CC BY
39
УДК 629.4.073
Влияние системы безопасности высокоскоростного электропоезда «Afrosiyob» на условия эксплуатации
А. Я. Якушев 1, Т. М. Назирхонов 1, Ж. О. Кувондиков 1, Д. О. Раджибаев 2
1 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
2 Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, Республика Узбекистан, 100167, Ташкент, ул. Адылходжаева, 1
Для цитирования: Якушев А. Я., Назирхонов Т. М., Кувондиков Ж. О., Раджибаев Д. О. Влияние системы безопасности высокоскоростного электропоезда «А&о$1уоЬ» на условия эксплуатации // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2019. - Т. 16, вып. 3. - С. 478-488. Б01: 10.20295/1815-588Х-2019-3-478-488
Аннотация
Цель: Определение влияния системы безопасности в процессе движения на работу высокоскоростного электропоезда «А&о$1уоЬ», являющегося аналогом испанского электропоезда «Та^о-250», анализ режимов движения и условий эксплуатации с учетом повышенных требований безопасности применительно к организации движения и эксплуатации высокоскоростного электропоезда на участке Ташкент-Самарканд железных дорог Узбекистана, оценка рисков и угроз безопасности с точки зрения серьезности их последствий и негативных воздействий, а также оценка их повторяемости или вероятности возникновения, приводящих к угрозе безопасности. Методы: Проанализирована система безопасности высокоскоростного электроподвижного состава и выполнена серия тяговых расчетов на участке Ташкент-Хаваст с введением ограничений на режимы движения, обусловленных защитными воздействиями системы безопасности. Результаты: Рассмотрены условия и параметры движения высокоскоростного подвижного состава с учетом требований к обеспечению безопасности при ограничениях времени хода. Практическая значимость: Приведенные материалы полезны специалистам железнодорожного транспорта, в частности работа которых сопряжена с организацией движения и эксплуатацией, а также с разработкой мероприятий по повышению эффективности использования высокоскоростного пассажирского электроподвижного состава на магистральных и пригородных участках железных дорог Узбекистана.
Ключевые слова: Высокоскоростной электроподвижной состав, система безопасности, условия эксплуатации, повышенные требования безопасности, лимиты скорости электропоезда.
Введение
Высокоскоростной электропоезд «Айшь уоЬ», являясь аналогом испанского электропоезда «Та^о-250» (рис. 1), представляет собой состав постоянного формирования с электрической тягой, обеспечиваемой головным и концевым вагонами электропоезда. В состав электропоезда входят восемь пассажирских вагонов и вагон-ресторан.
Силовые моторные вагоны двухсистемные, т. е. эксплуатируемые на линиях с напряжением контактной сети 25,0 кВ (переменного тока) и 3,0 кВ (постоянного тока). В процессе работы на участках переменного тока мощность каждого моторного вагона составляет 2400 кВт, а на участках постоянного тока -2000 кВт. Силовые моторные вагоны, массой 72 т каждый, оборудованы тяговыми преобразователями с ЮВТ-транзисторами рабочим на-
Рис. 1. Электропоезд «Afrosiyob»
пряжением 6,5 кВ и асинхронными тяговыми электродвигателями. В тяговых преобразователях применена типовая для двухсистемных электровозов «Bombardier» схема преобразования энергии.
С учетом того, что высокоскоростной электропоезд «Afrosiyob» разработан на базе электропоездов «Talgo-250», продолжительное время успешно эксплуатируемых на европейских железных дорогах, «Afrosiyob» оборудован системами, удовлетворяющими всем требованиям, предъявляемым к высокоскоростным электропоездам Европы [1]. Для обеспечения эксплуатации на железных дорогах Узбекистана и взаимодействия с существующими системами безопасности (АЛСН) электропоезд оснащен прибором безопасности КЛУБ-У.
Система безопасности поезда при возникновении неисправности способна без участия машиниста взять на себя функцию управления и произвести либо ограничение скорости движения, либо экстренно остановить поезд. Она называется Системой Администрации Контроля Поезда (TCMS) [2].
Структура TCMS является иерархической и подразделяется на три уровня контроля:
- контроль поезда;
- контроль одной единицы транспортного средства;
- контроль тяги.
TCMS осуществляет наблюдение и контроль следующих систем и элементов электропоезда:
- цепь высокого напряжения;
- силовая часть (трансформатор/конвертер/двигатель);
- режимы функционирования блоков системы управления;
- тележки (температура колес, редуктор, нестабильность);
- подвески (вибрации в механической части, давление в пневмоболонах);
- цепи безопасности;
- цепи управления дверями.
Информация о состоянии всех элементов
и систем передается в систему диагностики, для того чтобы информировать машиниста о необходимых параметрах и их состоянии, а
также для анализа обслуживающим персоналом уровня безопасности [3].
В процессе программного управления транспортным средством термин «идентификация» используется для обозначения функции, которая в случае аварии подготавливает электропоезд к диагностическому обслуживанию. Для того чтобы ответственный по электропоезду специалист смог идентифицировать аварию или неполадку, загорается мигающая кнопка идентификации, которая расположена на консоли панели машиниста. При активации этой кнопки вызывается функция идентификации для всех неисправностей, которые существуют на момент контроля. Идентификация аварий может привести к выключению субсистемы.
При наличии неисправности желтый индикатор на мониторе указывает, в какой единице электропоезда возникла неисправность.
Все важные подсистемы в поезде при появлении неисправности или сбоя в работе подают сигнал через систему машинисту. На экране дисплея индикация неисправностей отображается посредством изменения цвета
на оранжевый того узла, в котором появляется неисправность (рис. 2). Пренебрежение или выключение оповещения, а также воздействие на систему в головном вагоне отображается соответствующим символом в пункте Обзор [4].
Система управления поезда подразделяется на так называемые «подсистемы». Такое подразделение помогает обеспечить не только неисправность, но и установить, какие узлы могут быть отключены от воздействия на систему управления.
Для манипуляций с системой, отключения или включения определенных узлов, деактивации воздействия неисправности на систему используется шкаф с панелью выключателей, называемый ВТСАВ (рис. 3).
Анализ и регистрация опасностей выполняются по принципу, указанному на рис. 4.
Угрозы безопасности классифицируются по нескольким уровням. К угрозам высокого уровня относятся:
- пожар;
- столкновение с другим подвижным составом;
Рис. 2. Экран дисплея с оповещениями о неисправности
Рис. 3. Шкаф BTCAB
Рис. 4. Алгоритм анализа угрозы (а) и оценка рисков (б)
а
- сход с рельсов;
- ущерб для пассажиров, персонала или общества;
- загрязнение окружающей среды;
- серьезный материальный ущерб. Оценка последствий в случае происшествий производится по табл. 1.
Оценка частоты последствий выполняется по принципам, систематизированным в табл. 2.
Фактор риска оценивается с учетом частоты повторяемости опасности с его последствиями. В соответствии с европейскими и международными стандартами риск подразделяется на несколько категорий. Компания Talgo
ТАБЛИЦА 1. Оценка последствий происшествий
Происшествие: вид последствия Последствия для общества Материальный ущерб Загрязнение окружающей среды
Незначительные Возможные незначительные травмы людей До 10 тыс. евро Незначительный ущерб одной системе
Второстепенные Неизбежные незначительные травмы людей От 10 до 100 тыс. евро Серьезный ущерб одной или нескольким системам
Критичные Гибель одного человека и/или серьезные травмы нескольких человек От 100 тыс. евро до 1 млн евро Потеря одной важной системы с повреждением сопутствующих или связанных систем
Катастрофические Гибель двух и более человек и/или серьезные травмы нескольких человек До 1 млн евро Масштабное загрязнение на большой площади, с длительным воздействием последствий
ТАБЛИЦА 2. Уровни опасности
Категория уровня опасности Описание частоты возникновения Частота возникновения
Частые Угроза опасности присутствует постоянно 10-100 раз в год
Возможные Угроза опасности происходит с периодичностью до 1 раза в месяц 1-10 раз в год
Случайные Ежегодно один раз Один раз каждые 1-10 лет
Отдаленные Может произойти в течение жизненного цикла Один раз каждые 10-1000 лет
Маловероятные Маловероятные, но возможные Один раз каждые 1000-100 000 лет
Невероятные Предполагается, что опасность не произойдет Меньше, чем один раз в 100 000 лет
ТАБЛИЦА 3. Факторы риска
Частота одного проишествия Незначительные Второстепенные Критичные Катастрофические
Частые Нежелательный риск Не приемлемый риск Не приемлемый риск Не приемлемый риск
Возможные Приемлемый риск Нежелательный риск Не приемлемый риск Не приемлемый риск
Случайные Приемлемый риск Нежелательный риск Нежелательный риск Не приемлемый риск
Отдаленные Незначительный риск Приемлемый риск Нежелательный риск Нежелательный риск
Маловероятные Незначительный риск Незначительный риск Приемлемый риск Приемлемый риск
Невероятные Незначительный риск Незначительный риск Незначительный риск Незначительный риск
ТАБЛИЦА 4. Категория риска
Категория риска Требуемые действия
Не приемлемый риск Дальнейшие улучшения в конструкции или системе необходимы для устранения опасности полностью или для снижения риска до приемлемого уровня
Нежелательный риск Дальнейшие улучшения необходимы для уменьшения рисков до приемлемого уровня
Приемлемый риск При данном положении осуществляется постоянный контроль с предупредительными мерами (периодические проверки, анализ эксплуатации и технического состояния, предупреждение и обучение персонала)
Незначительный риск Приемлем. Дальнейшие действия не требуются
использует категории, указанные в ЕК50126 (табл. 3) [2].
Для каждой угрозы безопасности риск должен быть сведен к наименьшему уровню. В связи с этим необходимо применять соответствующие действия по предотвращению данных угроз (табл. 4).
Если авария приводит к деградации подсистемы, то происходит снижение скорости за счет применения максимального тормозного усилия (ограничения скорости либо экстренного торможения до полной остановки).
С этого момента в случае ограничения скорости TCMS следит, чтобы предельная скорость не превышала ограничение до прекращения подачи сигнала о неисправности.
В зависимости от серьезности неисправностей ограничения устанавливаются в пределах от 5 до 235 км/ч. Ограничения, выявленные системой без участия машиниста, при возникновении неисправностей обозначены как лимиты (Lim) скорости. Приведем основные виды неисправностей, при которых действуют лимиты скорости [5-7]:
1) максимальная скорость электропоезда V = 250 км/ч;
2) Lim 235 км/ч - ограничение выявляется системой при отключении от питания воздухом тормозов на двух вагонах одновременно;
3) Lim 220 км/ч - ограничение устанавливается системой при выявлении вибрации и нестабильности механической части первого уровня в вагонах или локомотиве. Данное ограничение имеет место и при деактивации оповещения о неисправности дверей. Выявление повышенного давления в тормозных цилиндрах также приводит к данному лимиту скорости. Помимо вышеуказанных неисправностей такой лимит может быть вызван неисправностью датчиков контроля тележки (потеря сигнала);
4) Lim 200 км/ч - ограничение устанавливается системой при температуре в редукторах выше t < 135 °C. При дальнейшем повышении температуры по достижении t < 145 °C срабатывает экстренное торможение;
5) Lim 185 км/ч - ограничение устанавливается системой при выявлении вибрации и нестабильности механической части второго уровня в моторном вагоне;
6) Lim 180 км/ч - ограничение устанавливается системой при нижеперечисленных неисправностях:
- при выявлении превышения температуры в подшипниках буксы на локомотиве и в вагонах свыше 95 °C,
- включение переключателя 4S11, который находится в промежуточном вагоне,
- включение переключателя 47S72 в ВТСАВ, который деактивирует все ограничения, вызванные в поезде,
- включение переключателя 47S73 в ВТСАВ, в результате чего снимаются ограничения, вызванные неисправностью в моторной тележке локомотивов,
- при работе в режиме сцепки (с локомотивом либо вторым составом),
- при потере связи с кабелем WTB;
7) Lim 140 км/ч - ограничение устанавливается системой при механическом отключении трех осей вагонов от тормозной магистрали;
8) Lim 80 км/ч - ограничение при индивидуальном неотпускании тормозов, когда колодки продолжают тормозить, изнашивая тормозной диск более 15 мин;
9) Lim 40 км/ч - ограничение при возникновении проблем с уровнем воздушной подвески вагонов, а также системой при блокировке колес прицепного или моторного вагона;
10) Lim 9 км/ч - ограничение возникает при проблемах отключения стояночного тормоза;
11) Lim 5 км/ч - ограничение устанавливается при открытых створках автосцепки.
Ряд мер при выявлении неисправности подразумевает продолжение движения поезда. Это означает, что движение при появлении некоторых неисправностей возможно с ограниченной скоростью [8-10].
Автоматическое принятие мер защиты при обнаружении неисправностей системой управления поездом предусматривает большинство случаев, которые могут возникнуть, и имеет гибкую функциональность для контроля обслуживающим персоналом и обеспечения высокоэффективной эксплуатации состава [1].
Для анализа влияния ограничений на время поездки выбран участок Ташкент-Хаваст железных дорог в Узбекистане. Расчеты проводились с помощью программы КОРТЭС (рис. 5). Результаты тяговых расчетов приведены в табл. 6 [5].
Выполненной серией расчетов при движении с минимальным ограничением времени хода установлено, что такие ограничения практически не влияют на условия эксплуатации. При введенных второстепенных угрозах, ограничивающих скорость движения, время хода поезда увеличивается, поезд приходит в конечный пункт с опозданием на 6 мин. При введенных критических угрозах, ограничивающих скорость движения, время хода поезда существенно увеличивается, опоздание поезда составляет более 2 ч.
Авторы предполагают продолжить описание результатов расчета в программе КОРТЭС иллюстрацией заданных параметров моделирования и отчетами о поездках в части удель-
Рис. 5. Графики расчета режимов движения в программе КОРТЭС
ТАБЛИЦА 6. Влияние ограничений на режим движения электропоезда на участке
Ташкент-Хаваст
Время хода электропоезда Устанавливаемый лимит скорости Влияние ограничений на время поездки
75,5 мин Lim 235, Lim 220, Lim 200, Lim 185, Lim 180 Практически не влияют
81,4 мин Lim 140 Влияют задержкой на 6 мин
Более 2 ч Lim 80, Lim 40 Влияют существенно
ного расхода электроэнергии при различных движениях с учетом ограничения скоростей движения.
Заключение
С увеличением скоростей перевозок возрастает значимость обеспечения безопасности на электроподвижном составе. При выходе из строя определенных элементов обязательно должны приниматься меры для предотвращения негативных воздействий и устранения угрозы безопасности.
Решения компании «Talgo» по обеспечению безопасности, внедренные с учетом требований безопасности для Европейского региона, обеспечивают высокий уровень безопасности при эксплуатации высокоскоростных поездов «Afrosiyob» на железных дорогах Узбекистана. Интегрирование в систему безопасности комплекса КЛУБ, необходимое для эксплуатации на железных дорогах Узбекистана, реализовано оптимально.
Полученные параметры скоростей движения с разными ограничениями могут быть полезны специалистам, работающим в сфере эксплуатации высокоскоростного пассажир-
ского подвижного состава в условиях Государственной акционерной железнодорожной компании «Узбекистан темир йуллари».
Библиографический список
1. Лувишис А. Л. Высокоскоростные поезда на железных дорогах стран-членов ОСЖД / А. Л. Лувишис // Бюл. ОСЖД. - Варшава, 2012. - № 4. -С.17-27.
2. Испытания «Тальго» - нового поезда РЖД. -URL : http://poezd.drezna.ru/info/2014/ispytania-poezda-talgo (дата обращения : 02.04.2019).
3. Бердиев У Т. Эксплуатация и ремонт электровозов «O'zbekiston» и «O'z-Y» / У Т. Бердиев, И. С. Ка-малов, У Ш. Исроилов, Д. О. Раджибаев. - Ташкент : MCHJ ADAD PLYUS, 2016. - 286 с.
4. Аблялимов О. С. К исследованию процесса движения высокоскоростных поездов в кривых участках железных дорог / О. С. Аблялимов // Изв. Транссиба. - 2014. - № 4 (20). - C. 2-9.
5. Аблялимов О. С. К вопросу организации высокоскоростного движения пассажирских поездов на участке Ташкент-Самарканд / О. С. Абля-лимов, О. М. Курбанов // Актуальные вопросы высокоскоростного движения. - Ташкент : Ташкент. ин-т инженеров ж.-д. транспорта, 2013. -С. 10-13.
6. Овчинников А. Н. Скоростное и высокоскоростное движение на железных дорогах Узбекиста-
на / А. Н. Овчинников, А. Ф. Расулов, З. Т. Фозилов // Путь. - 2012. - № 5. - С. 65-67.
7. Пузанков А. Д. Методы расчета и использования показателей надежности в эксплуатации : учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта / А. Д. Пузанков. - М. : МИИТ, 2004. - 61 с.
8. Исаев И. П. Определение эксплуатационных коэффициентов электроподвижного состава с учетом последействия в процессе его функционирования / И. П. Исаев, А. В. Горский, В. А. Козырев // Труды МИИТ. - 1976. - Вып. 524. - С. 66-73.
9. Штраус П. Надежность и техническое обслуживание железнодорожного подвижного состава : отчет о НИР / П. Штраус. - Дрезден : Высшая школа техники и экономики, 2010. - 91 с.
10. Talgo 250 - максимальная универсальность в эксплуатации и высокая скорость. - URL : https:// www.talgo.com/ru/rolling-stock/high-speed/250-ru/ (дата обращения : 02.04.2019).
Дата поступления: 15.05.2019 Решение о публикации: 27.05.2019
Контактная информация:
ЯКУШЕВ Алексей Яковлевич - канд. техн. наук, доцент; [email protected] НАЗИРХОНОВ Тулаган Мансурхон угли -аспирант; [email protected] КУВОНДИКОВ Жалолиидин Мангуберди Олимбой угли - аспирант; jaloliddin1690@ gmail.com
РАДЖИБАЕВ Давран Октамбаевич - канд. техн. наук, ст. преподаватель; [email protected]
The influence of the safety system of the "Afrosiyob" high-speed electric train on operating conditions
A. Ya. Yakushev 1, T. M. Nazirkhonov 1, Zh. O. Kuvondikov 1, D. O. Rajibaev 2
1 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
2 Tashkent Railway Engineering Institute, 1, Adylkhodzhaev ul., Tashkent, 100167, The Republic of Uzbekistan
For citation: Yakushev A. Ya., Nazirkhonov T. M., Kuvondikov Zh. O., Rajibaev D. O. The influence of the safety system of the "Afrosiyob" high-speed electric train on operating conditions. Proceedings of Petersburg Transport University, 2019, vol. 16, iss. 3, pp. 478-488. DOI: 10.20295/1815-588Х-2019-3-478-488 (In Russian)
Summary
Objective: To determine the impact of the security system during movement on the operation of the high-speed "Afrosiyob" electric train, which is an analogue of the Spanish Talgo-250 electric train. To analyze driving modes and operating conditions taking into account the increased safety requirements in relation to the organization of movement and operation of the high-speed electric train at the Tashkent-Samarkand section of the Uzbekistan railways. To assess the risks and threats to security in terms of the severity of their consequences and negative impacts, as well as their repetition or likelihood of causing a safety hazard. Methods: The safety system of the high-speed electric rolling stock was analyzed and a series of traction calculations were performed at the Tashkent-Havast section with the introduction of restrictions on traffic modes due to the protective effects of the security system. Results: The conditions and parameters of the high-speed rolling stock operation were considered taking into account the requirements for ensuring safety in case of travel time restrictions. Practical importance: The conducted study is useful for railway transport engineers, in particular the specialists whose work is connected with the organization of movement and operation, as well as the development of measures to improve the efficiency of using the high-speed passenger electric rolling stock at the main and suburban railway sections of Uzbekistan.
Keywords: High-speed electric rolling stock, safety system, operating conditions, increased safety requirements, electric train speed limits.
References
1. Luvishis A. L. Vysokoskorostniye poezda na zheleznykh dorogakh stran-chlenov OSZhD [Highspeed trains on the railways of the OSJD member countries]. Byulleten OSZhD [Bulletin of OSJD [Organization for Cooperation between Railways]]. Warsaw, 2012, no. 4, pp. 17-27. (In Russian)
2. Ispytaniya "Talgo"-novogopoezdaRZhD [Tests of "Talgo" - the new train of Russian Railways]. Available at: http://poezd.drezna.ru/info/2014/ispytania-poezda-talgo/(accessed: 02.04.2019). (In Russian)
3. Berdiev U. T., Kamalov I. S., Isroilov U. Sh. & Rajibaev D. O. Ekspluatatsiya i remont elektrovozov "O'zbekiston" i "O'z-Y" [Operation and repair of"O'zbe-kiston" and "O'z-Y" electric locomotives]. Tashkent, MCHJ ADAD PLYUS Publ., 2016, 286 p. (In Russian)
4. Ablyalimov O. S. K issledovaniyu protsessa dvizheniya vysokoskorostnykh poezdov v krivykh uchastkakh zheleznykh dorog [To the study of operation process of high-speed trains on curved sections of railways]. Izvestiya Transsiba [Transsib Proceedings], 2014, no. 4 (20), pp. 2-9. (In Russian)
5. Ablyalimov O. S. & Kurbanov O. M. K voprosu organizatsii vysokoskorostnogo dvizheniya passazhir-skikh poezdov na uchastke Tashkent-Samarkand [On the organization of high-speed traffic of passenger trains
at the Tashkent-Samarkand section]. Aktualniye vo-prosy vysokoskorostnogo dvizheniya [Topical issues of high-speed traffic]. Tashkent, Tashkent. Institute of Railway Transport Engineers Publ., 2013, pp. 10-13. (In Russian)
6. Ovchinnikov A. N., Rasulov A. F. & Fozilov Z. T. Skorostnoye i vysokoskorostnoye dvizheniye na zheleznykh dorogakh Uzbekistana [High-speed traffic on the Uzbekistan railways]. Put [Track], 2012, no. 5, pp. 65-67. (In Russian)
7. Puzankov A. D. Metody rascheta i ispolzovaniya pokazateley nadezhnosty v ekspluatatsii [Methods of calculating and using indicators of reliability in operation]. Manual for railway universities. Moscow, MIIT [Russian University of Transport] Publ., 2004, 61 p. (In Russian)
8. Isaev I. P., Gorsky A. V. & Kozyrev V. A. Opre-deleniye ekspluatatsionnykh koeffitsientov elektropod-vizhnogo sostava s uchetom posledeistviya v protsesse yego funktsionirovaniya [Determination of operational coefficients of the electric rolling stock, taking into account the aftereffect in the process of its functioning]. Trudy MIIT [Proceedings MIIT], 1976, iss. 524, pp. 66-73. (In Russian)
9. Strauss P. Nadezhnost i tekhnicheskoye obsluzhi-vaniye zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Ot-chet o NIR [Reliability and maintenance of the railway
rolling stock. Research report]. Dresden, Higher School of Engineering and Economics Publ., 2010, 91 p. (In Russian)
10. Talgo 250 - maksimalnaya universalnost v ekspluatatsii i vysokaya skorost [Talgo 250 - maximum versatility in operation and high speed]. Available at: https://www.talgo.com/ru/rolling-stock/high-speed/250-ru/(accessed: 02.04.2019). (In Russian)
Received: May 15, 2019 Accepted: May 27, 2019
Author's information:
Aleksey Ya. YAKUSHEV - Cand. Sci. in Engineering, Associate Professor; [email protected]
Tulagan M. ugli NAZIRKHONOV - Postgraduate Student; [email protected]
Zhaloliidin Manguberdi O. ugli KUVONDIKOV -Postgraduate Student; [email protected]
Davran O. RADZHIBAEV - Cand. Sci. in Engineering, Senior Lecturer; [email protected]
