Модернизация устройств контактной сети участка железной дороги "Негорелое - Городея" для скоростного движения

-0,4

450

0

680

-4,3

250

0

660

-7,9

260

-3,8

260

0

1130

8,6

570

0

670

0,9

450

3,2

220

0

870

-7

3570

-8,1

220

0,3

600

-7,5

965

0

200

-4,1

570

-7,6

700

0,3

1220

8

550

0,1

660

0,9

940

-7,9

1330

-0,7

430

-7,7

650

-7,8

260

-3,6

2740

-7,9

220

0

250

-2,3

200

0

1880

-3,4

240

6

390

0

700

1

260

-0,6

925

1,6

15

1,9

2.3 Тяговые расчеты исследуемого участка

Для выполнения тяговых расчетов электрифицированных участков железной дороги используется программный комплекс «Force», разработанный ассистентом Ворониным А.В. в сотрудничестве с кафедрой «Электроподвижной состав» Белорусского государственного университета транспорта [12].

В качестве расчетного выбран состав, состоящий из электровоза ЧС4 и 20 пассажирских вагонов на роликовых подшипниках. Ограничение скорости - 160 км/ч. Тяговая и токовая характеристики электровоза ЧС4 приведены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Характеристики электровоза ЧС4 в программе "Force"

Приведенный профиль прямого хода «Городея - Столбцы» представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Приведенный профиль «Городея - Столбцы»

Тяговый расчет выполнен с интегрированием уравнения движения поезда по пути с шагом 2 м, что обеспечивает выполнение требований Правил тяговых расчетов (ПТР) о максимальном изменении скорости на 1 шаге расчета 5 км/ч. Результаты тягового расчета получены в графическом (кривые хода поезда) и численном (таблица хода поезда) виде. Результаты тяговых расчетов в виде кривых хода поезда показаны на рисунке 2.4. Из-за большого объема информации кривые хода поезда хранятся и используются только в электронном виде.

Рисунок 2.4 - Результаты тягового расчета «Городея - Столбцы»

Интегральные параметры результатов тяговых расчетов в направлении «Городея - Столбцы» приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Результаты тяговых расчетов «Городея - Столбцы»

Время хода поезда, мин	12,39
	под током	на выбеге	при торможении
	10,72	1,67	0,00
Расход электроэнергии на тягу поезда, кВт•ч	1046,23
Удельный расход электроэнергии на тягу поезда, Вт•ч / ткм	37,804

Приведенный профиль обратного хода («Столбцы - Городея») представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Приведенный профиль «Столбцы - Городея»

Результаты тягового расчета (кривые хода поезда)



Рисунок 2.6 - Результаты тягового расчета «Столбцы - Городея»

Интегральные параметры результатов тяговых расчетов в направлении «Столбцы - Городея» приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Результаты тяговых расчетов «Столбцы - Городея»

Время хода поезда, мин	11,82
	под током	на выбеге	при торможении
	11,18	0,64	0,00
Расход электроэнергии на тягу поезда, кВт•ч	1142,86
Удельный расход электроэнергии на тягу поезда, Вт•ч / ткм	41,296

Приведенный профиль прямого хода «Столбцы - Негорелое» представлен на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Приведенный профиль «Столбцы - Негорелое»

Интегральные параметры результатов тяговых расчетов в направлении «Столбцы - Негорелое» приведены в таблице 2.7.



Таблица 2.7

Результаты тяговых расчетов «Столбцы - Негорелое»

Время хода поезда, мин	13,34
	под током	на выбеге	при торможении
	12,51	0,83	0,00
Расход электроэнергии на тягу поезда, кВт•ч	1254,06
Удельный расход электроэнергии на тягу поезда, Вт•ч / ткм	40,862

Результаты тяговых расчетов в виде кривых хода поезда показаны на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Результаты тягового расчета «Столбцы - Негорелое»

Приведенный профиль обратного хода («Негорелое - Столбцы») представлен на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 - Приведенный профиль «Негорелое - Столбцы»

Результаты тягового расчета (кривые хода поезда) представлены на рисунке 2.10.

Интегральные параметры результатов тяговых расчетов в направлении «Негорелое - Столбцы» приведены в таблице 2.8.



Рисунок 2.10 - Результаты тягового расчета «Негорелое - Столбцы»

Таблица 2.8

Результаты тяговых расчетов «Негорелое - Столбцы»

Время хода поезда, мин	12,67
	под током	на выбеге	при торможении
	10,69	1,98	0,00
Расход электроэнергии на тягу поезда, кВт•ч	1074,50
Удельный расход электроэнергии на тягу поезда, Вт•ч / ткм	35,011

2.4 Электрический расчет участка «Столбцы - Негорелое»

Для выполнения электрического расчета участка «Столбцы - Негорелое» используется программный комплекс «TrainSim 1 x 25», предназначенный для имитационного моделирования работы участка электроснабжения, электрифицированного по системе 1 х 25 кВ переменного тока, с использованием как стохастического, так и детерминированного графика движения, разработанный ассистентом Ворониным А.В. в сотрудничестве с кафедрой «Электроподвижной состав» Белорусского государственного университета транспорта [12].

Тяговая сеть рассматриваемого участка состоит из контактного провода МФ_100 и несущего троса ПБСМ-95. Рельсовая сеть Р-65, переходная проводимость «рельсы-земля» 2 См/км.

Длительность интервала моделирования выбрана равной 24 часa с шагом по времени 10 секунд, что достаточно для достижения устойчивости моделирования.

Экранная форма, предназначенная для ввода исходных данных системы электроснабжения участка, представлена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - Экранная форма для ввода исходных данных системы электроснабжения

Автотрансформаторных питающих пунктов (АПП) на участке нет.

Размеры движения на исследуемом участке приняты равными 60 пар поездов в сутки, характерный межпоездной интервал - 10 минут.

На рисунке 2.12 приведена экранная форма, наглядно отображающая процесс моделирования работы участка - изображена текущая поездная ситуация, уровень напряжения в контактной сети и потенциала рельсов по всей длине участка, текущее потребление тока и мощности по каждой тяговой подстанции, текущие доля активных потерь, минимальное и среднее напряжение на электроподвижном составе.

Рисунок 2.12 - Экранная форма, отображающая процесс моделирования



Результаты имитационного моделирования работы участка «Столбцы - Негорелое» при повышенных скоростях движения приведены в таблице 2.9 и проиллюстрированы на рисунке 2.13.

Таблица 2.9

Результаты электрических расчетов участка «Столбцы - Негорелое»

Участок	Минимальное значение напряжения на ЭПС, кВ	ТП «Колосово»	ЭПС
		Ток ф.А	Мощность	Потребление активной энергии, кВтч	Потребление реактивной энергии, кВтч	Активные потери энергии, кВтч
		Среднее значение, А	Максимальное значение, А	Эффективное значение, А	Средняя активная, кВт	Средняя реактивная, кВар
Столбцы - Негорелое	23,457	39,5	127,01	49,18	6510,5	6222,4	150856,6	119536,9	5395,0

Сравним основные параметры системы тягового электроснабжения, полученные расчетом, с допустимыми согласно [13]. Для контактной сети, состоящей из контактного провода МФ_100 и несущего троса ПБСМ-95 допустимое длительное значение тока составляет 810 А; максимальное значение тока, полученное расчетом - 127 А. Минимально допустимый уровень напряжения на токоприемниках при скоростях движения 141-160 км/ч на участке переменного тока составляет 21 кВ; минимальное напряжение на токоприемниках, полученное расчетом - 23,457 кВ.

Рисунок 2.13 - Результаты моделирования участка «Столбцы - Негорелое»

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что существующая система тягового электроснабжения данного участка при переходе на повышенные скорости движения полностью обеспечивает заданную степень надежности энергоснабжения.

электроснабжение скоростной железнодорожный участок

2.5 Электрический расчет участка «Городея - Столбцы» при существующей схеме электроснабжения

Для выполнения электрического расчета участка «Городея - Столбцы» используется программный комплекс «TrainSim 2 x 25», предназначенный для имитационного моделирования работы участка электроснабжения, электрифицированного по системе 2 х 25 кВ переменного тока, с использованием как стохастического, так и детерминированного графика движения, разработанный ассистентом Ворониным А.В. в сотрудничестве с кафедрой «Электроподвижной состав» Белорусского государственного университета транспорта [12].

Тяговая сеть рассматриваемого участка состоит из контактного провода МФ_100, несущего троса ПБСМ-95, питающего провода А-185. Рельсовая сеть Р-65, переходная проводимость «рельсы-земля» 2 См/км.

Длительность интервала моделирования выбрана равной 24 часa с шагом по времени 10 секунд, что достаточно для достижения устойчивости моделирования.

Экранная форма, предназначенная для ввода исходных данных системы электроснабжения участка, представлена на рисунке 2.14.



Рисунок 2.14 - Экранная форма для ввода исходных данных системы электроснабжения

Автотрансформаторных питающих пунктов (АПП) на участке нет.

Размеры движения на исследуемом участке приняты равными 60 пар поездов в сутки, характерный межпоездной интервал - 10 минут.

Результаты имитационного моделирования работы исследуемого участка электроснабжения при повышенных скоростях движения приведены в таблице 2.10 и проиллюстрированы на рисунках 2.15 - 2.17.

Таблица 2.10

Результаты электрических расчетов участка «Городея - Столбцы»

Участок	Минимальное значение напряжения на ЭПС, кВ	ТП «Городея»	ЭПС
		Ток	Мощность	Потребление активной энергии, кВтч	Потребление реактивной энергии, кВтч	Активные потери энергии, кВтч
		Среднее значение, А	Максимальное значение, А	Эффективное значение, А	Средняя активная, кВт	Средняя реактивная, кВар
Городея - Столбцы	15,935	74,6	238,34	93,86	5476,7	6071,7	124956	100411	6500,0



Рисунок 2.15 - Суточный график, функция распределения и гистограмма тока ТП «Городея»

Рисунок 2.16 - График активной и реактивной мощности ТП «Городея»

Рисунок 2.17 - Параметры качества энергии и потребляемая энергия в тяговой сети участка

Сравним основные параметры системы тягового электроснабжения, полученные расчетом, с допустимыми согласно [13]. Для контактной сети, состоящей из контактного провода МФ_100, несущего троса ПБСМ-95 и питающего провода А-185 допустимое длительное значение тока составляет 1300 А; максимальное значение тока, полученное расчетом - 238 А. Минимально допустимый уровень напряжения на токоприемниках при скоростях движения 141-160 км/ч на участке переменного тока составляет 21 кВ; минимальное напряжение на токоприемниках, полученное расчетом - 15,935 кВ.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что существующая система тягового электроснабжения данного участка при переходе на повышенные скорости движения не обеспечивает заданную степень надежности энергоснабжения. Минимальное напряжение на токоприемниках оказалось в 1,3 раза меньше допустимого.

2.6 Электрический расчет участка «Городея - Столбцы» при измененной схеме электроснабжения

Существующая на данном участке схема электроснабжения (рисунок 2.1) не обеспечивает надежность электроснабжения. Поэтому для данного участка была предложена измененная схема электроснабжения, представленная на рисунке 2.18. Предложено на ст. Столбцы установить автотрансформаторный питающий пункт с двумя линейными автотрансформаторами АОМНЖ-10000 / 27х2-У1, параметры которого приведены в таблице 2.11.

Таблица 2.11

Параметры автотрансформатора АОМНЖ-10000 / 27х2-У1:

Параметр, размерность	Значение
Номинальная мощность, МВ•А	10
Напряжение короткого замыкания,%	2
Потери короткого замыкания, кВт	26
Ток холостого хода,%	0,5
Потери холостого хода, кВт	6,5



Рисунок 2.18 - Предложенная схема электроснабжения участка «Городея - Столбцы»

Результаты имитационного моделирования работы исследуемого участка с предложенной схемой электроснабжения при повышенных скоростях движения приведены в таблице 2.12 и проиллюстрированы на рисунках 2.19 - 2.21.

Таблица 2.12

Результаты электрических расчетов участка «Городея - Столбцы» при предложенной схеме электроснабжения

Участок	Минимальное значение напряжения на ЭПС, кВ	ТП «Городея»	ЭПС
		Ток	Мощность	Потребление активной энергии, кВтч	Потребление реактивной энергии, кВтч	Активные потери энергии, кВтч
		Среднее значение, А	Максимальное значение, А	Эффективное значение, А	Средняя активная, кВт	Средняя реактивная, кВар
Городея - Столбцы	22,138	75,3	238,57	94,37	5853,2	5826,5	135555	108939	2913,9

Минимальное напряжение на токоприемниках при предложенной схеме электроснабжения составило 22,138 кВ. Таким образом, предложенная система тягового электроснабжения данного участка при переходе на повышенные скорости движения обеспечивает заданную степень надежности энергоснабжения.



Рисунок 2.19 - Суточный график, функция распределения и гистограмма тока ТП «Городея»

Рисунок 2.20 - График активной и реактивной мощности ТП «Городея»

Рисунок 2.21 - Параметры качества энергии и потребляемая энергия в тяговой сети участка



3. Повышение эксплуатационной надежности элементов системы тягового электроснабжения при переходе на скоростное движение

В ближайшее время планируется перевод исследуемого участка электроснабжения Белорусской железной дороги на повышенные скорости движения (до 160 км/ч). При переходе на скоростное движение к элементам системы тягового электроснабжения предъявляются повышенные требования, описанные в правилах [13]. Ниже рассматриваются пути повышения эксплуатационной надежности некоторых элементов системы тягового электроснабжения.

3.1 Модернизация струн контактной подвески

Применение полимерных материалов на электрифицированных железных дорогах во многих случаях позволяет найти совершенно новые простые пути для решения сложных технических задач, связанных с повышением скорости движения поездов, повышением надежности работы устройств, снижением стоимости изготовления конструкций, монтажа и эксплуатации, повышением безопасности работ на контактной сети под напряжением, экономией дефицитных цветных металлов, продлением срока службы и улучшением внешнего вида конструкций контактной сети.

Одним из самых распространенных типовых узлов контактной сети является струна подвески, которая служит для крепления контактных проводов к несущему тросу. На Белорусской железной дороге в основном применяются традиционные струны, выполненные из биметаллической проволоки номинальным диаметром 4 и 6 мм. В данном дипломном проекте предлагается вместо штатных биметаллических струн применять струны, выполненные из полимерного материала. Полимерные струны подвески рекомендуется применять как на вновь электрифицируемых участках, так и для замены изношенных металлических струн на электрифицированных участках, находящихся в эксплуатации.

В настоящее время накоплен значительный опыт применения полимерных струн как на отечественной железной дороге, так и за рубежом.

В России первая партия полимерных (капроновых) струн была смонтирована в 1970 году на Октябрьской дороге. Опыт их эксплуатации дал положительные результаты, поэтому в дальнейшем применение капроновых струн получило на железной дороге широкое распространение. Необходимо отметить, что эксплуатация капроновых струн проводилась в сложных условиях: высокие скорости и интенсивность движения (до 400 проходов токоприемников в сутки) электроподвижного состава; высокая загрязненность атмосферы топочными уносами тепловозов и паровозов; большие перепады (от +40єС до -4ОєС) температур воздуха, наличие изморози и гололеда. Однако на протяжении длительного периода эксплуатации в сложных условиях капроновые струны продолжали надежно работать. Кроме того, улучшились параметры контактной сети, что способствовало повышению качества токосъема.

В настоящее время на отдельных участках Брестской дистанции электроснабжения Белорусской железной дороги установлены струны из полиамидного материала. Срок эксплуатации струн на различных анкерных участках составляет от 1 до 9 лет. Опыт эксплуатации полимерных (полиамидных) струн на участках Брестского отделения Белорусской железной дороги позволил сделать вывод о том, что полиамидные струны по сравнению с биметаллическими звеньями имеют следующие достоинства:

- лучшие демпфирующие свойства полиамидных струн, по сравнению с биметаллическими, обеспечивают более интенсивное затухание контактной подвески, что способствует повышению ее надежности и улучшению качества токосъема, что особенно актуально при переходе на повышенные скорости движения;

- динамические усилия в полиамидных струнах, возникающие при колебаниях контактной подвески, в 5-6 раз меньше, чем в биметаллических струнах, что снижает динамические нагрузки на детали, к которым крепятся струны, и увеличивается срок их службы.

- 1 метр капронового каната диаметром 6 мм стоит примерно в 2 раза меньше, чем сталемедной проволоки такой же длины и такого же диаметра. В результате, при эксплуатации полимерных струн на 100 км электрифицированных путей экономится до 70 т сталемедной проволоки;

- обеспечивается экономия струновых зажимов и снижение времени монтажа струны. К струновому зажиму, установленному на контактном проводе, струны крепят для возможной регулировки их длины специальным морским узлом (рисунок 3.1). На несущем тросе полимерные струны можно закреплять без струновых зажимов петлевым или обычным двойным узлом (рисунок 3.2);

- общий экономический эффект на 100 км электрифицированных путей составляет более 58 тыс. у.е. (расчет приведен в разделе 4 данного дипломного проекта).

Рисунок 3.1 - Виды крепления полимерной струны в струновом зажиме контактного провода

Рисунок 3.2 - Виды крепления полимерной струны на несущем тросе

Необходимо отметить, что эксплуатируемые в настоящее время на Белорусской железной дороге полиамидные струны выполнены из обычного капронового материала без каких-либо присадок и покрытий, поэтому, несмотря на ряд преимуществ, они имеют недостаточную устойчивость к атмосферным воздействиям. В связи с этим, для повышения надежности и срока службы струн был произведен выбор материала, который обеспечит более надежную и долговечную работу струн. Кафедрой «Электроподвижной состав» Белорусского государственного университета транспорта совместно со специалистами Института металлополимерных систем (г. Гомель) были проанализированы материалы, которые могут быть использованы для изготовления струн контактной подвески. Наиболее подходящим по своим свойствам оказался композит из стекловолокнистого материала с полиэфирными связующими. Испытание канатов, выполненных из полиэфирных материалов, позволили сделать вывод, что разрывная способность этого каната диаметром 4 - 6 мм составляет не менее 300 - 350 кг, гарантированный срок службы - не менее 25 лет в климатических условиях средней части Беларуси.

Кроме того, были разработаны конструкции следующих элементов контактной подвески, выполненные на основе полиэфирных материалов: струновые зажимы и фиксаторы.

Применение этих конструкционных элементов контактной сети позволит еще в большей степени, как показали расчеты, повысить эластичность (податливость) контактной сети, уменьшить массу поддерживающих деталей, увеличить гарантированный срок службы, тем самым повысить надежность контактной сети в целом. Модернизация контактной подвески является особенно актуальной в условиях перехода Белорусской железной дороги на повышенные скорости пассажирского движения.



3.2 Модернизация изолированных консолей

Для крепления несущих тросов контактных подвесок применяют различные кронштейны с тягами, называемые консолями. Однопутные (перекрывающие только один путь) консоли бывают неизолированные, когда изоляторы имеются только между несущим тросом и кронштейном в фиксаторе, и изолированные, когда изоляторы в кронштейн и тягу включены у опор.

На Белорусской железной дороге в основном используются традиционные изолированные трубчатые консоли (рисунок 3.3). Кронштейны таких консолей изготавливают из оцинкованной трубы наружным диаметром 60 мм. Материалом для растянутых тяг консолей служит круглая сталь диаметром 16 мм, а для сжатых - оцинкованные трубы диаметром 33,5 мм. От опоры кронштейн изолируют фарфоровым стержневым изолятором КСФ70, а тягу - фарфоровым стержневым изолятором ФСФ70. В растянутые тяги врезают гирлянды фарфоровых изоляторов ПФ6-Б и ПТФ70.

Рисунок 3.3 - Консоль изолированная наклонная трубчатая ИТС (со сжатой тягой)

Для повышения надежности поддерживающих устройств контактной сети, что особенно актуально при переходе на скоростное движение, предлагается произвести модернизацию изолированной консоли. Во-первых, предлагается заменить традиционные фарфоровые изоляторы на полимерные, а во вторых, - применять полностью полимерную консоль. Рассмотрим преимущества таких модернизаций.

Замена гирлянд фарфоровых тарельчатых изоляторов на полимерные упрощает и облегчает узлы крепления поперечно-несущих тросов на опорах, повышает безопасность работ на гибких поперечинах, упрощает монтаж, особенно на больших станциях.

Для примера рассмотрим полимерный изолятор типа НСФ_т. Консоль с таким изолятором представлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Консоль изолированная с натяжным стержневым изолятором НСФ_т в тяге консоли

Полимерные натяжные стержневые изоляторы типа НСФ_т состоят из стеклопластикового стержня (диаметр 12-22 мм), защитной фторопластовой трубки (толщина стенки 2-3 мм) и оконцевателей. Пространство (зазор не менее 0,2 мм) между стержнем и трубкой по всей ее длине для герметизации заполнено под давлением кремнийорганическим вазелином и пастой. Диапазон применимых температур: от -60єС до +50єС.

Основные преимущества полимерных изоляторов перед фарфоровыми:

- высокая ударная прочность;

- малая масса и поперечные размеры (улучшаются динамические характеристики конструкции);

- большая длина гладкостержневых изоляторов способствует повышению надежности работы изолированных консолей (уменьшается возможность перекрытия птицами изоляции в растянутых тягах);

- высокая грязестойкость.

Исследования показывают, что вероятность безотказной работы полимерных изоляторов НСФ_т со стеклопластиковым стержнем высока, не ниже, чем у изолирующих элементов [16].

Как уже упоминалось, кроме замены изоляторов, предлагается применять полностью полимерные консоли. Пример такой консоли показан на рисунке 3.5. Внутренняя область трубы заполняется пенополиуретаном для предохранения от увлажнения и, как следствие, исключения электрических разрядов.

Рисунок 3.5 - Консоль изолированная поворотная из стеклопластиковых труб; 1-тяга, 2-подкос, 3-фиксатор

Применение таких консолей позволяет отказаться от фиксаторных кронштейнов, облегчить опорные и поддерживающие конструкции контактной сети. Значительно повышается стабильность несущего троса, что является необходимой предпосылкой при высоких скоростях движения поездов. Сами консоли легче, просты в изготовлении и могут быть установлены на опорах меньшей высоты. Использование полимерных консолей значительно повышает безопасность производства работ под напряжением.

3.3 Модернизация компенсированной совмещенной анкеровки проводов

Для поддержания требуемого натяжения компенсированных проводов контактных подвесок в их анкеровках устраивают автоматически действующие устройства - компенсаторы.

На Белорусской железной дороге наибольшее распространение получили грузовые компенсаторы блочного типа, имеющие следующие недостатки:

- при работе компенсатора грузовой трос, проходя через подвижный и неподвижные блоки, изгибается в противоположные направления, что ухудшает условия работы троса и снижает его срок службы;

- срок службы стального оцинкованного троса не превышает 10-15 лет;

- блоки с подшипниками качения имеют недостаточную допустимую нагрузку, требуют периодической замены смазки, чувствительны к попаданию влаги и абразива. Блоки с подшипниками скольжения требуют периодической замены смазки, имеют повышенное трение в подшипниковом узле.

Кроме этого, трехблочные анкеровки с коэффициентом передачи 1:4 имеют ход грузов в 1,33 раза больше, чем анкеровки с коэффициентом передачи 1:3. Допустимый диапазон температур при расстоянии от средней анкеровки 800 м составляет 78°С без учёта нагрева проводов от солнечной радиации. При диапазоне температур от -40°С до +40°С с учётом требований «Норм проектирования контактной сети» по температуре нагрева проводов от солнечной радиации 14°С трехблочные анкеровки с коэффициентом передачи 1:4 возможно применить при расстоянии от средней анкеровки не более 650 м.

При низких температурах компенсирующие устройства требуют проверки их состояния. Отказы в работе блоков вызывают обрывы проводов контактной сети в местах местных дефектов в первую очередь в пролетах, близких к средней анкеровке. В целом компенсирующие устройства блочного типа имеют низкую надежность и недостаточный ресурс.

В целях повышения надежности узла анкеровки контактной сети предлагается применять компенсаторы блочно-полиспастного типа, лишенные недостатков компенсаторов блочного типа. Блочно-полиспастные компенсаторы широко применяются в России и за рубежом.

В данном дипломном проекте предлагается применять блочно-полиспастные компенсаторы типа КБП-3-30, разработанные в России [15]. Следует отметить, что при модернизации контактной сети установка компенсатора производится на кронштейнах типовых оттяжек без замены анкерных опор и оттяжек, т.е. с минимальными затратами средств и времени.

ОАО «ЦНИИС» проведены ресурсные испытания существующих компенсаторов блочного типа и блочно-полиспастного. Трехблочный компенсатор выдержал до повреждения 1150 циклов. Блочно-полиспастный, после количества циклов в 15,8 раза выше (количество циклов при испытании соответствует сроку эксплуатации 40 лет), сохранил полную работоспособность [15].

Рассмотрим подробнее конструкцию и преимущества компенсатора блочно-полиспастного типа КБП-3-30.

Компенсатор блочно-полиспастного типа КБП-3-30 включает в себя подвеску из двух неподвижных блоков диаметром 360 и 260 мм, установленных в одной раме, подвижного блока диаметром 360 мм и мелкожильного каната (троса) из нержавеющей стали диаметром 9,5 - 11,5 мм.

Грузовой трос, проходя через подвижный и неподвижный блоки, изгибается в одну сторону.

Минимальное соотношение диаметров троса и блока составляет 1:23. Блок компенсатора через кронштейны анкеровки шарнирно крепится на опоре.

Блоки компенсатора изготовлены из высокопрочного чугуна ВЧ40 (также могут быть изготовлены из стали 20 ГЛ или алюминиевого сплава Ал 23-1). Оси блоков изготовлены из нержавеющей стали.

Подшипниковые узлы компенсатора изготовлены на основе композиционных подшипников скольжения, разработанных для компенсаторов контактной сети. Антифрикционный внутренний слой подшипников выполнен на основе углеродфторопластовой композиции, наружный слой - из стеклопластика.

Подшипники не обладают эффектом "схватывания" при длительном простое под нагрузкой и на морозе, их антифрикционный слой при температуре эксплуатации от минус 50° до плюс 100°С стоек к воздействию воды, масло- и нефтепродуктов, абразивных частиц. Подшипниковые узлы защищены от воздействия окружающей среды фторопластовыми шайбами.

Компенсаторы обеспечивают постоянную величину натяжения проводов контактных подвесок независимо от изменений температуры окружающей среды и проводов в пределах возможного хода грузов.

Сила сопротивления движению компенсатора при температурном изменении длины проводов, обусловленная трением в подшипниках блоков, не превышает 2% от силы натяжения компенсируемых проводов. Установленный срок службы компенсаторов не менее 50 лет. Вероятность безотказной работы в течение первых пяти лет 0,995.

Блочно - полиспастный компенсатор имеет коэффициент передачи 1:3. Анкеровки данной конструкции требуют увеличения грузов в 1,33 раза по сравнению с анкеровками с коэффициентом передачи 1:4, но имеют соответственно меньший ход грузов. Допускаемый диапазон температур при расстоянии от средней анкеровки 800 м составляет 106°С.

С учётом нагрева проводов от солнечной радиации анкеровки с коэффициентом передачи 1:3 обеспечивают компенсацию проводов при диапазоне температур от -45°С до +45°С.

Количество грузов n в блочно-полиспастном компенсаторе определяется по формуле

,

где K - натяжение компенсированных проводов, кг.

Все детали компенсаторов из углеродистых и низколегированных сталей, а также из чугуна защищены от коррозии методом горячего цинкования с толщиной цинкового покрытия 120-150 мкм. Болты, гайки и шайбы диаметром до 12 мм выполнены из коррозионно-стойких сталей. Резьба всех изделий покрывается антикоррозийной смазкой МС-50.

Допускаемая нагрузка составляет 30 кН, что позволяет применять его в конструкциях контактных подвесок, имеющих повышенное натяжение проводов. Компенсатор выдерживает без остаточных деформаций его деталей и сборочных единиц испытательную нагрузку, равную удвоенному значению допускаемого натяжения компенсируемых проводов - 60 кН.

Техническое обслуживание компенсаторов КБП-3-30 производится аналогично блочным компенсаторам за исключением необходимости наполнения смазкой подшипников и восстановления защитного покрытия стальных изделий.

В данном дипломном проекте рассматривается применение блочно-полиспастного компенсатора в совмещенной анкеровке контактного провода и несущего троса. Совмещенная анкеровка проводов допускается при расчетной минимальной температуре не ниже -45°С.

В анкеруемые провода врезаются гирлянды из тарельчатых стеклянных изоляторов на единицу больше, чем в поддерживающих гирляндах, но не менее 4-х. Допускается применение стержневых полимерных натяжных изоляторов класса 120.

В конструкции анкеровки применены сдвоенные гирлянды чугунных грузов. Гирлянды железобетонных грузов имеют большую длину, чем с чугунными грузами. При достаточном диапазоне свободного хода возможно применение железобетонных грузов.



4. Расчет экономической эффективности замены биметаллических струн на полимерные

Среднее количество струн на одном анкерном участке N_стр, штук, определяем по формуле

,

где L_а - средняя длина анкерного участка, м; L_а = 1400 м;

s_стр - среднее расстояние между струнами, м; s_стр = 6,5 м.

шт.

Общая длина струн на одном анкерном участке l_а, м, рассчитывается по формуле

,

где l₀ - средняя длина струны, м; l₀ = 2,2 м.

м.

Для крепления биметаллической струны требуется два зажима. Для крепления полимерной струны - один.

Затраты на оборудование одного анкерного участка биметаллическими струнами З_бм, у.е., рассчитываем по формуле

,



где С_бм - стоимость одного метра биметаллической проволоки БМ-4, у.е.; С_бм = 0,44 у.е.;

С_заж - стоимость одного зажима; у.е.; С_заж = 3,40 у.е.

у.е.

Затраты на оборудование одного анкерного участка полимерными (полиамидными) струнами З_пол, у.е., определяется по формуле

,

где С_пол - стоимость одного метра полимерного (полиамидного) каната, у.е.; С_пол = 0,25 у.е.

у.е.

Экономия денежных средств при строительстве новой линии с полимерными струнами Э_а, у.е., на одном анкерном участке вычисляется по формуле

;

у.е.

Удельный экономия (на 1 км участка) э_а, у.е./км, определяется по формуле

;

у.е./км.



Удельные ежегодные эксплуатационные затраты для подвески с биметаллическими струнами E_бм = 107 у.е./км, для подвески с полимерными струнами E_пол = 19 у.е./км.

Снижение ежегодных эксплуатационных затрат на одном анкерном участке ?ЭЗ, у.е., определяем по формуле

,

у.е.

Срок окупаемости капитальных затрат , лет, рассчитывается по формуле

;

года.

Из вышеприведенных расчетов следует, что замена биметаллических струн на полимерные со сроком службы не менее 25 лет является эффективным мероприятием и его можно рекомендовать к внедрению на всех электрифицированных участках Белорусской железной дороги.



5. Организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работающих

5.1 Категории выполняемых работ

В отношении мер безопасности работы подразделяются на выполняемые:

- со снятием напряжения и заземлением;

- под напряжением (на контактной сети);

- вблизи частей, находящихся под напряжением;

- вдали от частей, находящихся под напряжением.

При выполнении работы со снятием напряжения и заземлением в зоне (месте) ее выполнения должно быть снято напряжение и заземлены те провода и устройства, на которых будет выполняться эта работа (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 - Схема заземления элементов при выполнении работ со снятием напряжения

Приближение самого работника или через инструмент, приспособление к проводам (в том числе и по поддерживающим конструкциям), находящимся под рабочим или наведенным напряжением, а также к нейтральным элементам на расстояние менее 0,8 м запрещено. Если в процессе выполнения работы на отключенных и заземленных проводах, необходимо приблизиться к нейтральным элементам, то они должны быть заземлены.

При выполнении работы под напряжением провода и оборудование в зоне (месте) работы находятся под рабочим или наведенным напряжением. Безопасность работающих должна обеспечиваться применением средств защиты (изолирующие вышки, изолирующие рабочие площадки дрезин и автомотрис, изолирующие штанги и др.) и специальными мерами (завешивание стационарных и переносных шунтирующих штанг, шунтирующих перемычек и др.) (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 - Применение средств защиты и специальных мер

Приближение к заземленным и нейтральным частям на расстояние менее 0,8 м запрещено.

При выполнении работы вблизи частей, находящихся под напряжением, работающему, расположенному в зоне (месте) работы на постоянно заземленной конструкции, по условиям работы необходимо приближаться самому или через неизолированный инструмент к электроопасным элементам (в том числе к проводам осветительной сети) на расстояние менее 2 м. Приближение к электроопасным элементам на расстояние менее 0,8 м запрещено (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 - Опасные расстояния при работе под напряжением

При выполнении работы вдали от частей, находящихся под напряжением, работающему в зоне (месте) работы нет надобности и запрещено, работая на земле или постоянно заземленной конструкции, приближаться к электроопасным элементам на расстояние менее 2 м (рисунок 5.4).

При выполнении комбинированных работ требуется соблюдать организационные и технические меры, соответствующие каждой из категорий, входящих в эту работу.

Рисунок 5.4

5.2 Общие меры безопасности работающих при различных категориях работ

При всех категориях работ, во избежание поражения электрическим током, следует выполнять основное правило электробезопасности: все элементы (части) контактной сети, высоковольтной линии (ВЛ) и связанного с нею оборудования на месте работы, монтажное приспособление, конструкция, на которой находится сам работающий, должны находиться под одним потенциалом, для чего они электрически (металлически) соединяются друг с другом заземляющими или шунтирующими штангами, разъединителями, шунтирующими перемычками и т.д.

Перед началом, а также во время работы, прежде чем коснуться элемента (провода, троса, шлейфа, врезного изолятора и т.п.), не имеющего металлической связи с монтажным приспособлением или конструкцией, на которой находится работающий, необходимо завесить на этот элемент заземляющую штангу, шунтирующую штангу, установить при необходимости перемычку и только после этого выполнять работу.

До начала работ всех категорий необходимо отчетливо представлять, в каких опасных сочетаниях могут находиться разнопотенциальные элементы и какие соответствующие меры безопасности необходимо выполнять для соблюдения основного правила электробезопасности. Примеры выполнения этого правила с целью обеспечения однопотенциальных условий в зоне (месте) работы в зависимости от ее категории приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Основные правила по технике безопасности

Исходное состояние	Категория выполняемой работы	Необходимые меры безопасности
	Со снятием напряжения и заземлением
	Под напряжением
	Вблизи частей, находящихся под напряжением
	Под напряжением
	Со снятием напряжения и заземлением
	Вдали от частей, находящихся под напряжением
	Со снятием напряжения и заземлением
	Под напряжением

По распоряжению без права подъема на высоту более 3 м от уровня земли (платформы) до ног работающего, выполняются следующие виды работ:

- обход с осмотром контактной сети, ВЛ и связанного с нею оборудования, волноводов и других линий;

- обход с осмотром электротяговой рельсовой цепи;

- объезд с осмотром контактной сети, ВЛ и связанного с нею оборудования, волноводов и других линий;

- осмотр и замер габарита опор;

- осмотр переходов линий электропередачи через контактную сеть;

- осмотр оборудования пунктов группировки;

- осмотр заградительных щитов (вертикальных).

При работах со снятием напряжения и заземлением, а также вблизи частей, находящихся под напряжением, запрещено:

- работать в согнутом положении, если расстояние от работающего при его выпрямлении до электроопасных элементов окажется менее 0,8 м;

- работать при наличии электроопасных элементов с двух сторон на расстоянии менее 2 м от работающего;

- работать над электроопасными элементами, не имеющими ограждений;

- выполнять работы на расстоянии менее 20,0 м от места секционирования (секционные изоляторы, изолирующие сопряжения) и подключения шлейфов секционных разъединителей, которыми осуществляются отключения контактной сети при подготовке места работы (указанное расстояние отсчитывается по оси пути);

- пользоваться металлическими лестницами, кроме специальных, конструкция которых исключает возможность их падения на провода, оставшиеся под напряжением.

При выполнении работ под напряжением и вблизи частей, находящихся под напряжением, в бригаде должна быть заземляющая штанга.

Запрещается начинать работу, производить переключения разъединителей по условному сигналу, а также неясному или непонятному указанию до получения разъяснения.

5.3 Организационные мероприятия по обеспечению безопасности работающих

Организационными мероприятиями по обеспечению безопасности работающих являются:

- выдача наряда или распоряжения;

- инструктаж выдающим наряд производителя работ;

- выдача ЭЧЦ разрешения (приказа, согласования ЭЧЦ) на подготовку места работы;

- инструктаж производителем работ бригады и допуск к работе;

- надзор во время работы;

- оформление перерывов в работе, переходов на другое рабочее место, окончание работы.

Все работы на контактной сети, ВЛ и связанном с нею оборудовании выполняются по нарядам и распоряжениям. Приступать к подготовке места работы по наряду или распоряжению допускается лишь после получения приказа или согласования от ЭЧЦ.

Перед допуском к работе по наряду или распоряжению непосредственно на месте работ электромонтер обязан получить инструктаж, в котором производитель работ должен указать:

- содержание предстоящей работы;

- условия производства работ (ее категорию, технологию);

- распределение обязанностей между членами бригады;

- точные границы зоны и места работы каждого члена бригады;

- расположение поблизости нейтральных частей и токоведущих частей, оставшихся под рабочим или наведенным напряжением (при работах вблизи напряжения или со снятием напряжения и заземлением), а также расположение заземленных и нейтральных частей (при работах под напряжением);

- места прохода ВЛ с другим потенциалом и другим родом тока (ВЛ освещения, телеуправления и др.);

- места секционирования;

- места, на которых запрещается работа, а также опасные места;

- места установки заземляющих штанг с выделением специальных лиц для их установки;

- особенности в ограждении места работы;

- порядок перемещения в зоне работы;

- порядок применения дрезины или автомотрисы, изолирующей съемной вышки, механизмов.

После инструктажа все члены бригады должны расписаться в специальной графе наряда. Оформления инструктажа при работах по распоряжению не требуется.

При работе со снятием напряжения и заземлением, инструктаж проводится до установки первой заземляющей штанги, а расписываться за него в наряде следует после того, как производитель работ проверит правильность установки заземляющих штанг и осуществит допуск к работе.

Допуск к работе осуществляет производитель работ после того, как выполнены все необходимые мероприятия по обеспечению безопасности работающих непосредственно на месте (в зоне) работы.

Надзор за работающими должен осуществлять производитель работ.

Если работа выполняется по одному наряду двумя или более группами работников, в каждой группе назначается при выписке наряда отдельный наблюдающий. Производитель работ в этом случае осуществляет общее руководство работами и контролирует выполнение требований безопасности во всех группах.

При выявлении нарушений требований безопасности при выполнении работы наблюдающий имеет право приостановить дальнейшее выполнение работы и поставить об этом в известность производителя работ. Лица, отстраненные наблюдающим от работы, могут продолжить работу по данному наряду только после проведения повторного инструктажа, допуска производителем работ с подписью в наряде.

Наблюдающему запрещено:

- совмещать надзор с какой-либо работой;

- отвлекаться от надзора за работающими;

- передавать свои обязанности другому лицу;

- отлучаться с места работы.

Указания наблюдающего в части соблюдения требований инструкций и инструктажа являются обязательными для работающих.

После перерыва или после перехода на новое место можно приступить к работе только после инструктажа бригады, произведенного производителем работ и подписи производителя работ и всех членов бригады в таблице наряда «Рабочее место подготовлено».

О начале и окончании всех работ на участке железной дороги должен быть уведомлен ЭЧЦ.

5.4 Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работающих

Техническими мероприятиями по обеспечению безопасности работающих являются:

- закрытие путей перегонов и станций для движения поездов, выдача предупреждений на поезда и ограждение места работ;

- снятие рабочего напряжения и принятие мер против ошибочной подачи его на место работы;

- проверка отсутствия напряжения;

- наложение заземлений, шунтирующих штанг или перемычек, включение разъединителей;

- освещение места работы в темное время суток.



Заключение

В дипломном проекте «Модернизация устройств контактной сети участка железной дороги «Негорелое - Городея» для скоростного движения»:

- Проведен подробный анализ эксплуатационной надежности системы электроснабжения и ее элементов за последние 10 лет. Выявлены основные элементы, надежность которых необходимо увеличить в первую очередь.

- Проведен анализ параметрической надежности участка электроснабжения «Негорелое - Городея». Расчеты показали, что существующая схема электроснабжения участка «Столбцы - Городея» не удовлетворяет требованиям по параметрической надежности при переводе участка на скоростное движение. Предложена измененная схема электроснабжения участка «Столбцы - Городея», обеспечивающая необходимые показатели надежности.

- Рассмотрены мероприятия, позволяющие повысить эксплуатационную надежность отдельных элементов системы тягового электроснабжения при переводе исследуемого участка на повышенные скорости движения. Предложена модернизация струн контактной подвески, заключающаяся в замене существующих биметаллических струн на полимерные. Рассчитан экономический эффект при такой замене, показавший экономию свыше 58 тыс. у. е. на каждые 100 км электрифицированного пути. Также предложена модернизация таких элементов как консоли и анкеровка.

- Изучены организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасное проведение работ на контактной сети.

Перечень графических работ

1. План контактной сети станции Столбцы

2. Схема питания и секционирования участка «Столбцы - Городея»

3. Тяговые расчеты участка «Городея - Столбцы» на имитационной модели

4. Электрические расчеты участка «Городея - Столбцы» на имитационной модели

5. Контактная подвеска

6. Консоль изолированная

7. Компенсированная анкеровка



Литература

1. Анищенко В.А. Надежность систем электроснабжения: Учеб. пособие. - Мн.: УП «Технопринт», 2001. - 160 с.

2. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 208 с.

3. Ефимов А.В., Галкин А.Г. Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог: Учебник для вузов железнодорожного транспорта. - М.: УМК МПС России, 2000. - 512 с.

4. Марквардт К.Г., Власов И.И. Контактная сеть. - М.: Транспорт, 1994.

5. Надежность систем энергетики. Терминология: сборник рекомендуемых терминов. - М.: Наука, 1980. - Вып. 95.

6. Пышкин А.А. Надежность систем электроснабжения электрических железных дорог. - Екатеринбург: УЭМИИТ, 1993. - 120 с.

7. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

8. Сердинов С.М. Повышение надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1985. - 301 с.

9. Фокин Ю.А., Туфанов В.А. Оценка надежности систем электроснабжения. - М.: Энергоиздат, 1981. - 224 с.

10. Чекулаев В.Е. Зайцев А.И. Повышение надежности работы контактной сети и воздушных линий. - М.: Транспорт, 1992. - 111 с.

11. Эксплуатация и ремонт тяговых подстанций электрифицированных железных дорог / Волков Н.Н. и др. - М.: Транспорт, 1975.

12. Бочков К.А., Могила В.С., Воронин А.В. Имитационная модель работы участка электроснабжения электрифицированной железной дороги переменного тока. Труды международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортных систем и строительного комплекса». Гомель, БелГУТ, 2001.

13. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных участков дороги. - Мн.: БелЖД, 1996. - 118 с.

14. Инструкция по безопасности для электромонтеров контактной сети. Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Республики Беларусь. - М., «ТРАНСИЗДАТ», 2000 г. - 190 с.

15. Анкеровки проводов контактной подвески с блочно-полиспастным компенсатором КБП-3-30. Альбом КС 402.000. Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. - Санкт-Петербург, 2000 г. - 37 с.

16. Полимерные материалы в устройствах контактной сети // В.Д. Потапов и др. - М.: Транспорт, 1988 - 224 с.

Размещено на Allbest.ru