无电表动车组能耗统计相关问题研究

杨 君 于乾隆 陈维亚 冯芬玲 施正威 凌景文

(中南大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410075)

无电表动车组能耗统计相关问题研究

杨 君 于乾隆 陈维亚 冯芬玲 施正威 凌景文

(中南大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410075)

随着我国铁路的跨越式发展，动车组的开行比例将不断增加。目前我国开行的动车组大部分还没有配备能耗数据采集设备，使得无电表动车组能耗统计工作不能满足新形势下铁路节能降耗和精细化管理的需要。论文分析了目前我国铁路无电表动车组能耗推算的现状，指出造成能耗统计存在较大误差的原因，提出了改进无电表动车组能耗统计工作的建议。

无电表动车组；能耗统计；智能电表

一 研究背景及意义

动车组作为新型的铁路运输工具，其高速、安全、舒适的特性使其在我国得到了大规模的运用。随着我国客运专线路网的建成运营，动车组开行比例的增加，2012年我国投入运营的动车组列车数量将突破800列，而我国运行的动车组除CRH2系列有电表外，其他大部分动车组都没有电能计量设备。随着动车组大量开行，其能源消耗比重的迅速上升，相应的无电表动车组能耗统计的相关问题也日益凸显。

无电表动车组的能耗统计工作有两个方面的意义，第一是在动车组跨局运输的时候，确定铁路企业各单位所属动车组能源消耗的总量以及其提供单位，这将作为铁路企业间能耗清算的依据，虽然目前各铁路企业间的清算不以实际能耗量为依据，误差在整个铁路系统内部消化，但以实际能耗量进行清算是我国铁路企业走向精细化管理的必然要求；第二是将动车组能耗数据与主要的影响因素（如机车型号、运用种别、运行区段、司机等）精确对应并细致分析了能耗影响因素，反映动车组的能源消耗情况及效率，以此为依据提出富有成效的节能降耗措施，为铁路机车节能降耗提供决策依据[1]。

二 无电表动车组能耗统计的现状

目前无电表动车组对于电能的消耗没有任何记录数据，其能耗数据由供电段总耗电量与所有机车耗电量总和之差反推得到[2]。因此关于无电表动车组的能耗统计工作比较复杂。根据铁路机车统计规则，目前无电表动车组能耗统计办法是：动车组能耗=动车组工作量×相应的标准单耗[3]。

目前这一统计方法的关键在于无电表动车组标准单耗的确定。动车组实际单耗受到很多因素的影响，如动车组型号、动车组工况、运行区段线路情况、司机操作水平等，因此动车组实际单耗波动很大，其确定要根据动车组的实际运行及能耗情况通过推算得到，这一工作交由各铁路局确定，实现方法各有区别但基本思路一致。

以广铁集团广深线为例，确定线路上的无电表动车组标准单耗确定办法是：首先根据负责线路牵引电网供电的供电所电表查的该线路一段时期内消耗的总电量总W，并且获得机务统计的有电表机车及动车组在该线路上的电能消耗量有W；然后由总W－有W得到无电表动车组电能消耗量无W，再用无W除以无电表动车组的总工作量，得到该段线路上无电表动车组单耗。最后通过对不同时期的单耗进行平均或者加权平均得到标准单耗。

以广铁集团广深线为例，运行于广深线的电力机车及电力动车组主要有以下几个部分：广深、羊城、武汉客运机车；广深货运机车；广深SS8客运；香港过轨ktt列车；蓝箭动车组；新时速X200。这一时期庞巴迪动车组没有开行。具体数据如表1所示。

表1 .广深线电能消耗数据表

三 无电表动车组能耗统计问题分析

由上述分析可以看出目前无电表动车组能耗统计的方法最终得到的结果必然存在很大的误差，这是由于受到一系列的不确定因素的影响造成的，主要体现在以下几个方面：

（一）机车及动车组跨局运输带来的影响

在铁路大规模实行机车长交路轮乘制的实行，铁路机车及动车组跨局运行的比例不断增大，这使得机车及动车组必然要在运行过程中消耗沿途不同铁路局的电能，如图1所示：

图1 .有电表机车及动车组能耗数据产生

图中1W ，2W ，3W 分别表示司机组1，2，3记录的电能消耗量，AW2，BW2分别表示司机组2驾驶机车在A局和B局消耗的电能。由于目前的机车及动车组的电表不能分铁路局，分供电区段对耗电量进行精确计量。所以，AW2，BW2不能精确计量，实际是将2W 按照在A，B两局的机车工作量分劈得到的。

因此上述推算方法中有电表机车及动车组的能耗量有W也不是实际能耗量的精确值。而这一误差会根据A，B两局之间线路状况（如坡度，曲线等）的差别的增大而增大。

（二）无电表动车组能耗复杂性带来的影响

影响无电表动车组能耗的因素很多，虽然在确定的线路上进行推算，排除了线路情况对动车组能耗的重大影响，但是动车组机型，工况，列车运行图造成的动车组起停次数及停车时间等因素对能耗的影响都没有消失，而目前的能耗推算办法无法将上述因素区分开来，只是将各种型号无电表动车组归为一类推算其总能耗，并最终确定单耗，其结果难免存在较大误差。

（三）牵引供电网损耗的带来的影响

在推算无电表动车组总能耗的过程中没有考虑牵引供电网的电损，而这部分电能比例较大，不能忽略。根据统计数据显示，广深线2006年供电所电表总耗电量与所有机车耗电量之和相差约12.5%，即电力输送过程损耗约12.5%。但是实际每月的电损波动却不是定值，有很大的波动，如图2所示：

图2.牵引供电网电能损失百分比散点图

图2 是牵引供电网电能损失占总电量的百分比散点图，由图中可以看出这一比例随时间的波动非常大，不能够用简单的统计办法确定。

即使目前能够确定这个比例，但随着牵引供电设备的调整，线路的变化，以及供电技术的革新等，都会对电损有一定的影响，2006年的数据也不能作为以后推算的依据。

另外在《电气化铁道牵引供电系统电能损失的计算》中规定了的牵引供电网电损的计算条件和方法，但其中用到的参数主要是一段时间的电流均值，因此算出的电损也是一段时间内的总电损，不够精确。并且目前这种电损的计算方法主要用于供电段的相关工作，并没有运用到无电表动车组能耗统计工作中去。

综上所述，在无电表动车组没有精确能耗数据的情况下，目前虽然有推算无电表动车组电能消耗的方法，但是多方因素导致了目前无电表动车组能耗推算方法不够精确。这样的能耗数据既不能作为各铁路企业间进行能耗费用清算的依据，也不能作为提高司机操作水平，及机务段维护检修等工作的考核指标，因此目前的无电表动车组能耗统计不能满足实际需要。随着铁路机车及动车组长交路跨距运输比例的不断增加，以及无电表动车组大量开行这种矛盾会更加严重，而无电表动车组能耗统计问题也会日益突出。

四 无电表动车组能耗统计改进建议

（一）进一步完善无电表动车组能耗推算方法

在不全面升级机车及动车组能耗计量设备的情况下，只有进一步完善无电表动车组能耗推算方法来解决目前日益突出的问题。首先是要将牵引供电网的电损纳入无电表动车组能耗推算的体系中去，去除原来推算体系中的盲点。其次是要建立全路统一的完善的无电表动车组能耗推算体系，但是由于能耗诸多影响因素的复杂性导致不同的铁路局，不同的线路等的影响都要具体考虑。要建立这样的一套推算体系虽然技术上可行，但是不仅需要投入当量人力物力，而且得到的结果在不同铁路企业间的也不一定能够广泛认可。

（二）在无电表动车组加装新型能耗计量设备

现有各型号动车组中，CRH-1和CRH-3系列动车组自身已经具备能耗采集计量功能，但尚存在软件功能上的缺失和不完善之处。通过向动车组生产厂家提出软件改进建议，使得CRH-1型动车组能耗数据能在智能显示单元(IDU)中显示，CRH-3型动车组数据可以保存和累计，减少能耗数据的个数，将多个同类能耗数据归总显示。以此为基础，将能耗计量采集器具与列车自动防护装置（ATP）采集的数据进行时间点关联，形成如表1所示格式的基础数据。建议在CRH-2型动车组上加装新型的能耗计量设备又称智能电表，实现能耗数据的精确计量。

表2 .机车能耗数据与运行数据关联形式

（三）建立基于新型能耗计量设备的动车组能耗统计分析系统

基于智能电表精确数据的能耗统计分析系统通过获取智能电表所获得的实时精确电能消耗数据，将地面基础信息与能耗数融合，据根据特定的能耗统计分析需求按照相应的口径进行统计汇总，形成相应的报表。在此基础上进行相关能耗分析，并图形化能耗统计及分析的结果[4]-[5]。

新型的能耗计量设备及统计分析系统，将克服旧式机车车载电度表的缺陷（如精度不够，不能分铁路局，供电区段进行精确计量等），不仅能完全满足铁路管理体制不断完善对于能耗统计工作的要求，同时也将改变传统的能耗统计工作方式，由人工读取能耗数据，手工填表转变为智能化自动化的数据录入传输和统计方式，极大地降低了能耗统计工作中的人为错误和误差，极大的提高能耗统计工作效率。

五 结束语

本文通过分析无电表动车组能耗统计工作的目前存在的问题，在精确计量设备缺失的情况下，现有的无电表动车组能耗推算方法受到多方面的局限，其误差很大。本文也提出了改善无电表动车组能耗统计工作的建议，一是改进现有的能耗推算办法，但是最终只能一定程度上减小误差。二是在无电表动车组加装新型能耗计量设备，使能耗统计工作有据可查。三是建立基于新型能耗计量设备的能耗统计分析系统，从而完全适应铁路发展对于动车组能耗统计工作的要求。

[1]中华人民共和国铁道部.铁路运输企业能源消耗与节约统计规则[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[2]陈治亚,施正威,冯芬玲,于乾隆.铁路机车运输能源消耗统计现状分析[J].中国铁路,2010,(6),24-27.

[3]中华人民共和国铁道部.铁路机车统计规则[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[4]姜久春,邱瑞昌,李景新.电力机车专用智能电度表系统[J].机车电传动,2004,(3):18-20.

[5]桂勋,姚兰,钱清泉.基于智能电表的电力机车能耗管理优化系统[J].中国铁道科学,2008,(9):92-96.

F532

A

1673-2219（2011）07-0100-04

2011－04－01

杨君（1983－），女，中南大学交通运输工程学院硕士研究生。于乾隆（1984－），男，中南大学交通运输工程学院硕士研究生。陈维亚（1981－），男，中南大学交通运输工程学院博士。冯芬玲（1984－），女，中南大学交通运输工程学院副教授。施正威（1985－），男，中南大学交通运输工程学院硕士研究生。凌景文（1985－），男，中南大学交通运输工程学院硕士研究生。

（责任编校：京华）