CC BY
363Системы автоматики в метрополитенах
УДК 625.42
К. А. Шумаков
Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»,
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
АВТОМАТИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ
СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНОВ
Введение
Электроснабжение - ключевая система в структуре метрополитена. Диспетчер участка энергоснабжения (ЭД) осуществляет контроль и управление устройствами электроснабжения метрополитена. Оперативная работа ЭД:
■ технологический процесс работы электроустановок;
■ допуск персонала на рабочие места;
■ контроль за соблюдением техники безопасности при работе с установками и т. д.;
Эта работа четко формализована должностными инструкциями.
Выполнение поставленных перед ЭД задач требует концентрации внимания и быстроты принятия решения.
Для повышения качества работы ЭД были разработаны и внедрены на метрополитене алгоритмы автоматизации управления, в основном касающиеся работы с устройствами электротяговой сети.
Рассмотрим реализацию и особенности части алгоритмов автоматизации работы ЭД с контактной сетью.
1. Устройства электроснабжения
Устройства электроснабжения метрополитена должны обеспечивать [1, 2]:
■ надежное электроснабжение подвижного состава;
■ надежное электропитание всех потребителей в метрополитене;
■ иметь необходимый резерв.
Основными потребителями электрической энергии в метрополитене являются [1, 2]:
■ тяга поездов - самый емкий потребитель, доля расхода электроэнергии для движения поездов составляет около 67 % от общего ее потребления;
■ электроприводы эскалаторов, потребляющие около 6 % от общего расхода электроэнергии;
49
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
■ устройства автоматики и телемеханики движения поездов, чья нагрузка и расход энергии сравнительно малы, но значение их для обеспечения графика и безопасности движения велико;
■ осветительные приборы станций, вестибюлей, переходов, служебных помещений, на которое расходуется примерно 10 % электроэнергии;
■ вентиляционные и насосные установки, потребляющие около 10 % электроэнергии;
■ предприятия, обеспечивающие содержание и ремонт сооружений и устройств хозяйства метрополитена, потребляющие около 4 % электроэнергии;
■ силовые нагрузки на станциях и в тоннелях (уборочные машины, электроинструменты, сварочные аппараты, механизмы для путевых и других работ и т. д.).
Все без исключения потребители получают электроэнергию от подстанций метрополитена, которые, в свою очередь, подключены к подстанциям или электростанциям городской электрической сети. Тяговые подстанции питают тяговую сеть 825 В, а понизительные подстанции - остальных потребителей. На метрополитене тяговые подстанции объединены с понизительными и образуют совмещенные тягово-понизительные подстанции (СТП). Имеются отдельно стоящие понизительные подстанции: вестибюльные (ВПП), тоннельные (ТПП), деповские (ДПП). Существуют два варианта реализации схемы питания тяговой сети:
■ централизованная;
■ децентрализованная (рассредоточенная) система.
При централизованной системе тяговые подстанции размещаются на максимально возможном расчетном расстоянии друг от друга. Каждая тяговая подстанция питает контактную сеть нескольких перегонов.
В метрополитене применена децентрализованная система электроснабжения тяги поездов, при которой СТП сооружаются, как правило, непосредственно на каждой станции. Надежность децентрализованной системы питания оценивается выше, чем централизованной, за счет приближения подстанций к потребителю электроэнергии и сокращения протяженности питающих его кабельных линий, а значит, и снижения потерь электроэнергии [1].
В метрополитене применяется система телеуправления и производится непрерывный контроль за состоянием объектов СТП на всех линиях. Осуществляется это с диспетчерского пункта, который оборудован рабочим местом диспетчера (АРМ-ЭД). АРМ-ЭД представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, выполняющих следующие функции:
■ телеуправление (ТУ) по каналам ВРТФ-3, МКТ, ЛИСНА, КАС ДУ объектами СТП;
50
Системы автоматики в метрополитенах
■ отображение всех мнемосхем СТП линии метрополитена на одном уровне управления и контроля;
■ телесигнализация (ТС) и индикация актуального состояния объектов СТП на мнемосхемах;
■ телеизмерения (ТИ) токов и напряжений объектов СТП;
■ протоколирование поступивших в АРМ-ЭД «телесигналов» и действий диспетчера по телеуправлению;
■ самодиагностирование - определение корректного состояния функционирования АРМ-ЭД, оборудования КАС ДУ и технологических каналов ТУ, ТС и ТИ;
■ автоматизация работы диспетчера - осуществление планового снятия и подачи напряжения на контактный рельс, экстренного снятия напряжения с контактного рельса [3];
■ вспомогательное информирование диспетчера: определение правильности схемы 825 В, наличия напряжения на разъединителях 825 В, счетчиках автоматических повторных включений фидеров 825 В, цветовая индикация коммутационной схемы, количества поездов, находящихся на фидерной зоне.
2. Электротяговая сеть
Для облегчения понимания описанных алгоритмов расскажем о контактной сети метрополитена (рис. 1).
СТАНЦИЯ 1
СТАНЦИЯ 2
I
Л
АФ1 1АФ21 1РФ I 1Аф3 I 1АФ41
|1ЛР2р|
2 гл. путь
Р1
ЛР3р II Л.
С> <:
Л
> <с
рГ\
L 11
Л
ЛР2 I [Л
1АФ11 1АФ21 I РФ 1АФ3 I 1аФ4
*2р]
' 2 гл. путь
Р!
1 гл. путь
О С
ЛР3р 11ЛР3 I
I
Л
> «С
Р4
1 гл. путь~
Рис. 1. Тяговая сеть
3
Контактный рельс каждого главного пути перегона получает питание от двух СТП, своей и соседней. Таким образом, при потере напряжения на одной СТП контактный рельс остается под напряжением (питание по консоли). Для разделения контактных рельсов между собой на главном пути
51
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
перегона перед платформой каждой станции по ходу движения поезда имеется «неперекрываемый» промежуток длиной не менее 14 м. Контактный рельс, ограниченный «неперекрываемыми» промежутками и запитанный посредством двух фидерных автоматов (АФ825В) и соответствующих линейных разъединителей (ЛР825В), называется фидерной зоной. Принято считать, что фидерный автомат, находящийся в начале зоны, называется пусковым, в конце - подпитывающим. Резерв питания осуществляется посредством резервного фидерного автомата (РФ825В), который может подключаться к первому или второму главному пути станции, имеет два линейных разъединителя. Все автоматы подключены к шине 825 В, которая, в свою очередь, запитана через катодный автомат (КВА) от высоковольтной части СТП. В зависимости от загруженности станции количество КВА варьируется от двух до четырех [1].
Основной задачей разработки и внедрения алгоритмов управления СТП является автоматизация трудоемких и критичных к времени исполнения процессов. Такими задачами являются:
■ плановая подача и снятие напряжения с контактного рельса; для проведения необходимых ремонтных и технологических работ в тоннеле нужно обеспечить отсутствие напряжения на контактном рельсе в ночное «окно»;
■ экстренное снятие напряжения с контактного рельса при возникновении аварийных ситуаций в дневное время.
Для решения этих задач совместно со службой «Э» Петербургского метрополитена были разработаны соответствующие алгоритмы, которые предоставляют возможность одновременного управления объектами при подаче и снятии напряжения с контактного рельса на СТП управляемой линии метрополитена.
3. Алгоритм плановой подачи и снятия напряжения
Алгоритм плановой подачи и снятия напряжения обеспечивает [4, 5]:
■ проверку условий;
■ диалог с диспетчером;
■ подачу команд ТУ на объекты, находящиеся под нагрузкой 825 В;
■ контроль за прохождением команд телеуправления с использованием данных телесигнализации;
■ выдачу сообщений диспетчеру о состоянии системы управления;
■ автоматическое формирование записей для протокола работы системы.
Исходные условия для работы алгоритма:
■ все СТП линии находятся в режиме телеуправления;
■ все объекты телеуправления находятся в режиме телеуправления;
■ каналы и цепи телеуправлении и телесигнализации исправны.
52
Системы автоматики в метрополитенах
Снятие напряжения может осуществляться как полностью со всей линии, так и поэтапно с участков, для обеспечения безопасности работ на смежных линиях. При поэтапном снятии, для облегчения работы диспетчера, алгоритмом предусмотрен выбор по умолчанию участков для снятия. Считается, что со станции снято напряжение, если на СТП имеется телесигнализация включенного положения защитного заземлителя 825 В (ЗЗ825В) и сигнализация отсутствия напряжения на шине 825 В. Снятие напряжения с линии начинается с отключения всех включенных КВА на каждой СТП особо. После получения соответствующего подтверждения об отключенном положении всех КВА алгоритм ожидает телесигнала отсутствия напряжения на секциях шин (КНШ) по всем СТП линии. Далее отключаются все включенные АФ825В на каждой СТП особо. Стандартная СТП имеет пять АФ825В - для ускорения процесса отключения используется групповая команда телеуправления автоматами, которая позволяет одним приказом отключить все автоматы. Последним шагом алгоритма является команда на включение ЗЗ825В. Снятие напряжения с участка имеет отличия от общего алгоритма (рис. 2):
■ КНШ ожидается только с СТП, участвующих в снятии;
■ необходимо отключить подпитывающие АФ825В на «пограничных» СТП для обеспечения отсутствия напряжения.
Подача напряжения осуществляется в два этапа (рис. 3). Сначала необходимо отключить ЗЗ825В по все линии. Далее, по алгоритму, учитывающему текущую дату и количество КВА на СТП, включаются агрегаты. После их включения включаются все АФ825В.
4. Алгоритм экстренного снятия напряжения с контактного рельса
В данном случае программа позволяет обеспечить снятие напряжения с фидерной зоны, на которой это необходимо (падение пассажира, поломка состава, возгорание и т. д.). В процессе выполнения программы учитываются все необходимые условия для обеспечения снятия напряжения и соблюдения технологического процесса. Для каждой станции условия алгоритма свои - это связано с особенностью путевого развития и схем питания контактного рельса.
На рис. 4 представлен обобщенный алгоритм снятия напряжения с контактного рельса.
53
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
Начало. Запуск алгоритма снятия напряжения
Рис. 2. Алгоритм снятия напряжения в ночное «окно»
54
Системы автоматики в метрополитенах
Рис. 3. Алгоритм подачи напряжения в ночное «окно»
55
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
'Начало. Запуск алгоритма экстренного v снятия напряжения.
Отключить АФ825 на
Рис. 4. Алгоритм экстренного снятия напряжения
5. Поездная обстановка
Задача алгоритма анализа поездной обстановки - определить количество поездов на фидерной зоне и отобразить эту информацию для диспетчера в удобном виде. На базе алгоритмов построения исполненного графика движения поездов был разработан компонент, позволяющий рассчитывать количество поездов на заданном участке. Таким образом, определив принадлежность рельсовых цепей к фидерной зоне, можно информировать диспетчера о количестве поездов на ней. Важно уточнять положение поезда при переходе с одной фидерной зоны на другую. В случае, если границы рельсовых цепей приходятся на 14-метровый разрыв, то наличие поезда на фидерной зоне будет определяться по факту занятия двух рельсовых
56
Системы автоматики в метрополитенах
цепей (рис. 5). Данная информация помогает диспетчеру оперативно принять правильное решение при экстренном снятии напряжения и при аварийном самопроизвольном отключении АФ825В. Алгоритм отображения поездной обстановки изображен на рис. 5. Из рисунка видно, что около изображения каждого контактного рельса имеется индикатор, разделенный на три ячейки:
■ средняя ячейка информирует о количестве поездов на фидерной зоне, без учета границ переходов с одной зоны на другую;
■ левая и правая ячейки учитывают только граничные значения.
Таким образом, при переходе подвижного состава с одной фидерной
зоны на другую диспетчер увидит его на двух фидерных зонах.
Рис. 5. Поездная обстановка
При отображении коммутационной схемы СТП используется цветовая индикация, которая зависит от наличия напряжения и принадлежности к коммутируемому напряжению. Для решения этой задачи стоится граф коммутационных элементов с описанием всех зависимостей между ними. С заданным периодом происходит обход графа и назначаются признаки наличия напряжения на каждом его элементе. Граф строится для каждой СТП, далее описываются связи между графами всех станций линии и смежными станциями соседних линий.
57
Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов
Заключение
Алгоритмы автоматизации позволяют ускорить время выполнения технологических процессов, проконтролировать выполнение переключений, повысить информативность имеющихся мнемосхем.
Реализация и внедрение алгоритмов автоматизации свидетельствуют об эффективности их использования в работе ЭД. Например, снятие напряжения в ночное «окно» с 19 СТП занимает менее двух минут, при этом диспетчер контролирует весь процесс и имеет возможность воздействовать на него. Алгоритмы позволяют быстро и правильно обеспечить экстренное снятие напряжения, когда время и правильность действий диспетчера являются крайне важными параметрами, и снятие напряжения с контактного рельса.
Автоматизация четко формализованных технологических процессов снижает количество ошибок, уменьшает время выполнения работы и сводит к минимуму «человеческий фактор».
Библиографический список
1. Фролов Ю. С. Метрополитены : учебник для вузов / Ю. С. Фролов, Д. М. Голицын-ский, А. П. Ледяев. - М. : Желдориздат, 2001.
2. Манаков А. Д. Нормы опасного и мешающего влияния помех на устройства АЛС-АРС системы БАРС Петербургского метрополитена / А. Д. Манаков, А. А. Блюдов, А. Г. Кабецкий, А. А. Трошин // Автоматика на транспорте. - 2015. - Т. 1. - № 1. - С. 28-39.
3. Никитин А. Б. Реализация комплексной автоматизированной системы диспетчерского управления линией метрополитена / А. Б. Никитин, М. Ю. Королев // Наука и транспорт: метрополитены будущего. - 2010. - С. 39-41.
4. Инструкция о порядке производства работ сторонними организациями в эксплуатируемых сооружениях Петербургского метрополитена I-38. - СПб. : ГУП «Петербургский метрополитен», 2010.
5. Инструкция о порядке снятия и подачи напряжения на контактный рельс Петербургского метрополитена. - СПб. : ГУП «Петербургский метрополитен», 2010.
Email: shumakov.kostva@gmail.com
58
