Определение сравнительной экономической эффективности электрификации железнодорожного участка на переменном однофазном токе промышленной частоты и на постоянном токе

Важную роль в народном хозяйстве России играет железнодорожный транспорт, который продолжает производственный процесс в сфере обращения.

Основными задачами железнодорожного транспорта являются своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы. Для выполнения этих задач необходим непрерывный процесс развития материально-технической базы и технического совершенствования всех его хозяйств.

Важное место отводится оборудованию железных дорог устройствами электроснабжения.

Устройства электроснабжения позволяют увеличить пропускную и провозную способность железной дороги, скорость движения поездов, повысить производительность и улучшить условия труда работников железной дороги и, следовательно, снизить себестоимость перевозок.

Электрификация железных дорог является ключевым направлением в развитии железнодорожного транспорта. Она осуществляется как на переменном, так и на постоянном токе. Сейчас наиболее выгодной является электрификация на переменном токе, так как она имеет ряд достоинств по сравнению с электрификацией на постоянном токе.

Электрификация железных дорог на переменном токе. Способствует развитию электрификации всей страны (тяговые подстанции используются также для питания не тяговых железнодорожных потребителей и промышленных предприятий прилегающих районов), в связи с ее использованием сокращается вредное воздействие на окружающую среду. Тяговые подстанции упрощаются, расстояние между ними увеличивается, снижаются потери электроэнергии, пропускная способность участков увеличивается, используется провод контактной сети меньшего сечения.

Электрификация железных дорог на постоянном токе. Предусматривает строительство преобразовательных агрегатов, что усложняет тяговые подстанции. На постоянном токе по контактной сети протекают большие токи, что требует большого сечения контактной сети, напряжение к контактной сети низкое. Проблемы при рекуперации электрической энергии делают данную систему менее экономичной. На постоянном токе затруднен пропуск поездов большой массы, а на сложных участках пути ограничена провозная способность участка по нагреву проводов и напряжению на токоприемнике ЭПС.

В связи с научно-техническим прогрессом резко возросли требования к технико-экономическому обоснованию проектных решений. Ни одно техническое решение, не имеющее технического обоснования, не принимается для практического осуществления.

Задание на курсовую работу

Курсовая работа заключается в определении сравнительной экономической эффективности вариантов электрификации участка железной дороги, на переменном однофазном токе промышленной частоты и на постоянном токе, и выборе экономически эффективного варианта методом приведенных затрат.

Для выбора варианта электрификации участка железной дороги выполнить следующие технико-экономические расчёты.

1. Расчёт технико-эксплуатационных показателей по вариантам электрической тяги на переменном и постоянном токе. Требуется определить при условии применения переменного и постоянного токов на линии следующие показатели:

- линейный пробег локомотивов;

- общий пробег локомотивов;

- среднесуточный пробег локомотивов;

- потребность в локомотивах;

- потребность в грузовых вагонах;

- расход электрической энергии для тяги поездов;

- количество локомотивных бригад.

2. Расчёт стоимостных показателей по вариантам электрической тяги на переменном и постоянном токах. Требуется определить:

а) капитальные затраты на приобретение подвижного состава и электрификацию железнодорожной линии, а также стоимость грузов, находящихся на «колёсах»;

б) годовые эксплуатационные расходы на:

- электроэнергию;

- оплату труда локомотивных бригад;

- техническое обслуживание и ремонт подвижного состава;

- экипировку локомотивов;

- амортизационные отчисления на полное восстановление подвижного состава;

- содержание, ремонт и амортизацию устройств электроснабжения.

3. Расчёт приведённых строительно-эксплуатационных затрат и годового сравнительного экономического эффекта

Исходные данные

Двухпутный железнодорожный участок, оснащенный автоблокировкой, необходимо электрифицировать в связи с тем, что его пропускная и провозная способность при тепловозной тяге исчерпана.

Для освоения грузооборота в данном случае проектируется два варианта технического решения, включающие электрификацию на переменном токе напряжением 25 кВ или на постоянном токе напряжением 3 кВ (при переменном токе электровоз ВЛ-80С, постоянном - ВЛП).

Для выполнения курсовой работы примем, что электровозы обращаются на всей эксплуатационной длине участка, а локомотивные бригады работают на более коротких плечах.

Тонно-километры брутто на участке обслуживания локомотивных бригад, млн. т-км: 17100

Длина участка обслуживания локомотивных бригад: км

Длина участка обращения локомотивов: км

Средний вес поезда брутто:

на переменном токе – т

на постоянном токе – т

Процентов вспомогательного линейного пробега: %

Процентов условного пробега: 5 %

Эксплуатационная длина линии : км

Участковая скорость:

на переменном токе – км/ч

на постоянном токе – км/ч

Норма расхода электроэнергии на 10000 т-км брутто:

на переменном токе – кВт*ч

на постоянном токе – кВт*ч

Цена 1 кВт_*ч электроэнергии: руб

1. Расчёт технико-эксплуатационных показателей по вариантам электрической тяги на переменном и постоянном токе

1.1. Линейный пробег локомотивов

Линейный пробег локомотивов состоит из пробега во главе поездов и вспомогательного линейного пробега. Пробег во главе поездов определяется по формуле в пределах участков обслуживания локомотивных бригад:

SМS_гл = (SРl_бр)/Q_бр, (1)

где: SРl_бр - тонно-километры брутто на участке обслуживания локомотивных бригад, млн. т-км;

Q_бр - средний вес поезда брутто, т.

На переменном токе:

SМS_гл = 17100000000/5050 = 3386138,614 км,

на постоянном токе:

ΣMS_гл = 17100000000/5700 = 3000000 км.

К вспомогательному линейному пробегу относится одиночное следование, двойная тяга, подталкивание и работа электровозов по системе многих единиц. Он определяется в процентном отношении к пробегу во главе поездов. В итоге, линейный пробег определяется по формуле:

SМS_лин = (SМS_гл · %_{всп.лин.} ) + SМS_гл (2)

На переменном токе:

SМS_лин = 3386138,614*0,16 + 3386138,614 = 3927920,792км,

На постоянном токе:

SМS_лин = 3000000*0,16 + 3000000 = 3480000 км.

1.2. Общий пробег локомотивов

Общий пробег локомотивов складывается из линейного и условного пробегов, который также определяется в процентном отношении к пробегу во главе поездов:

SМS_общ = ( SМS_гл · %_вспусл ) + SМS_лин (3)

На переменном токе:

SМS_общ= 3386138,614*0,05 + 3927920,792 = 4097227,723 км,

на постоянном токе:

SМS_общ= 3000000*0,05 + 3480000 = 3630000 км.

Линейный и общий пробеги определяются как в пределах обслуживания локомотивных бригад, так и в пределах участков обращения локомотивов.

Так как длина участка обращения локомотивов в 2 раза превышает длину участка обслуживания локомотивных бригад, то линейный и общий пробеги на участка обращения локомотивов увеличиваются в 2 раза:

SМS_линлок = 2 · SМS_линбр (4)

SМS_общлок = 2 · SМS_общбр (5)

На переменном токе:

SМS_линлок = 2 ·3927920,792 = 7855841,584 км,

SМS_общлок = 2 · 4097227,723 = 8194455, 446 км,

на постоянном токе:

SМS_линлок = 2 ·3480000 = 6960000 км,

SМS_общлок = 2 · 3630000 = 7260000 км.

1.3. Оборот локомотива

Оборот локомотива (в часах) определяется по формуле:

О_л = 2 · l_лок / V_уч + t_ocн + t_об + t_см · n, (6)

где: l_лок – длина участка обращения локомотивов, км;

t_ocн – простой локомотива в основном депо, принимаем t_ocн = 2,5 ч;

t_об – простой локомотива в оборотном депо, принимаем t_об = 1,5 ч;

t_см – простой локомотива в пунктах смены бригад, принимаем t_см = 0,41 ч;

– количество остановок по смене локомотивных бригад за полный оборот, принимаем n = 9.

На переменном токе:

О_л = 2*530/39 + 2,5 + 1,5 + 0,41*9 = 34,87 ч,

на постоянном токе:

О_л = 2*530/36 + 2,5 + 1,5 + 0,41*9 = 37,13 ч.

1.4. Среднесуточный пробег локомотива

Среднесуточный пробег электровоза (в км/сут) определяется по формуле:

S_л = 2 ∙ l_лок · 24 / О_л (7)

На переменном токе:

S_л = 2 ∙ 530 · 24 / 34,87 = 729,578 км/сут,

на постоянном токе:

S_л = 2 ∙ 530 · 24 / 37,13 = 685,078 км/сут.

1.5. Потребность в локомотивах

Эксплуатируемый парк локомотивов определяется делением локомотиво-км линейного пробега на участке обращения локомотивов (увеличенном в 2 раза) на среднесуточный пробег локомотивов и 365 суток:

М_э = SМS_линлок / (S_л · 365) (8)

На переменном токе:

М_э = 7855841,584 / (729,578 · 365) = 29,5 лок,

принимаем потребность локомотивов на переменном токе - 30 шт.

На постоянном токе:

М_э = 6960000 / (685,078 · 365) = 27,8 лок,

принимаем потребность локомотивов на постоянном токе - 28 шт.

1.6. Потребность в грузовых вагонах

Потребность в вагонах, находящихся в пути:

В = SРl_нетто / (П_в · 365) (9)

где SРl_нетто – тонно–километры нетто на участке обращения, принимаем

SРl_нетто = 2800 млн. т-км за год;

П_в - среднесуточная производительность вагона, принимаем

П_в = 8700 т-км нетто.

В = 2800000000 / (8700 · 365) = 881,8 ваг,

принимаем количество вагонов – 882 шт.

1.7. Необходимый штат работников

Количество рабочих локомотивных бригад при сменном обслуживании локомотивов:

Ч_яв = SМS_линбр / ( S_бр · 12 ) · 2, (10)

где SМS_линбр – линейный пробег локомотивов за год на участке обслуживания локомотивными бригадами, км;

2 – состав бригады (машинист и помощник машиниста);

S_бр – пробег одной бригады за месяц, км.

S_бр = 2 · l_бр · К, (11)

где l_бр – длина участка обслуживания локомотивными бригадами, км;

К – количество поездок бригады за месяц.

К = 166,25 / t_бр, (12)

где 166,25 – среднее количество часов работы за месяц, ч;

t_бр = 2 · l_бр / V_уч + t_доп, (13)

где t_доп – принимаем равным 1 ч за поездку.

На переменном токе:

t_бр = 2 · 265 / 39 + 1 = 14,59 ч,

К = 166,25 / 14,59 = 11,39,

принимаем К= 11

S_бр = 2 · 265 · 11 = 5830 км,

Ч_яв = 3927920,792 / ( 5830 · 12 ) · 2 = 112,2 чел,

принимаем Ч_яв = 113 чел.

На постоянном токе:

t_бр = 2 · 265 / 36 + 1 = 15,72 ч,

К = 166,25 / 15,72 = 10,57,

принимаем К = 10

S_бр = 2 · 265 · 10 = 5300 км,

Ч_яв = 3480000 / ( 5300 · 12 ) · 2 = 109,43 чел,

принимаем Ч_яв = 110 чел.

Ч_сп = Ч_яв · К_зам, (14)

где К_зам – принимаем равным 1,18.

На переменном токе:

Ч_сп = 113 · 1,18 = 133,34,

принимаем Ч_сп= 134 чел.

На постоянном токе:

Ч_сп = 110 · 1,18 = 129,8,

принимаем Ч_сп= 130 чел.

1.8. Расход электроэнергии

Расход электроэнергии на тягу поездов рассчитывается исходя из объёма работы в тонно-километрах брутто на участке обслуживания локомотивными бригадами SРl_бри нормы расхода электроэнергии Н_э на измеритель 10000 т-км брутто

З_эл = SРl_бр · Н_э / 10000.(15)

На переменном токе:

З_эл = 17100000000 · 129 / 10000 = 220590000 кВт*ч.

На постоянном токе:

З_эл = 17100000000 · 122 / 10000 = 208620000 кВт*ч.

2. Расчёт стоимостных показателей по вариантам электрической тяги на переменном и постоянном токе

2.1. Расчёт единовременных затрат

Единовременные (капитальные) затраты по элементам включают следующие параметры:

- стоимость парка электровозов;

- стоимость вагонного парка.

2.1.1. Стоимость парка электровозов

Стоимость парка электровозов определяется по формуле:

К_лок = Ц_л · М_э · k_рез / (1 - a_n) (16)

где Ц_л – цена одного электровоза, руб.;

М_э– эксплуатируемый парк электровозов, ед.;

k_рез – коэффициент, учитывающий электровозы, находящиеся в резерве, принимаем k_рез = 1,2;

a_n – коэффициент, учитывающий электровозы, находящиеся в ремонте, принимаем a_n = 0,05.

На переменном токе:

К_лок = 30000000 · 30 · 1,2 / (1 – 0,05) = 1136842105,26 руб.

На постоянном токе:

К_лок = 22000000 · 28 · 1,2 / (1 – 0,05) = 778105263,16 руб.

2.1.2. Стоимость парка вагонов

Капитальные затраты на вагонный парк К_в определяется по рассчитанному ранее потребному парку вагонов В и средней цене одного вагона Ц_в (принимаем равной 1000300 руб.)

К_в = В · Ц_в. (17)

К_в = 882 · 1000300 = 882264600 руб.

2.1.3. Стоимость электрификации двухпутной линии

Капитальные затраты на электрификацию участка рассчитываются по стоимости укрупнённых элементов сметы электрификации 1 км эксплуатационной длины и общей протяжённости участка.

Сооружение контактной сети

На переменном токе:

К_к/с = 565 * 270000 = 152550000 руб.

На постоянном токе:

К_к/с = 565 * 335000 = 189275000 руб.

Реконструкция линий связи

На переменном токе:

К_лс = 565 * 153600 = 86784000 руб.

На постоянном токе:

К_лс = 565 * 66800 = 37742000 руб.

Реконструкция устройств СЦБ

На переменном токе:

К_СЦБ = 565 * 57600 = 32544000 руб.

На постоянном токе:

К_СЦБ = 565 * 33800 = 19097000 руб.

Энергоучастки и прочие устройства

На переменном токе:

(руб)

К_ЭЧ = 565 * 198000 = 111870000 руб.

На постоянном токе:

К_ЭЧ = 565 * 198000 = 111870000 руб.

Жилищное строительство

На переменном токе:

К_жс = 565 * 291000 = 164415000 руб.

На постоянном токе:

К_жс = 565 * 291000 = 164415000 руб.

Сооружение тяговых подстанций

На переменном токе:

К_ТП = 565 * 537000 = 303405000 руб.

На постоянном токе:

(руб)

К_ТП = 565 * 768000 = 433920000 руб.

Суммарные капитальные затраты по вариантам:

- на переменном токе:

К_{сум пер} = 1136842105,26 + 882264600 + 152550000 + 86784000 +

+ 32544000 + 111870000 + 164415000 + 303405000 = 2870674705,26 руб.

- на постоянном токе:

К_{сум пост}= 778105263,16 + 882264600 + 189275000 + 37742000 +

+ 19097000 + 111870000 + 164415000 + 433920000 = 2616688863,16 руб.

Так как варианты развития линии различаются по скорости доставки грузов, то в расчётах следует учесть влияние способа электрификации на оборотные средства других отраслей народного хозяйства («грузы в пути»).

Стоимость «грузов в пути»:

М = Ц_г · SРl_бр / (365 · V_уч · 24) (18)

где Ц_г – средняя цена 1 т груза в пути следования, принимаем Ц_г = 5000 руб.

На переменном токе:

М = 5000 · 17100000000 / (365 · 39 · 24) = 250263435,19 руб.

На постоянном токе:

М = 5000 · 17100000000 / (365 · 36 · 24) = 271118721,46 руб.

Отвлечённые оборотные средства других отраслей хозяйства выше при постоянном токе из-за более низкой участковой скорости движения. Стоимость «грузов в пути» прибавляется к капитальным (единовременным) затратам по вариантам.

На переменном токе:

К_{сум пер} = 2870674705,26 + 250263435,19 = 3120938140,45 руб.

На постоянном токе:

К_{сум пост} = 2616688863,16 + 271118721,46 = 2887807584,62 руб.

2.2. Расчёт эксплуатационных расходов по вариантам электрификации

2.2.1.Расходы на электроэнергию

Расходы на электроэнергию для тяги поездов определяются по рассчитанной общей потребности в электроэнергии по вариантам систем тока З и цене 1 кВт-часа электроэнергии:

Э_эл = З_эл · Ц (19)

На переменном токе:

Э_эл = 220590000 · 0,42 = 92647800 руб.

На постоянном токе:

Э_эл = 208620000 · 0,42 = 87620400 руб.

2.2.2.Расходы на оплату труда

Расходы на оплату труда явочного контингента локомотивных бригад получают умножением среднемесячной заработной платы З_мес на явочный контингент Ч_яв отдельно машинистов и помощников машинистов и на 12 месяцев

ФЗП_яв = З_мес· Ч_яв · 12 (20)

Принимаем, что труд локомотивных бригад оплачивается по сдельно-премиальной системе. Сдельный приработок планируется исходя из перевыполнения нормы на 10%.

Согласно Положению о корпоративной системе оплаты труда работников филиалов ОАО «РЖД» месячная тарифная ставка рабочего первого разряда, оплачиваемая по первому уровню (не связанного с движением поездов) оплаты труда, соответствует минимальному размеру оплаты труда – 3500 руб. С учётом индексации на 01.09.07 она составляет – 3559,5 руб.

Тарифная ставка локомотивным бригадам с учётом индексации устанавливается за 1 час работы – 25,56 руб.

Месячную тарифную ставку машинистов и их помощников рассчитывают по формуле:

(21)

где - тарифный коэффициент разряда (для машиниста локомотива - 3,06; для помощника машиниста локомотива - 2,6);

- часовая тарифная ставка, равна 25,56 руб.;

165,10 – среднемесячное количество работы, установленное на 2007 год.

Т_{мес маш} = 25,56 * 165,1 * 3,06 = 12913,07 руб.

Т_{мес пом} = 25,56 * 165,1 * 2,60 = 10971,89 руб.

Сдельный приработок определяется по формуле

(22)

В среднемесячную заработную плату помимо месячной тарифной ставки(Т_мес) и приработка (Т_прир) включаются:

- доплата за работу в праздничные дни (Д_пр);

- доплата за работу в ночное время (Д_ноч);

- надбавка за класс квалификации машинистам и за право управления локомотивом помощникам машинистов (Д_кл);

- премия по фонду заработной платы (П);

- районный коэффициент (РК);

- северный коэффициент (Сев).

Доплата за работу в ночное время за каждый час ночной работы доплачивается 35 % от часовой тарифной ставки . Это увеличивает месячную тарифную ставку на 11,78 %, т.е.

Д_ноч = Т_мес * 0,1178. (23)

Доплата за работу в праздничные дни планируется в размере 2,2 % от сдельного заработка () или тарифной ставки повременщиков()

(24)

или

(25)

Надбавка за класс квалификации устанавливается машинистам – 20 % и за право управления локомотивом помощникам машинистам – 10 % от .

Д_{кл маш} =Т_{мес маш} * 0,2; (26)

Д_{кл пом} =Т_{мес пом} * 0,1. (27)

Премия устанавливается в размере 30 % от сдельного приработка, тарифной ставки или оклада (в зависимости от формы оплаты труда) с учетом доплат за работу в ночное время, праздничные дни, класс квалификации

(28)

Районный (РК) и северный (Сев) коэффициенты установлены в размере 30% от с учетом всех доплат и премий:

, (29)

. (30)

В итоге, среднемесячная заработная плата рассчитывается по формуле

З_мес= Т_мес + Т_прир + Д_ноч + Д_пр+ Д_кл + П + РК + Сев . (31)

Результаты расчётов занесём в таблицу 1.

Таблица 1