楊 君 于乾隆 陳維亞 馮芬玲 施正威 凌景文

(中南大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

無電表動車組能耗統(tǒng)計相關(guān)問題研究

楊 君 于乾隆 陳維亞 馮芬玲 施正威 凌景文

(中南大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

隨著我國鐵路的跨越式發(fā)展，動車組的開行比例將不斷增加。目前我國開行的動車組大部分還沒有配備能耗數(shù)據(jù)采集設(shè)備，使得無電表動車組能耗統(tǒng)計工作不能滿足新形勢下鐵路節(jié)能降耗和精細(xì)化管理的需要。論文分析了目前我國鐵路無電表動車組能耗推算的現(xiàn)狀，指出造成能耗統(tǒng)計存在較大誤差的原因，提出了改進無電表動車組能耗統(tǒng)計工作的建議。

無電表動車組；能耗統(tǒng)計；智能電表

一 研究背景及意義

動車組作為新型的鐵路運輸工具，其高速、安全、舒適的特性使其在我國得到了大規(guī)模的運用。隨著我國客運專線路網(wǎng)的建成運營，動車組開行比例的增加，2012年我國投入運營的動車組列車數(shù)量將突破800列，而我國運行的動車組除CRH2系列有電表外，其他大部分動車組都沒有電能計量設(shè)備。隨著動車組大量開行，其能源消耗比重的迅速上升，相應(yīng)的無電表動車組能耗統(tǒng)計的相關(guān)問題也日益凸顯。

無電表動車組的能耗統(tǒng)計工作有兩個方面的意義，第一是在動車組跨局運輸?shù)臅r候，確定鐵路企業(yè)各單位所屬動車組能源消耗的總量以及其提供單位，這將作為鐵路企業(yè)間能耗清算的依據(jù)，雖然目前各鐵路企業(yè)間的清算不以實際能耗量為依據(jù)，誤差在整個鐵路系統(tǒng)內(nèi)部消化，但以實際能耗量進行清算是我國鐵路企業(yè)走向精細(xì)化管理的必然要求；第二是將動車組能耗數(shù)據(jù)與主要的影響因素（如機車型號、運用種別、運行區(qū)段、司機等）精確對應(yīng)并細(xì)致分析了能耗影響因素，反映動車組的能源消耗情況及效率，以此為依據(jù)提出富有成效的節(jié)能降耗措施，為鐵路機車節(jié)能降耗提供決策依據(jù)[1]。

二 無電表動車組能耗統(tǒng)計的現(xiàn)狀

目前無電表動車組對于電能的消耗沒有任何記錄數(shù)據(jù)，其能耗數(shù)據(jù)由供電段總耗電量與所有機車耗電量總和之差反推得到[2]。因此關(guān)于無電表動車組的能耗統(tǒng)計工作比較復(fù)雜。根據(jù)鐵路機車統(tǒng)計規(guī)則，目前無電表動車組能耗統(tǒng)計辦法是：動車組能耗=動車組工作量×相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)單耗[3]。

目前這一統(tǒng)計方法的關(guān)鍵在于無電表動車組標(biāo)準(zhǔn)單耗的確定。動車組實際單耗受到很多因素的影響，如動車組型號、動車組工況、運行區(qū)段線路情況、司機操作水平等，因此動車組實際單耗波動很大，其確定要根據(jù)動車組的實際運行及能耗情況通過推算得到，這一工作交由各鐵路局確定，實現(xiàn)方法各有區(qū)別但基本思路一致。

以廣鐵集團廣深線為例，確定線路上的無電表動車組標(biāo)準(zhǔn)單耗確定辦法是：首先根據(jù)負(fù)責(zé)線路牽引電網(wǎng)供電的供電所電表查的該線路一段時期內(nèi)消耗的總電量總W，并且獲得機務(wù)統(tǒng)計的有電表機車及動車組在該線路上的電能消耗量有W；然后由總W－有W得到無電表動車組電能消耗量無W，再用無W除以無電表動車組的總工作量，得到該段線路上無電表動車組單耗。最后通過對不同時期的單耗進行平均或者加權(quán)平均得到標(biāo)準(zhǔn)單耗。

以廣鐵集團廣深線為例，運行于廣深線的電力機車及電力動車組主要有以下幾個部分：廣深、羊城、武漢客運機車；廣深貨運機車；廣深SS8客運；香港過軌ktt列車；藍箭動車組；新時速X200。這一時期龐巴迪動車組沒有開行。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 .廣深線電能消耗數(shù)據(jù)表

三 無電表動車組能耗統(tǒng)計問題分析

由上述分析可以看出目前無電表動車組能耗統(tǒng)計的方法最終得到的結(jié)果必然存在很大的誤差，這是由于受到一系列的不確定因素的影響造成的，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）機車及動車組跨局運輸帶來的影響

在鐵路大規(guī)模實行機車長交路輪乘制的實行，鐵路機車及動車組跨局運行的比例不斷增大，這使得機車及動車組必然要在運行過程中消耗沿途不同鐵路局的電能，如圖1所示：

圖1 .有電表機車及動車組能耗數(shù)據(jù)產(chǎn)生

圖中1W ，2W ，3W 分別表示司機組1，2，3記錄的電能消耗量，AW2，BW2分別表示司機組2駕駛機車在A局和B局消耗的電能。由于目前的機車及動車組的電表不能分鐵路局，分供電區(qū)段對耗電量進行精確計量。所以，AW2，BW2不能精確計量，實際是將2W 按照在A，B兩局的機車工作量分劈得到的。

因此上述推算方法中有電表機車及動車組的能耗量有W也不是實際能耗量的精確值。而這一誤差會根據(jù)A，B兩局之間線路狀況（如坡度，曲線等）的差別的增大而增大。

（二）無電表動車組能耗復(fù)雜性帶來的影響

影響無電表動車組能耗的因素很多，雖然在確定的線路上進行推算，排除了線路情況對動車組能耗的重大影響，但是動車組機型，工況，列車運行圖造成的動車組起停次數(shù)及停車時間等因素對能耗的影響都沒有消失，而目前的能耗推算辦法無法將上述因素區(qū)分開來，只是將各種型號無電表動車組歸為一類推算其總能耗，并最終確定單耗，其結(jié)果難免存在較大誤差。

（三）牽引供電網(wǎng)損耗的帶來的影響

在推算無電表動車組總能耗的過程中沒有考慮牽引供電網(wǎng)的電損，而這部分電能比例較大，不能忽略。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，廣深線2006年供電所電表總耗電量與所有機車耗電量之和相差約12.5%，即電力輸送過程損耗約12.5%。但是實際每月的電損波動卻不是定值，有很大的波動，如圖2所示：

圖2.牽引供電網(wǎng)電能損失百分比散點圖

圖2 是牽引供電網(wǎng)電能損失占總電量的百分比散點圖，由圖中可以看出這一比例隨時間的波動非常大，不能夠用簡單的統(tǒng)計辦法確定。

即使目前能夠確定這個比例，但隨著牽引供電設(shè)備的調(diào)整，線路的變化，以及供電技術(shù)的革新等，都會對電損有一定的影響，2006年的數(shù)據(jù)也不能作為以后推算的依據(jù)。

另外在《電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)電能損失的計算》中規(guī)定了的牽引供電網(wǎng)電損的計算條件和方法，但其中用到的參數(shù)主要是一段時間的電流均值，因此算出的電損也是一段時間內(nèi)的總電損，不夠精確。并且目前這種電損的計算方法主要用于供電段的相關(guān)工作，并沒有運用到無電表動車組能耗統(tǒng)計工作中去。

綜上所述，在無電表動車組沒有精確能耗數(shù)據(jù)的情況下，目前雖然有推算無電表動車組電能消耗的方法，但是多方因素導(dǎo)致了目前無電表動車組能耗推算方法不夠精確。這樣的能耗數(shù)據(jù)既不能作為各鐵路企業(yè)間進行能耗費用清算的依據(jù)，也不能作為提高司機操作水平，及機務(wù)段維護檢修等工作的考核指標(biāo)，因此目前的無電表動車組能耗統(tǒng)計不能滿足實際需要。隨著鐵路機車及動車組長交路跨距運輸比例的不斷增加，以及無電表動車組大量開行這種矛盾會更加嚴(yán)重，而無電表動車組能耗統(tǒng)計問題也會日益突出。

四 無電表動車組能耗統(tǒng)計改進建議

（一）進一步完善無電表動車組能耗推算方法

在不全面升級機車及動車組能耗計量設(shè)備的情況下，只有進一步完善無電表動車組能耗推算方法來解決目前日益突出的問題。首先是要將牽引供電網(wǎng)的電損納入無電表動車組能耗推算的體系中去，去除原來推算體系中的盲點。其次是要建立全路統(tǒng)一的完善的無電表動車組能耗推算體系，但是由于能耗諸多影響因素的復(fù)雜性導(dǎo)致不同的鐵路局，不同的線路等的影響都要具體考慮。要建立這樣的一套推算體系雖然技術(shù)上可行，但是不僅需要投入當(dāng)量人力物力，而且得到的結(jié)果在不同鐵路企業(yè)間的也不一定能夠廣泛認(rèn)可。

（二）在無電表動車組加裝新型能耗計量設(shè)備

現(xiàn)有各型號動車組中，CRH-1和CRH-3系列動車組自身已經(jīng)具備能耗采集計量功能，但尚存在軟件功能上的缺失和不完善之處。通過向動車組生產(chǎn)廠家提出軟件改進建議，使得CRH-1型動車組能耗數(shù)據(jù)能在智能顯示單元(IDU)中顯示，CRH-3型動車組數(shù)據(jù)可以保存和累計，減少能耗數(shù)據(jù)的個數(shù)，將多個同類能耗數(shù)據(jù)歸總顯示。以此為基礎(chǔ)，將能耗計量采集器具與列車自動防護裝置（ATP）采集的數(shù)據(jù)進行時間點關(guān)聯(lián)，形成如表1所示格式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。建議在CRH-2型動車組上加裝新型的能耗計量設(shè)備又稱智能電表，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的精確計量。

表2 .機車能耗數(shù)據(jù)與運行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)形式

（三）建立基于新型能耗計量設(shè)備的動車組能耗統(tǒng)計分析系統(tǒng)

基于智能電表精確數(shù)據(jù)的能耗統(tǒng)計分析系統(tǒng)通過獲取智能電表所獲得的實時精確電能消耗數(shù)據(jù)，將地面基礎(chǔ)信息與能耗數(shù)融合，據(jù)根據(jù)特定的能耗統(tǒng)計分析需求按照相應(yīng)的口徑進行統(tǒng)計匯總，形成相應(yīng)的報表。在此基礎(chǔ)上進行相關(guān)能耗分析，并圖形化能耗統(tǒng)計及分析的結(jié)果[4]-[5]。

新型的能耗計量設(shè)備及統(tǒng)計分析系統(tǒng)，將克服舊式機車車載電度表的缺陷（如精度不夠，不能分鐵路局，供電區(qū)段進行精確計量等），不僅能完全滿足鐵路管理體制不斷完善對于能耗統(tǒng)計工作的要求，同時也將改變傳統(tǒng)的能耗統(tǒng)計工作方式，由人工讀取能耗數(shù)據(jù)，手工填表轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑詣踊臄?shù)據(jù)錄入傳輸和統(tǒng)計方式，極大地降低了能耗統(tǒng)計工作中的人為錯誤和誤差，極大的提高能耗統(tǒng)計工作效率。

五 結(jié)束語

本文通過分析無電表動車組能耗統(tǒng)計工作的目前存在的問題，在精確計量設(shè)備缺失的情況下，現(xiàn)有的無電表動車組能耗推算方法受到多方面的局限，其誤差很大。本文也提出了改善無電表動車組能耗統(tǒng)計工作的建議，一是改進現(xiàn)有的能耗推算辦法，但是最終只能一定程度上減小誤差。二是在無電表動車組加裝新型能耗計量設(shè)備，使能耗統(tǒng)計工作有據(jù)可查。三是建立基于新型能耗計量設(shè)備的能耗統(tǒng)計分析系統(tǒng)，從而完全適應(yīng)鐵路發(fā)展對于動車組能耗統(tǒng)計工作的要求。

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵路運輸企業(yè)能源消耗與節(jié)約統(tǒng)計規(guī)則[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

[2]陳治亞,施正威,馮芬玲,于乾隆.鐵路機車運輸能源消耗統(tǒng)計現(xiàn)狀分析[J].中國鐵路,2010,(6),24-27.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路機車統(tǒng)計規(guī)則[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

[4]姜久春,邱瑞昌,李景新.電力機車專用智能電度表系統(tǒng)[J].機車電傳動,2004,(3):18-20.

[5]桂勛,姚蘭,錢清泉.基于智能電表的電力機車能耗管理優(yōu)化系統(tǒng)[J].中國鐵道科學(xué),2008,(9):92-96.

F532

A

1673-2219（2011）07-0100-04

2011－04－01

楊君（1983－），女，中南大學(xué)交通運輸工程學(xué)院碩士研究生。于乾?。?984－），男，中南大學(xué)交通運輸工程學(xué)院碩士研究生。陳維亞（1981－），男，中南大學(xué)交通運輸工程學(xué)院博士。馮芬玲（1984－），女，中南大學(xué)交通運輸工程學(xué)院副教授。施正威（1985－），男，中南大學(xué)交通運輸工程學(xué)院碩士研究生。凌景文（1985－），男，中南大學(xué)交通運輸工程學(xué)院碩士研究生。

（責(zé)任編校：京華）