[01-2004] Эффективность рекуперации можно повысить

[poster334]

Эффективность рекуперации можно повысить
Опыт Западно-Сибирской дороги

В отраслевой программе энергосбережения предусмотрены мероприятия по снижению энергоемкости транспорта. Выполняя их, руководство отрасли, иной раз, принимает решения, отнюдь не способствующие сохранению энергоресурсов. Порой они сводят на нет все старания дорожных специалистов. В публикуемой статье говорится о существующих проблемах и возможных их решениях на Кемеровском отделении Западно-Сибирской дороги.

Тяговые плечи, обслуживаемые электровозами депо Белово и Тайга Западно-Сибирской дороги, имеют благоприятный профиль для эффективного использования рекуперативного торможения. При этом особенностью профиля депо Тайга является перевалистый характер, а депо Белово — подъем до высшей точки и спуск. В наивысшей точке грузопоток может отклоняться на алтайское направление, где теряется до 40 % затраченной энергии на тягу поездов и существенно снижается эффективность использования рекуперативного торможения.

Напомним важнейшие положения, касающиеся рекуперативного торможения. Учитывая свойство обратимости электрических машин, генераторам придают независимое возбуждение и противокомпаундную характеристику. Последнее обеспечивает устойчивость генераторного режима и, следовательно, возникающее при этом тормозное усилие (рис. 1).

Режим автоматически поддерживается в точке а, где пересекаются внешние характеристики контактной сети и генераторов (тяговых двигателей). С этой целью предусмотрены изменения в электрической схеме рекуперативного торможения: обмотки возбуждения тяговых двигателей включаются по двойной циклической схеме, которая остается постоянной на всех соединениях.

В цепь якорей последовательно вводятся индуктивные шунты и противокомпаундная обмотка, размещенная на главных полюсах мотор-генератора (возбудителя). Следует добавить, что это изменение связано со схемой защиты от токов короткого замыкания. Кроме того, в схеме установлены быстродействующие контакторы типа БК-2 или БК-78Т. Указанные схемные решения гарантируют надежную защиту от токов короткого замыкания не только электровоза, но и контактной сети.

Таким образом, энергия, накопленная при подъеме поезда массой до 6300 т, может частично возвращаться в контактную сеть. При наличии нагрузки (поезда на подъеме) в контактной сети напряжение повышается, что способствует увеличению скорости на подъеме и, следовательно, рациональному ее использованию. Данное обстоятельство не понимают некоторые специалисты и руководители. От них можно услышать вопрос: «Почему рекуперированная энергия не проходит через счетчики тяговых подстанций?».

Постараемся внести ясность. Поскольку с помощью постов поперечного и продольного секционирования образуется электрифицированный участок значительной протяженностьи, практически в любой момент времени на нем имеется нагрузка. Именно она потребляет либо всю, либо часть рекуперированной энергии. Возвращаемый ток не может проходить через счетчик подстанции, так как выпрямитель не позволяет этого. Таким образом, счетчик подстанции фиксирует снижение расхода на величину возвращенной, рекуперированной энергии.

Анализ использования энергетических ресурсов в начале 90-х годов показал, что имелись организационные недостатки, снижающие эффективность рекуперации. Они заключались в том, что отсутствовал учет выполненных работ по настройке электрических схем тормозного режима. Техническими распоряжениями начальников депо была утверждена форма журнала, который, в сущности, является приложением к журналу ТУ-28. В нем предложен порядок учета настроечных работ на каждой секции: дата, ток якоря, ток возбуждения, положение ползунка потенциометра, смещение траверсы возбудителя, примечания. В депо Белово подобный учет дублируется на компьютере.

Для повышения точности регулирования схем (по деповским нормам разница токов возбуждения допускается не более 10 А) используется обратная связь. В бортовой журнал ТУ-152 машинисты заносят значения токов якоря и возбуждения секции. Используя эти данные, настройщики легко корректируют токи.

Те же распоряжения запрещают выдачу электровоза с неисправностями при работе схемы в тормозном режиме. Их и другие недостатки устраняют ремонтники (наладочная бригада). Таким образом, создаются условия, позволяющие эффективно применять режим рекуперации.

После принятых мер в депо Белово получили графики удельного возврата, а также расхода электроэнергии за семь лет. Их сравнение позволяет говорить о зависимости удельного расхода от удельного возврата. Также следует отметить, что наблюдается рост удельного возврата и, соответственно, снижение удельного расхода. В депо Тайга наблюдается повышенный расход электроэнергии за последний год, связанный с введением в эксплуатацию электровозов ВЛ11.

До 2001 г. на дороге была освоена программа учета электроэнергии как на тягу, так и возврат каждым машинистом. Эти данные можно было получить в любое время. Машинист знал достаточно точно, как он работает (с экономией или пережогом).

В начале 2001 г. появилась идея установки стопора на моторные счетчики. В этот период локомотивщики оказались в ситуации, когда приходилось доказывать очевидные истины. Так, были представлены упрощенные принципиальные схемы электровоза в режимах тяги (рис. 2) и торможения (рис. 3). До постановки стопоров моторный счетчик учитывал расход на тягу и автоматически вычитал энергию, фиксируемую тормозным счетчиком. Таким образом, на моторном счетчике оставалась фактически потребленная на тягу энергия. Для этого режима существовала программа учета в центре оперативно-технического учета (ЦОТУ).

После постановки стопоров из показаний моторного счетчика не вычитались показания тормозного, что автоматически переводило машиниста в число пережигальщиков. Кроме того, ЦОТУ не принимал к обработке маршруты, в которых отмечен отрицательный расход. Это «новаторство» вызвало у бригад отрицательное отношение к рекуперативному торможению. Новая программа введена только с 1 сентября 2001 г. Она предусматривает вычитание показания тормозного счетчика из показания моторного. Сложившаяся ситуация не способствовала повышению возврата, а, стало быть, рациональному расходу энергоресурсов.

Представляется малоэффективной постановка экранов защиты на счетчики от несанкционированного доступа. Грамотный машинист способен найти пути обхода вольт -метровой катушки счетчика. Наилучший способ исключить воровство электроэнергии — введение реальных норм расхода по каждому поездо-участку.

Приведем конкретный пример одной поездки на участке с уклоном 18 ‰ состава массой 2300 т. В ходе ее израсходовали 1200 кВт ч электроэнергии стоимостью 469 руб. Возврат составил 900 кВт*ч, что оценивается в 351 руб. Таким образом, за данную поездку потребили энергии всего на 117 руб. Машинист снизил эксплутационный расход только за одну поездку в 4 раза!

Куда уходит столь значительный объем возвращенной энергии? Сам поезд, который следует в тяговом режиме на данном участке, и является потребителем. При этом снижается количество электроэнергии, забираемой от подстанции. Если поездов на участке нет (что наблюдается на однопутных перегонах, например Проектная — Топки), то повышается уровень напряжения в контактной сети. При достижении им критического уровня машинист вынужден снизить ток рекуперации, а то и отказаться от рекуперации (как говорят локомотивщики: некуда рекуперировать).

Подтверждением эффективности рекуперативного торможения могут быть данные об удельном возврате в депо Тайга за январь — февраль 2001 г. В данный период было запрещено использование рекуперации в связи с тем, что один из машинистов нарушил технологию вождения и применения рекуперации.

Вследствие этого был допущен юз с образованием ползуна. Тогда же на подъеме при неисправности схемы СМЕТ произошел обрыв автосцепки в поезде. Кроме того, на спуске из-за неприменения прямодействующего тормоза локомотива произошел обрыв автосцепки в поезде.

Если руководствоваться предыдущей логикой (запрет рекуперации), следует запретить тягу! Но это же абсурд! Полагаем, что дальнейший запрет рекуперации ничем не обоснован. Многолетний опыт депо Белово свидетельствует, что достаточно ограничить эффективность режима так называемой 300-амперной зоной.

Отметим, что запрет оценивается потерей около 6 млн. кВт*ч невозвращенной электроэнергии, или 2,34 млн. руб. После снятия запрета удельный возврат составил всего лишь половину той энергии, что возвращалась в прошлом. Таким образом, конструктивно отработанная схема второго независимого вида торможения не должна бездействовать даже в сложных условиях по сцеплению, так как в этом случае условия безопасности не должны ухудшаться.

Как правило, запрет на рекуперацию связывают с понижением температуры. Между тем, низкая температура способствует лучшему охлаждению обмоток тяговых двигателей, что несомненно увеличивает срок службы изоляции.

На Западно-Сибирской дороге неоднократно проводили коммутационно-тяговые испытания локомотивов. На основании их результатов было создано новое положение о применении рекуперативного торможения. В нем описаны физические принципы при рекуперативном торможении, технология его безопасного применения. Это позволит локомотивным бригадам вносить ощутимый вклад в сбережение энергоресурсов.

Инженеры В.И. НОСОВ, В.А. КОВАЛЕНКО,
канд. техн. наук В. Г. ШИЛЕР,
Западно-Сибирская дорога

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin