Nové možnosti návrhu perspektivních kolejových obvodů Ing. Petr Hloušek, Ph.D. KAE FEL Západočeská Univerzita v Plzni
Současné využití a perspektiva KO na infrastruktuře SŽDC v ČR Vývoj za posledních 20 let - konec dominance KO, nástup konkurenčních počítačů náprav Přehled provozovaných KO: Rok ss + IK 25 Hz 50 Hz 75 Hz 275 Hz vf 2014 741 181 6492 4501 10669 2768 Celkem KO: 25352 Zdroj: SŽDC
Současné využití a perspektiva KO v ČR Důvody problémů s KO nepříznivé změny provozních podmínek pro funkci KO pokles provozu, zanedbávání údržby reorganizace složek dráhy, neadekvátní úspory změny konstrukce vozidel, zpřísňování požadavků na KO atd. problémy s šuntováním, s kompatibilitou vozidel rozprášení odborníků na KO (VÚŽ) přesun vývoje KO do firem AŽD, Starmon okrajová záležitost neřešení (systematické) provozních problémů s KO
Současné využití a perspektiva KO nejasná perspektiva v současnosti absence celkové vize správce infrastruktury SŽDC hlavní tratě a ve stanicích průjezdné a předjízdné koleje pro rychlost nad 100km/h, potřeba detekce lomu kolejnice, potřeba kódování LVZ SŽDC - v posl. době přiznání - PN nejsou všespasitelné instalace KO a PN současně příklad: nelektrifikovaná trať Opava Krnov (stavba 2016) PN pro funkci detekce volnosti KO jednopásové částečně průtokové KOA1 (KO-6305), přímé i rozvětvené - pro funkci detekce lomu a kódování LVZ; cca. 100 ks KO
KO - Evropská a národní legislativa Interoperabilita - TSI CCS (Rozhodnutí Komise 2012/88/EU) - aktualizace zač. 2015 Interface Document - Interfaces Between Control- Command and Signalling Trackside and Other Subsystems (ERA/ERTMS/033281 verze 2.0, 05. 2014) Normy a technické specifikace ČSN 34 2613 ed. 3 - Kolejové obvody a vnější podmínky pro jejich činnost, 03. 2014 ČSN 342614 ed. 3 - Předpisy pro projektování, provozování a používání kolejových obvodů, 08. 2014 ČSN CLC/TS 50238-2 - Kompatibilita mezi drážním vozidlem a systémy pro detekování vlaků - Část 2: Kompatibilita s kolejovými obvody, 04. 2012 ČSN EN 50617-1 - Základní parametry systémů pro detekování vlaků - Část 1: Kolejové obvody, 03. 2016
Požadavky na KO nejkomplikovanější problém - frekvenční management a přípustné limity rušivých proudů drážních vozidel (ČR i Evropa) ČSN CLC/TS 50238-2 požadavky na perspektivní KO (preferred track circuits) pro tratě vybavené jinými typy KO platí národní předpisy Za ČR uvedené zejména: KO s přijímači KOA 75/275 Hz KO s přijímači EFCP - specifické typy 75/275 Hz EVKO 75/275 Hz, ASE, ASAR
Perspektivní KO: Požadavky na KO ČSN 34 2613 ed.3 šuntová citlivost: 0,1 Ω, doporučení 0,2 Ω pro 275 Hz limit rušivých proudů: 1,3 A / 75 Hz a 0,65 A / 275 Hz Starší KO: 0,11 A / 75 Hz a 0,13 A / 275 Hz přenos kódu LVZ - detekce do 0,4 s od obsazení EKÚ ČSN CLC/TS 50238-2 limit rušivých proudů: 1 A / 75 Hz a 0,5 A / 275 Hz velmi dobrá shoda norem
ČSN EN 50617-1 Požadavky na KO požadavky na cílový stav ohledně KO není stanovený čas. rámec a rozsah tratí - odkaz na interoperabilitu a TSI návrh na frekvenční management (KO vs. vozidla) vyhrazení frekv. pásem pro KO a stanovení limitů rušivých proudů vozidel v nich - pouze informativní příloha v ČR dávno zavedená praxe limity pro ČR: DC trakce - 2 A/75 Hz a 1,2 A/275 Hz AC trakce - 2 A pro obě pásma ČR hlasovala proti přehlasována
Požadavky na KO Komentář k ČSN EN 50617-1: velký vliv výrobců vozidel - např. v určité fázi byl návrh bez požadavku na optimalizaci vozidel! zkušenosti ČR - lze u vozidel zvládnout i limity dle ČSN 34 2613 ed.3! názor a výtky ČR nebyly dostatečně prosazované účast pouze zástupců z firmy nikoli správce infrastruktury! nicméně, výrobci KO v ČR deklarují možnost splnění limitů dopad na náklady?, horší vlastnosti KO?, LVZ? nutné důrazné hájení klíčových zájmů jednotný názor ČR!
TC Designer SW pro návrh KO aplikace v Matlabu Funkce programu: základní analýza KO volný, šuntovaný, havarijní stav Optimalizační analýza optimalizační kritéria pro různé typy KO Úvodní okno SW výběr typu KO
TC Designer SW pro návrh KO Hlavní pracovní okno SW
Návrh KO - optimalizace Nastavení parametrů optimalizace výpočtu
Návrh KO - optimalizace Zobrazení výsledků optimalizačního výpočtu Uložení výsledků do souboru
Návrh KO - optimalizace Grafické znázornění výsledků optimální hodnota (modře)
Optimalizační analýza Pokročilé analýzy KO hledání optimálních hodnot prvků C, R výstroje KO Atest bezpečnosti Test bezpečného chování KO reakce na šunt a havarijní stav Simulace vlivu poruch jednotlivých prvků výstroje KO zkraty, přerušení, změny hodnoty Citlivostní analýza Test citlivosti chování KO na změny hodnot prvků výstroje v tolerančních mezích Cíl: stabilní chování navrženého KO
Výpočet Atestu test bezpečného chování KO reakce na šunt, havarijní stav Simulace vlivu poruch jednotlivých prvků výstroje zkraty, přerušení, změna hodnot Budoucnost: test současného vlivu více prvků Worst case - současný vliv všech prvků Problém: velké množství výpočtů Standardní nastavení výpočtu: Aktuálně je to 50 až 100 výpočtů dle topologie WC pro RKO Top2 1,5mld. výpočtů!
Citlivostní analýza KO test dlouhodobé stability chování KO - volný stav Okno nastavení parametrů CA
Citlivostní analýza KO test vlivu jednotlivých prvků výstroje test současného vlivu více prvků: Stykové transformátory Impedance Z c Kombinace pro C a R napájecí a přijímací konec Budoucnost: worst case současný vliv všech prvků! Problém: velké množství výpočtů Standardní nastavení výpočtu: Aktuálně pro RKO Top2-715 výpočtů WC pro RKO Top2 244mil. výpočtů!
Citlivostní analýza KO Zobrazení výsledků analýzy
Návrh regulačních tabulek KO různé délky KO v provozu nutná optimalizace pro každou délku KO SW automatizuje proces návrhu RT vytvoření RT včetně Atestu bezpečnosti a Citlivostní analýzy pro každou délku možnost korekce výsledků uživatelem
Návrh regulačních tabulek Nastavení parametrů výpočtu RT
Implementace návrhu RKO podpora pro návrh rozvětvených KO, včetně regulačních tabulek podpora topologie až se 2 odbočnými větvemi (třemi přijímači) + volné větve metoda návrhu s výběrem nejhoršího případu a možností omezujících kritérií vytvoření podkladů pro regulační tabulky
TC Designer Návrh RKO Hlavní pracovní okno SW
Topologie RKO aktuálně plně podporované: Varianty výstroje odbočné větve: 1. Aktivní konec stejné jako u přímé větve 2. Volný konec bez výstroje 3. Pasivní konec 1 bez přijímače, odvod trakčního proudu 4. Pasivní konec 2 bez přijímače, bez odvodu trakčního proudu aktuálně plně podporované: 1. a 2.
Topologie RKO Model topologie RKO Transformace modelu pro výpočty Volný stav: kontrola vybuzení všech přijímačů Šunt. Stav: posun R š podél celého KV (i v odbočce) po 5m výběr nejhoršího případu, stačí odpad 1 přijímače
Návrh RT pro RKO Návrh variant konfigurace topologie RKO základní rastr - 25m Obecná filosofie: 1. Umístění odboček: začátek, střed, konec 2. Délka odboček: dlouhá, střední, krátká Topologie 1 4 varianty Topologie 2 složitější max. 7 variant, závisí na délce KO Topologie 1 Vzdál. odbočky od začátku KO 0m 0m ½ délky přímé větve 25m před koncem KO Délka odbočky shodná s délkou přímé větve 25m ½ délky přímé větve 25m
Výsledky návrhu RT Výsledná regulační tabulka pro RKO Top 1 (v EXCELu) Problém automatického návrhu RT: Případ: Co když to nevyjde podle představ? Hledání příčiny problém hutnosti výsledků v RT Nově podpora: uložení detailních výsledků
Detailní výsledky výpočtu RT pro RKO Výsledky pro RKO Top 1 (v EXCELu)
Náročnost výpočtů složité operace s komplexními čísly, probíhající v cyklech: goniometrické, hyperbolické fce, maticové násobení, výběr max/min z pole hodnot použité PC Intel Core2 duo E8500 3.17GHz 4GB RAM standardní nastavení výpočtu RT: Přímý KO: N = 108000 t 40min. RKO Top2: N 190000 t 70min. předchozí výsledky: bez atestu, citlivostní analýzy a ukládání detailních výsledků!!! paměťová náročnost: min. 4 GB RAM! doporučení: vícefázový návrh RT
Nově navržené KO s EFCP využití SW TC Designer v praxi - spolupráce s firmou Starmon, s.r.o. především KO s přijímačem EFCP již v provozu přes 600 ks těchto KO typ KO aktuální RT základní charakteristika KO-3110 RT 3110, RT 3111, 3. vydání dvoupásové KO 75 Hz s DT-075, smyčky 50 / 100 Ω KO-3111 dvoupásové KO 75 Hz s DT-075, smyčky 100 / 150 Ω KO-3510 RT 3510, RT 3511, 4. vydání dvoupásové KO 75 Hz s DT-0,2, smyčky 50 / 100 Ω KO-3511 dvoupásové KO 75 Hz s DT-0,2, smyčky 100 / 200 Ω KO-3510x RT 3510x, 2. vydání dvoupásové KO 75 Hz s DT-0,2-1000-x, smyčky 75 / 75 Ω KO-3710 RT 3710, 2. vydání KO 75 Hz bez stykových transformátorů (jednopásové nebo částečně průtokové KO) KO-4310/P RT 4310, RT 4311, 2. vydání dvoupásové přímé KO 275 Hz s DT-075, smyčky 50 /100 Ω KO-4311/P KO-4310/R RT 4310/R, 2. vydání dvoupásové rozvětvené KO 275 Hz s DT-0,75,smyčky 50 / 100 Ω
Důvody: Inovace KO s EFCP 1) omezení SŽDC pro použití KO s EFCP požadavek na vyšší limity odolnosti KO vůči ohrožujícím proudům 2) požadavek na co nejvyšší šuntovou citlivost KO (nasazení motorových vozů 840/841, trendy v Evropě) Nově navržené KO 2-3x vyšší šuntová citlivost vyšší odolnost proti rušivým proudům splnění aktuálních norem Důvody: nové přijímače - např. vyšší přídržný poměr není třeba počítat s kolísáním napájecího napětí KO možnosti lepší optimalizace návrhu KO
Inovace KO s EFCP Výsledky: nové vydání RT 3110/3111 s odolností i TDS > 1,2 / 1,3 A při šuntu 0,1 Ω zrušeno omezení SŽDC pro použití KO 3110/3111 návrh nového vydání RT 3510/3511 s odolností i TDS > 1,3 A při šuntu 0,1 Ω návrh nového vydání RT 4310/4311/P/RKO s odolností I TDS-PE > 0,7 A / > 1 A při šuntu 0,2 Ω (šuntová citlivost KO bez ohrožujících vlivů > 0,3 Ω)
Inovace KO s EFCP Výsledky: navrženy RT 3710 (KO 75 Hz bez stykových transformátorů), R SC 0,2 Ω, i TDS > 1,4 A, OP úspěšně vyhodnocen a ukončen navrženy RT M-4310/P/RKO (KO 275 Hz pro metro), R SC 0,2 Ω, i TDS > 1,0 A, připravuje se OP
Zkušenosti z OP KO-3710 KO s délkou EKÚ < 850 m (většina PÚ PZS) vykazují šuntovou citlivost R SC 0,5 Ω (bez vlivu ohrožujícího proudu) při dobrém izolačním stavu EKÚ (y < 0,5 S/km) bylo měřeno Uf > 2,0 V ef částečně průtokový KO detekuje lom kolejnice pro motorové vozy řady 840/841 jsou zřejmě vyhovující KO s šuntovou citlivostí R SC 0,2 Ω
Děkuji Vám za pozornost. Kontakt: hlousek@kae.zcu.cz