5. ВНИИЖТ: раскрывая потенциал электрификации

На протяжении многих лет ВНИИЖТ (Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта) выполняет основополагающие работы в области тягового электроснабжения железных дорог. Этой теме посвящено выступление на страницах газеты Евразия-Вести заместителя директора института, кандидата технических наук Назарова Олег Николаевича, главного научного сотрудника института, доктора технических наук, профессора Александра Владимировича Котельникова и заведующего лабораторией тяговых подстанций, кандидата технических наук Теодора Пранцисковича Добровольскиса. Газета Евразия-Вести, 2007 г., №4.

Ссылка на оригинал

Выбор электрической тяги, ориентированный на широкое использование систем переменного тока 25 кВ, 2х25 кВ, многопроводных систем с экранирующими и усиливающими проводами и др., позволил гибко подбирать энергетически оптимальную систему электроснабжения в соответствии с размерами перевозок. Наш институт обосновал, а затем и обеспечил научное сопровождение технологии перевода грузонапряженных участков, электрифицированных по системе 3 кВ постоянного тока, на напряжение 25 кВ переменного тока. Такой перевод был осуществлен на участках Зима – Слюдянка Восточно-Сибирской, Мурманск – Лоухи Октябрьской и Кисловодск – Минводы Северо-Кавказской железных дорог.

В последние годы проведен ряд исследований, направленных на поиск путей дальнейшего повышения энергетической эффективности тяги в части нетрадиционных систем электроснабжения. Показана принципиальная возможность повышения напряжения передачи энергии поездам на уровне 60; 90 и 110 кВ с сохранением напряжения на электроподвижном составе 25 кВ (автотрансформаторные системы) и напряжения непосредственно в контактной сети 50 кВ 50 Гц с электроподвижным составом на это напряжение.

В силу больших объемов грузо- и пассажироперевозок на большие расстояния железные дороги России являются энергоемкой сферой экономики. Достаточно сказать, что они потребляют на перевозки до 6 процентов электроэнергии, производимой в стране, и столько же дизельного топлива. Энергетическая составляющая в себестоимости перевозок ежегодно исчисляется 12–13 процентами. Со временем положение с топливно-энергетическими ресурсами обостряется – цены на них опережают индекс инфляции, начинает проявляться региональная дефицитность энергоресурсов. Учитывая это, ВНИИЖТ возглавил разработку энергетической стратегии ОАО «РЖД»» на среднесрочную (до 2010 г.) и отдаленную (до 2020 г.) перспективу. Стратегия эта была принята в 2004 году руководством компании, действует насыщенная программа ее ежегодной реализации до 2010 г.

Основная направленность стратегии – всемерное энергосбережение во всех сферах деятельности на основе внедрения высокоэффективных энергоэкономных технических средств и технологий.

Можно привести много примеров достижения успехов в этой области. Среди них – устойчивая тенденция снижения удельных расходов электроэнергии и дизельного топлива на тягу поездов, экономия топливно- энергетических ресурсов в стационарной энергетике железных дорог.

Институтом осуществляется мониторинг реализации энергетической стратегии головной компании в области приобретения и потребления топливно-энергетических ресурсов с выработкой корректирующих воздействий на последующие периоды ее действия.

В современных условиях эффективность эксплуатационной работы стальных магистралей России в большой степени зависит от готовности инфраструктуры к пропуску поездов повышенной массы и длины, к росту скоростей обращения пассажирских поездов.

Один из важнейших элементов инфраструктуры – хозяйство тягового электроснабжения. Выбор наименее затратных способов усиления устройств электроснабжения производится на основе специальных расчетов, позволяющих достоверно определять параметры рабочих режимов системы в условиях повышенной токовой нагрузки от тяжеловесных и высокоскоростных поездов.

Во ВНИИЖТ создан программный комплекс для тяговых и электрических расчетов – КОРТЭС. Он используется железными дорогами при решении оперативных задач в эксплуатации, а также проектными институтами РЖД при проектировании электрификации и разработке систем электроснабжения. В КОРТЭС реализовано все новое в области расчета пропускной способности железнодорожных участков по устройствам тягового электроснабжения. С помощью этого комплекса выполнен большой объем вариантных расчетов параметров системы электроснабжения для условий пропуска поездов массой 6000, 8000, 9000 и 12 000 тонн. Результаты расчетов использованы при планировании мероприятий по подготовке к обеспечению тяжеловесного движения на каждом конкретном участке, где режим работы тягового электроснабжения ограничивается нормируемыми показателями.

Институт активно участвует в организации скоростного и высокоскоростного пассажирского движения. При этом учитывается специфика токовых нагрузок в контактной сети и на тяговых подстанциях от высокоскоростного подвижного состава. Проводится комплекс теоретических и экспериментальных исследований для выбора оптимального варианта модернизации контактной сети на линии Москва – Санкт-Петербург и обеспечения надежного токосъема при скоростях движения до 250 км/ч.

Для скоростных и высокоскоростных участков предложено специальное преобразовательное оборудование, позволяющее стабилизировать напряжение на шинах тяговых подстанций. Чтобы обеспечить безопасность движения в особых метеорологических условиях, специалисты ВНИИЖТ, вузов и проектных организаций существенно переработали методику расчетов режимов функционирования устройств электроснабжения при гололеде.

Эффективное направление ресурсосберегающих технологий – применение в различных областях народного хозяйства накопителей электроэнергии в виде суперконденсаторов. Наш институт проводит исследования по их применению в системах электрифицированного железнодорожного транспорта. Для цепей управления тяговыми подстанциями предложены схемотехнические позволяющие перейти на аккумуляторы в 2–3 раза меньшей энергоемкости, увеличить срок службы и надежность всей системы питания не менее, чем вдвое. Разработаны и предложены схемы для электроподвижного состава.

Сейчас идет поиск технических решений для обеспечения проезда нейтральных вставок без сброса тяги при вождении поездов повышенной массы электровозами переменного тока, также с применением суперконденсаторов. Одновременно решаются вопросы повышения надежности, экономичности электроснабжения, качества потребляемой и рекуперируемой энергии. Применение суперконденсаторов рассматривается с точки зрения экономической целесообразности, конкретного их применения в системах электроснабжения и подвижного состава. Разрабатываются технические требования к установкам накопления электроэнергии на базе суперконденсаторов.

Серийно внедряется выпускаемое заводом МЭЗ – филиалом ОАО «РЖД» – устройство автоматического повторного включения фидеров контактной сети с контролем состояния тяговой сети. Устройство предотвращает подключение неисправной (с наличием КЗ) контактной сети.

Разработано устройство телеблокировки выключателей смежных пунктов тяговых подстанций и постов секционирования, позволяющее повысить надежность защиты контактной сети от коротких замыканий при возникновении «мертвых зон».

Для автоматизированной системы сбора данных и оперативного анализа эксплуатационной работы хозяйства электроснабжения РЖД во ВНИИЖТ создан программный комплекс. Область его применения – службы электроснабжения железных дорог и департамент электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД». Приведем не нуждающийся в особых комментариях список функциональных возможностей системы:

– автоматизированное формирование оперативных сводок;

– ведение специализированной базы оперативных данных;

– сортировка и выборка данных по дорогам, по видам объектов, по заданному периоду и по любой совокупности признаков, задаваемых пользователем;

– анализ работы подразделений хозяйства электроснабжения;

– формирование отчетов по формам методики ЦЭ-19;

– визуализация данных на единой электронной схеме сети железных дорог России.

Система внедрена на железных дорогах. Она эффективна за счет таких составляющих, как повышение качества сменно-суточного планирования работы; высокой оперативности подготовки аналитических и справочных документов; совершенствования управленческих решений; сокращение затрат ручного труда по сбору и обработке информации.