РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
АРМ инженера


Назначение АРМ

Настоящий АРМ предназначен для:
* специалистов, занимающимся расчетами режимов работы систем электроснабжения железных дорог постоянного и переменного тока;
* специалистов, занимающихся проектированием новых систем электроснабжения железных дорог;
* специалистов локомотивного депо для нормирования энергии на тягу и обучения машинистов;
* студентов ВУЗов, при изучении дисциплин <Электроснабжение железных дорог> и <Тяга поездов>.
В АРМ реализованы две математические модели: аналитическая и имитационная. Аналитическая методика основана на представлении потока поездов как стационарного потока случайных событий с ограниченным последействием. Для задания токопотребления поездов реализована оригинальная методика выполнения тягового расчета, позволяющая получать семейство оптимальных траекторий движения для двух критериев: расхода энергии на тягу и времени хода. Расчет параметров движения выполняется на основе использования магнитных характеристик тяговых двигателей. 
АРМ позволяет решать следующие основные задачи:
1. Определить поэлементные потери энергии в системе электрической тяги как в электровозе (механические, электрические, магнитные и др.), так и в системе электроснабжения (подстанциях, тяговой сети, питающих линиях).
2. Рассчитать функциональные характеристики токов для произвольных сечений контактной сети (средний ток, среднеквадратический ток).
3. Рассчитать функции напряжения на токоприемнике движущего электровоза заданной массы и условий движения. Отдельно рассчитываются функции потерь напряжения от собственного токопотребления и вызванного влиянием сопутствующих поездов.
4. Рассчитать ток питающей линии подстанции в виде функции (от расстояния до электровоза) при прохождении мимо нее расчетного поезда. Может быть использован для определения максимальных рабочих токов питающей линии. При этом корректно учитывается токопотребление других поездов и эффект их вытеснения расчетным.
5. На основе предыдущей функции определяется функция перегрева проводов в заданном сечении контактной подвеске.
6. Исследовать параметры системы электроснабжения при изменении характера потока поездов от регулярного до експоненциального.
7. Исследовать влияние уровня напряжения на шинах тяговых подстанций на эффективность функционирования системы электрической тяги. При этом корректно выполняется тяговый расчет благодаря использованию магнитной характеристики двигателей в отличие от фиксированных характеристик в ПТР.
8. Исследовать влияние конфигурации системы электроснабжения (координат расположения тяговых подстанций, ПСК, ППС, сечения контактной подвески) на эффективность функционирования системы электрической тяги. При этом допускается неравномерность сечения различных ветвей контактной сети, образованных узлами. Учитывается любое реальное количество узлов, образованных ПСК и ППС, а также путей с их реальным соединением в узлы.
9. Исследовать влияние скоростных ограничений при движении, а также массы поездов для реального профиля расчетного участка.
10. Исследовать влияние расположения электровозов по длине поезда (если их более одного), а также нестандартные режимы, такие как отключение части двигателей.
11. Исследовать влияние различных управляющих факторов модели ведения поезда с целью обучения машинистов принципам оптимального вождения.


Реализация модели
АРМ реализован с использование клиент-серверной базы данных Interbase 6.0 в среде программирования C++ Builder 5 фирмы Borland. 
База данных позволяет в табличной форме формировать конфигурацию системы электроснабжения и параметры потока поездов для каждого участка системы электроснабжения. Информация имеет сложную иерархическую структуру для удобства ее представления пользователю. 
Результаты расчетов представляются в текстовом и графическом видах. Графическая информация может быть выведена на печать в произвольном масштабе с использованием цвета и возможностью разбиения на части. Это означает, что с помощью принтера формата А4 можно сформировать большие плакаты формата А1, А0 и др.
Функциональные характеристики параметров системы електроснабжения, представленные в графическом виде, позволяют опытным специалистам намечать мероприятия по оптимизации системы электрической тяги. Более полное представление о возможностях АРМ можно получить, ознакомившись со структурой исходных данных.
Ниже приведены основные диалоговые окна АРМ.

Рис. 1. База данных участков железных дорог.

На рис. 1 слева таблица участков железной дороги. В правой таблице содержится перечень тяговых подстанций. При смене активной строки левой таблицы, происходит полная автоматическая смена содержимого правой таблицы. Левая таблица является материнской, правая - дочерней. По этому же принципу структурирована вся последующая информация. Для каждой подстанции задается ЭДС холостого хода и эквивалентное внутреннее сопротивление. Задается также пикетаж входных и выходных стрелок станции, если она питается отдельным станционным фидером. 

Рис. 2. Страница <Межподстанционные зоны>.

Таблицы страницы <Межподстанционные зоны> служат для определения количества путей, узлов на каждой зоне и размеров движения (верхняя левая). Указания узлов зон и пикетов их расположения (верхняя правая), при необходимости можно указать какие пути подсоединены к узлу, а какие нет. Указания удельного сопротивления тяговой сети индивидуально для каждой междузловой ветви. Задания параметров питающих линий зоны. Таблица с перечнем зон является материнской по отношения к остальным на этой странице.

Рис. 3. Параметры потока поездов.

На странице рис. 3 задаются параметры потока поездов отдельно для каждого пути. Здесь определяются типы поездов и их среднесуточное количество, относительное содержание различных типов вагонов; электровозы их количество и расположение по длине состава; ограничения по скорости; производится нарезка полос профиля из библиотечных фрагментов для формирования участка движения поездов.

Рис. 4. Страница <Профиль>

На странице профиль выполняется формирование базы независимых участков спрямленного профиля. Это можно делать непосредственно или путем ввода из заранее подготовленных файлов.

Рис. 5. Результаты

На странице <Результаты> выводятся числовые результаты расчета параметров системы электрической тяги, задаются управляющие параметры оптимизации для тяговых расчетов, определяются настройки графического вывода на печать.
Существуют также множество таблиц для задания характеристик электровозов. Здесь они не показаны за их меньшей значимостью. 
Функциональные параметры



Рис. 6. Тяговый расчет; красным цветом - ток поезда; синим - скорость движения; ступеньки сверху - ограничения по скорости. Внизу положения контроллера машиниста.


Рис. 7. Интегральный профиль участка с метками подстанций. Сами метки не попали в зону видимости из-за сжатия рисунка.


Рис. 8. Сопротивление системы электроснабжения, как оно было бы получено при движении омметра вдоль пути присоединенным рельс - контактный провод. Самые малые значения - в зоне расположения подстанций. Клевки вниз в зоне узлов. Здесь функции для обеих путей, но они слились, так как имеют одинаковые удельные сопротивления.


Рис. 9. Напряжение на токоприемнике расчетного поезда. Для двух путей.


Рис. 10. Эпюра среднего тока в сечении контактной сети. Для двух путей.


Рис. 11. Эпюра эффективного тока в контактной сети. Два пути.