Цитата (grey_man)
Впрочем к теме по окрестностям Риги это отношения не имеет. Насколько мне известно, там нет таких спусков, на которых можно получить много энергии от реуперации.

Вообще-то, в отличие от классических дремучих (реостатно-контакторных, причём со вполне определённой замшелой схемой рекуперации) постоянников, которые умеют рекуперировать только на спусках (поскольку требуется, чтобы скорость в процессе торможения постепенно нарастала и стабилизировалась, но не падала), более-менее современные электровозы (что постоянники, что переменники) рекуперируют в практически любом режиме торможения, было бы только кому принять ток. Т.е. в том числе и при торможении с замедлением, в т.ч. при торможении для остановки или из-за ограничения скорости.

На любых переменниках с рекуперацией, разумеется, возвращаемый ток согласуется по фазе с напряжением в сети.
А вот однофазность - да, это серьёзная проблема электрификации переменного тока. Не только при рекуперации, а вообще. Несимметричное потребление из одной фазы энергетиками тоже, мягко говоря, не приветствуется. И высокие частоты, которых подсыпают в сеть электровозные преобразователи, тоже. Т.е. получается так, что по-хорошему тяговая подстанция тоже не должна быть просто кучкой трансформаторов и выключателей с разъединителями, а должна бы преобразовывать трёхфазный ток из сети в постоянный, а уже из постоянного делать однофазный для ЭПС (и, тем самым, например, уменьшается число необходимых межфазных нейтральных вставок, а при должном согласовании соседних подстанций между собой - таковые вообще оказываются не нужны, по крайней мере, в качестве постоянно работающих в таком качестве, а только в качестве аварийных). И на подстанции же при рекуперации через промежуточную стадию постоянного тока должна формироваться уже красивенькая синусоида, устраивающая энергетиков и ровная по фазам.

ИМХО. Также как и при рекуперации на постоянном токе на переменом основными потребителями этой электроэнергии являются локомотивы идущие в тяговом режиме. Мне, кажется, преобразовать однофазный ток в трёхфазный с хорошими характеристиками и вернуть в общую сеть это очень техническая сложная задача.

"По итогам 11 месяцев текущего года на железных дорогах объём возвращённой в контактную сеть электроэнергии при рекуперативном торможении составил почти 1,173 млрд кВт/ч. Этот показатель для компании является рекордным. Интересно сравнить это достижение с аналогичным периодом 1988 года, пикового в советские времена по грузоперевозкам. Тогда эта величина достигла 1,259 млрд кВт/ч.

Рекуперацией считается возврат в сеть части затраченной электроэнергии для повторного её использования. Так, в режиме торможения тяговыми двигателями электроподвижного состава (ЭПС) они переводятся в генераторный режим, и механическая энергия движения поезда превращается в электрическую энергию. В основном рекуперативное торможение необходимо для обеспечения безопасности движения поездов. Его роль особенно важна на линиях с горным профилем, а также для высокоскоростного подвижного состава.

Длительное торможение колодочными тормозами невозможно из-за снижения их эффективности при нагреве, поэтому пользоваться ими можно лишь прерывисто. В результате скорость поезда постоянно меняется, в его составе возникают продольно-динамические усилия, которые способны разорвать поезд или привести к выдавливанию вагонов, а в пассажирском движении ещё и снизить комфортность проезда. При высоких скоростях стабильность механических тормозов недостаточна для плавного замедления, поэтому их применяют только для дотормаживания поезда перед остановкой.

Кроме основной функции по обеспечению безопасности движения применение рекуперативного торможения позволяет использовать возвращённую энергию на тягу поездов другими локомотивами, а также для привода вспомогательных электрических машин, для освещения и отопления, повышая энергоэффективность перевозочного процесса.

При отсутствии других поездов на участке рекуперированная электроэнергия может быть возвращена во внешнюю питающую сеть. На линиях, электрифицированных на постоянном токе, – только при наличии выпрямительно-инверторных преобразователей. Рекуперацию электрической энергии нельзя считать её производством, поскольку не требуется расход энергоносителей.

Как рассказал «Гудку» заместитель начальника департамента технической политики ОАО «РЖД» Борис Иванов, в компании реализуется целевая программа повышения энергетической эффективности тягового электроснабжения, в рамках которой специалистами ведущих транспортных вузов выполняется крупномасштабная научно-исследовательская работа «Оценка энергоэффективности системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава и потенциала её повышения», где значительное внимание уделено выявлению «узких мест» применения рекуперативного торможения и повышению эффективности его использования. Перед компанией стоит целевая задача в 2013 году обеспечить величину рекуперированной энергии не менее 1,5 млрд кВт/ч.

Оценить эффективность применения рекуперативного торможения можно при помощи имитационного моделирования, которое позволяет определить величину нереализованной энергии рекуперации из-за превышения напряжения в тяговой сети допустимых значений и вынужденного перехода на реостатное или пневматическое торможение, а также доли реализованной энергии, которая складывается из потребляемой поездами в режиме тяги, и энергии, поступающей на шины тяговых подстанций. При этом снижается потребление электроэнергии из энергосистемы, измеряемой счётчиками тяговых подстанций.

В департаменте технической политики ОАО «РЖД» пояснили, что сегодня на сети дорог, электрифицированных на постоянном токе, актуальна задача замены физически и морально устаревших инверторов, установленных ещё в 80-е годы. В настоящее время специалистами разработан инвертор на новой элементной базе с применением более мощных тиристоров, рассчитанных на более высокий класс напряжения. Для повышения эффективности целесообразно выполнить его дальнейшее совершенствование в части обеспечения не только шести-, но и двенадцати- и двадцатичетырёхпульсового выпрямления. Предстоит серьёзная работа конструкторов и других учёных-специалистов по доведению до совершенства логико-программного управления инвертором и совершенствованию системы диагностики.

Необходимо отметить, что условия работы устройств энергоснабжения в режиме рекуперативного торможения в большей степени зависят от режима напряжения в контактной сети, чем в режиме тяги. Важнейшей задачей сегодняшнего дня является доведение до широкой реализации предложений учёных по системе управления напряжением в контактной сети в зависимости от поездной ситуации. Самым сложным вопросом в этом является обеспечение работы системы регулирования напряжения в условиях применения рекуперативного торможения и обеспечения устойчивого приёма инверторами энергии рекуперации.

Процессы распределения и использования энергии рекуперации на однопутных участках постоянного тока не вызывают сомнений, так как они изучены достаточно основательно. Экспериментальные исследования показывают, что баланс реализованной энергии рекуперации складывается из потреблённой энергии поездами в режиме тяги в данной и смежных межподстанционных зонах, возвращённой энергии через инверторы на шины переменного тока тяговых подстанций и потерь в тяговой сети от передачи энергии рекуперации, причём последние в процентном соотношении соизмеримы с потерями в режиме тяги.

При том состоянии измерительных средств на тяговых подстанциях, которое имеется на сегодняшний день, наиболее остро стоит вопрос потокораспределения энергии рекуперации и, естественно, эффективности её использования на двухпутных участках постоянного тока. Поэтому глубокие натурные исследования процессов рекуперативного торможения и эффективности использования энергии рекуперации сегодня целесообразно проводить на двухпутных участках при наличии сложного профиля пути и поездов повышенной массы.

В соответствии с поручением старшего вице-президента ОАО «РЖД» Валентина Гапановича на Свердловской железной дороге определён участок постоянного тока для использования в качестве опытного полигона по исследованию процессов рекуперативного торможения и эффективности использования энергии рекуперации в системе тягового электроснабжения.

По словам Бориса Иванова, организация постоянно действующего полигона для исследования процессов рекуперации является достаточно затратным мероприятием, требующим получения информации о значениях токов, напряжений, мощности и энергии за короткие промежутки времени с фидеров контактной сети и электроподвижного состава, а также наличия автоматизированной системы сбора и обработки этой информации.

Апробация на таком полигоне процессов рекуперации с применением современных методов и систем управления позволит обеспечить широкое внедрение на сети дорог отработанных технических решений и обеспечить реализацию планов ОАО «РЖД» по повышению объёма рекуперации и эффективности её использования.

Владислав Кукреш"

Цитата (Мясников Сергей)
Рекуперацию электрической энергии нельзя считать её производством, поскольку не требуется расход энергоносителей.

Да-да. А-то тут уже предпринимались попытки вчинить РЖД иск за то, что оно производит энергию и не платит налоги.

Цитата
Оценить эффективность применения рекуперативного торможения можно при помощи имитационного моделирования, которое позволяет определить величину нереализованной энергии рекуперации из-за превышения напряжения в тяговой сети допустимых значений

Имитационным моделированием занимаются уже более 30 лет, но новых результатов нет. Число поездов на зоне питания случайно, их масса случайна, у каждого машиниста свои особенности ведения поезда. А напряжение в тяговой сети зависит не только от поездной обстановки, но и от режима питающий энергосистемы который тоже обычно неизвестен.

Цитата
Важнейшей задачей сегодняшнего дня является доведение до широкой реализации предложений учёных по системе управления напряжением в контактной сети в зависимости от поездной ситуации. Самым сложным вопросом в этом является обеспечение работы системы регулирования напряжения в условиях применения рекуперативного торможения и обеспечения устойчивого приёма инверторами энергии рекуперации.

Давайте сначала доведем до практической реализации идею старых ученых о простом выравнивании и стабилизации напряжения на шинах подстанций. Иначе мы получим уравнительные токи не только на переменке, но и на постоянке. Одна подстанция будет работать в выпрямительном режиме, вторая в инверторном.
Про "неизученные" процессы рекуперации на двухпутных участках постоянного тока слов нет...

КАКОЙ ЭЛЕКТРОВОЗ НУЖЕН ЖЕЛЕЗНЫМ ДОРОГАМ РОССИИ?

О преимуществах переменного тока написано, и доказательно, очень много. Вопросы сравнения систем электроснабжения железных дорог на переменном и постоянном токе периодически появлялись на страницах отраслевой печати. Вот, например, что писал Ю. Е. Купцов в статье “Электрические дороги России: взгляд в прошлое и будущее”, “Локомотив” №10 за 2004 год: “Сейчас мы говорим о наличии в России двух различных систем тягового электроснабжения: современной переменного тока 25 кВ и морально устаревшей постоянного тока 3 кВ.” Во всём мире, в том числе и в России, электрификация в настоящее время ведётся в основном на переменном токе. В той же статье изложены некоторые преимущества электроснабжения на переменном токе. Не лишнее ещё раз обозначить некоторые из них:
-сокращение в 2 раза расхода меди, в том числе при замене контактного провода;
-упрощение тяговых подстанций и значительное увеличение расстояний между ними;
-обеспечение более высокой долговечности контактного провода (75 – 80 лет для переменного тока, 20 – 25 лет для постоянного);
-отсутствие проблем токосъёма самого мощного ЭПС тяговых токов в режиме движения и токов централизованного снабжения составов на стоянке;
-исключение электрической коррозии блуждающими токами подземных сооружений вдоль трасс железных дорог и т.д.
В журнале “Локомотив” №1 за 2001 год, в статье Ю. А. Житенёва “Электровозы выгоднее тепловозов”, отмечается, что “многолетняя эксплуатация участков, электрифицированных на переменном токе, убедительно доказала технико-экономические преимущества этой системы…... Электрифицированные участки переменного тока имеют более высокую энергетическую эффективность, меньшие на 5-6% суммарные потери энергии на тягу поездов. Они практически не ограничивают весовую норму составов, требуют при равных объёмах работы на 15-20% меньше локомотивов и локомотивных бригад, на них ме´ньшая повреждаемость устройств электроснабжения и ЭПС. В результате себестоимость перевозок на участках переменного тока почти на 20% ниже, чем при электротяге постоянного тока”. Всё это подтверждено после перевода на переменный ток участка Зима – Слюдянка. Эксплуатационные преимущества переменного тока перед постоянным отражены и в подборке “Пути снижения удельных расходов топлива и электроэнергии на тягу поездов”. В статье “Что показал анализ расхода ресурсов” (“Локомотив”, №2 2001 год) говорится: “На дорогах с системами электроснабжения постоянного тока условные потери (электроэнергии) изменяются в диапазоне 15-20%. На магистралях переменного тока их уровень существенно меньше и колеблется в пределах 5-10%…...».«Потери в контактной сети в среднем по сети дорог на постоянном токе составляют 5-7%…... Они зависят от тяговой нагрузки и состояния рельсовой цепи, могут доходить до 11% при неудовлетворительном состоянии последней». “Усреднённые технологические потери в контактной сети при тяге на переменном токе составляют 3-4%.”
Одним из недостатков системы переменного тока является бо¢льшая стоимость ЭПС. Однако при тиристорных системах преобразования энергии и микропроцессорных схемах управления локомотивом разница в стоимости электровозов переменного и постоянного тока уменьшается, для ЭПС с тяговыми двигателями переменного тока (асинхронными или синхронными) относительная разница их стоимости практически сводится к стоимости тягового трансформатора, т.е. не более 10%.
Правда, наша наука и производство (см. журнал «Локомотив» №1 за 2005 год, статья «Перспективы подвижного состава: проблемы и решения».) пока предлагают на ближайшее будущее односистемные электровозы с коллекторными двигателями, но с микропроцессорной схемой управления. Объясняют это тем, что в России односистемные электровозы с асинхронными двигателями (не говоря уже о двухсистемных) получаются в 2-3 раза дороже, чем с коллекторными. В Германии наоборот, ЭПС с асинхронными двигателями обходятся на 20-30% дешевле, чем с коллекторными, а стоимости односистемного и многосистемного электровоза практически не отличаются. Понять эту логику непосвящённому человеку трудно. Вот уж воистину, перефразируя известную поговорку, «что для немца хорошо, то русскому – смерть».
На сегодняшний день в России сложилась уникальная ситуация. Изношенный до предела, морально устаревший, парк локомотивов постоянного тока и требующее замены электрооборудование тяговых подстанций на большинстве железных дорог, электрифицированных на постоянном токе в 50-60 годы прошлого века. Стабильно работающий и увеличивающий производство электровозов переменного тока Новочеркасский электровозостроительный завод, имеющий значительные наработки в области ПТС переменного тока и двухсистемных электровозов, с другой стороны фактическое отсутствие мощностей по производству электровозов постоянного тока, которое потребует создания новых предприятий. Грех не воспользоваться таким стечением обстоятельств, ведь перевод на переменный ток намного снизит затраты на переоборудование устаревшего хозяйства тягового электроснабжения и автоблокировки. А это уже стоит на повестке дня, ибо гарантированный срок службы этих систем по расчётам специалистов составляет 40 лет, допустимый – 45, предельно-допустимый 50 лет.
В журнале “Локомотив” №9 за 2004 год “Энергосбережение – веление времени”. На одной странице автор, начальник департамента электрификации и электроснабжения ОАО РЖД А.А.Федотов, утверждает, что “…...мировой опыт применения различных систем электротяги свидетельствует о преобладании системы переменного тока. Система обеспечивает большие преимущества в поэтапном наращивании энергетических возможностей электрической тяги, а также их снижении при спаде объёмов перевозок. Варианты системы электроснабжения переменного тока напряжением 25 кВ и 2х25 кВ, с усиливающими и экранирующими проводами, а также перспективной – с напряжением питающего провода 94 кВ, позволяют оптимально согласовывать по энергетическим показателям систему электроснабжения с грузонапряженностью участка. На постоянном токе такие возможности отсутствуют”. И далее: “Исходя, из очевидных преимуществ электрической тяги переменного тока, осуществляется её внедрение на участках, ранее электрифицированных на постоянном токе…... Эффективность перевода на переменный ток определяется ликвидацией станций стыкования родов тока, удлинением зон обращения электровозов переменного тока. Не менее важны сокращение расхода электроэнергии на тягу поездов на 6-8% в связи с уменьшением технологических потерь в устройствах электроснабжения, сокращение затрат на эксплуатацию устройств электроснабжения”. Однако уже на другой странице автор указанной статьи пишет: “Ряд участков, электрифицированных по системе тока 3 кВ, при возрастающих объемах перевозок без строительства дополнительных подстанций в ближайшие годы могут исчерпать свой энергетический потенциал”. Поэтому предлагается в середине межподстанционной зоны устанавливать инверторно-преобразовательные пункты, а по усиливающим проводам подавать напряжение 6,6 кВ. Наверное, это годится для участков, электрифицированных относительно недавно, но абсолютное большинство линий на постоянном токе были электрифицированы много лет назад, в том числе стратегическая магистраль Рязань - Пенза – Самара – Челябинск – Омск – Новосибирск – Мариинск. На таких дорогах пришла пора заменять устройства автоблокировки и устаревшее оборудование на основных тяговых подстанциях. Так не дешевле ли получится переводить эти линии на переменный ток с учётом изложенных выше преимуществ последнего?
Для упрощения процесса перевода железных дорог с постоянного на переменный ток без остановки движения поездов нужен двухсистемный ЭПС, разработка которого в России явно задерживается. Хотя в Европе эти проблемы давно уже решены, так может, стоит закупить такую технику, чтобы на её основе создать свою технологию производства подобных машин нового поколения с бесколлекторными двигателями переменного тока. Важная веха такого сотрудничества – скоростной электропоезд «Сапсан». Для обеспечения безостановочного перевода участков железных дорог с переменного на постоянный ток потребуется порядка 50 машин для пассажирских поездов, 100 – для грузовых и 20…30 электропоездов двойного питания. Грузовые поезда любого приемлемого веса можно водить сдвоенными двухсистемными электровозами или сдвоенными поездами.
Теперь попробуем произвести ещё одну сравнительную оценку эффективности железных дорог электрифицированных на постоянном и переменном токе. В среднем расстояние между тяговыми подстанциями при электрификации на постоянном токе 15 -20 км (на наиболее интенсивных участках 7 -10 км), суммарная площадь проводов контактной сети 440 - 510 мм2 (до 700 мм¤) на путь. При переменном токе напряжением 25 кВ расстояние между тяговыми подстанциями увеличивается до 40 - 50 км, площадь контактных проводов 120 - 160 мм2 на путь. При системе 2*25 кВ расстояние между тяговыми подстанциями увеличивается до 70- 90 км, площадь проводов около 260 мм2 на путь. При переменном токе на тяговых подстанциях отсутствуют выпрямительные установки. Таким образом получается, что при почти одинаковых капитальных затратах на общие составляющие контактной сети (опоры, арматура), капитальные затраты на сооружение тяговых подстанций переменного тока 25 кВ более чем в два раза, а при системе 2*25 кВ более чем в 4 раза меньше, чем на постоянном токе. Удорожание устройств изоляции проводов на переменном токе компенсируется уменьшением количества контактных проводов. Таким образом, капитальные затраты на электрификацию на переменном токе получаются на 15-20% меньше, чем на постоянном токе.
Регулирование систем охлаждения в зависимости от нагрузки позволяет снижать до минимума потери электровозов переменного тока при движении поездов на выбеге и приближает их по экономичности к электровозам постоянного тока.
Ещё одно важное преимущество электровозов переменного тока перед постоянным - возможность рекуперации во всем диапазоне скоростей, а это опять экономия электроэнергии, уменьшение износа тормозных колодок, колесных пар, рельсов.
Учитывая, все вышесказанное, приходит мысль о правомерности постановки вопроса о переводе железных дорог России, электрифицированных на постоянном токе, на переменный ток. При капитальных ремонтах главных путей движение на одном направлении перекрывается на целый день, а иногда и больше, при этом все равно приходится работать с контактной сетью, так нельзя ли совместить это с усилением изоляции. Кроме того, постоянно ведется профилактическая замена изоляторов и контактных проводов, здесь тоже можно совместить эти две работы. Если производить замену изолирующих конструкций специально, то за окно в 2 часа можно заменить изоляторы на 1 км однопутного участка, а это – 200 км в год. На станциях пути секционированы, там можно работать практически круглые сутки. Кстати сказать, двухпутный участок Зима - Слюдянка (376 км) был переведен с постоянного на переменный ток за два года без остановки движения поездов, а электрифицировали раньше по 1000 км в год и больше. Результат - снижение эксплуатационных затрат на 20%.
Перевод на другую систему питания – дорогостоящее мероприятие, но, учитывая тот факт, что в настоящее время большинство оборудования тяговых подстанций постоянного тока уже давно требуют замены, а установка новых подстанций переменного тока обойдётся в 2…3 раза дешевле, то проблема финансов может оказаться не такой страшной, как это кажется изначально. С учётом взгляда в будущее, стоимость электровозов постоянного и переменного тока, оборудованных тиристорными системами управления и электродвигателями переменного тока, по предварительным оценкам, как уже было сказано выше, не должна отличатся более чем на 10%.
Итак:
1.Приоритетом развития электроподвижного состава на ближайшие годы должны стать двухсистемные электровозы и электропоезда, которые будут способствовать интенсификации перевозочного процесса, на скоростных магистралях обеспечивать ускоренное продвижение скоростных и скорых пассажирских и пригородных поездов.
Второе назначение двухсистемного ЭПС: способствовать безостановочному процессу перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, на переменный ток.
2.Учитывая, указанные выше, преимущества электрификации железных дорог на переменном токе перед постоянным током, по мере возможностей, надо стремиться к переводу как можно большего числа участков железных дорог России с постоянного на переменный ток.
Будущее за электрической тягой на переменном токе. Это должно стать основным направлением развития железных дорог России уже во второй половине этого века.

Цитата (Мясников Сергей)
В среднем расстояние между тяговыми подстанциями при электрификации на постоянном токе 15 -20 км (на наиболее интенсивных участках 7 -10 км), суммарная площадь проводов контактной сети 440 - 510 мм2 (до 700 мм¤) на путь. При переменном токе напряжением 25 кВ расстояние между тяговыми подстанциями увеличивается до 40 - 50 км, площадь контактных проводов 120 - 160 мм2 на путь.

Справедливости ради стоит отметить, что если при постоянном токе расстояния между подстанциями были 7 - 10 км, то на переменном токе будет 20 - 30, а не 40 - 50. На участке Иркутск - Слюдянка, например, самые короткие межподстанционные зоны имеют протяженность 17,5 и 11 км.

Цитата (М. Иванов)
Справедливости ради стоит отметить, что если при постоянном токе расстояния между подстанциями были 7 - 10 км, то на переменном токе будет 20 - 30, а не 40 - 50. На участке Иркутск - Слюдянка, например, самые короткие межподстанционные зоны имеют протяженность 17,5 и 11 км.

Цифры расстояний между подстанциями взяты мною из литературы. («Беседы об электрической железной дороге»И.П. Исаев, А.В Фрайфельд. Москва «Транспорт» 1989).
На участке Иркутск - Слюдянка расстояния между подстанциями действительно меньше из-за сложного профиля пути и напряженного графика движения поездов. И, потом, возможно. чтобы не строить новые помещения для подстанций, там использовали старые из под постоянного тока.



Редактировано 2 раз(а). Последний раз 17.12.11 15:29 пользователем Мясников Сергей.