Loading

Kierunki badań nad wykorzystaniem techniki komputerowej w eksploatacji urządzeń zasilania trakcji elektrycznej

dr inż. Zdzisław Łuczywek
kierownik Ośrodka Okręgowego Informacji Techniczno-Ekonomicznej Południowej DOKP w Krakowie

 

"Trakcja i Wagony" N10-11-12/1981

 

UKD:621.332.681.3.004.14:001.891

Trakcja elektryczna, stosowana w coraz większym zakresie na naszych i wielu innych kolejach świata, jest trakcją nieautonomiczną. Energia używana na potrzeby napędu pociągów przy tej trakcji nie jest wytwarzana bezpośrednio na pojeździe trakcyjnym, jak to ma miejsce w trakcji parowej i spalinowej. Energię na potrzeby tej trakcji dostarczają elektrownie zawodowe, należące do innej gałęzi gospodarki narodowej niż komunikacja. Stąd kierowanie eksploatacją urządzeń zasilania trakcji elektrycznej musi opierać się o dużą ilość informacji z obydwu gałęzi gospodarczych, tj.: komunikacji i energetyki. Właściwe przetworzenie i wykorzystanie tych informacji decyduje o podejmowaniu decyzji, których prawidłowość zapewnia bezzakłóceniowe zasilanie trakcji elektrycznej, a w konsekwencji czyni komunikację kolejową zasilaną trakcją elektryczną bardziej regularną i punktualną.
Informacje wykorzystywane w podejmowaniu takich decyzji składają się z informacji generowanych przez urządzenia zasilające (jak: informacje o napięciu, natężeniu prądu, wielkości mocy, stanie łączników, temperaturze pracy itp.) oraz z informacji dostarczanych przez inne systemy informatyczne odcinkowe, wchodzące w skład systemów kierowania pracą kolei i kierowania pracą energetyki. Całość wykorzystywanych informacji można podzielić na informacje niezbędne do optymalnego operatywnego kierowania pracą i utrzymaniem urządzeń zasilania oraz na informacje niezbędne do rozwiązywania zagadnień strategicznych, takich jak ustalanie zapotrzebowania mocy, potrzeb - co do zakresu inwestowania w układ zasilania - ustalanie potrzeb remontowych, materiałowych, zatrudnieniowych itp. Do tych celów niezbędne jest stworzenie banku danych o stanie urządzeń, systemu aktualizacji tych danych, systemu lub systemów przygotowujących podstawy do podejmowania optymalnych decyzji i sporządzających niezbędną sprawozdawczość.
Stąd dążenie do automatyzacji funkcji informatycznych opierających się na technice komputerowej.. Dążenie to wynika z wielu cech charakterystycznych dla działalności w dziedzinie eksploatacja urządzeń zasilania trakcji elektrycznej. Do nich należy zaliczyć:
1 - bezpośredni wpływ stanu urządzeń zasilających, a szczególnie bezrezerwowo pracującej sieci trakcyjnej na ciągłość i ekonomikę przewozów,
2 - dużą liczbę i znaczne rozproszenie przestrzenne zespołów zajmujących się eksploatacją i utrzymaniem urządzeń zasilania,
3 - ścisły związek między systemem zasilania trakcji w energię elektryczną a pojazdem trakcyjnym i warunkami jego pracy,
4 - ścisły związek między systemem zasilania trakcji kolejowej i systemem energetycznym, dostarczającym energię na potrzeby f trakcji elektrycznej i inne potrzeby układu komunikacyjnego,
5 - wymaganą ciągłość procesu przewozowego, która jest między innymi wynikiem ciągłej i prawidłowej pracy urządzeń zasilania,
6 - wielopoziomowe kierowanie od najniższych zespołów, jakie stanowią podstacje, poprzez: odcinki sieci trakcyjnej, podstacji i elektroenergetyki, dyspozytorów zasilania Dyrekcji Rejonowych Kolei Państwowych, Dyrekcje Okręgowe Kolei Państwowych aż po komórki Ministerstwa Energetyki i Ministerstwa Komunikacji.
Najbardziej kompleksową strukturę podsystemu informatycznego dla potrzeb kierowania eksploatacją Urządzeń'zasilania, w ramach systemu automatyzacji kierowania transportem kolejowym, zaprojektowali pracownicy naukowi Oddziału Elektryfikacji Wszechzwiązkowe-go Naukowo-Badawczego Instytutu Transportu Kolejowego (CNII MPS) [1] (rys. 1 i 2).
Podstawą pracy tego systemu będą węzłowe ośrodki obliczeniowe (UWC), specjalistyczne . urządzenie informacyjne (EWU), specjalistyczne urządzenie elektronicznego przetwarzania informacji (EWI), Dyrekcyjne Ośrodki Obliczeniowe (DWC) i Główny Ośrodek Obliczeniowy (GWC).
Stworzenie takiego systemu stanowi znaczny postęp w porównaniu ze stanem obecnym który charakteryzuje się zbieraniem informacji dotyczących szczególnie sieci trakcyjnej w sposób doraźny na podstawie okresowych pomiarów przeprowadzanych w wytypowanej, ograniczonej liczbie punktów ze względu na dużą pracochłonność tych prac i konieczność wyłączania napięcia lub ograniczania przelotowości linii w wypadku pomiarów wykonywanych metodą "pod napięciem".
Stąd powstała potrzeba opracowania urządzenia umożliwiającego okresowy ciągły pomiar parametrów sieci trakcyjnej bez wyłączania napięcia i przy minimalnym czasie potrzebnym do wykonania tych pomiarów.
Instytut Wysokich Napięć - Zakład- Aparatury Trakcyjnej Politechniki Gdańskiej, wykorzystując własny patent [5], dotyczący ciągłego pomiaru zużycia przewodu jezdnego, o-pracował do tęgo celu wagon pomiarowy wyposażony w urządzenia z rejestracją analogową. Wagony wyposażone w takie urządzenia zostały wykonane dla Śląskiej i Północnej DOKF
Najbardziej kompleksowe i nowoczesne rozwiązanie wagonu pomiarowego dla potrzeb stawianych przez eksploatację sieci trakcyjnej zaprojektowała i zrealizowała grupa robocza utworzona przez Zarząd Elektrotechniki w Federalnym Ministerstwie Komunikacji CSRS, a złożona ze specjalistów Zarządu i Instytutu Naukowo-Badawczego Komunikacji [4]. Wagon ten umożliwia wykonywanie następujących pomiarów:
- wysokości zawieszenia przewodu jezdnego nad główką szyny,
- profilowania sieci jezdnej;
- częstości i czasu trwania przerwy na styku przewód jezdny - ślizgacz pantografu,
- zygzakowania i położenia przewodu jezdnego względem osi toru,
- zużycia przewodu jezdnego,
- unoszenia odcinka drutu jezdnego odchodzącego do kotwienia.

Rys. 1. Schemat podsystemu ASUEE

Rys. 2. Podstawowe zadania systemu ASUEE i ich wzajemne zależności

Analiza zużycia przewodu jezdnego na terenie odcinka sieci trakcyjnej XYZ

Tablica 1

  Lp. Lokali-
zacja słupa
Wyniki pomiarów
[mm]
Wyniki obliczeń [%] średnie zużycie Data
następnego pomiaru
Uwagi
zużycie
miejsce
prawy lewy prawy lewy
przed za przed za przed | za przed za
  1 29-1 10,15 9,85 10,25 9,30 11,06 13,75 10,21 13,29 12,08 18.03.1977 r.  
2 29-3 10,45 10,30 10,25 10,35 8,55 9,79 10,21 9,37 9,48 18.03.1978 r. .  
13 30-1 7,20 10,05 10,30 9,65 42,24 11,94 9,79 15,62 19,90 18.03.1976 r. prawy
14 30-3 7,50 10,45 9,73 9,50 38,73 8,55 14,86 17,07 19,80 18.03.1976 r. przed
                    15,59    

W celu zapewnienia dokładności i powtarzalności pomiarów przyjęto jako punkty odniesienia słupy trakcyjne i budowle inżynierskie typu: tunel, wiadukt, przepust i inne. Równolegle z pomiarami dotyczącymi sieci rejestruje się prędkość jazdy wagonu pomiarowego i obserwuje odbiór prądu za pomocą kamer telewizji przemysłowej - połączonej z rejestracją za pomocą magnetowidów. Zastosowano również zdalną regulację statycznego docisku pomiarowego odbieraka prądu.
Dane dotyczące mierzonych parametrów sieci trakcyjnej są odbierane za pomocą przetworników rezystancyjnych. Sygnały tych przetworników po wzmocnieniu i odpowiedniej korekcji są rejestrowane w sposób ciągły za pomocą wielokanałowego urządzenia rejestrującego produkcji czechosłowackiej typu Korditest, pracującego na zasadzie termicznej. Ponadto sygnały te koduje się za pomocą przetwornika kodu H320, Skąd doprowadza się je do urządzenia cyfrowego HP50, perforatora ZISZ 333 i elektrycznej maszyny piszącej "Consul".
Zapis kodowy z taśmy perforowanej przesyła się dalekopisem do centrum obliczeniowego, gdzie jest przetwarzany za pomocą emc - stosując odpowiedni program. Rezultaty pomiarów i ocenę jej stanu technicznego otrzymują odcinki konserwujące sieć trakcyjną i Zarząd Służby Elektrotechniki.
Zdaniem kolei - czechosłowackich zautomatyzowany proces pomiarowy oraz automatyczna ocena dużej liczby pomiarów zapewniają większą dokładność i obiektywność, a więc za ich pośrednictwem wyniki stanowią bardziej obiektywną i wiarygodną informację dla potrzeb działalności profilaktycznej w zakresie sieci trakcyjnej.

Pod kierownictwem autora przeprowadzono próbę analizy stanu sieci przy wykorzystaniu techniki komputerowej i wyników uzyskanych w trakcie wykonywania pomiarów na podstawie przepisów o utrzymaniu urządzeń sieci trakcyjnej [6]. W ramach pracy egzaminacyjnej w Technikum Energetycznym w Krakowie [2] opracowano wzory takich analiz dla potrzeb odcinka sieci trakcyjnej (tabl. 1) i Dyrekcji Rejonowej Kolei Państwowych (tabl. 2) lub Dyrekcji Okręgowej Kolei Państwowych (tabl. 3).
Do przetworzenia danych pierwotnych wykorzystano wzory analiz i opracowany przez ucznia program na minikomputer WANG.
Zdobyte doświadczenie umożliwia wykorzystanie techniki komputerowej do sporządzania sprawozdań z pomiarów prowadzonych przyrządami zaprojektowanymi przez Politechnikę Gdańską, po dopasowaniu odpowiednich przetworników A/Ci wprowadzeniu rejestracji za pomocą zapisu dyskretnego na taśmie papierowej lub magnetycznej, stanowiącego informację pierwotną wygodną do przetwarzania komputerowego.

Analiza zużycia przewodu jezdnego Tablica 2 na terenie Dyrekcji Rejonowej Kolei Państwowych ADH

Szlak ADH-ADJ tor nr 2

Lp. Sekcja sieci trakcyjnej Liczba punktów pomiaru Średnie zużycie Liczba złączek Następny pomiar i liczba punktów pomiarowych
za rok za 2 lata za 3 lata
1 1 10 9,74 0 0 4 6
2 2 21 13,24 0 5 12 4
3 3 15 13,43 0 6 5 4
Razem odcinek   46 12,55 0 11 21 14

 

Informacje te można przetwarzać za pomocą komputera lub minikomputera na informacje wtórne (pomocne w eksploatacja), np.: informacje o zużyciu przewodu jezdnego, informacje o stanie regulacji sieci trakcyjnej, informacje ' o wynikach analizy zużycia przewodu jezdnego z różnego punktu widzenia oraz w sporządzaniu planu kolejnych pomiarów w zależności od stopnia zużycia przewodu jezdnego, planu wymian przewodu jezdnego i planu zapotrzebowania materiałów dla potrzeb remontowych itp.

Analiza zużycia przewodu jezdnego Tablica 3 na terenie Dyrekcji Okręgowej Kolei Państwowych w XY

Szlak (stacja) Tor (przejście zwrotnicowe nr) Liczba punktów pomiaru Średnie zużycie Liczba złączek Następny pomiar i liczba punktów pomiarowych
za rok za 2 lata za 3 lata
XYZ 1 36 9,29 1 2 11 23
2 23 4,97 0 0 0 23
ADH-ADJ 1 46 15,72 0 19 12 15
2 46 12,55 0 11 21 14

 

Podobnie przy telesterowaniu podstacjami trakcyjnymi, zamiast żądać od dyspozytora prowadzenia dziennika służby zawierającego zapis wszystkich manipulacji z podaniem czasu, można przekazać wykonywanie tej czynności komputerowi lub minikomputerowi po przygotowaniu przetwornika kodu stosowanego w u-rządzeniach sterujących, np. systemu BUSZ (bezstykowe urządzenie sterowania zdalnego), na kod stosowany, np. w minikomputerach systemu MERA. Wdrożenie tego rodzaju techniki do eksploatacji odciążyłoby dyspozytora zasilania od żmudnych zapisów i umożliwiłoby mu bardziej wnikliwą analizę sytuacji.
W tej technice możliwe jest zróżnicowanie informacji na informacje o różnym stopniu szczegółowości i stopniu przetwarzania dla różnych szczebli zarządzania, przez co uzyskuje się ułatwienie nadzoru nad eksploatacją urządzeń zasilających oraz ułatwienie badania związków zachodzących między pracą przewozową kolei a przebiegiem obciążenia i zużywania się urządzeń zasilających. Powinno to spowodować bardziej skuteczne kierowanie eksploatacją urządzeń zasilania.
W wyniku prac nad zastosowaniem techniki komputerowej i eksploatacji urządzeń zasilania - prowadzonych przez autora - uzyskano pierwsze doświadczenia w zakresie określania obciążeń podstacji trakcyjnych za pomocą matematycznej maszyny cyfrowej Odra 1013 [3] oraz odnośnie analizy zużycia przewodu jezdnego o dwu stopniach szczegółowości zrealizowanej za pomocą minikomputera WANG 2000 [2]. Po opracowaniu i opanowaniu przetworników istnieje możliwość przeprowadzania analiz zużycia przewodu jezdnego nawet w odstępach co 1 m i przy największych prędkościach jazdy zgodnie z zaleceniami OSŻD.

Bibliografia:

[1] Chłopkov M. W., Mirosmićenko R. I., Kupcov I. 1., Radionov N. I.: Automatyzacija upravlenija chozjajstvom elektryfikacji i eniergietyki. Żełeznodo-roźnyj Transport 1975 nr 1
[2] Jasiński P.: Analiza zużycia przewodu jezdnego przy użyciu minikomputera WANG 2000. Praca egzaminacyjna nie publikowana Technikum Energetyczne Kraków 1976
[3] Łuczywek Z.: Metoda określania obciążenia podstacji trakcyjnej kolejowej przy wykorzystaniu matematycznej maszyny cyfrowej. Praca doktorska nie publikowana Wydział Elektryczny Politechniki Warszawskiej 1972/73
[4] Travnicek J.: Primienienije izmieritielnych vago-nov dla kontaktnoj sieti na CSD. Biulleten organizacji sotrudnićestva źeleznych dorog 1975 nr 2
[5] Patent 77929 PRL: Ciągły pomiar zużycia przewodu jezdnego
[6] Przepisy o utrzymaniu urządzeń sieci trakcyjnej. Ministerstwo Komunikacji Mte58 1973