Железнодорожный транспорт России является основным элементом единой транспортной системы страны. Устойчивое развитие и конкурентоспособность ОАО «Российские железные дороги» в значительной степени зависит от использования новых идей и наукоемких разработок как в производстве продукции и услуг, так и в совершенствовании системы управления отраслью.

В.И. Якунин– Президент ОАО «Российские железные дороги»

Назначение дисциплины

Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта является важным фактором дальнейшего подъема экономики страны, решения задач социального развития. Главным направлением повышения эффективности работы железнодорожного транспорта является научно-технический прогресс.

Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте является разработка и внедрение устройств автоматики, телемеханики, связи и вычислительной техники, позволяющие полнее и производительнее использовать все технические средства транспорта и на этой основе обеспечивающих повышение производительности труда, снижение себестоимости перевозок, повышение пропускной и провозной способности железнодорожных линий, перерабатывающей способности станций и безопасности движения поездов.

Над созданием и внедрением прогрессивных отечественных систем автоматики, телемеханики, связи и вычислительной техники на железных дорогах России трудятся ученые, конструктора, проектировщики, строители, специалисты заводов по производству техники и занимающиеся эксплуатацией устройств и этих систем.

Программа дисциплины «Защита и автоматика устройств электроснабжения» позволяет студентам и эксплуатационному персоналу дистанций электроснабжения:

- получить основные сведения об элементах, устройствах и принципах построения систем релейной защиты и автоматики на электромеханических и электронных приборах, познакомиться с их схемами и описанием работы;

- рассмотреть устройства для хранения, преобразования и передачи информации и др.

Материал изложен так, что на его основе продолжается изучение дисциплины «Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог».

Введение

С истемы электроснабжения являются сложными объектами, все элементы которых действуют в едином производственном процессе, основными особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера. Поэтому надежное и экономичное функционирование систем электроснабжения возможно только при их широкой автоматизации. Для этого используют комплекс устройств автоматического управления.

Среди них первостепенное значение имеют устройства релейной защиты.

Однако одной релейной защиты недостаточно для обеспечения надежного и бесперебойного электроснабжения потребителей. Иногда в эксплуатации систем электроснабжения возникают ненормальные режимы, при которых устройства релейной защиты не должны действовать на отключение. Для восстановления нормального режима иногда предусматривается специальная противоаварийная автоматика (ПА), производящая ряд операций по изменению схемы электроснабжения для поддержания ее бесперебойность работы. С учетом того, что при нарушении нормального режима электрические процессы протекают столь быстро, что оперативный персонал не успевает вмешаться в процесс нарушения и предотвратить его развитие, существует необходимость широкой автоматизации системы электроснабжения.

Под автоматизацией энергосистем понимается оснащение их автоматическими устройствами, осуществляющими управление технологическими процессами производства, переработки, передачи и распределения электрической энергии в нормальных и аварийных условиях без участия персонала в соответствии с заложенной в этих условиях программой. Например, при повреждении одной из линий, питающих потребителя, и отключении ее релейной защитой электроснабжение может быть восстановлено путем включения резервной линии устройством автоматического включения резерва (АВР). При отсутствии резервной поврежденная линия может быть включена повторно, так как большинство повреждения после быстрого отключения линий релейной защитой самоустраняются. Повторное включение линии выполняется устройством автоматического повторного включения (АПВ), при этом она остается в работе и обеспечивает питание потребителя.

Развитие автоматики

Автоматика – это область науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления, действующих без непосредственного участия человека.

Первые автоматические устройства промышленного назначения были разработаны в связи с появлением паровых машин. В 1765 году русским механиком И.И. Ползуновым был изобретен первый в мире промышленный регулятор, автоматически поддерживающий требуемый уровень воды в котле паровой машины. Предложенный им принцип регулирования по отклонению является одним из основных принципов построения различных автоматических систем.

Во второй половине ХIХ века появились автоматические устройства, основанные на использовании электрической энергии. Одним из первых таких автоматов был электромагнитный регулятор скорости вращения паровой машины, разработанный русским ученым К.И. Константиновым.

Теоретические основы проектирования автоматических регуляторов были разработаны русским ученым И.А. Вышнеградским и английским ученым Дж. К. Максвеллом. Для создания и развития математического аппарата, используемого в исследовании математических систем, много сделали выдающиеся русские ученые А. М. Ляпунов, П.Л. Чебышев, Н.Е. Жуковский.

Первоначально работы по созданию автоматических систем в механике, электротехнике, теплотехнике и других научных отраслях велись независимо друг от друга. В начале 1940 – х гг. автоматика стала формироваться как самостоятельная научная дисциплина, изучающая методы анализа и синтеза систем автоматического управления в технике независимо от их физической природы.

О тдельные устройства автоматики стали применяться в энергосистемах с 30-х годов прошлого века. С того же времени ведутся работы по автоматизации тяговых подстанций. Начало массового внедрения различных устройств в энергосистемах следует отнести к 1943- 1944гг. Первые устройства автоматики выполнялись на стандартных телефонных реле и шаговых искателях.

Они позволили существенно сократить штат обслуживающего персонала тяговых подстанций, облегчить работы дежурного персонала подстанций.

В связи с развитием и внедрением автоматики и автоматизированных систем управления получают развитие и средства телемеханики. Первый опытный телемеханизированный участок Москва — Раменское был введен в эксплуатацию в 1952 г. До 1959 г. релейно-контактная система телемеханики была внедрена на ряде электрифицированных участков железных дорог протяженностью около тысячи километров.

Во втором поколении аппаратуры автоматики и телемеханики (1959—1975 гг.) основой элементной базы становятся германиевые диоды и транзисторы. В этот период были разработаны ВНИИЖТом при участии проектного института «Трансэлектропроект» бесконтактные системы телеуправления БСТ-59 (для тяговых подстанций и постов секционирования) и БТР-60 (для разъединителей контактной сети). На основе опыта монтажа и наладки этих систем в 1962 г. была создана электронная система телеуправления ЭСТ-62. Большим шагом в создании новых устройств явилось использование в них типовых логических и функциональных модулей серии ДТЛ (диодно-транзисторная логика), которые изготовляли методом печатного монтажа. Это ускорило разработку и внедрение электронных устройств автоматики и телемеханики.

Базой третьего поколения системы телеуправления являются помехоустойчивые типовые модули на более надежных кремниевых полупроводниковых приборах, на основе которых создана система «Лисна», а также разработаны электронная защита фидеров контактной сети переменного тока от токов короткого замыкания и автоматика определения места повреждения контактной сети и линий СЦБ. В короткий срок были разработаны бесконтактные устройства фидерной автоматики типов БФАМ и БФАК.

Основным отличием аппаратуры «Лисна» является применение наряду с телеуправлением (ТУ) и телесигнализацией (ТС) блоков телеизмерения (ТИ), которые позволяют передавать информацию об уровне напряжения и величине токов на тяговых подстанциях и постах секционирования.

Четвертое поколение средств автоматики, телемеханики и защиты основано на микроэлектронике. На базе интегральных схем и микросборок создана в 1985 г. аппаратура системы телеуправления МРК-85, имеющей вдвое большую информационную емкость по сравнению с системой «Лисна». Система МРК-85 с использованием радиоканалов для передачи команд управления и телесигнализации была впервые применена на Брянском железнодорожном узле. Дальнейшим развитием этой системы телемеханики явился комплекс ЭЛОТ 2100, полностью совместимый с МРК-85.

В 1996 г. освоено серийное производство микроэлектронной системы телемеханики, получившей название МСТ-95. В основу разработки этой системы положены технические требования, аналогичные тем, что предъявлялись к системе «Лисна». Новая система полностью совместима как по набору входящих в нее устройств, так и по структуре кодовых комбинаций с действующей системой «Лисна». Это позволяет осуществлять поэтапную замену аппаратуры системы «Лисна» без перерыва в эксплуатации.

Элементной базой системы МСТ-95 являются интегральные схемы и совместимые с ними по характеристикам дискретные электронные приборы. Применение современной элементной базы позволило: увеличить скорость передачи информации; существенно сократить потребление электроэнергии аппаратурой; уменьшить габариты и массу всех устройств, входящих в систему.

В новых системах телемеханики предусмотрена возможность согласования устройств с персональными ЭВМ (ПЭВМ), что необходимо для дальнейшего совершенствования управления хозяйством электроснабжения железных дорог.

Важнейшими звеньями АСУЭ железных дорог являются автоматизированные рабочие места (АРМ) энергодиспетчера. ПЭВМ стандартной конфигурации соединяется с системой телемеханики типа «Лисна» через специальные устройства сопряжения на базе программируемых контроллеров. Кроме того, в составе АРМ энергодиспетчера имеется специализированный пульт оперативного управления (ПОУ), облегчающий процесс общения энергодиспетчера с ЭВМ без использования стандартной клавиатуры как устройства ввода информации. Информационной базой АРМ энергодиспетчера является оперативная информация о положении коммутационных аппаратов, а также информация телесигнализации и телеуправления, поступающая в ЭВМ по каналам телемеханики через устройства сопряжения. Дополнительная информация, необходимая для функционирования АРМ энергодиспетчера вводится вручную. На железных дорогах эксплуатируется около 1000 ПЭВМ и вычислительных комплексов, что обеспечивает необходимые условия для создания автоматизированных систем управления устройствами электроснабжения и контроля за их работой.

Автоматизированная система телемеханического управления (АСТМУ), предназначенная для управления распределенными объектами электроснабжения электрифицированных железных дорог и других энергетических систем, явилась следующим шагом технического развития устройств телемеханики. Система АСТМУ представляет собой многоуровневую систему управления, выполненную на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и персональных компьютеров, объединенных в локальную сеть. Цифровой способ передачи информации, используемый в системе АСТМУ, позволяет на несколько порядков повысить скорость обмена информацией при применении волоконно-оптической линии связи.

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), внедряемая на сети железных дорог, позволяет охватить четыре уровня управления системой электроснабжения железных дорог: от линейных предприятий (дистанции электроснабжения) до диспетчерского центра МПС. Передача информации от специальных счетчиков, которыми оснащаются тяговые подстанции, на диспетчерские пункты осуществляется по телемеханическим каналам связи.

Применение автоматизированных систем управления устройствами электроснабжения позволит в значительной мере повысить эффективность функционирования хозяйства электроснабжения железных дорог.

Они позволили существенно сократить штат обслуживающего персонала тяговых подстанций, облегчить работы дежурного персонала подстанций.

В настоящее время базой для выполнения устройств автоматики являются электронные приборы. Комплексная автоматизация и телемеханизация системы электроснабжения осуществляется на базе микропроцессорной техники.

Домашнее задание

Подготовиться к ответу на вопросы (устно)

1.

Назначение и роль дисциплины в подготовке специалистов.

2.

Общие сведения об особенностях работы ЖД транспорта.

Самостоятельная работа №1 Этапы развития автоматических и телемеханических систем

Задание: Составить плакат: «Поколения аппаратуры автоматики и телемеханики» или таблицу: «Этапы развития автоматических и телемеханических систем», где следует отобразить поколения используемой аппаратуры автоматики и телемеханики в определенные года, элементную базу и ее достоинства и недостатки (стр. 4÷6 [2]). Справочно: всего 4 поколения

Таблица

№ п/п

Этап

Техническое оснащение

Система автоматизации

Результат