СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Совершенствование инфраструктуры электроснабжения железных дорог является основным условием реформирования транспорта, а железнодорожный транспорт можно назвать стержнем эффективного функционирования российской экономики, который способствует обеспечению доступности территорий, достижению социальной справедливости, повышению устойчивости городов. При этом не приходится сомневаться в том, что железная дорога - это крупный потребитель энергетики и топливной промышленности. Развитие скоростных магистралей, транзитных коридоров, расширение логистических возможностей транспорта, связано со строительством транспортной инфраструктуры. Применение новых транспортных средств и технологий в старой инфраструктуре невозможно. Морально устаревшие транспортные системы всё быстрее начинают вытесняться новыми, по мере преодоления количественных порогов возникают качественные изменения, снижаются издержки и удельные цены. Беспилотный наземный и воздушный транспорт прочно занимает верхние строки новостных транспортных обзоров. Специалисты отмечают существенное ускорение темпов внедрения электрических видов транспорта.

Устойчивость железнодорожного транспорта является ключом стабильности затрат на топливо и энергию для всех других видов транспорта (по доле в грузообороте и срокам грузоперевалки). Затраты (абсолютные и удельные) на путь, путевое хозяйство и инфраструктуру непрерывно растут с повышением скоростных режимов и интенсивности грузопассажиропотоков, повышением требований к обеспечению безопасности движения и зон контроля. Участки современных железнодорожных коммуникаций, кроме строения пути имеют развитое кабельное хозяйство систем энергоснабжения, связи и автоматики. Об этом свидетельствуют данные статистики: российские железные дороги – это самые протяженные электрифицированные линии. На электрическую тягу переведено 43 085 км (около 50% протяженности железных дорог), в том числе 24660 км на переменном токе 50 Гц и 18425км на постоянном токе. Удельный вес объема перевозок на электротяге составляет 84,5%. При этом железнодорожный транспорт потребляет 4,5% электроэнергии, вырабатываемой в России [3, с.7-13]. Однако совершенствование инфраструктуры затруднено тем, что действующие на железной дороге устройства электроснабжения были изготовлены  в 50-х и 60-х годах прошлого столетия и устарели, так как имеют нормативный срок эксплуатации до 40 лет [2, с.51-57]. Специалисты отмечают необходимость замены таких устройств и этот факт зафиксирован в стратегии развития железнодорожного транспорта России до 2030 г.  Стратегия указывает на необходимость внедрения инновационных проектов железнодорожной инфраструктуры, которые требуют значительных капитальных затрат.

Кроме того, требуется совершенствование управления эксплуатационной работой, оптимизация штата работников и специалистов, которые участвуют в обслуживании устройств инфраструктуры.

Одним из самых крупных инновационных проектов развития на российских железных дорогах является проект развитием тяжеловесного, скоростного и высокоскоростного движения и применением электроподвижного состава (ЭПС) нового поколения, с разработкой новых технологий обслуживания инфраструктурных сооружений и устройств в условиях интенсивного движения.

Задачи, решаемые ОАО «РЖД», потребовали от разработчиков создания новых технических решений по контактной сети и в современных условиях наиболее актуальными можно назвать следующие четыре направления:

• обновление выработавших свой ресурс устройств электроснабжения на сети дорог России. Для чего была разработана контактная сеть КС-160 для скоростей движения до 160 км/ч;
• повышение скорости движения на ряде участков до 200-250 км/ч. Для этого потребовалась разработка новых контактных сетей КС-200 и КС-250;
• создание контактной сети для выделенных ВСМ;
• внедрение современных принципов управления жизненным циклом контактной сети.

Работа по указанным направлениям ведется, например, в 2001-2009 гг. компанией «Универсал — контактные сети» была разработана серия типовых проектов по контактной сети КС-160, отвечающей современным требованиям [7]. Компания в настоящее время является основным партнером в области разработки, проектирования, производства и информационной поддержки контактной сети железных дорог. На данный момент, имеет около  40 действующих патентов. Только в 2008-2018 годах было получено 11 патентов на полезные модели и 3 на промышленных образца [7].

Развитие высокоскоростного движения в России требует применения принципиально новых технологий, технических решений и организационных принципов создания контактной сети. К новым разработкам относятся:

• типовые модульные подстанции;
• быстродействующие выключатели нового поколения с выкатными ячейками;
• выпрямительные агрегаты с минимизированным числом силовых полуп­роводниковых приборов (СПП) в плече, с использованием сухих преобразо­вательных трансформаторов;
• пункты повышенного напряжения 6/3 кВ для усиления системы тягового электроснабжения на грузонапряженных участках;
• управляемые вольтодобавочные устройства для регулирования напряжения в электротяговой сети у токоприемников скоростных и высокоскоростных поездов;
• ресурсосберегающие схемотехнические решения распределительных устройств 3 кВ (РУ-3,3);
• устройство прохождения нейтральной вставки без отключения тока;
• устройство продольной компенсации реактивной энергии на участках переменного тока.

На рисунке 1 показана типовая тяговая подстанция блочно-модульного исполнения.

Рисунок 1. Типовая модульная тяговая подстанция

Блоки и модули полной заводской готовности монтируются на подготовленное основание, выполняются монтажные работы по соединению их в единый электроэнергетический комплекс. Для совершенствования защиты питающих линий 3,3 кВ освоен серийный выпуск быстродействующих выключателей ВАБ-206 (рисунок 2).

Рисунок 2. Быстродействующий выключатель ВАБ-206

Повышенная надежность аппаратов позволила перейти к применению одного выключателя в последовательной цепи вместо двух комплектов. Применение новых материалов и технологий обеспечило минимизацию аппаратуры защиты и упрощение конструкции ряда узлов. При этом достигнуто снижение габаритов ячеек 3,3 кВ. В этой модификации значительно расширена информационная составляющая комплекса и созданы условия для перехода к обслуживанию ячеек 3,3 кВ по состоянию.

Еще одним аспектом совершенствования можно назвать развитие возобновляемой энергетики. В 2017-18 годах развитие возобновляемой энергетики успешно преодолело последние резоны общественных сомнений. Возобновляемая энергетика сегодня дает многолетние гарантии стабильных (уже ниже топливных) или даже снижающихся энерготарифов и совершенствование систем энергоснабжения железных дорог в перспективе связано с использование альтернативных источников энергии, например солнечной энергии. За десять лет установленная мощность солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС) в мире выросла от 24 ГВт в 2009 г. до 500 ГВт в 2018 г. [6]. Сокращение доли топлива в транспортных услугах и тарифах становится глобальным трендом мировой экономики, энергетики и транспорта. Логистика топливной энергетики существенно ограничена возможностями транспортировки топлива и электроэнергии на критические расстояния (возрастают транспортные издержки, возникает порочный круг на спирали роста энергетических и транспортных тарифов).

На основе анализа глобальных тенденций развития солнечных электростанций в мире, анализа состояния и потенциала Российских железных дорог выявлена принципиальная возможность создания прорывных инноваций в энергохозяйстве РЖД в ближайшем будущем. Масштабы энергопотребления, инфраструктура и протяженность пути РЖД даёт шанс появления в стране крупнейшего в мире комплекса интегрированных в инфраструктуру РЖД солнечных электростанций большой социально-экономической эффективности и мультипликативности в региональных аспектах. Именно в РЖД сегодня возникло это полное сочетание организационных, финансовых и технических факторов, создающих эту уникальную возможность, без его использования российская солнечная энергетика навсегда останется в отстающих.

В заключение следует отметить особое значение, которое необходимо уделить развитию мощной сети инфраструктурных коммуникаций в структуре железнодорожного хозяйства, которое охватывает не только транспортные узлы, но и все маршруты между ними и потребителями. Специалисты отмечают сложность и рост стоимости объектов инфраструктуры, и в этих условиях возрастает роль планирования жизненных циклов железнодорожных транспортных систем на основе инноваций вплоть до их модернизации и утилизации.

Список литературы:

1. Федеральный закон № 261 от 23.11.2009 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности». СПС Консультант плюс [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www. consultant.ru/document/cons_doc_LAW_93978/. (Дата обращения: 07.11.2019);
2. Аржанников Б. А. Совершенствование основ­ных требований к системе и устройствам тягового электроснабжения постоянного тока / Б. А. Аржанников, М. П. Бадер, А. Т. Бурков // Электротехника. - 2016. - № 9. - С. 51-57.
3. Бурков А. Т. Индустриальные технологии, мобильность и энергоэффективность электрической тяги рельсового транспорта / А. Т. Бурков, Л. С. Блажко, И. А. Иванов // Электротехника. - 2016. - № 5. - С. 7-13
4. Бурков А. Т. Электроника и преобразовательная техника : учебник : в 2 т. / А. Т. Бурков. - М.: Учеб.-метод. центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2015. - 307 с.
5. Курбасов А. С. Физические основы электрической тяги поездов: посвящается А. Е. Алексееву, Б. Меделю, К. Г. Марквардту / А. С. Курбасов. - М. - 2015. - 203 с.
6. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии IRENA_Renewable_Energy_Statistics_2018.pdf[Электронный ресурс] Режим доступа: www.irena.org (Дата обращения 13.11.2019)
7. Универсал-Контактные Сети [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.uks.ru/ (Дата обращения 13.11.2019)