Создание электронной схемы станции Козёлкино Брянской дистанции электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Эффективное функционирование железнодорожного транспорта Российской Федерации играет исключительную роль в создании условий для модернизации, перехода на инновационный путь развития и устойчивого роста национальной экономики, способствует созданию условий для обеспечения лидерства России в мировой экономической системе.

Россия занимает первое место в мире по протяженности электрифицированных железных дорог - более 44 тыс. километров (общая протяженность железнодорожных путей - более 85 тыс. километров).

Российская Федерация в настоящее время осуществляет более 20 процентов грузооборота и 10 процентов пассажирооборота всех железных дорог мира.

Основные требования к контактным сетям - передача электроэнергии, обеспечение надежного, экономически и экологически чистого токосъема в расчетных метеоусловиях, при установленных скоростях движения, типах токоприемниках и значениях ЭПС.

Контактная сеть - это часть электротяговой сети, состоящая из: контактных подвесок с проводами, расположенными вдоль электрифицированных путей; опорно - поддерживающих; изолирующих; защитных; секционирующих, диагностических устройств и служащая для подвода электрической энергии к подвижному составу через непосредственные контакты с его токоприемниками. Контактные сети не имеют резерва, поэтому от них в значительной степени зависит безопасность движения поездов и требуется очень высокая надежность, особенно при обеспечении международных перевозок.

Стратегическая задача ОАО "РЖД" по повышению пропускной способности дорог, увеличение объемов перевозок и эффективности работы во многом решается увеличением средней массы и длины грузовых поездов, увеличением средней скорости движения составов, устранение "узких мест" на основных направлениях сети железных дорог.

Задачу увеличения пропускной и провозной способности предусматривается решать за счет максимального применения веса поезда до 6 тыс. т и длины до 71 условного вагона.

Внедрение автоматизированных систем удаленной диагностики и мониторинга состояния оборудования тяговых подстанций и контактной сети на базе телеизмерений обеспечивает возможность оперативного управления режимами работы оборудования на участках тяжеловесного движения

1. Автоматизированная система управления хозяйством электрификации и электроснабжения АСУ-Э

1.1 Общие положения

Автоматизированная система управления хозяйством электрификации и электроснабжения (АСУ-Э) предназначена для организации сбора, систематизации, и хранения информации по объектам инфраструктуры хозяйства электрификации и электроснабжения, а также для осуществления оперативного контроля за производственной и хозяйственной деятельностью предприятий, входящих в структуру хозяйства электроснабжения.

Основные задачи:

· создание единой вычислительной сети, обеспечивающий сбор, обработку, передачу и хранение административно - хозяйственной информации но всем уровням управления;

· совершенствование организации и технологии управления предприятиями, образующими инфраструктуру хозяйства электроснабжения железной дороги;

· повышение достоверности сведений о технической оснащенности подразделений хозяйства электрификации и электроснабжения;

· улучшение контроля за техническим состоянием и обслуживанием устройств электроснабжения;

· повышение качества обслуживания устройств электроснабжения и снижение эксплуатационных расходов за счет четкого планирования работ;

· систематизация данных по выявленным отказам технических устройств с целью обработки для анализа состояния безопасности движения поездов;

· повышение уровня контроля за своевременностью и качеством устранения повреждений технических устройств хозяйства электрификации и электроснабжения;

· снижение трудоемкости по формированию отчетно-учетной документации и повышение скорости ее обработки и передачи между всеми уровнями управления.

Система АСУ-Э состоит из следующих подсистем:

· Подсистема автоматизации работы района контактной сети (АРМ ЭЧК)

· Подсистема автоматизации работы тяговых подстанций (АРМ ЭЧЭ).

· Подсистема автоматизации работы работника районов электроснабжения (АРМ ЭЧС).

· Подсистема ремонтно-ревизионного участка (РРУ).

· Автоматизированное рабочее место ведения технической документации (АРМ ВТД)

· Автоматизированная подсистема учета и анализа отказов технических средств в хозяйстве электрификации и электроснабжения железных дорог (АС АПТС).

· Автоматизированная подсистема проведения осмотров и технических ревизий в хозяйстве электрификации и электроснабжения железных дорог {АС ОТР).

· Подсистема энергодиспетчера.

· Подсистема формирования отчетов.

· Информационная подсистема контроля результатов диагностики и мониторинга. Оборудования хозяйства электроснабжения.

· Подсистема ППР и КР.

Данные ведутся с разбивкой по линейным подразделениям с детализацией объектов по отдельным видам оборудования и устройствам.

Для причастных служб, предприятий или подразделений должен быть обеспечен доступ на просмотр данных и схем в электронном виде.

Для получения доступа к БД необходимо заполнить заявку на подключение к информационным ресурсам дороги, с указанием разрешенных функций работы. Подключение к информационным ресурсам осуществляется, согласно установленному на дороге регламенту.

Внесение изменений и дополнений могут осуществлять:

· начальники и инженеры отделов департамента электрификации и электроснабжения;

· начальник и инженеры техотделов службы электрификации и электроснабжения;

· начальник и инженеры техотделов дистанций электроснабжения;

· начальники (старшие электромеханики) районов контактной сети;

· начальники (старшие электромеханики) районов электроснабжения;

· начальники (старшие электромеханики) тяговых подстанций;

· начальники (старшие электромеханики) ремонтно-ревизионных участков;

· энергодиспетчера дистанций электроснабжения, служб электрификации и электроснабжения и департамента электрификации и электроснабжения;

· специалисты институтов, организаций, связанных с работами по АСУ-Э.

Внесение изменений и дополнений в БД предполагает корректировку табличных и графических данных по существующим объектам, добавление и удаление объектов.

Внесение изменений и дополнений должно осуществляться в оперативном порядке, в соответствии с изменениями технического оснащения линейного подразделения, и по результатам проведения технического обслуживания и ремонтов, Изменения вносятся в электронную базу данных, внесение изменений в бумажные копии паспортов и схем, которые ведутся на линейном подразделении, производятся путем распечатывания соответствующего документа из системы.

Контрольные проверки актуальности базы табличных и графических данных осуществляются:

· начальником дистанции электроснабжения 2 раза в год -1 января и 1 июля;

· начальником линейного подразделения ежемесячно - в конце месяца.

Выверенные данные заверяются посредством электронных отметок начальников дистанций электроснабжения и начальников линейных подразделений.

Ответственность за своевременное внесение изменений и дополнений в электронную базу данных несет в дистанции электроснабжения - главный инженер дистанции электроснабжения, в службе электрификации и электроснабжения - главный инженер службы электрификации и электроснабжения. Контроль за своевременным внесением дополнений и изменений данных осуществляет начальник дистанции электроснабжения,

Общая база данных по техническим устройствам службы электрификации и электроснабжения хранится в системе управления базами данных (СУБД) на дорожном сервере И ВЦ железной дорога. Общая база данных всех железных дорог хранится на централизованном сервере ГВЦ ОАО "РЖД"

1.2 Порядок ведения графической информации в базе данных АСУ-Э

Корректировка данных должна осуществляться в оперативном порядке по результатам производимых в районе контактной сети плановых и капитальных ремонтов района контактной сети. Контрольная корректировка должна производиться начальником (старшим электромехаником) в конце каждого месяца.

Внесение изменений и дополнений начальником (старшим электромехаником) должны производиться в ниже описанных подсистемах АСУ-Э, АРМ ЭЧК. Ведутся общие сведения о ЭЧК, станциях, перегонах, технических устройствах контактной сети с характеристиками.

В общих сведениях о ЭЧК должно быть указано системное наименование линейного подразделения, его границы обслуживания, место расположения, ветровой район, район по атмосферным загрязнениям, гололедный район, температурный район, род тока и общие эксплуатационные характеристики. По станциям и перегонам указывается полное путевое развитие с указанием: длин электрифицированных путей, эксплуатационной и развернутой длины контактной подвески. Для каждого пути указывается его номер, парк, назначение длина.

Главные пути на станциях и перегонах должны быть пронумерованы римскими цифрами (I.II, III и т.д.). В отдельных случаях, когда номером пути является большое число и его неудобно обозначать римскими цифрами, допускается нумеровать главные пути арабскими цифрами с префиксом гл (18 гл).

Приемоотправочные пути нумеруют арабскими цифрами, начиная со следующего номера за номером главного пути. Для каждого пути указывается назначение: ветвь, тупик, главный, боковой, деповской и съезд. Парк станции должен иметь буквенное обозначение. При наличии двух и более парков одинакового назначения каждый из них должен иметь дополнительное обозначение (буквенное, числовое или словесное), например: "Парк "А", "Нечетный парк".

Эксплуатационная длина - определяется расстоянием между границами обслуживания по оси первого главного пути. Развернутая длина контактной подвески указывается, как сумма длин анкерных участков контактного провода (включая анкеровочные ветви) без учета количества проводов в каждом анкерном участке. Развернутая длина электрифицированного пути указывается по длине оси пути оборудованного контактной подвеской.

Воздушные стрелки должны быть пронумерованы арабскими цифрами. Привязка опоры и указание ее габарита осуществляется по тому пути, по которому она установлена.

При расположении опоры в междупутье и если она поддерживает контактную подвеску обоих путей, то она привязывается к пути с меньшим номером.

При расположении опоры в междупутье она привязывается к пути для контактной подвески которого она является поддерживающей. Опоры жестких и гибких поперечин привязываются к ближайшему пути, который они перекрывают. Если опора одновременно является опорой двух жестких (гибких) поперечин или и жесткой и гибкой поперечины, то привязка осуществляется к пути с меньшим номером. Опоры должны быть пронумерованы арабскими цифрами. В отдельных случаях опоры могут иметь дополнительное обозначение (буквенное иди числовое). По каждой опоре указывается профиль пути (уклон), радиус кривой, год ввода в эксплуатацию, материал из которого изготовлена опора, тип фундамента и анкера и т.д. По каждой опоре указываются типы оборудования, которое на ней установлено (консоли, кронштейны, фиксаторы и др.).

Контактная подвеска заносится по каждому пути отдельно с разбивкой по анкерным участкам, указанием длины анкерного участка и номеров анкерных опор. Анкерные участки должны быть пронумерованы римскими цифрами (I, II, III и т.д.) с префиксом, например: 1 кн. Длина анкерных участков контактного провода указывается без учета количества проводов в анкерном участке.

Провода ВЛ, ДПР, ПЭ, СЦБ, волновод и др. идущие по опорам контактной сети заносятся по каждому пути с указанием напряжения линии, длины, общего сечения, типа проводов.

Длина воздушных линий по опорам контактной сети указывается без учета количества проводов в линии.

На основании введенных данных о технических средствах в АСУ-Э производятся осмотры, объезды с осмотрами, технические ревизии, диагностирование состояния оборудования, составления ППР и КР, ведения истории технических средств, учет отказов.

Осмотры и неисправности в АСУ-Э должны вноситься результаты проведенных осмотров, обходов и объездов с указанием места обнаружения неисправности, неисправного (дефектного) устройства, тип и характеристика неисправности, дата обнаружения и устранения.

Для каждого осмотра, обхода или объезда в АСУ-Э указывается его вид, дата и время проведения, кем проводился, дата устранения неисправности, описание неисправности и описание выполненных работ но устранению неисправности.

Место обнаружения неисправности формируется с привязкой к оборудованию, на котором обнаружили неисправность на основании данных из АРМ ЭЧК.

Особо выделяются неисправности:

· подлежащие устранению немедленно;

· подлежащие включению в план текущего ремонта очередного месяца;

· подлежащие включению в план капитального ремонта ближайшего года.

Для осуществления контроля по устранению замечаний предыдущих осмотров все неисправности имеют отметки разных цветов (цвет зависит от того, в какой стадии находится процесс по устранению неисправности).

Результаты проведенных осмотров и технических ревизий в АСУ-Э используются для составления ПОР и КР, ведения истории технических средств, учета отказов.

Информационная подсистема контроля результатов диагностики и мониторинга оборудования. В АСУ-Э должны вноситься данные о результатах диагностирования состояния технических средств контактной сети по коррозии опор, износу контактного провода и балльная оценка состояния контактной сети. При проезде ВИКС в данную подсистему вносятся результаты этого проезда.

Указывается вид диагностики, дата и время проведения диагностики, кем проводилась, каким прибором проводилась, результат.

По результатам замера остаточной высоты контактного провода производится расчет износа контактного провода и анализ износа контактного провода, как на отдельном анкерном участке, так и в целом по пути, перегону, станции или ЭЧК. При наличии датчика измерения износа контактного провода на ВИКС данные заносятся из ВИКС.

Результаты диагностики используются для составления ППР и КР. ведения истории технических средств, учета отказов, проведения осмотров и технических ревизий в АСУ-Э.

Подсистема ПИР и КР. Вносятся данные о выполненных работах и графиках планируемых работ в АСУ-Э.

1.3 Создание электронной схемы плана контактной сети станции Козёлкино

В данном дипломном проекте представляется электронная версия схемы плана контактной сети станции Козёлкино Брянского отделения Московской железной дороги.

Система КОМПАС-3D LT служит для выполнения учебных проектно-конструкторских работ в различных отраслях деятельности. Она может успешно использоваться студентами машиностроительных, приборостроительных, архитектурных, строительных вузов и техникумов при выполнении домашних заданий, курсовых и дипломных работ.

После анализа предлагаемых программных продуктов, мы выбрали наиболее подходящий для наших целей редактор. Им стал КОМПАС-ГРАФИК.

Графические документы

Графический редактор позволяет разрабатывать и выпускать различные документы -- эскизы, чертежи, схемы, плакаты и т.д.

В графический документ может быть вставлено растровое изображение формата BMР, РCX, DCX, JРEG, TIFF.

Первичная подготовка чертежей планов

Состояние планов контактной сети сейчас оставляет желать лучшего, поэтому перед тем как начать непосредственно работу по переносу информации с бумаги на экран монитора необходимо подготовить чертежи в удобный для черчения вид. Сначала делаем копию с чертежа, это необходимая операция потому, что состояние непосредственно чертежей в большинстве случаев неудовлетворительное и дальнейшая их усиленная эксплуатация может привести к потере чертежа.

В некоторых случаях исходные планы вообще нечитаемы поэтому инженеру просто необходимо довести копии чертежей до приемлемого состояния непосредственно на ЭЧ. В более простых случаях, когда бумажный чертеж находится в хорошем состоянии редактирование его на бумаге не обязательно, а все поправки в него будут вноситься уже в электронном виде. автоматизированный электрификация контактный станция

В нашем случае исходный план был плохо читаем, поэтому необходимо было довести копии чертежа до приемлемого состояния. На копии были внесены поправки.

Начало работы с чертежом

Делаем ограничение по ширине линейных размеров общего чертежа для того что бы была возможность распечатать готовые чертежи на плоттере. Измерив примерно длину всей схемы, мы выбрали формат 297?3700 мм.

Последовательность ручного ввода элементов плана

После того как выбрали подходящий нам формат преступаем непосредственно к компоновке чертежа, путем сопоставления элементов.

Одной из самых главных задач проектирования является выбор количества слоев. В нашем случае целесообразнее всего будет выбрать три слоя. Первый слой будет содержать пикеты и их нумерацию, второй пути и контактную сеть, а третий слой всё необходимое оборудование (выключатели, разъединители и тд). При чем нужно отметить, что каждый элемент плана должен содержать в том же слое свое описание, нумерацию.

Рисунок 1 - Выбор параметров слоя

После выбора слоя переходим непосредственно к черчению схемы.

Первым делом рисуем вертикальные пикеты используя при этом вспомогательные линии, которые являются главным и наиболее удобным средством в работе.

Рисунок 2 - Постановка пикетов

Затем пронумеруем пикеты посредством ввода текста и с помощью все тех же привязок. Следующим шагом в проектировании будет ввод путей, причем выберем для этого второй слой. Сначала мы введем все прямолинейные участки, а затем изогнутые с помощью кривой Безье. Для ввода прямых линий воспользуемся сначала вспомогательными линиями. Сами лини контактной сети должны быть жирнее линий пикетов, это даст возможность лучшего восприятия распечатанных планов. Кривую Безье вводим "на глаз" с выключенными привязками.

Рисунок 3 - Кривая Безье

После чего приступаем к построению опор. В нашем случае железобетонные, а затем подведем к ним линии анкеровок, которые будут тоньше линий рабочей контактной подвески. Линии анкеровок сопоставим с опорами с помощью привязки по середине.

Рисунок 4 - Построение линий анкеровок

Затем необходимо нанести на чертеж изоляторы и сами анкеровки выполненные в виде макроэлементов. Причем изоляторы сделаны так, что визуально будет виден разрыв линии анкеровки. Все эти элементы мы будем выравнивать по линиям с помощью поворота и привязки по точки на кривой.

Рисунок 5 - Поворот и привязка элементов к точке на кривой

Следующим шагом в нашем проектировании будет ввод обозначений всех элементов плана контактной сети.

Рисунок 6 - Ввод обозначений элементов

В заключении необходимо удалить все вспомогательные линии.

Сверка и редактирование введенного плана контактной сети по имеющемуся чертежу

После окончательного ввода всех элементов и обозначений необходимо сверить бумажный и электронный чертежи. Для этого последовательно, пикет за пикетом проверяем наличие и расположение оборудования в электронном варианте.

Печать чернового варианта плана

Получение твердой копии созданного документа является одним из главных этапов при работе с КОМПАС-3D, при этом используются все возможности операционной системы по работе с устройствами вывода (принтерами и плоттерами).

В настройках принтера ставим черновую печать. Так же необходимо учесть, что цвет вывода в настройках параметров вывода на печать должен стоять черный. В настройках плоттера так же указывается черно-белая печать. При необходимости возможна печать тонкими линиями.

Сверка и корректировка напечатанного чернового варианта плана работниками дистанции по фактическому состоянию устройств контактной сети

Как уже не раз говорилось реальное наличие и расположение столбов, выключателей, разъединителей и т.д. не всегда совпадает с расположением их на бумажных чертежах то инженеру, осуществляющему перевод в электронный вид, просто необходимо заверить готовый продукт у людей непосредственно знающих действительное состояние линий. Для этого нужно предоставить черновые распечатки непосредственно на дистанцию, лучше всего, что бы сверкой занялся главный инженер по контактной сети.

Ввод изменений в электронную версию плана.

После того как все необходимые изменения будут внесены на черновую распечатку, согласуем их с инженером по контактной сети на ЭЧ. Затем можно будет приступать к электронному редактированию планов.

В основном изменения приходиться вносить в расположение опор и анкеровок.

Печать первой рабочей версии плана.

Данный вид распечатки должен быть намного качественнее черновой версии, для этого повышаем точность печати, включаем цветную печать и увеличиваем ширину листа. При этом необходимо сделать оформление сделанных планов, составить и заполнить необходимые таблицы.

Сверка работниками дистанции напечатанной первой рабочей версии.

На данном этапе проектирования необходимо, чтобы окончательно был одобрен весь проект человеком ответственным за контактную сеть.

Печать заданного количества копий планов контактной сети.

Заверенный первичный план контактной сети должен служить оригиналом для остальных копий. Непосредственно сама печать нескольких копий осуществляется настройкой плоттера перед выводом на печать. Количество копий должно быть не менее двух в бумажном виде(одна в управление железной дороги, другая непосредственно на дистанцию). Электронную версию плана контактной сети необходимо предоставить на ЭЧ, для того что бы персонал мог вносить изменения в планы сразу после ввода в эксплуатацию нового оборудования.

2. Направления в развитии транспорта для пропуска тяжеловесных поездов

В последние годы на сети железных дорог России на ряду с решением разных проблем и поставленных задач уделяется особое внимание проблеме пропускной способности перегонов и станций. Эта проблема возникает в условиях жесткой конкуренции между железными дорогами и другими отраслями транспортной промышленности РФ (морскими, автомобильными и т.д.). Успех в этом во многом зависит от быстрой, качественной и безопасной доставки грузов и пассажиров, что в значительной мере осложняется постоянно растущим грузооборотом и пассажиропотоком. Одним из наиболее предподчительных вариантов решения данной проблемы является повышение веса грузовых поездов.

Согласно инструкции по организации движения грузовых поездов повышенной длины и веса тяжеловесными поездами считаются поезда, вес которых более 6000 т или длина более 350 осей.

Обращение поездов повышенного веса и длины допускается на одно-двухпутных участках в любое время суток при температуре не ниже -30 ^оС, а поездов из порожних вагонов - не ниже - 40 ^оС.

Соединенные поезда организуются на станциях или перегонах из двух, а в необходимых случаях из трёх поездов, каждый из которых должен быть сформирован по длине приемоотправочных путей, но не более 0,9 их длины, установленным графиком движения, а так же с учетом ограничений по силе тяги и мощности локомотива и устройств энергоснабжения.

Соединение и разъединение поездов повышенного веса и длины разрешается на спусках и подъемах до 0,006 с соблюдением условий безопасности движения, предусмотренных местной инструкцией.

На электрифицированных участках порядок пропуска соединенных грузовых поездов устанавливается по условиям нагрева проводом контактной сети одного пути. Суммарный ток всех электровозов в поездах повышенного веса и длины не должен превышать допустимого тока по нагреву контактной сети, указанного в Правилах устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. При минусовых температурах допустимые токи проводов контактной подвески могут быть увеличены в 1,25 раза.

На двухпутных участках электрифицированных линий включают посты секционирования (ПС) и пункты параллельного соединения (ППС).

Число поездов повышенного веса и длины (для нормального электроснабжения) в зоне между тяговыми подстанциями должно быть не более заложенного в графике движения. При этом для расчета загруженности устройств электроснабжения поезд двойного унифицированного веса и длины считается за два поезда, тройного - за три и т.д.

Уменьшение интервала до заданного значения возможно чередованием пропуска поездов повышенного веса с более легкими поездами, введением ПС и ППС или увеличением допустимого тока контактной сети.

Введение дополнительных ПС и ППС на двухпутных участках с существенным (не менее чем в два раза) различающимися нагрузками по путям позволяет снизить примерно в 1,1 - 1,4 раза расчетный межпоездной интервал вследствие уменьшения токов в проводах контактной сети.

Минимальный межпоездной интервал проверяют по мощности устройств электроснабжения тяги, напряжению на токоприемнике электровоза, току уставки защиты питающих линий (фидеров) тяговых подстанций работе элементов тяговой рельсовой цепи.

Для организации обращения поездов повышенного веса и длины на дорогах разрабатываются мероприятия, в которых предусматривается увеличение площади сечения контактной подвески, улучшения токораспределения в проводах, повышения уровня напряжения в контактной сети и другие меры.

Существует несколько вариантов переустройства контактной сети. Модернизацию проводят, если на участке постоянные элементы контактной сети выработали более 75% нормативного срока службы (ресурса) и понизили более чем на 25% несущую способность или допустимые нагрузки. В зависимости от объемов замены основных постоянных элементов осуществляют полную или частичную модернизацию контактной сети.

Полная модернизация предполагает полное обновление всех постоянных элементов контактной сети по типовым проектам контактной подвески. Показатели качества токосъема должны соответствовать требованиям для скоростей движения до 160 км/ч. Замена контактных проводов производится в зависимости от степени их износа. Решение по сохранению опор, установленных при предшествующем капитальном ремонте и не выработавших свой ресурс, принимается при проектировании в зависимости от возможности их использования в подвеске и разбивки мест установке опор.

При частичной модернизации производится значительное обновление постоянных элементов и при необходимости полное обновление отдельных элементов - поддерживающих конструкций, компенсирующих устройств, изоляции, несущих тросов, арматуру.

На железных дорогах РФ эксплуатируется несколько типов основных контактных подвесок, каждая подвеска выбрана для разных условий работы транспорта (скорость, токовые нагрузки, климатические и другие местные условия) на основании технико-экономического сравнения вариантов.

В настоящем проекте представлены методы модернизации контактной подвески типа ПБСМ-70+МФ-100 для пропуска грузовых поездов повышенного веса.

2.1 Варианты технического решения

Повышение весовых норм является одним из приоритетных направлений, позволяющих обеспечить возрастающие объемы перевозок грузов, повысить эффективность работы железных дорог.

Участки и направления железных дорог, включенные в перспективный полигон обращения поездов повышенного веса и длины, играют важную роль в осуществлении перевозок грузов. Ожидается, что доля общего грузооборота возрастет к 2015 году до 40 - 45%, а к 2030 году - превысит 50%.

Задачу увеличения пропускной и провозной способности предусматривается решать за счет максимального применения веса поезда от 7 тыс. т и более. С учетом этого в хозяйстве электрификации и электроснабжения ведется целенаправленная работа по оптимизации и усилению системы тягового электроснабжения.

В системе тягового электроснабжения для оценки пропускной способности и планирования мероприятий по усилению существующих технических средств определяющими факторами являются вес поезда, количество поездов на фидерной зоне и схема их пропуска (например, 9-6-9 тыс. т), межпоездной интервал. На участках обращения поездов повышенной массы система тягового электроснабжения должна обладать соответствующей нагрузочной способностью. При пропуске поездов массой более 7 тыс. т существенно возрастает токовая нагрузка в системе и, следовательно, более интенсивно происходит нагрев оборудования, снижается уровень напряжения в контактной сети, увеличиваются потери электроэнергии и осложняются условия работы устройств защиты от токов короткого замыкания.

К способам усиления контактной подвески для пропуска тяжеловесных поездов относятся:

· увеличение суммарного сечения проводов контактной подвески, применение тяговой сети с экранирующим и усиливающим проводами (при электрификации на переменном токе);

· сооружение пунктов параллельного соединения подвесок путей, применение устройств компенсации реактивной мощности.

Основные усилия по капитальному ремонту и модернизации устройств электроснабжения в период до 2010 года направлены на устранение узких мест в основных транспортных коридорах, что является приоритетным направлением работы хозяйства.

Эксплуатация и модернизация существующих систем электрической тяги, новая электрификация сегодня базируются на принципах повышения надежности и ресурса технических средств, применения энергосберегающих технологий, снижения сроков окупаемости новых разработок.

Одним из вариантов повышения пропускной способности участков, электрифицированных по системе тяги переменного тока 25 кВ, является применение компенсации реактивной мощности и фильтрации гармонических составляющих токов тяговых нагрузок. На сеть дорог поставляется фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ). На состоявшемся в Департаменте электрификации и электроснабжения научно-техническом совете принято решение о более широком применении ФКУ на проблемных участках, с установкой их в первую очередь на постах секционирования.

Отмечена необходимость дальнейшего совершенствования методики выбора мест для размещения этих устройств, улучшения технико-экономических показателей их работы. В ближайшей перспективе намечено завершить опытно-констукторские разработки универсальных устройств компенсации на основе статкона, провести опытную эксплуатацию и организовать их серийный выпуск, а также разработать методику выбора параметров и мест размещения устройств.

Из-за отсутствия резерва наиболее уязвимым элементом системы тягового электроснабжения является контактная сеть.

Для контактной сети участков тяжеловесного и скоростного движения разработана специальная конструкция отдельных элементов контактной сети. В первую очередь это электрические соединители с увеличенной площадью электрического контакта. Данные технические решения позволили полностью исключить термические разрушения узлов контактной сети на участках тяжеловесного движения.

Предприятия промышленности освоили производство и поставляют на дороги изделия арматуры повышенной электрической (термической) прочности, в том числе из кремнисто-никелевой бронзы и специального сплава меди. Применение данных изделий в узлах новой конструкции, а также проводов из легированной меди.

Одной из особенностей контактной сети на современном этапе является применение компенсирующих устройств блочно-полиспастной конструкции для обеспечения механических перемещений проводов контактной подвески. При пропуске поездов повышенной массы происходит значительный (до 90 °С) нагрев проводов контактной подвески токами тяговых нагрузок. Блочно-полиспастные компенсаторы обеспечивают диапазон температурных перемещений проводов контактной подвески от -40° до 90°С и исключают необходимость сезонной регулировки положения грузов компенсирующих устройств.

Повышение технического уровня устройств электрической тяги участков тяжеловесного движения направлено на создание "интеллектуальных", авторегулируемых систем, обеспечивающих оптимальный процесс электроснабжения, взаимосогласованную надежную работу всех устройств электроснабжения и электроподвижного состава. Повышение надежности устройств электроснабжения будет производиться за счет применения автоматизированных систем управления хозяйством электрификации и электроснабжения АСУ-Э, удаленного мониторинга и диагностики устройств, силового оборудования с передачей данных по цифровым каналам связи в аналитические и диспетчерские центры управления.

2.2 Характеристика участка контактной сети станции Козёлкино

Протяжённость заданной станции составляет чуть более 2 километров - 2423 метров; климатические условия:

IІ- ветровой район, скорость ветра 25 м/с;

II- гололедный район, толщина стенки гололеда 10 мм;

II- температурный район, диапазон температур от -35^оС до +35^оС.

На заданной станции находятся кривые радиусами R=4000м, R=3300м, R=1000м. Интенсивность движения на участке относится к первой категории.

Развёрнутая длина контактной сети составляет 9197 метров, длина электрифицированных путей на станции 6945 метров.

В настоящее время на станции эксплуатируется компенсированная рессорная подвеска типа КС-120 с несущим тросом марки ПБСМ-70 и одним контактным проводом марки МФ-100. Электрическое питание контактной сети осуществляется по системе переменного тока напряжением 25 кВ и промышленной частотой 50 Гц . Опорные конструкции на станции представлены в виде железобетонных опор типа СС, СО и СК различной несущей способности. В качестве поддерживающих конструкций применены жёсткие поперечины и консольные устройства - изолированные консоли типов ИТІІ-РТ, ИТIІІ-СТIII, ИТIІ-СТII, I-ж II-ж. Несущий трос на жёстких поперечинах подвешен с помощью роликов для возможности перемещаться при температурных изменениях. По типу изоляции контактная подвеска считается подвеской с усиленной изоляцией. Сопряжения анкерных участков, ограничивающих станцию, выполнены трёхпролётными с секционированием, т.е. изолирующими, внутри станции - неизолирующими трёхпролётными. Так же на станции со стороны Брянск II, Брянск I располагается нейтральная вставка. Эластичность подвески достигается применением рессорных струн, выполненных из проволоки марки БСМ-6.

3. Расчёт параметров контактной сети

Электрический расчёт контактной подвески включает в себя определение минимального экономического сечения проводов, проверку его по допустимому нагреванию, и по потерям напряжения в проводах контактной сети. Для дальнейших вычислений необходимы следующие данные и характеристики, которые были подобраны из технической документации по данному участку контактной сети. Расстояние между подстанциями l=40 км; суточное количество грузовых поездов N_гр=13 пар; суточное количество пассажирских поездов на участке N_пас=22 пар; вес грузового поезда Q_гр=9000 т; вес пассажирского поезда Q_пас=1200 т; вес локомотива ВЛ-80 Р_гр=184 т; вес локомотива ЧС-8 Р_пас=138 т; скорость на участке для пассажирских поездов V_пас=120 км/ч и грузовых V_гр=120 км/ч; тип рельсов на участке Р 65; руководящий подъём i_р=7‰.

3.1 Определение минимального экономического сечения контактной сети в медном эквиваленте

Экономический расчёт энергии на тягу поездов:

(1)

где 3,8--коэффициент, учитывающий средние потери электроэнергии в контактной сети, на тяговых подстанциях и расход на собственные нужды электровоза (определен опытным путем);

--величина эквивалентного подъема, которая в зависимости от величины руководящего подъема может быть определена для приближенных расчетов по таблице 1;

Таблица 1

,°/оо	4	6	8	10	12	14
,°/оо	0,2	0,4	0,6	1,1	1,5	1,8

w_cp -- среднее удельное сопротивление движению поезда в кг/т.

Таким образом, для двухпутного участка получаем S_ЭМ (мин) двух путей.

Сечение проводов в медном эквиваленте по каждому из главных путей перегона определяется по формуле:

(2)

Суточный расход энергии на движение всех поездов по фидерной зоне А_сут:

Суточные потери энергии в проводах фидерной зоны

Рисунок 7 - Схема двустороннего питания при полном параллельном соединении проводов путей двухпутного участка

(4)

где --суммарное время занятия фидерной зоны всем расчетным числом поездов за сутки;

--суммарное время потребления энергии всем: расчетным числом поездов за расчетный период (за 24 часа) при проходе фидерной зоны.

, (5)

(6)

Среднее расчетное напряжение в контактной сети расчетное значение выпрямленного напряжения, приведенного к стороне высшего напряжения трансформатора электровоза U.

 (7)

где U_н - номинальное напряжение контактной сети

Вместо А²_сут в формулу (4) подставляем (k_dА_сут)².

где k_d = 0,97 - коэффициент, представляющий отношение действующего значения переменного тока к выпрямленному.

Годовые потери энергии в проводах фидерной зоны от движения всех поездов :

(8)

где k_д=1,12 - коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии на собственные нужды;

к₃ = 1,08-- коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии в зимних условиях на увеличение сопротивления движению.

Удельные потери за год в проводах фидерной зоны Во:

, (9)

Определение минимального экономического сечении проводов контактной сети в медном эквиваленте по каждому из главных путей S'_эм

, мм

Определение минимального экономического сечения проводов контактной сети двух путей рассматриваемой фидерной зоны S_эм

,мм² (10)

3.2 Выбор сечения проводов контактной сети по допустимому нагреванию

Находим расчетную максимальную нагрузку на 1 км Р_н:

(11)

Находим среднее число поездов, одновременно находящихся на фидерной зоне при полном использовании пропускной способности линии n:

 (12)

Коэффициент эффективности k_э:

(13)

Определение максимального эффективного тока фидера I_э.макс:

(14)

где с = 2, так как питание двустороннее;

U = 22500 В.

Полученную величину сопоставляют с допустимыми по нагреванию нагрузками для различных типов (сечений) контактных подвесок. Для выбранного сечения контактной подвески должно выполняться условие:

 (15)

3.3 Выбор типа контактной подвески. Проверка сечения контактной подвески по допустимой потере напряжения

Выбор типа контактной подвески

По рассчитанному сечению = 184 мм² в соответствии с таблицей 2 выбирается стандартное сечение цепной контактной подвески переменного тока типа ПБСМ-70+МФ-100, с сечением S_п=125 мм².

Таблица 2 - Выбор типа контактной подвески

Тип контактной подвески или провода	Сечение проводов,мм2	Допустимая нагрузка, Iдоп,А	Тип контактной подвески или провода	Сечение проводов, мм2	Допустимая нагрузка,Iдоп,А
ПБСМ-70..	25	200	ПБСМ-95+ 2МФ-100	232	1340
ПБСМ-95..	32	260	ПБСМ-95+ 2МФ-100+ А-185	343	1970
М-95…	93	600	ПБСМ-95+ 2МФ-100+ 2А-185	455	2550
М-120…	117	700
А-150…	90	500	М-95+МФ-100	193	1200
А-185…	111	600	М-95+2МФ-100	293	1800
МФ-85…	85	550	М-95+ 2МФ-100+ А-185	404	2370
МФ-100 (МФО-100)	100	600	М-95+ 2МФ-100+ 2А-185	515	3000
МФ-150…	150	750	М-120+ МФ-100…	217	1280
С-70+ МФ-85	85	550	М-120+ 2МФ-100…	317	1880
ПБСМ-70+ МФ-100	110	620	М-120+ 2МФ-100+ А-185...	428	2510
ПБСМ-70+ МФ-100	125	670	М-120+ 2МФ-100+ 2А-185	539	2540
ПБСМ-95+ МФ-100	132	740

Полученная величина I_э.макс = 213,7 А сравнивается с допустимой по нагреванию нагрузкой для принятого типа подвески.

Согласно таблице 11 для подвески ПБСМ-70 + МФ-100 допустимый ток I_доп= 670 А.

Так как максимальный эффективный ток фидера I_э.макс= 213,7 А меньше допустимого тока I_доп = 670 А, то выбранный тип подвески проходит по нагреванию.

Проверка сечения контактной подвески по допустимой потере напряжения

Допускаемая наибольшая потеря напряжения в тяговой сети переменного тока ?U_доп:

(16)

где U_ш = 27200 В --напряжение на шинах подстанции;

= 21000 В -- допустимое минимальное напряжение на пантографе электровоза;

=21000 В--при переменном токе.



Расчетная величина потери напряжения в тяговой сети ?U_TC:

(17)

где с' = 8, с"= 1 -- коэффициенты, при схеме двустороннего питания при полном параллельном соединении подвесок путей;

k_д=1,12, k_з=1,08 -- коэффициенты, учитывающие дополнительный расход энергии

-- кажущееся сопротивление двухпутного участка тяговой сети переменного тока, при контактной подвеске ПБСМ-70+МФ-100 и рельсах Р65 находится по таблице 3.

Таблица 3

Тип контактной подвески	Тип рельсов	Сопротивление , Ом / км
ПБСМ-70+МФ-100	Р43	0,51
	Р50	0,50
	Р65	0,49
	Р75	0,48
ПБСМ-95+МФ-100	Р43	0,49
	Р50	0,48
	Р65	0,47
	Р75	0,46

Суммарное время занятия фидерной зоны максимальным расчетным числом поездов N₀ за сутки

 (18)

Потеря напряжения в заданной тяговой сети ?U_тс:

Так как равенство ?U_тс = 3368,6 < ?U_доп = 6200 В выполняется, то сечение (тип) контактной подвески ПБСМ-70 + МФ-100 можно считать выбранным окончательно, так как оно подходит и по допустимой потере напряжения.

3.4 Выбор сечения и числа проводов питающих и отсасывающей линий

Воздушные питающие и отсасывающая линии выполняются из алюминиевых проводов А-185 или А-150. В соответствии с действующими нормами (НТПЭ-68) сечение питающих и отсасывающей линий выбирается по условиям нагревания.

Выполняя это условие, получим следующее число проводов А-185 в питающей линии:

(19)

где = 600 А -- допустимый по нагреву длительный ток

для провода А-185;

--наибольший эффективный ток фидера.

При наличии резервного (станционного) фидера

=,

где --наибольший эффективный ток контактной подвески (вблизи тяговой подстанции), подсчитанный, выше по формуле (11).

При отсутствии резервного фидера I_{э.макс.ф} следует принять равным сумме наибольших эффективных токов контактных подвесок двух путей.

провод

Число проводов А-185 в отсасывающей линии

(20)

где --наибольший эффективный ток подстанции.

где k = 1,73 --коэффициент, учитывающий сдвиг по фазе нагрузок плеч питания.

Остальные величины в формуле (21) те же, что и в формуле (14).

I э макс п/ст

провода

Полученные по формулам (19, 20) n_пл и n_ол округляем до целого в большую сторону.

4. Устройства контактной сети

4.1 Опорные, поддерживающие устройства и фиксаторы

Опоры контактной сети предназначены для закрепления поддерживающих и фиксирующих устройств с подвешенными на них проводами. Они воспринимают нагрузку от проводов и классифицируются по назначению, направлению приложения нагрузки, конструктивному выполнению поддерживающих устройств, материалу, из которого они изготовлены.

При строительстве контактной сети на станции Козёлкино установлены струнобетонные опоры из центрифугированного железобетона с предварительно напряжённой арматурой из стальных проволок (струн) типа СК, СС, СО.

Стойки опор СК представляют собой полые конические бесстыковые трубы (рисунок 8) из предварительно напряжённого железобетона с армированием высокопрочной проволокой. Поперечное армирование выполнено в виде спирали. Для предотвращения стягивания продольной арматуры при навивке спирали по длине стоек предусмотрена установка монтажных колец. Стойки изготавливаются из бетона марки не ниже В30, продольная напрягаемая арматура (струны) - из высокопрочной проволоки периодического профиля диаметром 4 - 5 мм; ненапрягаемая арматура - из горячекатаных стержней периодического профиля диаметром 10, 12 и 14 мм. Стойки длиной 10,8 м предназначены для установки в фундаменты.



Рисунок 8 - Железобетонная стойка типа СК

Железобетонные стойки имеют отверстия: в верхней части - для закладных деталей опор, в нижней - для вентиляции (для уменьшения влияния перепада температур наружной и внутренней поверхностей).

Для установки железобетонных опор применены стаканные фундаменты типа ДС-6 и ДС-10.

Опоры контактной сети имеют свою нумерацию. Порядок нумерации соответствует направлению счета километров.

Заземление опор контактной сети - групповое с Т-образной схемой соединения опор. Опоры через искровые промежутки соединены и заземлены в одной точке через двойной заземляющий спуск к рельсу. Расстояние от точки заземления до крайней заземленной опоры не превышает 200м. Опоры с ОПН и роговыми разрядниками в групповое заземление не соединены (по требованиям безопасности). Эти опоры имеют индивидуальное заземление напрямую к рельсу и изолированы от опор.

В течение срока службы опор, фундаментов и анкеров производилось их диагностирование на коррозию. Мероприятия по диагностике состояния опорных конструкций контактной сети переменного тока включают в себя:

· измерение сопротивления цепи заземления опор, фундаментов и анкеров контактной сети (один раз в девять лет);

· проверка состояния и диагностирование надземной части железобетонных опор контактной сети с оценкой несущей способности (не позднее 12 лет после ввода в эксплуатацию, далее по результатам обследования).

Для крепления несущего троса и фиксации контактного провода подвески на заданном участке применяются жёсткие поперечины балочного типа, гибкие поперечины и однопутные наклонные, изолированные с усиленной изоляцией консоли ИС-II, ИР-II, у которых изоляторы вмонтированы как в кронштейн и тягу у опор, так и между несущим тросом и кронштейном и между контактным проводом и кронштейном консоли (рисунок 9). В изолированных консолях изоляторы удалены из зоны непосредственного воздействия дыма и газов, выходящих из труб тепловозов.

Изолированные консоли применяются для крепления троса на опорах, устанавливаемых с нормальным 3,1 - 3,5 м габаритом.

Рисунок 9 - Наклонная консоль ИР-II с усиленной изоляцией

Кронштейны консолей изготавливаются из оцинкованной трубы наружным диаметром 60 мм. Материалом для растянутых тяг консолей служит круглая сталь диаметром 16 мм, а для сжатых - оцинкованные трубы диаметром 16 мм. Для правильного размещения контактной подвески над осью пути тяги консоли имеют специальные регулировочные детали, позволяющие изменять их длину. В растянутые тяги включают регулировочные скобы с отверстиями, а в сжатые - регулировочные трубы. От опоры кронштейн изолируется стержневым изолятором КСФ70, а тяга - стержневым изолятором ФСФ70 или VKL немецкого производства. В растянутые тяги могут быть врезаны гирлянды изоляторов ПФ6-Б и ПТФ70.

Консоли со сжатыми тягами установлены в местах, подверженных большим ветровым воздействиям (поймы рек, насыпи высотой более 5м) и автоколебаниям, за исключением внешней стороны кривых участков радиусом менее 1000 м.

Изолированные консоли дополняют подкосом со стержневым изолятором, для предотвращения падения консоли в случае разрушения изолятора в тяге.

Обследование с проверкой состояния и оценкой несущей способности ригелей с обычным лакокрасочным покрытием производится раз в 6 лет. Срок службы жёстких поперечин с возобновлением лакокрасочного покрытия через 6 - 8 лет составляет 50 лет.

Так как данный тип консолей полностью удовлетворяет требованиям пропуска поездов повышенного веса и имеется достаточный их срок службы, то замена консолей будет не целесообразна.

Фиксация контактного провода произведена с помощью сочленённых фиксаторов. Значительная часть фиксаторов крепится к несущему тросу жёсткими распорками, препятствующими опрокидыванию фиксаторов под воздействием ветровых нагрузок. Срок службы распорок подходит к концу, значительная их часть требует замены. При выполнении работ по реконструкции подвески предлагаю произвести полную замену всех фиксаторов на фиксаторы с ветровыми струнами, не требующие установки жёстких распорок (рисунок 10, рисунок 11).



Рисунок 10 - Прямой фиксатор ФП с ветровой струной

Рисунок 11 - Обратный фиксатор ФО с ветровой струной

В результате проверок и диагностирования опор, фундаментов и анкеров дефектов выявлено не было, поэтому замена опор и анкеров в проекте не предусматривается.

4.2 Воздушные стрелки

Воздушные стрелки обеспечивают плавный (без ударов и искрений) переход токоприемника с контактных проводов одного пути (съезда) на контактные провода другого. Воздушные стрелки над обыкновенными и перекрестными стрелочными переводами и над глухими пересечениями путей фиксированы с обеспечением возможности взаимных продольных перемещений контактных проводов. На второстепенных путях по согласованию со службой электроснабжения применяются нефиксированные воздушные стрелки. На воздушных стрелках контактные провода главных путей или путей преимущественного направления движения поездов расположены снизу. Для одновременного подъема контактных проводов обоих путей в местах их пересечения установлены ограничительные накладки длиной 1500-1800 мм. Установкой соединительных зажимов на образующих воздушную стрелку несущих тросах в месте их пересечения.



Рисунок 12 - Схемы связок проводов цепных подвесок на воздушных стрелках: а - жесткое соединение несущих тросов; б -- посредством перекрестных струн; в -- с помощью перекрестной жесткой распорки; г -- устройство "Балансир" одновременного подъема контактных проводов на воздушной стрелке; 1 -- контактный провод; 2 -- несущий трос: 3 жесткое соединение; 4 ограничительная накладка; 5 и б перекрестные и вертикальные струны: 7 -- жесткая перекрестная распорка; 8 -противовес; 9 -- соединительный элемент: 10 -- основной рычаг;11 -- жесткие распорки: 12 и 13 -- оси прямого и примыкающего пути (съезда)

Когда воздушная стрелка образованна пересечением ветвей компенсированных цепных подвесок или компенсированной и полукомпенсированной, связь между проводами подвесок обеспечивают установкой перекрестных струн (рисунок 12, б), крепящих контактные провода каждой образующей воздушную стрелку подвески к несущему тросу другой контактной подвески, или перекрестных вертикальных струн и жесткой перекрестной распорки (рисунок12, в). Обеспечивая одновременный подъем контактных проводов, образующих воздушную стрелку, такие струны и распорки позволяют в то же время, как контактным проводам, так и несущим тросам перемещаться вдоль пути при изменениях температуры воздуха. Перекрестные струны иногда выполняют скользящими.

Устройство одновременного подъема контактных проводов на воздушной стрелке "Балансир" (рисунок 12, г) при нажатии токоприемника на контактный провод обеспечивает подъем на эту же величину примыкающего контактного провода.

В зоне подхвата полозом токоприемника контактные провода должны находиться по высоте на одном уровне. При скорости движения поездов более 70 км/ч контактные провода примыкающего пути (съезда) должны быть в зоне подхвата на 20 40 мм выше контактных проводов главного пути.

Воздушные стрелки следует размещать не ближе двух пролетов от компенсированной анкеровки и максимально приближать к средней или жесткой анкеровки контактного провода.

4.3 Секционирование контактной сети станции "Козёлкино"

Нейтральная вставка

Нейтральные вставки применяют на линиях переменного тока при питании секций разными фазами, а также в случае питания напряжением разного рода тока и при переходах к заземленным участкам подвески в искусственном сооружение со степенными габаритами, где недопустимо замыкание двух секций через токоприемник. Их устраивают из двух изолирующих сопряжений анкерных участков, расположенных последовательно один за другим. Токоприемник в момент прохода изолирующего сопряжения замыкает обе секции контактной сети. При осуществление заезда на нейтральную вставку, между полозом токоприемника и контактным проводом возникает дуга, приводящая к пережогу провода, и, более того, развиваясь, она может переброситься на провод другой секции с последующим пережогом проводов.