Дипломная работа: Энергосберегающие режимы управления движением поездов метрополитенов

7. Экономический эффект от внедрения результатов работы в практику эксплуатации метрополитенов.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

1. Результатом применения методов корреляционного анализа к показателям качества эксплуатации метрополитенов России и СНГ.

2. Корректным использованием математических методов.

3. Совпадением результатов расчетов, полученных в работе с помощью компьютерного моделирования с фактическими данными.

В ходе создания методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям метрополитенов, автор был вынужден использовать характеристики реально существующих метрополитенов и проектные данные строящихся.

В качестве проектной линии строящегося метрополитена была выбрана первая линия Красноярского метрополитена.

На роль действующей линии существующего метрополитена, по ряду объективных причин, идеальным образом подошла Ленинская линия Новосибирского метрополитена.

Однако следует понимать, что выбор конкретно той или иной линии не принципиален для создания универсальной методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям метрополитенов.

Апробация результатов:

Основные идеи работы докладывалась на различных конференциях международного, Всероссийского и регионального уровней. Результаты публиковались в центральных изданиях России, и в различных отраслевых периодических изданиях.

Примечание:

В книге приводится и используется много статистических данных об эксплуатационной деятельности метрополитенов и других транспортных систем городов. Для более качественного результата применения методов математической статистики очень важна величина выборки. По этому, часто встречаются данные девятилетней и более давности.

Однако, необходимо понимать, что в книге показана суть методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линии метрополитена, и в этом случае не важен временной отрезок, из которого сделана выборка статистических данных.

Не все данные о метрополитенах являются открытыми. Таковые не вошли в данную книгу и в публикации результатов представленной здесь разработки.

Однако, это обстоятельство ни коем образом не мешает полному представлению созданной универсальной методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям метрополитенов, пригодной как для действующих линий существующих МЕТРО, так и для проектных и строящихся линий существующих и будущих метрополитенов.

1. Анализ энергосберегающих технологий эксплуатации подвижного состава метрополитенов

1.1 Анализ структуры электрооборудования и электропотребления метрополитенов

Метрополитен, как и любой другой вид городского электрического транспорта, как сложный электротехнический комплекс имеет свою структуру электроснабжения.

Снабжение тяговых подстанций метрополитена электрической энергией осуществляется от шин 6 - 10 кВ подстанций предприятий «Городские электрические сети» или электрических сетей открытого акционерного общества «Российские железные дороги». Для обеспечения надежности электроснабжения и поддержания необходимого уровня качества электроэнергии электроснабжение станций метрополитена закольцовано. Переключение электрического питания станций автоматизировано. Оно осуществляется с помощью автоматизированных систем управления. Имеется возможность ручного управления питанием объектов с диспетчерского пункта, находящегося в помещении Инженерного корпуса метрополитена.

Все тяговые подстанции метрополитена выполняют совмещенными, тягово-понизительными и располагают под землей (на уровне рельсового пути метрополитена и ниже). Для обеспечения пожаробезопасности, на тяговых подстанциях метрополитенов установлены сухие трансформаторы.

Каждая совмещенная тягово-понизительная подстанция включает в себя:

· тяговые трансформаторы;

· кремниевые выпрямители;

· силовые трансформаторы питания вспомогательных потребителей: вентиляционное оборудование, эскалаторы, компрессоры, насосы, и т.д.;

· трансформаторы освещения станций, тоннелей, подсобных помещений, и т.д.;

· трансформаторы питания устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), для питания систем связи и телекоммуникаций [142,143].

Типовая однолинейная схема совмещенной тяговой подстанции представлена на рис.1.1.

Направления использования электроэнергии метрополитеном можно систематизировать следующим образом:

1. Тяговый и другой электропривод:

· электродвигатели вагонов подвижного состава;

· электропривод станков, задвижек, затворов и т.д.

· электропривод поломоечных машин и т.д.

2. Насосное оборудование.

3. Вентиляция.

4. Подъемно-транспортное оборудование.

5. Компрессорное оборудование.

6. Освещение.

7. Прочие потребители:

· сварочное оборудование;

· бытовая техника;

· переносной инструмент;

· оборудование столовых.

Суммарная мощность электрооборудования, например, Новосибирского метрополитена, по направлениям использования электроэнергии в подразделениях и станциях составляет примерно 40 000 кВт.

Графическая зависимость установленной мощности электроприемников, систематизированных по направлениям использования, представлена на рис. 1.2.

Рис.1.1. Типовая однолинейная схема совмещенной тяговой подстанции метрополитена.

Рис. 1.2. График суммарной мощности электроприемников по направлениям использования.

Главной задачей метрополитенов является перевозка пассажиров. Поэтому, основным потребителем электрической энергии являются тяговые двигатели электропоездов [26,77,85]. Потребление энергии на тягу поездов составляет более 50-ти % от общего энергопотребления. Остальная часть электроэнергии потребляется силовым оборудованием и освещением, СЦБ, электрооборудованием депо, и т.п. Расход электрической энергии за 2006 - 2007 г.г. (на примере Новосибирского метрополитена) представлен в таблице 1.1.

Из графика электропотребления на тягу поездов за 2007 год видно, что характер электропотребления в течение года практически одинаковый. Имеются некоторые изменения в летний и зимний периоды, которые могут быть объяснены ростом пассажиропотока и загруженностью вагонов зимой, а также с выходом дополнительных поездов в праздничные дни.

Таблица 1.1. Расход электрической энергии за 2006-2007 г.г.

График электропотребления на тягу поездов за 2007 год по месяцам представлен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. График электропотребления на тягу поездов за 2007 год.

К силовым установкам метрополитена относятся эскалаторы, вентиляция местная и тоннельная, насосы и другое (прочее) электрооборудование.

Местная вентиляция обслуживает служебно-технические помещения, работает по годовому графику. Вентиляция, обслуживающая тяговые подстанции, предназначенная для охлаждения трансформаторов, работает в автоматическом режиме по сигналам датчиков температуры.

Суточное потребление осветительными установками составляет около 20% от общего электропотребления.

Питание тяговой сети осуществляется от тягового трансформатора через преобразовательную установку. Преобразование переменного тока в постоянный происходит по трехфазной схеме через кремниевые выпрямители. На каждой тяговой подстанции установлено по три трансформатора и, соответственно, столько же преобразовательных установок.

Ввиду того, что метрополитены проектируются на перспективу развития города и увеличения пассажиропотока, с запасом мощностей, то источником дополнительных потерь электроэнергии является недогрузка трансформаторов, двигателей эскалаторов, вентиляторов, что значительно снижает предприятия с проектного 0,9 до фактического 0,84 и ниже.

Из проведенного анализа хорошо видно, что значительная часть потребляемой электрической энергии метрополитеном обусловлена работой тягового и другого электропривода.

Это обстоятельство делает логичным анализ электроподвижного состава метрополитенов, который и представлен в следующем подразделе.

1.2 Анализ электроподвижного состава метрополитенов

Из предыдущего подраздела видно, что энергоэффективность работы метрополитена во многом зависит от характеристик используемого электроподвижного состава.

Увеличивающиеся объемы перевозок на метрополитенах, высокие требования, предъявляемые к безопасности перевозок, уменьшению расхода электроэнергии на тягу поездов, заставляют совершенствовать конструкцию и надежность электроподвижного состава [56,137].

Обычно количество вагонов в электропоездах метрополитена устанавливается в зависимости от их вместимости, максимального значения пассажиропотока в определенное время и интенсивности движения на линии.

В зависимости от интенсивности пассажиропотока в течение суток возможно изменение количества вагонов в составе поезда. Составы электропоездов метрополитена, как правило, разделяют на отдельные секции, имеющие одинаковые и постоянные тяговые свойства. Секции состоят из определенного числа моторных и прицепных вагонов или только из моторных вагонов. Цепи управления вагонов в составе связаны межвагонными электрическими соединениями, благодаря чему составы поездов из нескольких секций управляются из головной кабины по системе многих единиц (СМЕ), гарантирующей синхронную работу двигателей всех соединенных секций [120].

В связи с тем, что на линиях метрополитена преобладают конечные станции тупикового типа, вагоны метрополитена применяются с двусторонним расположением дверей и расположением кабины управления в каждом конце состава, что позволяет реализовать реверс и значительно упростить оперативное маневрирование подвижным составом.

В большинстве метрополитенов вагоны являются четырехосными. Однако за рубежом на отдельных линиях эксплуатируются секции, состоящие из сочлененных кузовов, что улучшает проходимость составов по кривым малых радиусов и уменьшает давление на ось [14,41,49].

Сравнивая поезда метрополитенов разных стран, в соответствии с габаритными размерами подвижного состава можно выделить:

· вагоны с железнодорожным габаритом (некоторые линии метрополитенов в Нью-Йорке, Лондоне, Париже, которые применяются на выносных линиях метрополитена, связанных с пригородными участками электрифицированных железных дорог);

· вагоны с уменьшенным, по сравнению с железными дорогами, габаритом (метрополитены в городах России и СНГ);

· вагоны с габаритом, приспособленным к условиям вписывания в тоннели кругового очертания со скошенными стенками (некоторые линии Лондонского метрополитена); такие вагоны позволяют вписываться в минимальный диаметр перегонных тоннелей за счет некоторых эксплуатационных неудобств и снижения комфортности перевозки пассажиров [12,137].

Проектирование первых советских вагонов типа А и Б началось в начале 30-х годов. Впервые в практике отечественных железных дорог поезда получили питание от контактного рельса. Масса моторного вагона типа А составляла 51,7 т, прицепного - 36,3 т. В каждом моторном и прицепном вагоне имелось 52 места для сидения и 120 мест для стояния. При наибольшей наполняемости число стоявших пассажиров доходило до 210. Вагоны были оборудованы четырьмя двухстворчатыми дверьми с каждой стороны, которые закрывались и открывались машинистом одновременно во всем поезде при помощи электропневматических приводов и дверных воздухораспределителей. Максимальная скорость моторных вагонов типа А составляла 65 км/ч.