Admin

контактная сеть КС-200: история, особенности, перспективы

К хорошему быстро привыкаешь. В конце апреля — начале мая этого года первые скоростные электропоезда «Ласточки» полетели от Москвы до Нижнего Новгорода, потом от железнодорожного вокзала Сочи до аэропорта и по другим маршрутам. И почти никого это не удивило, потому что уже четыре года ходят между Санкт-Петербургом и Москвой остроносые германские «Сапсаны» и с чуть меньшим стажем французские «Аллегро» доставляют пассажиров из нашей северной столицы в финскую.

За этой повседневностью слегка забыто, какие усилия понадобились электрификаторам, чтобы понятие высокоСкоростное движение стало привычным делом. Руководители ведущей компании ЗАО «Универсал - контактные сети», занимавшейся проектированием и внедрением подвески КС-200, кандидаты технических наук — генеральный директор В.А. ИВАНОВ и заместитель главного инженера Е.В. КУДРЯШОВ напомнят как все было и что будет...


В 1995 г. МПС приняло решение о разработке конструкции контактной сети постоянного тока для скоростного движения. Она должна была обеспечить надежное энергоснабжение подвижного состава, движущегося со скоростью 200 км/ч, и получила название «КС-200». Планировалось использовать ее на линии Санкт-Петербург - Москва. Напомним, к этому времени на данном участке эксплуатировалась типовая контактная сеть, рассчитанная на скорость движения до 140 км/ч.

Для выполнения сложной задачи были привлечены лучшие научно-технические коллективы. Под руководством генерального подрядчика - компании ЗАО «Универсал - контактные сети» (УКС) к работам приступили специалисты институтов «Трансэлектропроект», ВНИИЖТ, ЦНИИС, НИИЭФА, а также учебные вузы ОмГУПС, УрГУПС, специалисты немецкой фирмы «Siemens» и некоторые другие организации. Каждая из них получила конкретные задания.

Например, «Трансэлектропроект» вместе с УКС разрабатывали альбомы типовых проектов. НИИЭФА занимался прочностными расчетами консолей, зажимов и других узлов контактной сети. После завершения работ все результаты свели в один проект.

Два опытных анкерных участка новой сети смонтировали на перегоне Рябово - Любань Октябрьской дороги в 1997 г. Модернизированная контактная сеть имела медные контактные провода сечением 120 мм2 с натяжением 12 кН. В этой подвеске были использованы мерные токопроводящие струны, трубчатые стальные изолированные консоли горизонтального типа с унифицированной литой арматурой (аналогичные применяют в европейских странах), металлические двухшвеллерные опоры с защитным цинковым покрытием. Схема контактной подвески была оптимизирована для скорости движения 200 км/ч.


Комплексные испытания участков прошли успешно. После этого руководство Главного управления электрификации и электроснабжения МПС России (департаментом оно стало называться позже) приняло решение о дальнейшей комплексной реконструкции контактной сети на участке Санкт-Петербург -Москва.

Основной объем работ - более 1000 анкерных участков, был завершен в 2001 г. Контактную сеть КС-200 смонтировали от станции Рябово под Санкт-Петербургом до станции Клин под Москвой. Оставшиеся до конечных пунктов пригородные участки оставили на существовавшей подвеске, посчитав, что здесь развивать высокие скорости нет необходимости. Но после 2006 г. их все же модернизировали.

Номинальную скорость движения 200 км/ч развивали электропоезда ЭР200 и составы, ведомые электровозами ЧС200. В первые же годы эксплуатации выявились как преимущества, так и недостатки новой сети, которые были связаны в основном с предельно сжатыми сроками строительно-монтажных работ.

Например, из-за низкого качество монтажа, проходившего в краткие сроки и выполняемого строителями и монтажниками, собранными со всей страны, а также низкого качества изготовления некоторых деталей контактной сети (полимерных изоляторов, литой арматуры и др.) на контактной сети КС-200 произошло значительное число повреждений. Все недоработки оперативно устранялись персоналом дистанций электроснабжения Октябрьской дороги, так что большая часть смонтированной тогда контактной сети и сегодня продолжает эксплуатироваться.

Восемь лет назад уже ОАО «РЖД» поставило перед нашей фирмой задачу дальнейшего развития скоростного движения. Магистраль Санкт-Петербург - Москва нужно было подготовить к движению поездов на скорости до 250 км/ч. Департамент электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» решил усовершенствовать существующую контактную сеть. Предполагалось добиться этого с учетом накопленного опыта эксплуатации, передового зарубежного опыта, используя усовершенствованную продукцию российской промышленности и новых зарубежных компонентов (таких как гибкие бронзовые тросы, мелкожильные тросы грузокомпенсаторов со специальной пропиткой и др.).

Совершенствование конструкций и узлов контактной сети было поручено нашей компании. Испытания подвески прошли с 2005 по 2009 гг. на перегоне Капашниково - Лихославль Октябрьской дороги. В ходе испытаний были установлены отечественные рекорды скорости движения поездов на электрифицированных дорогах. В 2006 г. специально подготовленный электровоз ЧС200 достиг скорости 262 км/ч, а в 2009 г. - электропоезд «Сапсан» фирмы «Siemens» разогнался до 290 км/ч. Эти результаты доказали, что контактная сеть отвечает требованиям высокоскоростного движения.

По результатам испытаний компания УКС выпустила четыре усовершенствованных проекта технических решений, предназначенных для серийного применения в различных условиях:

- КС-200-06К по контактной сети постоянного тока для скорости движения 200 км/ч;

- КС-200-07 (32-07) для адаптации существующей контактной сети КС-200 на линии Санкт-Петербург - Москва к скоростям до 250 км/ч;

- КС-250-3 по контактной сети постоянного тока для скоростей до 250 км/ч, сооружаемой в условиях полной реконструкции или нового строительства;

- КС-200-25 по контактной сети переменного тока для скоростей до 200 км/ч.

В 2009 - 2011 гг. технические решения по проектам постоянного тока были успешно применены при модернизации линии Санкт-Петербург - Москва для движения поездов «Сапсан» и реконструкции линии Санкт-Петербург - Выборг - Бусловская для движения поездов «Аллегро».

Контактная сеть КС-200-25 переменного тока в настоящее время сооружается на линии Владимир - Нижний Новгород Горьковской дороги.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

С самого начала разработки проекта был выбран тип контактной подвески КС-200 - цепная одинарная компенсированная. Для участков постоянного тока она выполняется с рессорными тросами в опорных узлах, а для переменного тока - без рессорных тросов (со смещенными опорными струнами). Такой тип имеет большую неравномерность эластичности (рис. 1), однако с учетом повышенного натяжения контактного провода это незначительно сказывается на динамических параметрах взаимодействия с токоприемниками. Важным преимуществом нерессорной подвески является простота монтажа и эксплуатации.

Сопряжения анкерных участков выполняются 3-, 4- или 5-пролетными, в зависимости от типа сопряжения (изолирующее или неизолирующее) и длин переходных пролетов, получающихся при разбивке опор в процессе проектирования контактной сети.

В новых модификациях КС-200 применены бронзовые контактные провода БрФ-120 сечением 120 мм2 с повышенным до 18 - 20 кН натяжением. Повышение натяжения заметно улучшило статические и динамические характеристики: выровняло эластичность и увеличило скорость распространения поперечной волны. Тем самым, удалось улучшить параметры взаимодействия подвески с токоприемниками и снизить интенсивность износа контактного провода и контактных пластин токоприемников.

Несущий трос тоже выполнен из бронзы с повышенным разрывным усилием, обеспечивающим надежность работы контактной подвески с учетом возможных аварийных нагрузок. Максимальная длина пролета составляет 65 м.


Струны изготавливают из гибких бронзовых токопроводящих проводов Bzll-16 или Bzll-Ю. Длины струн рассчитывают по специальной программе и изготавливают с точностью до 1 мм по длине. Каждая струна имеет точный «адрес», снабжена биркой, где указано на какой участок, в какой пролет и на какое место в пролете струна устанавливается. Технология монтажа этих струн обеспечивает жесткие требования к точности регулировки контактной подвески для высоких скоростей движения и упрощает процесс монтажа.

Токопроводящая арматура изготавливается из кремнисто-никелевой бронзы БрКН 1 -3 методом горячей штамповки и обладает повышенной механической прочностью и электропроводностью.

При монтаже подвески используются металлические двухшвеллерные опоры, которые в 3 - 4 раза легче железобетонных и не уступают им в мощности. Консоли изготовлены из стальных или алюминиевых труб с арматурой из высокопрочного чугуна ВЧ-40, нержавеющей стали или алюминиевых сплавов. Горизонтальная изолированная конструкция консоли позволяет регулировать несущий трос по зигзагу без изменения его положения по высоте.

Дополнительные фиксаторы выполнены из легких алюминиевых труб, все зажимы на контактном проводе имеют минимальную массу. Благодаря этому токоприемник, двигающийся на высокой скорости, практически не встречает на своем пути «жестких точек».

ПУТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Для успешного проведения в России чемпионата мира по футболу в 2018 г. на многих участках планируется организовать Скоростное движение. Естественно, там будет сооружена контактная сеть КС-200. Поэтому в ближайшие годы ОАО «РЖД» проведет масштабную реконструкцию инфраструктуры сети дорог.

В связи с большим объемом внедрения скоростной подвески, важно провести дальнейшее усовершенствование ее конструкции, направленное на решение следующих задач:

- улучшение качества токосъема и уменьшение изнашивания контактного провода и контактных пластин токоприемников;

- повышение надежности работы в более широком диапазоне климатических условий;

- удешевление конструкции;

- повышение удобства и сокращение времени производства строительно-монтажных работ.

Для их решения в 2009 - 2012 гг. наша компания в сотрудничестве с кафедрой «Прикладная математика» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета разработала детальные математические модели контактной подвески и процесса ее взаимодействия с токоприемниками. Исследования на моделях позволили оптимизировать конструктивные параметры контактной сета без дорогостоящих натурных экспериментов. Статические модели (рис. 2) позволяют исследовать эластичность контактной подвески, а также изучать чувствительность ее статических характеристик к изменениям конструктивных и монтажных параметров, а также чувствительность к воздействиям окружающей среды - изменению температуры, влиянию ветра, гололеда и др.


Динамические модели позволяют оценивать влияние тех или иных особенностей технических решений на качество токосъема. На рис. 3 приведены результаты математического моделирования контактной подвески КС-200-06К с токоприемниками поезда «Сапсан». Для каждого токоприемника показаны траектории точек контакта полозов с контактным проводом, кривые изменения контактного нажатия
в пролетах подвески, гистограммы контактного нажатия, таблицы значений основных интегральных параметров, характеризующих качество токосъема в сравнении с нормируемыми значениями по международным стандартам

Как видно, основные параметры, характеризующие качество токосъема, укладываются в нормируемые значения для обоих токоприемников. Однако проведенные на моделях исследования показали, что даже незначительные изменения некоторых конструктивных параметров подвесок - высоты крепления шарниров дополнительных фиксаторов, стрелы провеса контактного провода повышают качество токосъема.

Кроме того, исследования показали, что подвеска КС-200 постоянного тока может выполняться без рессорного троса при сохранении практически того же качества токосъема. А сопряжения анкерных участков при выборе их оптимальных параметров в большинстве случаев могут быть выполнены 3-пролетными вместо 4- и 5-пролетных. Внедрение результатов этих исследований заметно удешевит конструкцию, упростит монтаж и эксплуатацию контактной сети.
Задача повышения удобства производства строительно-монтажных работ решается нашей компанией в сотрудничестве со специалистами из ООО «Энергомонтаж». В настоящее время они внедряют передовые технологии строительно-монтажных работ с применением современных раскаточных комплексов итальянской фирмы «Tesmec», позволяющих монтировать провода контактной подвески с заданным натяжением. Применение таких комплексов сокращает время монтажных работ и обеспечивает высокое качество.

Важнейшим преимуществом такой раскатки проводов является исключение местных деформаций контактного провода, характерных для обычных технологий, приводящих к ускоренному износу при эксплуатации. Внедрение новых технологий будет эффективным только при соответствии конструкций контактной сети особенностям ее монтажа, а, значит, необходима дополнительная модернизации некоторых узлов КС-200 (в частности - сопряжений анкерных участков).

Выпуск проектов технических решений по модернизированной контактной сети КС-200, которые получили условные обозначения КС-200-ЗМ и КС-200-25М для постоянного и переменного тока соответственно, запланирован на ближайшие годы.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin