Повышение эффективности контроля электропотребления и условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения по данным АСКУЭ

Актуальность проблемы. Железнодорожный транспорт России является достаточно энергоемким потребителем и наиболее экономичным видом транспорта. Основным энергоносителем для тяги поездов и эксплуатационных нужд в энергобалансе отрасли является электроэнергия (более 50%), дизельное топливо составляет — 18%, уголь и мазут — 20% (соответственно 14,6% и 5,4%) 111. Ориентация железнодорожного транспорта главным образом па элсктропотрсблепис совпадает с общей направленностью энергетики страны |2|. В целом, но сети железных дорог ежегодно расходуется 5 — 6% вырабатываемой в стране электроэнергии, что составляет свыше 40 млрд. кВт-ч, том числе 82% приходится на тягу поездов |3|.

Реформирование отрасли совпало с реформированием электроэнергетики страны, предъявляющей новые жесткие рыночные требования к потребителям. Не являясь производителем эиергоресурсов, железнодорожный транспорт должен был гармонично вписаться в новые условия взаимоотношений с энергетикой с минимально негативными последствиями.

В первый же год образования открытого акционерного общества «Российские железные дороги» была принята «Энергетическая стратегия железнодорожного 'транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года», одной из основных задач которой является переход на энергосберегающий путь развития железнодорожного транспорта.

Анализ основных каналов формирования потерь эиергоресурсов по всем техническим средствам и технологиям железнодорожного транспорта позволил наметить основные технические решения повышения энергосбережения.

Одними из главных проблем, обуславливающих принципы формирования энергетической стратегии железнодорожного транспорта па ближайший период времени, являются вопросы эффективности контроля элсктропотребления и снижения потерь электрической энергии на тягу поездов и эксплуатационные нужды.

Особая роль в вопросе повышения эффективности контроля электропотребления и наведения соответствующего интересам ОАО «РЖД» порядка в управлении энергорссурсами отводится созданию автоматизированной системы управления энергорссурсами, основной целыо которой является снижение корпоративных расходов на энергопотребление. Прежде всего, это можно обеспечить за счет снижения финансовых издержек, связанных с приобретением электроэнергии. Эта задача решается в рамках внедряемой на железных дорогах автоматизированной системы контроля учета электрической энергии (АСКУЭ).

Общепризнано, что внедрение автоматизированных систем учета энергоресурсов в энергетике и промышленности не приводит напрямую к снижению электропотребления, однако оно позволяет осуществлять оперативный контроль состояния приборов учета и выполнения удельного расхода энергоресурсов на выпуск единицы продукции, что приводит к снижению общего потребления электроэнергии на 3 — 5% (в тяге) и 20 — 25% (в стационарной энергетике) [1].

Значительные резервы по снижению объема принимаемой на железные дороги электрической энергии заключаются в совершенствовании технологии электропотребления на основе обработки данных АСКУЭ. Это связано, прежде всего, с тем, что железная дорога является протяженным приемником электрической энергии. Тяговые подстанции получают питание от различных узлов одной или нескольких энергосистем. Таким образом, пункты питания, имеющие различные внешние характеристики, замыкаются через систему тягового электроснабжения. К тому же наблюдается некоторое различие по модулю и фазе напряжений в узлах подключения тяговых подстанций к энергосистемам. Совокупность перечисленных факторов приводит к появлению потоков мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока между узлами питания даже при отсутствии нагрузки в тяговой сети, которые принято называть уравнительными. Это приводит к неравномерности загрузки тяговых подстанций, повышенным потерям электрической энергии в системе тягового электроснабжения, а также вызывает необходимость учета ее транзита по тяговой сети и возврата в питающую энергосистему.

Так как система тягового электроснабжения имеет значительные участки параллельной работы с системой внешнего электроснабжения, имеют место перетоки мощностей энергосистемы по устройствам тяговых подстанций железных дорог, что также должно находить отражение при взаимодействии железных дорог с сетевыми и энергосбытовыми компаниями.

Диссертационная работа непосредственно связана с совершенствованием технологии электропотребления железных дорог при взаимодействии с сетевыми и энергосбытовыми компаниями путем разработки научнообоснованных управляющих решений, но снижению элсктронотрсблсния с помощью данных АСКУЭ тяговых подстанций и железнодорожных узлов.

Цель работы. Целыо диссертационной работы является снижение затрат на электрическую энергию, поступающую на железную дорогу, путем принятия научно обоснованных решений за счет обработки информации АСКУЭ и учета особенностей технологии элсктронотрсблсния в системе тягового электроснабжения и в железнодорожных узлах. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи: провести систематизацию задач, направленных на снижение затрат на электроэнергию при взаимодействии железных дорог с сетевыми и энергосбытовыми компаниями при приеме и распределении электрической энергииразработать систему контроля затрат па электроэнергию, вызванных особенностями электропотребления на железной дороге, но данным АСКУЭпредложить расчетно-эксперимсптальный метод исследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения па основе обработки информации АСКУЭразработать расчстпо-эксперимситальный метод определения ущерба, наносимого неудовлетворительными условиями согласования систем внешнего и тягового электроснабжения на основе обработки информации АСКУЭдать оценку снижения затрат на электроэнергию, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики при внедрении АСКУЭ.

Методы исследования. В основу работы положены 'теоретические и экспериментальные исследования, а также имитационное моделирование системы тягового электроснабжения на ЭВМ. В работе использованы основные положения математической статистики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования проведены с использованием многоканальных измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) — «Омск-М».

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. В диссертационной работе решен комплекс задач, позволяющих при использовании соответствующих алгоритмов обработки данных АСКУЭ принимать научно обоснованные решения по снижению затрат на электроэнергию за счет совершенствования системы учета и условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения.

К наиболее значимым необходимо отнести следующие теоретические и практические результаты: разработана система расчета технологических составляющих затрат электроэнергии, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики па основе обрабо тки информации АСКУЭразработана методика проведения энергетического обследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения полигона переменного тока, но данным АСКУЭусовершенствован метод расчета уравнительного тока в тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока при наличии АСКУЭпредложен способ расчета ущерба от неравномерности загрузки смежных тяговых подстанций па основе информации АСКУЭ.

Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждена положительными результатами экспериментальных исследований, выполненных па Северной железной дороге. Расхождение расчетных и эксперимен тальных данных не превышает 10%.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены: методика расчета технологических составляющих затрат электроэнергии, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики по данным АСКУЭметодика проведения энергетического обследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения полигона переменного тока при наличии АСКУЭспособ расчета ущерба от перетоков мощности в тяговой сети и неравномерности загрузки смежных тяговых подстанций, но данным АСКУЭвыполнен расчет технико-экономической эффективности внедрения АСКУЭ на тяговых подстанциях и железнодорожных узлах Северной, 1 орь-ковской и Куйбышевской железных дорог. Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались: на сетевой научно-практической конференции «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД» (Омск, 2004) — па всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии па железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005) — на шес той межвузовской конференции «Молодые ученые — транспорту» (IЕкатеринбург, УрГУ11С 2005) — на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2005). па международной научно-технической конференции «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» ((Екатеринбург, 2006).

Публикации. Но материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 11 статей (из них две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ) и тезисы одного доклада на международной научно-технической конференции.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературных источников и четырех приложений. Работа изложена на 128 страницах основного текста, содержит 35 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 101 наименования.

4.3 Выводы.

1. 1 [ровсдсна оценка снижения затрат на электроэнергию, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики при внедрении ЛСКУЭ па тяговых подстанциях и в железнодорожных узлах Северной железной дороги. 11о результатам расчета суммарный экономический эффект за 2006 год составил 25 680 тыс. р.

2. Выполнена оценка экономического эффекта от внедрения разработанных рекомендаций по совершенствованию условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения па участке Коноша — Данилов Вологодской дистанции электроснабжения. Расчет экономического эффекта производился исходя из уровня снижения технологических потерь электроэнергии от протекания уравнительных токов и показал, что чистый дисконтированный доход для расчетного периода в пять лет с момента выполнения работ сост авит 2 954 тыс. р., а срок окупаемости — менее одного года.

ЗАКЛЮЧЕНИИ.

В результате выполненного в диссертационной работе комплекса теоретических и экспериментальных исследований решена задача разработки научно-обоснованной методологии обработки информации АСКУЭ для поддержки принятия решений, но снижению затрат на электроэнергию за счет особенностей элсктропотреблспия в системе тягового электроснабжения и в железнодорожных узлах. Основные научные и практические результаты состоят в следующем:

1. Проведен анализ задач, направленных па снижение затрат па приобретение электроэнергии при взаимодействии железных дорог с сетевыми и эпсргосбытовыми компаниями. Доказана необходимость решения задач, направленных на снижение затрат при приеме и распределении электроэнергии, за счет обоснованного учета особенностей технологии электропотребления на железнодорожном транспорте и совершенствования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения.

2. Разработана система расчета технологических составляющих затрат на электроэнергию, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики на основе информации АСКУЭ, путем создания методик расчета затрат на транзи т электроэнергии по шинам высшего напряжения тяговых подстанций, внедрения сальдированного учета, переноса коммерческого учета на границу балансовой принадлежности, обеспечения контроля небаланса приема и распределения электроэнергии на шинах 6, 10, 35 кВ тяговых подстанций и в жслсз1 юдорожп ых узлах.

3. Усовершенствованы отчетные формы ТНХ-7 — ТНХ-9, предназначенные для оценки снижения затрат на электроэнергию при внедрении АСКУЭ, за счет учета специфики технологии электронотрсбления па железнодорожном транспорте.

4. Разработан расчетно-эксперимситальный метод исследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения на основе обработки информации АСКУЭ. Метод включает в себя принципы систематизации исходных данных и методику проведения эпергообследовапия условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения полигона переменного т ока.

5. Предложен способ определения загрузки плеч питания тяговых подстанций по данным АСКУЭ при отсутствии на фидерах контактной сети приборов учета электроэнергии. Способ позволяет оценить неравномерность загрузки смежных тяговых подстанций выполнить расчет уравнительных токов в межподстанционных зонах тяговой сети переменного тока.

6. Расчетно-экспсриментальпый метод исследования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения апробирован на действующем участке Коноша — Данилов Северной железной дороги. Расхождение расчетных и экспериментальных значений уравнительного тока пс превышает- 10%.

7. Разработаны мероприятия, но совершенствованию условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения на участке Коноша Данилов. Чистый дисконтированный доход от реализации предложенных рекомендаций за расчетный период, равный пяти годам с момента выполнения работ составляет 2 954 тыс. р. Срок окупаемости составил менее одного года.

8. 1 (ровсдспа оценка снижения затрат па электроэнергию, обусловленных спецификой железнодорожной энергетики при внедрении АСКУЭ на тяговых подстанциях и в железнодорожных узлах Северной железной дороги. По результатам расчета суммарный экономический эффект за 2006 г. составил 25 680 тыс. р.