Электроснабжение и электрификация железных дорог

С 1926 года  началась массовая электрификация железных дорог СССР. В соответствии с планом ГОЭЛРО к 1930 году была предусмотрена электрификация железных дорог общей протяженностью 372 км. В настоящее время общая протяженность электрифицированных железных дорог России более 43 тыс. км, что составляет 50,6% протяженности всей сети и около 17% мирового электрифицированного полигона. По прогнозам  электрифицированные железные дороги в России и в дальнейшем будут играть доминирующую роль, по крайней мере в первой половине ХХI века. Удельный вес электрической тяги в энергопотреблении России  составляет всего 3,8%, в то время  как удельный вес объема перевозок 85,1%.

Электрификация железных дорог предусматривает наличие мощной инфраструктуры – системы тягового электроснабжения (внешнее электроснабжение, тяговые подстанции, контактная сеть, другие линейные  устройства, предприятия обслуживания и ремонта). В настоящее время разработаны блочно-модульные подстанции постоянного тока, двухуровневая система автоматики тяговых подстанций на базе микропроцессоров и микроконтроллеров, цифровой системы передачи данных  и многое другое. Ряд новых разработок  эксплуатируется на реконструированной под скоростное движение магистрали Москва – Санкт-Петербург с обращением скоростных поездов типа «Сапсан» со скоростью, достигающей 250 километров в час.

Интенсификация прироста электрифицированных линий обусловлена конкурентной привлекательностью скоростного и высокоскоростного  железнодорожного сообщения, низкой себестоимостью перевозок по сравнению с автомобильным и авиационным транспортом, ужесточением  экологических требований. 

Аппаратура микропроцессорной телемеханики (АМТ)

Назначение:

Управление объектами электроснабжения железнодорожного транспорта, городского электрического транспорта и производственных предприятий.

Система АМТ обеспечивает:

- Передачу от ДП команд телеуправления (ТУ) на КП для переключения объектов электроснабжения на КП

- Получение на ДП информации о состоянии объектов телесигнализации (ТС) на КП

- Получение на ДП информации о величине измеряемых параметров объектов телеизмерения (ТИ) на КП

- Получение на ДП данных диагностики электрооборудования

Возможности и преимущества:

Работа по комбинированным каналам связи в режиме «кольцо»:

- Аналоговым физическим линиям связи

- Цифровым линиям связи

- Беспроводным линиям связи

- Диагностика устройств электроснабжения постоянного и переменного тока

- Программная организация телеблокировок выключателей 3,3 кВ

- Видеонаблюдение за состоянием объектов электроснабжения

- Самодиагностика узлов и модулей системы

- Контроль и анализ состояния линии связи

- Подсистема климат-контроля

- Интеграция в цифровые информационные системы

- Применение современного связевого оборудования

- Удобство монтажа

- Широкий температурный диапазон

- Защита цепей питания и линий связи от перенапряжений

- Наличие системы бесперебойного питания

Стойка КП большого объема

Стойка КП малого объема

Линейный полукомплект АМТ

Технические характеристики

Наименование параметров	Стойка КП
Исполнения	-00	-01	-02
Напряжение питания: основное, от сети переменного тока промышленной частоты, В	220
Резервное питание, В	24±2,5
Потребляемая мощность, Вт	25
Число объектов телеуправления (ТУ)	128 (256)	80 (160)	16 (32)
Число объектов телесигнализации (ТС)	384	144	48
Выходное напряжение постоянного тока цепей телеуправления, В Ток нагрузки, А, не более	24±1 0,5
Входной ток через контакты датчика ТС, мА, не более Напряжение, В, не более	5 24
Температурный диапазон, ºС	-40 – +60
Число контролируемых пунктов КП в энергодиспетчерском круге, шт.	до 256

В скобках указано количество объектов при однорелейной схеме подключения

 

Диспетчерский полукомплект АМТ

 

Технические характеристики

Возможности и преимущества:

- Обзор мнемосхемы участка на ЖК-мониторах, плазменных панелях, проекционных экранах

- Самодиагностика оборудования

- Гарантированный резерв документации

- Гарантированный резерв для управляющего ПК

Комплекс АРМ Энергодиспетчера 

Надежность, проверенная временем:

- Длительная эксплуатация почти в 70 диспетчерских пунктах (в том числе и находящихся за полярным кругом) с 2001 г. по настоящее время

- Регистрация в ОФАП (№637-1 от 2005г.)

- Сертификат ССЖТ (RU.ЦШ08.Г.00084)

Возможности и преимущества:

- Автоматическая регистрация событий в оперативном журнале и каталоге событий

- Удобный процесс создания приказов на переключение с последующим автоматическим формированием уведомления по этому приказу

- Многоступенчатая система подтверждения правильности производимых переключений

- Система звукового, речевого и визуального сопровождения событий

- Автоматизация процесса приема смены и формирование циркулярного приказа

- Работа по заявкам, нарядам и распоряжениям

- Электронный аналог суточной ведомости

- Отображение схем на экране коллективного пользования (многомониторном щите)

- Возможность описания опасных мест на дистанции энергоснабжения

- Возможность интеграции в состав Центрального энергодиспетчерского пункта (ЦЭДП)

- Практически неограниченное количество контролируемых объектов (с произвольным числом состояний) и отображение схем большого размера

- Функциональность редактора схем практически не уступает Microsoft (R) Visio (R)

- Наличие сервиса «Центр поддержки АРМ энергодиспетчера» в СПД

Основные функции АРМ энергодиспетчера центрального энергодиспетчерского пункта железной дороги (ЦЭДП)

1. Индикация текущего положения телемеханизированных и нетелемеханизированных объектов сигнализации в режиме реального времени.

2. Информация об изменении состояния объектов телесигнали­зации за заданный период времени.

Информация передается по запросу ЦЭДП, поддерживаются следующие фильтры:

– наименование энергодиспетчерского круга;

– наименования контролируемых пунктов (до пяти контроли­руемых пунктов в одном запросе);

– дата;

– интервал времени (максимум 2 ч).

Данные по каталогу событий передаются по запросам.

3. Автоматизированное формирование текста циркулярного приказа.

Сформированный приказ содержит фамилию дежурного диспетчера ЦЭДП, а также данные, полученные от участковых АРМ ЭЧЦ.

В том числе:

– фамилия участкового энергодиспетчера;

– данные о состоянии схемы (нормальная или ненормаль­ная), при ненормальной схеме передается информация

– об объектах, которые выведенных из работы;

– данные по местоположению дрезин (в резерве или вне резерва);

– список оборудования вне резерва.

4. Передача данных суточной ведомости от линейного АРМ ЭЧЦ. Используются следующие фильтры:

– наименование энергодиспетчерского круга;

– дата;

– интервал времени;

– тип приказа (приказы на переключения, приказы на работу, прием смены, запрещения на движения поездов).

В АРМ ЦЭДП данные поступают по запросу диспетчера ЦЭДП. 

5. Согласование работ по заявкам.

Для согласования с диспетчером ЦЭДП от АРМ ЭЧЦ передаются заявки на производство работ, требующие закрытия или ограничения на движение поездов.

Заявка содержит следующие данные:

– наименование ЭЧЦ;

– наименование ЭЧК;

– номер рабочей заявки;

– место работы с указанием номеров путей и километража;

– ФИО руководителя работ, его должность и группа;

– длительность окна.

Данные передаются по инициативе АРМа ЭЧЦ на сервер ЦЭДП сразу же после приема рабочей заявки линейным диспетчером. После чего, участковому энергодиспетчеру посылается уведо­мление о получении заявки диспетчером ЦЭДП. Согласованная диспетчером ЦЭДП заявка передается в соответствующий АРМ ЭЧЦ со следующими данными:

– Разрешена работа или нет;

– Время начала окна (если работа разрешена);

– Время окончания окна (если работа разрешена).

По моменту окончания работ формируются отчеты о выполненных работах и фактическом времени работы в «окне». При этом от АРМ ЭЧЦ на ЦЭДП передается следующая информация:

– наименование ЭЧЦ;

– наименование ЭЧК;

– номер рабочей заявки;

– фактическое время начала «окна» (по моменту выдачи приказа на работу);

– фактическое время окончания «окна» (по моменту получения уведомления об окончании работы);

– время закрытия движения поездов (по моменту получения приказа о закрытии на движение поездов от ДНЦ);

– время открытия движения поездов (по моменту получения приказа об открытии движения поездов от ДНЦ);

– вид работы (наименование работы). 

Инвертор

Инвертор предназначен для приёма электроэнергии, выработанной электроподвижным составом при применении электрического торможения и переработки этой электроэнергии из постоянного тока в трёхфазный переменный для последующей передачи другим (нетяговым) потребителям электроэнергии той же тяговой подстанции либо во внешнюю электрическую сеть.

Основные характеристики инвертора:

– номинальная выходная частота – 50 Гц;

– номинальное напряжение на стороне постоянного тока – 3800 В;

– максимальное напряжение на стороне постоянного тока – 4000 В;

– число фаз выходного напряжения – 3 или 6;

– диапазон изменения уровня стабилизации напряжения – 3700-3900 В;

– номинальный инвертируемый ток – 1,6 кА;

– номинальная инвертируемая мощность – 6000 кВт;

– допустимые перегрузки по току (от номинального значения):

– в течение 15 мин один раз в час – 125 %;

– в течение 2 мин один раз в час – 150 %;

– в течение 10 с один раз в 2 мин – 200 %. 

Тяговая подстанция переменного тока на основе мобильных зданий

 

Начиная с 1990-х годов был взят курс на широкомасштабное применение мобильных зданий усовершенствованной конструкции, которые сделали возможным более чем двукратное сокращение капитальных затрат на сооружение объекта при столь же существенном сокращении сроков строительства, а также обладали множеством дополнительных преимуществ:

1. Высокой степенью заводской готовности размещаемого внутри оборудования, что позволяло основной объём монтажных и пусконаладочных работ вести в заводских условиях, отличающихся комфортными условиями, а следовательно – высокими качеством и производительностью труда, доля трудозатрат непосредственно на объекте была сведена к минимуму.

2. Наличием возможности реализовать всю необходимую номенклатуру схемотехнических решений, от самых простых до наиболее сложных.

3. Приспособленностью к демонтажу и перевозке (при необходимости) на новое место эксплуатации. 

Тяговая подстанция переменного тока на основе мобильных зданий

Оборудование тяговой подстанции

Тяговая подстанция переменного тока

Введённая в эксплуатацию в 2003 г. тяговая подстанция Вохтога (Вологда, Северная железная дорога) стала первой оснащенной новейшим малогабаритным оборудованием с элегазовой изоляцией. Преимуществами данной тяговой подстанции является, прежде всего, надежность. Защищенные элегазовой средой закрытое распредустройство напряжением 27,5 кВ и выключатель 110 кВ типа PASS МО-145 не нуждаются в обслуживании и ремонте. Нормативный срок их эксплуатации – 25 лет.
В течение 2014 – 2015 годов аналогичное оборудование внедрялось при реконструкции  тяговых подстанций в ОАО «РЖД».
В 2016-2017 годах запланировано внедрение: на Восточно-Сибирской ж.д. - 3 тяговые подстанции, на Дальневосточной ж.д. - 2 тяговые подстанции. 

Диагностика тяговых подстанций

Разработана в пяти базовых модификациях для постоянного и переменного тока с различным исполнением поддерживающих конструкций (с изолированными и неизолированными консолями наклонной или горизонтальной конструкции). Применяется при реконструкции устройств электроснабжения на сети железных дорог России с целью повышения скоростей движения и весовых норм поездов, а также снижения затрат на обслуживание.
В контактной сети КС-160 применены медные или низколегированные контактные провода сечением 100 мм² с натяжением 10-12 кН. Токопроводящая арматура выполнена из алюминиевой бронзы БрАЖ9-4 методом горячей штамповки. Все металлические конструкции имеют защитное цинковое покрытие, обеспечивающее срок службы не менее 50 лет. Изделия и узлы КС-160 обладают повышенной надежностью и рассчитаны на работу в широком диапазоне климатических условий.

Компенсаторы контактной подвески типа «Ретрактор»

Компенсатор контактной подвески типа «Ретрактор» для компенсации температурных и механических перемещений проводов контактной подвески является принципиально новым, наиболее приемлемым в настоящее время с технической точки зрения решением.

    

Конструкция компенсатора представляет собой блок спиральных пружин, устройство экстренной блокировки в случае обрыва проводов и устройство типа «улитка» со специальными каналами для равномерного натяжения проводов во всем диапазоне температур. Предусмотрено 9 модификаций для различного натяжения компенсируемых проводов контактной подвески от 10 до 40 кН.

Компенсатор является более адаптивным к изменению температур, нежели блочно-полиспастный компенсатор, особенно при резких изменениях температуры окружающей среды, исключается использование грузов.

Компенсаторы типа «Ретрактор» приняты в качестве приоритетного варианта при новой электрификации, реконструкции, обновлении и всех видов ремонта контактной сети.

Контактные подвески КС-200 и КС-250

КС-200, КС-250 применены при реконструкции линий Санкт-Петербург – Москва и Санкт-Петербург – Бусловская для реализации скоростей движения 200-250 км/ч. Использованы бронзовые контактные провода сечением 120 мм2 с повышенным натяжением 16,5-20 кН, фиксаторы из алюминиевых сплавов.
На 31 декабря 2015 года по проектам КС-200 выполнена реконструкция контактной сети на участке Санкт-Петербург – Бусловская (336 км), Москва – Санкт-Петербург (1063 км), Москва – Нижний Новгород (96 км).
В 2016 г. запланирована реконструкция 21 км контактной сети на станции Санкт-Петербург – Сортировочный.
По проектам КС-250 выполнена реконструкция 169 км контактной сети на участке Мстинский Мост – Окуловка Октябрьской железной дороги.
В 2016 г. запланирована реконструкция 49 км контактной сети на участке Москва – Санкт-Петербург.

 

Основные технические характеристики контактной подвески КС-250

 Консоли изолированные горизонтальные и фиксаторы из алюминиевых сплавов наиболее перспективные конструкции для применения в контактной сети по проектам КС-200 и КС-250. Достигается снижение массы конструкций до двух раз, высокая коррозионная стойкость и долговечность.

Алюминиевая консоль на перегоне Лихославль-Калашниково (КС-250)

Энергосберегающие системы освещения железнодорожных станций

В настоящее время светодиодные системы освещения на жестких поперечинах являются наиболее эффективным техническим решением при освещении территорий железнодорожных станций. Также достаточно эффективно применение светодиодных светильников и для освещения платформ. Экономия электроэнергии при применении светодиодных светильников достигает 2,5 – 3,5 раза по сравнению с лампами ДРЛ.

Для достижения существенного экономического эффекта необходимо качественное предпроектное обследование объектов, проведение светотехнических расчетов, правильный выбор типов светильников по светораспределению и мощности, применение интеллектуальных систем управления освещением.

Светодиодное освещение станции

Светодиодная система освещения на жестких поперечинах предназначена для освещения открытых территорий станций, сортировочных парков и путей отстоя подвижного состава.

Освещаемые территории парков составляют:

• ст. Шексна Северной железной дороги, площадь 20 200 кв. м;
• ст. Коноша-2 Северной железной дороги, площадь 67 818 кв. м;
• ст. Санкт-Петербург-Сортировочный-Московский Октябрьской железной дороги, общая площадь 118 030 кв. м (3 объекта);
• ст. Челябинск-Главный, парк «Д», площадь 63 910 кв. м.