Анализ результатов испытаний и базовых характеристик электовозов серий KZ8А и KZ4АТ, планируемых к эксплуатации на Казахстанских железных дорогах

Одной из главных задач развития Казахстанской железнодорожной отрасли сегодня является эксплуатация мощных, современных локомотивов с улучшенными тяговыми характеристиками. В стране активно идет реконструкция железных дорог. Благодаря своему геополитическому расположению Казахстан является участником проекта строительства Новой железнодорожный линии в Центральной Азии. Данная железнодорожная ветка, в свою очередь, является одним из важных связующих участков транспортной коридора Европа - Кавказ - Азия, ввод в эксплуатацию которой

значительно увеличит объемы внутренних и транзитных перевозок через территорию республики. Кроме того, в настоящее время потребность в электровозах нового поколения обусловлена необходимостью обновление

парка электровозов казахстанских железных дорог, 80 % которого ближайшее время уже превысит возраст 40 лет. Строительство и выведение на проектную мощность нового завода по сборке магистральных электровозов переменного тока в г. Астане - ТОО "Электровоз кұрастыру зауыты" – стало одной из важнейших инициатив Казахстана в развитии региона, что позволило рассмотреть его продукцию как потенциальную для эксплуатации в условиях СНГ. В числе электровозов данного класса, собираемых в европейских странах, можно назвать французский электровоз серии Prima II. Электровоз Prima II разработан учеными и специалистами инжинирингового центра компании "Альстом Транспорт SA" и эксплуатируется в настоящее время в Европе и на севере Африки. Основные его конкурентные преимущества:

• повышенная производительность;

• увеличенные тяговые характеристики, позволяющие перевозить грузы в горных окрестностях;

• система рекуперативного торможения;

• совместимость с 4-мя различными типами напряжения электроэнергии 25 кВ, 15 кВ, 3000 В и 1500 В, благодаря чему он с легкостью может быть адаптирован к стандартам безопасности во многих регионах мира.

Для диагностики и обслуживания Prima II на протяжении жизненного цикла применяется специализированное программное обеспечение Traintracer, которое позволяет получить доступ к основным модулям и оборудованию. В числе электровозов подобного класса также можно назвать магистральный грузовой электровоз переменного тока серии 2ЭС5 российского производства с осевой формулой 2х2о-2о, в котором применяются новые системы автоведения грузового поезда. Наличие в тяговой системе электровоза 2ЭС5 индивидуальных преобразователей для питания тяговых двигателей вызывает индивидуальную реакцию каждого из двигателей на изменение внешних условий работы, хотя бы одного из них. Это снижает вероятность возникновения буксования, а при его появлении обеспечивает быстрое гашение. Таким образом, асинхронный тяговый привод с индивидуальными инверторами напряжения и по осным регулированием позволяет улучшить тяговые характеристики, снизить энергопотребление и затраты на техническое обслуживание. Электровоз 2ЭС5 отличается высокими технико-экономическими показателями, а также современной тяговой системой.

Изучение результатов испытаний магистральных электровозов KZ8A и KZ4AT, а также проведение сравнительного анализа с другими электровозами этого класса. Организованы динамические и валидационные испытания на территории Казахстана, России, Франции и Австрии, в том числе с коммерческими грузовыми поездами массой 6500 т и более. Проведены сертификационные и приемочные испытания электровозов, предусматривают общие виброакустические тесты, а также проверку уровня электромагнитного излучения. Технические характеристики и их преимущества определялись методом сравнительно анализа с другими электровозами одного класса. Для изучения определены магистральные электровозы серий KZ8A и KZ4AT. Результаты проведенных испытаний показали, что данные локомотивы очень экономичны в расчете на жизненный цикл, обладают более высокими тяговыми характеристиками, увеличенными межремонтными пробегами.

KZ8A - магистральный грузовой электровоз с асинхронным тяговым двигателем, состоящий из 2-х секций. С помощью улучшенных тяговых характеристик и высокой мощности возможно использование одной двухсекционной единицы KZ8A вместо 3-хсекций электровоза серии ВЛ-80 при массе поезда до 9000 т. Конструкция электровоза KZ8A обеспечивает при необходимости соединение с другой секцией электровоза по системе многих единиц 3 х (2о-2о), под управлением одного машиниста из одной (любой) головной кабины. При этом используется дополнительное высоковольтное соединение всех секций для возможности питания локомотива от одного токоприемника. Машинисту, находящемуся в головной кабине, предоставляется вся оперативная и диагностическая информация о режимах работы оборудования всех секций. Электровоз также позволяет эксплуатациюпо двойной тяге - в голове, середине и конце грузового поездасо скоростью до 120 км/ч. Вместе с тем возможна установка беспроводного дистанционного управления.

KZ4AT - пассажирский магистральный электровоз переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями имеет одной секционное исполнение с колесной формулой 2о-2о и нормативной нагрузкой на ось 21,5 т. Максимальная скорость электровоза - 200 км/ч. Данный электровоз сконструирован с учетом максимальной унификации с грузовым электровозом KZ8A. Локомотив данной серии также может эксплуатироваться по системе многих единиц под управлением одного машиниста. Технологическая разработка данных электровозов включает:

Инновационные решения

• Асинхронный тяговый привод с по осным регулированием тяговые электрические машины асинхронные с коротко замкнутым ротором, обеспечивают высокую надежность эксплуатации без проведения планового технического обслуживания в промежутках между текущими ремонтами электровозов.

• Тяговый преобразователь на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.

• Преобразователь собственных нужд с регулированием производительности и плавным пуском вентиляторов и компрессоров.

• Микропроцессорная система управления, диагностики и безопасности движения (целью системы управления и монитонринга является контроль и регистрация событий в подсистемах электровоза, а также состояния оборудования для предоставления комплексного отчета машинисту на дисплее).

• Система автоведения поезда с использованием средств спутниковой навигации.

• Рекуперативное торможение.

Тяговые преобразователи IGBT

На электровозах применены тяговые преобразователи, использующие IGBT транзисторы для питания асинхронных тяговых двигателей с коротко замкнутым ротором. Каждая тяговая обмотка трансформатора питает четырех квадратный импульсный выпрямитель, обеспечивающий постоянную величину напряжения по постоянному току. Данная цепь имеет устройство фильтрового затухания перенапряжений и разрядного конденсатора. Цепи постоянного тока, в свою очередь, питают 4 высоковольтных инвертора, на каждый из которых включен один тяговый двигатель, осуществляющий по ясное регулирование тяги. В штатном режиме эксплуатации в каждой секции один преобразователь обеспечивает трехфазный источник питания напряжением 400 В 50 Гц для питания всего вспомогательного оборудования, требующего питания с фиксированной частотой. В целях понижения шума и экономии электроэнергии второй преобразователь каждой секции работает на переменной напряжении и частоте для питания всего вспомогательного ооборудования. В случае отказа одного преобразователя вспомогательное оборудование переменного тока автоматически переключается на второй вспомогательный преобразователь.

Микропроцессорная система управления

Микропроцессорная управляющая система электровоза состоит из подсистем, обеспечивающих основные функции попуправлению движением поезда. Данные подсистемы обеспечивают, контролируют и фиксируют результаты работы оборудования, включая прием на локомотив информации от причастных служб о поездной ситуации, изменении условий движения поезда, а также записи информации о характеристиках поезда, особенностях работы оборудования в электронную память последующей передачей информации по радиоканалу.

В соответствии с полученными результатами испытаний и анализа технических параметров электровозов серий KZ8A и KZ4AT можно заключить, что для их эксплуатации применяются современные европейские технологии, в том числе система уравнения и диагностики. Казахстанский электровоз значительно превосходит по тягово-энергетическим характеристикам локомотивы более раннего производства.

Выполнен анализ эксплуатационных характеристик электровозов серий KZ8A и KZ4AT, впервые произведенных в Казахстане по европейской технологии. Установлено, что казахстанские электровозы не уступают, а по некоторым позициям превосходят электровозы производства ближнего и дальнего зарубежья. Таким образом, на основании наших исследований определены следующие преимущественные характеристики KZ8A и KZ4AT по сравнению с локомотивами на электрической тяге данного класса:

• Увеличение межремонтных пробегов - в 3 раза

• Увеличение конструкционной скорости - на 10%

• Экономия электроэнергии - на 20 %

• Увеличение веса поезда - на 30 %

Электровозы серий KZ8A и KZ4AT обладают повышенными техническими параметрами, которые позволяют данным локомотивам конкурировать в своем классе и быть доступными на рынке. Изученные и описанные в статье характеристики и результаты испытаний электровозов, впервые произведенных в Казахстане по европейской технологии, имеют значительную ценность для оценки их конкурентных преимуществ и представляют научный интерес для развития железнодорожной отрасли.

Список литературы:

1. AhmedovН.М., Aslanov J.G. Diagnostic ways of test of locomotives with determination of their power//Azerbaijan Technical University Scientific Works. - 2013. - № 1. - Baku. - P. 139-142.

2. Claire L. Prima 2 locomotive / Chemins de Fer. - 2010. - №2. - P. 6-16.

3. Солтус К. П. Грузовой электровоз переменного тока 2ЭС5 // Железные дороги мира. - 2013. - № 7. - С. 49-55.

4. JaromirPernicka. KTZ's new electric locomotive // Railvolution, 2014. - C. 48-49.

5. Экгардт В.Ф. Расположение основного оборудования на электровозе ЭП1 // Локомотив. - 2008. - № 1. - С. 5.