[АСИ] Повышение эффективности систем электрической централизации

[Admin]

Повышение эффективности систем электрической централизации

А.Б. НИКИТИН,
заместитель заведующего кафедрой, доктор техн. наук

Основной системой оперативного управления на станциях является электрическая централизация стрелок и сигналов (ЭЦ). В настоящее время на железных дорогах мира преобладают релейные ЭЦ, где в качестве элементной базы используются специализированные реле. Общемировой тенденцией является замена старых систем на компьютерные. Однако по капитальным вложениям они более дорогостоящие, а их технико-экономическая эффективность не всегда очевидна.

ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЛЕЙНЫХ ЭЦ

Эволюция релейных систем сопровождалась ростом показателя числа реле, приходящихся на одну централизованную стрелку. Проведенный анализ [1] показывает, что их развитие происходило в основном путем совершенствования схемотехники с целью улучшения показателей безопасности и надежности, а также унификации для возможности массового применения. При этом за последние 60 лет информационное обеспечение и автоматизация установки маршрутов не изменились, т. е. системы не обрели принципиально новых качеств, способствующих более эффективному управлению перевозочным процессом. Экстраполяция и вычисления (по полиному четвертой степени) следующего члена ряда регрессии по тренду расхода реле на одну стрелку в различных типах ЭЦ дает значение 250. Это означает, что при попытке решения все возрастающего количества новых задач и требований на релейной элементной базе потребовалось бы 250 реле (вместо 24 реле в первых системах ЭЦ с местным питанием). Тогда, как уже сегодня энерго- и материалоемкость в современных релейных системах весьма велики. Дальнейшие развитие и разработка релейных систем, в которых можно было бы реализовать новые задачи и функции, неперспективны. В следующей итерации это приведет к двойному увеличению расхода цветных (медь) и драгоценных металлов (серебро) в устройствах ЭЦ, росту массо-габаритных показателей и энергопотребления.

В связи с этим не следует довольствоваться применением релейных систем или ориентироваться на их наращивание в перспективе, более того, это не только не современно, но и опасно. Кажущаяся компактной схемотехника старых систем весьма ущербна и возврат к ней невозможен из-за того, что применяемые технические решения в релейных ЭЦ последующих поколений устраняли недостатки своих предшественников, прежде всего по повышению уровня безопасности. К таким недостаткам можно отнести:

неполную маршрутизацию (отсутствие на станции маневровых маршрутов);

отсутствие кодирования поездных маршрутов;

опасность преждевременного размыкания и угроза перевода стрелок под хвостом поезда при кратковременной потере шунта;

недостаточно эффективное замыкание первой секции маршрута;

невозможность изменений схемотехники (например, более безопасно использование нормально выключенных маршрутных реле,

как это реализовано в новых системах);

использование ненадежных элементов (электролитических конденсаторов в цепях замедления);

сложность, а в отдельных случаях и невозможность построения схем с резервированием (применение двухнитевых ламп, устройств резервирования предохранителей);

применение двухпроводной схемы стрелки с электродвигателями постоянного тока, неоднократно в эксплуатации приводившей к опасным отказам;

отсутствие на постах систем пожаротушения;

дефицит запасных изделий и приспособлений ввиду прекращения выпуска на заводах (например, реле типа HP).

Кроме того, на практике старые системы оказываются непригодными для модернизации. Зачастую посты имеют недостаточную мощность фидеров и самой питающей установки. В эксплуатации такие проблемы возникают при приведении старых ЭЦ к современным требованиям (включении сбрасывающих остряков и башмаков, двусторонней автоблокировки на перегонах, добавлении УКСПС линейных пунктов ДЦ, ДК и т. д.). Значительная часть питающих установок эксплуатируется с нарушениями требований Правил устройства электроустановок: отсутствует видимый разрыв во вводных устройствах, нередко фидеры подключаются сразу на АВР без средств защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений; при прокладке и подключении они не разделены по требованиям огнестойкости при возгорании на линии одного из них.

Еще до сих пор применяются системы, где часть оборудования ЭЦ располагается в релейных шкафах рядом с пассажирским зданием.

В старых системах монтаж высох и потерял эластичность, поэтому при попытке внесения каких-либо изменений он может разрушиться и, как следствие, появиться опасность замыканий и подпиток приборов. Проблемными также остаются вопросы состояния электропроводки в служебно-технических помещениях старых постов, а также их обогрев - на промежуточных станциях в основном используется печное отопление.

Кабельные сети старых систем за годы эксплуатации имеют пониженное сопротивление изоляции, к тому же из-за отсутствия запасных жил возникают проблемы при включении дополнительных устройств и устранении отказов.

Эти обстоятельства предопределяют необходимость массового обновления устройств ЭЦ для избежания регулярных нарушений безопасности перевозочного процесса. Поданным [2] 76 % устройств ЭЦ выработали свой ресурс, а попытки «латания дыр» ведут только к неэффективному расходу финансов.

Итак, моральное старение систем ЭЦ, возрастающее число задач и функциональных требований, которые невозможно выполнить ввиду громоздкости релейной элементной базы обосновывают неэффективность дальнейшего применения релейных систем.

Массовое внедрение в 60-е годы релейных систем ЭЦ ставит перед отраслью проблему безотлагательного обновления выработавших ресурс устройств из-за возрастающих угроз пожароопасности и безопасности перевозочного процесса.

Действующие релейные системы из-за недостатков применяемых в них технических решений зачастую не позволяют провести модернизацию. В конечном итоге такие попытки оборачиваются «зарыванием денег в песок» без ощутимых технико-экономических эффектов.
Ограничения «жесткой» аппаратной логики релейных ЭЦ предопределяют перспективу тиражирования только компьютерных систем и невозможность возврата к релейным.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ

Для удовлетворения современных требований, предъявляемых к системам ЭЦ отраслевыми стандартами [3], и расширения их функциональных возможностей надо использовать вычислительные средства. В мировой практике станционные системы совершенствуют на основе вычислительной техники и внедряют только компьютерные - релейно-процессорные (РПЦ) и микропроцессорные (МПЦ) системы ЭЦ. Такую же техническую политику проводит Департамент автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» при выборе типа систем для модернизации устаревших и строительства новых ЭЦ.

Высокие эксплуатационные показатели безопасности железнодорожных реле, совершенствование элементной базы ЭЦ (создание малогабаритных реле РЭЛ и 1Н с большим ресурсом, а также новых блоков на их основе), исключение электролитических конденсаторов из схем обеспечивают срок функционирования ЭЦ до 20 лет. При этом гарантия завода-изготовителя возрастает, а эксплуатационные затраты на обслуживание в РТУ снижаются. Поэтому гармонизация релейной части и вычислительных средств, обеспечение новых функций (диагностика, самодиагностика, протоколирование, архивация, контролируемый пункт ДЦ и СДУМ и др.) при снижении на 50-70 % числа реле в системе представляют интерес для обновления ЭЦ сети путем применения РПЦ или МПЦ. Последние могут иметь релейный или бесконтактный интерфейс.

Вместе с тем и РПЦ, и МПЦ по капитальным вложениям оказываются более дорогостоящими, чем релейные системы, а их технико-экономическая эффективность не всегда очевидна. В этом отличие сегодняшней ситуации от той, которая была при переходе от МКУ к ЭЦ релейного типа. В те годы сокращение времени приготовления маршрутов в разы увеличивало перерабатывающую способность станций при значительном сокращении стрелочников. Эти два показателя стали определяющими в расчетах технико-экономической эффективности при замене ручных стрелок на стрелки электрической централизации. При обновлении устройств ЭЦ с заменой их на релейные и компьютерные системы требуются технико-экономические обоснования по новым критериям. И в этом отношении компьютерные системы выгодно отличаются от своих релейных аналогов.

Эффективность компьютерных систем управления подтверждена в эксплуатации на реальных полигонах, где внедрены системы ЭЦ-МПК и МПЦ-МПК, разработанные Центром компьютерных железнодорожных технологий ПГУПС. Эти разработки имеют следующие основные преимущества:

использование эффективных технологических схем оперативного управления;

расширение функциональных возможностей компьютерных ЭЦ;

улучшение технических показателей.

ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Важным источником технико-экономической эффективности компьютерных ЭЦ является выбор рациональной технологической схемы в структуре оперативного управления. Это - кодовое управление предузловыми развязками; расширение зоны контроля подвода поездов; проектирование мини-ДЦ; размещение новых систем на существующих постах ЭЦ; концентрация управления обширным полигоном крупной станции; переменные состав и численность оперативного персонала; возможность сохранения части ЭЦ при реконструкции горловин и удлинении путей.

Технологическая схема для участка Вологда - Буй: КП1, КП2 - контролируемые пункты, ПУ - пункт управления

Кодовое управление предузловыми развязками. При строительстве Даниловского обхода на участке электрификации Вологда -Буй внедрение на двух блок-постах ЭЦ-МПК позволило избежать крупных вложений в строительство путевого развития станции Данилов, а также сократить потери в скорости движения, которые были при прежней технологии пропуска и переработки поездов. В такой сложной конфигурации только сокращение эксплуатационных расходов на содержание персонала движенцев позволило, поданным Северной дороги, окупить систему всего за два года.

Расширение зоны контроля подвода поездов. Применение схемы оперативного управления станцией Графитовая со станции Кыштым на Южно-Уральской дороге позволило сократить персонал и повысить эффективность планирования завершения маневровых операций во избежание задержек поездных передвижений. Кроме этого, появилась возможность достоверно контролировать очередность прибытия поездов на крупных станциях тупикового типа для планового оборота электропоездов. Также снизились перепады напряжения на тяговой подстанции в момент одновременного отправления нескольких поездов.

Проектирование мини-ДЦ. Схема объединения нескольких соседних станций для управления с опорной показала свою эффективность при строительстве обходного пути Соликамск - Яйва. Такая централизация, управляющая шестью станциями, повышает производительность труда ДСП малодеятельных линий, позволяет их оптимально загрузить, а также расширяет зоны управления поездного диспетчера на технологически замкнутых полигонах.

За счет применения рассмотренных технологических схем оперативного управления можно избежать дополнительных затрат на установку станционных аппаратов управления, освещение, обогрев (температура работы постовой аппаратуры СЦБ должна быть +5° вместо +18°С при наличии персонала согласно [4]), на периодический ремонт служебно-технических помещений поста.

РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

Неоспоримым преимуществом компьютерных систем является гибкость при расширении функциональных возможностей. В системах МПЦ и РПЦ протоколируется выполнение перевозочного процесса, что повышает объективность учета. Средства диагностики, самодиагностики и удаленного мониторинга позволяют обнаружить предотказные состояния. Осуществляется прогнозирование технологического процесса и логический контроль работы системы, так и действий персонала. Новые системы легко интегрируются с вышестоящими системами (АСОУП, ГИД, АСУ СС) и подсистемами станции (КП ДЦ, КП ДК, устройствами пассажирской автоматики) посредством стандартных стыков вычислительных средств. Происходит поглощение систем АБ, ПАБ, оповещения работающих на путях, автоматического управления маршрутами, автоматической очистки стрелок, последовательного перевода стрелок, до минимума сокращаются аппаратные средства. Выполнение этих функций ориентировано на программную реализацию.

Осуществляется ведение моделей перевозочного процесса в ритме реального времени. При этом повышается эффективность информационных систем ИВЦ (АСОУП, АСУСС) за счет получения данных «с колес» и адекватности поездной, вагонной, локомотивной, технологической, технической моделей. Становится реальной перспектива перехода на безбумажную технологию (нормативно-справочная информация, график исполненного движения, техническо-распорядительный акт станции, статистический учет, ведение журналов, электронная ведомость использования перронных путей).

Автоматизируются действия дежурного по станции - авторежимы автоматического управления маршрутами, автооборот, автодействие сигналов, автоматический прогноз, автопилот, автоматический анализ работы станции и устройств.

УЛУЧШЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Достоинством компьютерных систем является возможность создания высоконадежных структур, достигаемых аппаратной избыточностью, чего были лишены релейные ЭЦ. К примеру, для резервирования пускового блока стрелки в ЭЦ на метрополитене потребовалась отдельная схема переключения, по сложности аналогичная схеме управления стрелкой. Архитектурой МПЦ предусматриваются резервированные системы обработки информации, органов управления, структур систем «2 из 3» или «(2 из 2) или (2 из 2)», модулей устройств сопряжения с объектами, интерфейсов, а также совмещение каналов ТУ/ТС/ТИ для поездного и энергодиспетчера. Анализ эксплуатируемых компьютерных систем показывает, что их надежность почти на порядок выше релейных.

В системах электропитания современных систем применены: селективная трехступенчатая защита от грозовых и коммутационных перенапряжений; необслуживаемые аккумуляторные батареи; телеметрия и удаленный мониторинг. Осуществляются контроль качества электроэнергии, дистанционный учет. Применяется высоконадежная элементная база. Эти системы обеспечивают работу ЭЦ в течение двух часов при перерывах внешнего электроснабжения. Вводы фидеров независимы по пределу огнестойкости.

Кроме того, универсальность аппаратных средств, простота настройки базы данных программного обеспечения с учетом особенностей конкретной станции создают предпосылки для быстрого восстановления действия ЭЦ при чрезвычайных ситуациях. Благодаря использованию малопроводных интерфейсов на восстановление АРМов после пожара на станции Санкт-Петербург-Сортировочный-Московский потребовалось значительно меньше времени (2 часа) в сравнении с восстановлением системы при возгорании кабеля к табло на станции Мытищи.

Средства диагностики систем позволяют оперативно устранить отказ и восстановить действие системы при значительных повреждениях. Например, при воздействии грозового разряда на систему Ebilock-950 для восстановления работы были оперативно заменены пораженные платы. Тогда как известно множество примеров, когда для восстановления устройств требуется изготовление новых релейных стативов, которые проектируются индивидуально.

В новых системах повсеместно применяется кабельная канализация, также способствующая их быстрому восстановлению. В компьютерных системах за счет децентрализованного размещения аппаратуры и использования каналов ВОЛС сокращается количество кабеля и, соответственно, уменьшается вероятность его обрыва.

Все указанные новые технологии, безусловно, влекут удорожание систем, однако именно они обеспечивают более высокие показатели безопасности и живучесть компьютерных систем.

Выводы. Дальнейшее развитие релейных систем централизации нецелесообразно по причинам ограничений элементной базы и их громоздкости.

Перспективным направлением модернизации ЭЦ, выработавшим свой ресурс, является применение РПЦ и МПЦ.

Главной стратегической задачей обновления систем ЭЦ является переход к массовому тиражированию компьютерных систем.

При внедрении технико-экономическая эффективность компьютерных систем должна определяться для конкретного полигона с учетом рациональных технологических схем оперативного управления и предоставления движенческому аппарату новых приложений информационных и безбумажных технологий.

Размещение новых систем на существующих постах ЭЦ. Примером может служить реализация проекта МПЦ-МПК на станции Сургут, где благодаря компактному размещению новых устройств не потребовалось строительства нового здания поста. Гибкость и малопроводность интерфейсов компьютерных систем позволяют разместить персонал вблизи зоны контроля производства работ, а оборудование может быть отнесено, что актуально в условиях городской застройки. Так было сделано при внедрении микропроцессорной централизации при реконструкции ремонтно-экипировочного вагонного депо на станции Санкт-Петербург-Главный. Дежурного по станции разместили в старом, капитально отремонтированном здании, а ЭЦ-МПК была смонтирована в транспортабельном модуле.

Концентрация управления обширным полигоном крупной станции. Например, в проекте реконструкции станции Кинель Куйбышевской дороги предусмотрено размещение оборудования ЭЦ-МПК непосредственно в парках. За счет этого на 40 % сократилась потребность кабеля по сравнению с вариантом, где планировалось строительство объединенного поста. При этом проектом предусмотрено, что персонал для управления всеми районами станции сосредоточен на головном посту, что способствует согласованности действий при управлении сложным технологическим процессом станции, как и при объединенном посту ЭЦ.

Переменные состав и численность оперативного персонала. В период спада перевозок эффективное использование персонала возможно за счет объединения зон управления с учетом сезонного характера работы станции.

Кроме этого, можно варьировать состав персонала, например, два ДСП днем и ДСП и оператор в ночное время. Благодаря организации резервного рабочего места при необходимости обеспечивается возможность привлечения дополнительного работника.

Возможность сохранения части ЭЦ при реконструкции горловин и удлинении путей. На примере станции Кольцово Свердловской дороги при организации ввода аэроэкспресса была реализована следующая технология переключения на ЭЦ-МПК. Путем изъятия блоков маршрутного набора освободились места для размещения новых блоков исполнительной группы, необходимых для реконструкции. Все работы на посту были выполнены в течение 36-часового окна. При этом не потребовалось строительство нового поста и сохранена значительная часть оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сапожников В. В., Никитин А. Б. Анализ компьютерных систем оперативного управления устройствами ЭЦ /Автоматика, связь, информатика. 2006, № 6, с. 6-8.

2. Ш у б к о В. А. Внедрение микропроцессорных систем в рамках реализации инвестиционных проектов ОАО «РЖД» // «Перспективы развития микропроцессорных систем и устройств ЖАТ»: Тез. док. НТС. 27 августа 2009, г. Москва, 2009 г.

3. Автоматизированные системы управления движением поездов на станциях. Общие технические требования // СТО РЖД 1.19.004-2008. Москва, 2008 г., 30 с.

4. НТП СЦБ/МПС-99. Нормы технологического проектирования устройств автоматики и телемеханики на федеральном железнодорожном транспорте // ГУП ГТСС, СПб, 1999 г., 72 с.

[Sergey1988]

Добрый день. Подскажите пожалуйста номер и год выпуска журнала где публиковалась данная статья

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin