электрической  энергии  оказывает  неудовлетворительное  состояние  пути,  повышенный  износ  которого  приводит  к  ухудшению  движения  подвижного  состава,  а,  следовательно,  к  увеличению  расхода  энергоресурсов.

Электрическая  энергия,  расходуемая  подвижным  составом,  идет  на  запас  кинетической  и  потенциальной  энергии,  которые  в  последующем  используются  для  движения  поезда  без  энергетических  затрат.  Запасенная  потенциальная  энергия  может  быть  использована  для  совершения  механической  работы  при  дальнейшем  движении  поезда  по  спуску.  Кинетическая  энергия  расходуется  на  преодоление  сил  сопротивления  движению  в  том  случае,  когда  поезд  движется  замедленно.  При  торможении  большая  часть  ее  теряется  в  тормозах,  превращаясь  в  тепловую  энергию,  нагревающую  тормозные  колодки,  колеса  и  окружающий  воздух.  Некоторая  часть  кинетической  энергии  движущегося  поезда  теряется  в  связи  с  ударами  колес  о  концы  рельсов  при  набегании  на  них  в  стыках  и  расходуется  на  упругие  колебания  верхнего  строения  пути,  вызванные  взаимодействием  движущегося  поезда  с  рельсами,  шпалами  и  балластом.

Значительное  влияние  на  расход  энергии  оказывает  тип  и  техническое  состояние  локомотива  [2].  Локомотивы  подразделяют  по  типам  энергетических  установок,  по  виду  выполняемой  работы,  по  назначению.  Тип  локомотива  характеризуется  такими  параметрами,  как  номинальная  мощность,  сила  тяги,  коэффициент  полезного  действия,  сцепная  масса,  часовой  расход  энергии  и  др.

Важной  характеристикой  подвижного  состава  является  его  масса  и  степень  использования  грузоподъемности  вагонов.  Перевозка  грузов  в  неполновесных  составах  или  в  не  полностью  загруженных  вагонах  приводит  к  увеличению  удельного  сопротивления  движению,  а  значит  и  к  перерасходу  энергоресурсов  на  тягу  поездов.  С  увеличением  массы  состава  и  загрузки  вагонов  уменьшается  расход  энергии  на  единицу  выполненной  работы.

Влияет  на  общий  расход  энергии  и  характер  груза.  Сыпучие  и  жидкие  грузы  раскачивают  вагон  во  время  движения,  создавая  тем  самым  дополнительное  сопротивление.

Для  снижения  расхода  электрической  энергии  большое  значение  имеет  исправное  техническое  состояние  локомотива  и  вагонов.  Износ  деталей  приводят  к  ухудшению  динамики,  плавности  движения  поезда  и  повышенному  расходу  электроэнергии.

На  расход  энергии  влияет  род  тока  и  напряжение  в  контактной  сети.  Недостатком  системы  электроснабжения  постоянного  тока  является  то,  что  такой  ток  очень  трудно  трансформировать,  т.  е.  повышать  или  понижать  напряжение  без  значительных  потерь.  Чем  выше  мощность  электровоза,  тем  больше  потери  [5].  Значительные  потери  электроэнергии  создаются  большими  величинами  потребляемых  токов.  На  переменном  токе  также  существуют  недостатки:  чем  больше  объемы  движения  на  участке,  тем  больше  убытки  от  использования  переменного  тока  в  части  размера  затрат  электроэнергии  на  перемещение  единицы  груза  [6].

Кроме  того,  в  контактной  сети  имеют  место  определенные  потери  части  электрической  энергии,  затрачиваемой  на  преодоление  сопротивления  цепей  электроснабжения.  При  анализе  электропотребления  следует  учитывать  сечение  контактных  проводов,  форму  и  тип  контактной  подвески,  критическую  скорость,  балльную  оценку  состояния  контактной  сети  и  коэффициент  трения  скольжения  токоприемника  по  контактному  проводу.

Расход  электрической  энергии  на  собственные  нужды  локомотива  складывается  из  энергии,  необходимой  для  работы  вспомогательных  машин,  питания  цепей  управления,  освещения  электроподвижного  состава.

Необходимо  также  учитывать  расход  электрической  энергии  на  отопление  пассажирских  и  почтово-багажных  вагонов  и  кондиционирование  воздуха  в  вагонах  повышенной  комфортности.

На  расход  энергии  за  поездку  также  влияют  все  факторы,  связанные  с  отклонением  скорости  от  расчетной  при  движении  состава  по  пути  следования.  Непредусмотренные  графиком  движения  торможения  и  разгоны,  простой  на  остановках  приводят  к  потерям  электрической  энергии.

При  использовании  локомотивной  бригадой  рациональных  режимов  управления  электровозом  можно  добиться  значительного  снижения  энергопотребления.

Объективная,  технически  обоснованная  норма  позволяет  планировать  расход  электрической  энергии,  улучшить  организацию  эксплуатации,  побудить  работников  железнодорожного  транспорта  за  счет  определенных  стимулов  снизить  расход  электроэнергии.

Расход  электрической  энергии  зависит  от  множества  факторов  различной  природы,  каждый  из  которых  влияет  на  расход  энергии  по-разному.  Все  эти  факторы  необходимо  учитывать  при  анализе  и  нормировании  энергопотребления  на  тягу  поездов.

Список  литературы:

1.Евразия  Вести.  2012.  №  12.  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.eav.ru/publ1p.php?publid=2012-13a07  (дата  обращения:  12.09.2013).

2.Молярчук  В.С.  Теоретические  основы  методики  нормирования  расхода  топлива  и  электроэнергии  для  тяговых  средств  транспорта  /  В.С.  Молярчук.  М.:  Транспорт,  1966.  —  263  с.

3.Осипов  С.И.  Теория  электрической  тяги:  учебник  /  С.И.  Осипов,  С.С.  Осипов,  В.П.  Феоктистов;  ред.  С.И.  Осипов;  Учебно-методический  центр  по  образованию  на  железнодорожном  транспорте.  М.:  Маршрут,  2006.  —  434  с.

4.Пособие  теплоэнергетику  железнодорожного  транспорта.  /  Под  ред.  В.С.  Молярчука.  М.:  Транспорт,  1973.  —  392  с.

5.Система  тока  и  величина  напряжения  в  контактной  сети.  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://scbist.com/wiki/8845-sistema-toka-i-velichina-napryazheniya-v-kontaktnoi-seti.html  (дата  обращения:  3.10.2013).

6.            Электрификация  железных  дорог  России.  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.rzd.me/inform-block/electic/  (дата  обращения:  27.09.2013).