[04-2022] Как повысить эффективность эксплуатации трехсекционных электровозов ВЛ80С

[бабулер79]

Как повысить эффективность эксплуатации трехсекционных электровозов ВЛ80С

С.В. ФАДЕЕВ, А.Л. ФОГЕЛЬ, кандидаты технических наук, доценты Нижегородского филиала Самарского государственного университета путей сообщения

В статье проводится анализ расхода электроэнергии электровозами ВЛ80С в трехсекционном исполнении (1,5ВЛ80С) при вождении грузовых поездов различной массы. Рассмотрены выборки параметров движения грузовых поездов различной массы на одинаковых участках в период 2019 — 2021 гг. Получены оценки зависимости среднего расхода электроэнергии от массы поезда при вождении электровозами ВЛ80С, 1,5ВЛ80С с одной отключенной секцией и с полной тягой тремя секциями. Даны рекомендации по вождению тяжеловесных поездов с целью снижения расхода электроэнергии.


Потребление электрической энергии железными дорогами исчисляется десятками миллиардов киловатт-часов в год и продолжает увеличиваться вместе с ростом протяженности их электрифицированных участков и грузооборота. Поэтому экономное расходование электроэнергии на тягу поездов имеет важное значение для всей страны.
Удельные нормы расхода энергии на тягу поездов планируют поквартально по видам движения с разбивкой по месяцам. Фактический удельный расход электроэнергии за любой период определяют делением потребленной энергии на выполненную перевозочную работу брутто, согласно формуле:

а = A*10000/СУММА(QL), где
А — общий расход энергии, кВт-ч;

QL — перевозочная работа, т-км брутто.

Общий расход энергии при электрической тяге состоит из расхода на преодоление основного и дополнительного сопротивления движению поезда. Распределение расхода энергии по составляющим указано в таблице.
В базис задач по достижению экономного расхода электроэнергии должен быть заложен учет и анализ всех влияющих факторов, таких как техническое состояние локомотивов, уровень подготовки локомотивных бригад и работников сервисных организаций, в том числе проведение исследовательских работ по определению экономных режимов вождения поездов различной массы различными локомотивами.

Расход электроэнергии на преодоление основного и дополнительного сопротивления движению зависит от скорости движения, профиля пути, веса и состава поезда, состояния подвижного состава и пути, погодных условий.
Удельное сопротивление движению электровоза больше, чем сопротивление движению у вагона и не зависит от веса поезда. Потому удельные сопротивления движению и расход электроэнергии для поезда в целом уменьшаются при увеличении веса поезда. Отсюда следует, что факторы повышения среднего веса поезда и вождения тяжеловесных поездов служат существенным резервом экономии электроэнергии. Следовательно, отправление неполновесных поездов и следование электровозов резервом вызывают увеличение удельного расхода электроэнергии.
Заметно повышает расход электроэнергии разрозненная постановка разнотипных вагонов в состав поезда (например, крытых и платформ, цистерн, полувагонов и т.д.), а также раскрытые двери у порожних крытых вагонов.
Рассматривая электромеханические характеристики тяговых двигателей, видно, что КПД тягового двигателя электровоза имеет наибольшее значение при нагрузках от 70 до 100 % часового тока, а при ослабленном поле КПД двигателя выше, чем при полном поле. Из этого следует, что для снижения потерь энергии в тяговых двигателях следует при движении поезда выбирать режим его ведения, обеспечивающий как можно большее время работы в этой зоне его характеристик.
Как показывает опыт, при работе электровозов по системе многих единиц на втором электровозе достаточно включить только один мотор-компрессор, а при поезде низкого веса отключить одну из секций и выключить её мотор-вентиляторы. Тем самым можно добиться снижения расхода электроэнергии до 40 %, что, повторимся, было установлено опытным путем.
Расход электроэнергии на отопление кабин электровозов по сравнению с расходом на тягу весьма невелик, и его следует учитывать только как возможность перегрева электрических печей отопления.
Для достижения лучших результатов в расходовании электроэнергии в основу работы эксплуатирующих электровозы депо берутся организационно-технические мероприятия, разработанные на самих предприятиях локомотивного комплекса, в центральной и региональных Дирекциях тяги и в других профильных подразделениях ОАО «РЖД».
Из вышеизложенного можно сделать наиболее важные выводы, направленные на обеспечение экономии электроэнергии при работе электровозов 1,5ВЛ80С.
При снижении веса поезда до 6000 т необходимо отключение одной из секций электровоза 1,5ВЛ80С. При этом, по необходимости, следует оставить включенными вспомогательные машины (кроме мотор-компрессора), и, при условии отсутствия метели в зимний период, отключить мотор-вентиляторы. Это позволит сократить на 30 — 35 % расход электроэнергии на тягу поездов с весами 6000 т и ниже.
Анализируя маршруты машинистов грузовых поездов массой от 1500 до 6000 т, наблюдается минимальный расход электроэнергии, что не противоречит физическим законам, примененным к выполняемой электровозами 1,5ВЛ80С работе.
Недостаточное количество сформированных грузовых поездов с весами от 6000 до 9000 т не позволяет использовать нормативную мощность электровоза 1,5ВЛ80С. Включенная третья секция не востребована для вождения поездов массой от 1500 до 6000 т и лишь служит причиной увеличения расхода электроэнергии на тягу поездов. Исключение из работы третьей секции возможно двумя способами, а именно, непосредственно отцепкой секции, что нецелесообразно и не всегда организационно возможно, либо путем ее дистанционного исключения из тяги, но для достижения этого требуется установка дополнительного управляющего оборудования.
Сопоставляя эксплуатацию электровозов 1,5ВЛ80С с поездами массой от 1500 до 6000 т, просматривается устойчивая зависимость снижения энергозатрат по сравнению с электровозами ВЛ80С. Чем меньше вес поезда, тем значительнее сокращаются расходы электроэнергии с электровозами 1,5ВЛ80С. Учитывая неравномерность грузовых потоков четного и нечетного направлений, целесообразно подбирать грузовые поезда меньшего веса для электровозов 1,5ВЛ80С, а поезда более тяжелого веса водить электровозами ВЛ80С. Это актуально для грузовых поездов с весами от 1500 до 6000 т, при этом экономия электроэнергии, в среднем, составит 30 — 35 %.
Рассматривая вождение тяжеловесных поездов с весами от 6000 до 9000 т, проанализируем только работу электровозов 1,5ВЛ80С с соответствующими поездами. Следует повторно отметить, что, как правило, на станциях смены тяги отсутствуют тяжеловесные поезда, сформированные близко к весовым нормам от 6000 до 9000 т. Поэтому электровозы 1,5ВЛ80С эксплуатируются не на полную мощность и с более низким КПД.
Общая недосформированность тяжеловесных поездов в среднем по сети составляет 8 — 10 %, что говорит о неполной загруженности электровозов 1,5ВЛ80С.
Анализируя вождение грузовых поездов с весами 6000 — 9000 т электровозами 1,5ВЛ80С, прослеживается тенденция снижения расхода электроэнергии с ростом веса поезда. При его повышении до 7500 т наблюдается снижение расхода электроэнергии на 3 — 3,5 %. Можно отметить снижение расхода электроэнергии на каждые 500 т веса поезда на 3 — 3,5 %.
Рассматривая идеальный случай, можно предположить снижение расхода электроэнергии до 8 — 10 % с весами, близкими к 9000 т. Отсюда следует, что электровозы 1,5ВЛ80С наиболее эффективны в части экономии электроэнергии при работе с грузовыми поездами весом от 8000 до 9000 т.
Для реализации полной мощности и максимального КПД электровозов 1,5ВЛ80С необходимо повысить количество сформированных тяжеловесных поездов массой от 6000 до 9000 т. При этом основная их часть (не менее 50%) должна иметь вес от 8000 до 9000 т, что даст возможность сократить расход электроэнергии еще на 10 — 12 %.
Проводя исследования эксплуатации трехсекционных локомотивов на переменном токе по всей сети дорог, следует отметить, что данные выводы и закономерности актуальны и для эксплуатации электровозов на постоянном токе по системе многих единиц с тяжеловесными поездами массой от 6000 до 9000 т.
Разработанные нами мероприятия, направленные на экономию электроэнергии при эксплуатации трехсекционных локомотивов, при внедрении на дорогах ОАО «РЖД» позволят сократить расходы на тягу поездов при вождении грузовых поездов на 35 — 40 %.