Politechnika Łódzka

Wydział Elektrotechniki, Elektroniki,

Informatyki i Automatyki

Instytut Elektroenergetyki

Zespół Trakcji Elektrycznej

ĆWICZENIE Z7

WYZNACZANIE PRĄDU OBCIĄŻENIA KOLEJOWEJ PODSTACJI TRAKCYJNEJ

Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z programem symulującym pracę układu zasilania trakcji kolejowej oraz zbadanie wpływu różnych czynników związanych zarówno z rozkładem jazdy jak i z parametrami taboru na obciążenie podstacji i spadki napięć w sieci trakcyjnej.

1. Wprowadzenie

Charakterystyczną cechą obciążeń podstacji trakcyjnych jest ich zmienność wynikająca z trzech czynników:

1. zmieniającej się w czasie liczby pociągów przebywających w rejonie zasilania podstacji;

2. ciągłej zmiany wartości prądów pobieranych z sieci przez poszczególne pociągi;

3. przemieszczania się pociągów w stosunku do podstacji trakcyjnej, co sprawia, że jej udział w prądzie zasilania tych odbiorów ciągle się zmienia.

Ad a. Pociągi kursują według określonego rozkładu jazdy, który zmienia się zarówno w ciągu roku jak i w ciągu doby. Równomierny ruch pociągów w którym rodzaj, ciężar, prędkość oraz gęstość pociągów oraz częstotliwość ich zatrzymywania się na przystankach można uważać za ustalone założyć można jedynie dla krótkich okresów czasu, co najwyżej 2 godzin. Nawet jednak w tych ustalonych warunkach ilość pociągów przebywających na odcinku zasilanym przez podstację ulega ciągłym zmianom.

Ad b. Prądy pobierane przez poruszające się pojedyncze pociągi ulegają ciągłej zmianie w czasie (od zera podczas postoju i jazdy wybiegiem do wartości maksymalnej podczas rozruchu). Charakter tych zmian zależny jest od rodzaju pociągu - zmiany następują szybciej i z większą częstotliwością w przypadku pociągów podmiejskich niż w przypadku pociągów dalekobieżnych pasażerskich i towarowych.

Ad c. W trakcji kolejowej stosowane jest dwustronne zasilanie odcinków międzypodstacyjnych, w związku z czym nie można wyodrębnić rejonów zasilania poszczególnych podstacji trakcyjnych, gdyż pod względem elektrycznym sieć trakcyjna stanowi niesekcjonowany ciąg przewodów. W zasilaniu pojedynczego odbioru uczestniczy zawsze zatem kilka podstacji. O udziale poszczególnych podstacji w zasilaniu określonego pociągu decyduje jego aktualne usytuowanie i szereg parametrów układu elektroenergetycznego, przede wszystkim oporności sieci trakcyjnej i oporności wewnętrzne podstacji. Przemieszczanie się pociągu na odcinku powoduje ciągłe zmiany prądów obciążenia poszczególnych zasilaczy i całych podstacji.

Wobec ogromnej ilości czynników wpływających na wielkość i przebieg prądów obciążenia podstacji trakcyjnych, uwzględnienie ich w obliczeniach bez stosowania technik komputerowych było praktycznie niemożliwe. Pewną pomoc w obliczeniach przybliżonych stanowiły publikowane w literaturze wykresy współczynników szczytu, zależnie od charakteru linii, obciążenia przewozowego i innych parametrów. Przy projektowaniu układu zasilania powszechnie stosowano również metody wykreślne, takie jak metoda przekrojów równomiernych, metoda przekrojów charakterystycznych i metoda wykresów ciągłych. Były to jednak nadal metody uproszczone i w związku z tym obarczone trudnym do oszacowania błędem. Obecnie do określania prądów obciążenia podstacji stosuje się metodę symulacji komputerowej, z jednej strony uważaną za najdokładniejszą, a z drugiej - stosunkowo mało pracochłonna. Niniejsze ćwiczenie polegać będzie na wyznaczeniu prądów obciążenia wybranej podstacji kolejowej i spadków napięć w układzie zasilania za pomocą gotowego programu symulacyjnego.

2. Opis pakietu do symulacji

W skład pakietu wchodzi program główny Symulacja, program pomocniczy Przejazd, programy służące do obróbki wyników Prądy i Napięcia oraz plik zawierający charakterystyki różnych lokomotyw - Lokomotywy.

1. Instrukcja obsługi programu Symulacja.

Program służy do symulacji rzeczywistego ruchu pociągów na nierozgałęzionej linii kolejowej z jednoczesnym obliczaniem rozpływu prądów i spadków napięć w układzie zasilania. Po uruchomieniu programu na monitorze pojawia się pytanie:

„Czy chcesz wczytać wszystkie dane z dysku (t/n)?”

Ponieważ przy symulacji pracy rzeczywistych linii kolejowych proces wprowadzania danych jest żmudny i długotrwały, ze względu na znaczną ilość danych , przyjęto rozwiązanie, ze komplet danych wejściowych może być zapisany w zbiorze dyskowym, co pozwala na wielokrotne przeglądanie i korektę danych. Rozwiązanie takie jest szczególnie wygodne, jeżeli wykonujemy dla danej linii szereg symulacji, zmieniając w kolejnych wariantach obliczeń jedynie niektóre parametry, np. układu zasilania, przy nie zmienianych innych danych wejściowych. Jeżeli dla danej linii wykonujemy symulację po raz pierwszy wciskamy klawisz „n”, jeżeli natomiast na dysku mamy już plik z danymi - wciskamy klawisz „t”.

Jeżeli wcisnęliśmy „n”, przystępujemy do wczytywania danych za pomocą klawiatury, w przeciwnym przypadku program pyta o nazwę pliku z danymi. Po wczytaniu nazwy, dane z dysku zostają wczytane i wylistowane na ekranie, a następnie można przystąpić do ich przeglądania i korygowania. Korygowanie polega na zastępowaniu aktualnie podświetlonej danej, daną wprowadzoną z klawiatury. Jeżeli podświetlonej danej nie chcemy korygować, wciskamy tylko „enter”. Korygowanie danych odbywa się w identycznej kolejności jak wczytywanie danych z klawiatury, bez korzystania z pliku dyskowego.

Rys. 1. Schemat do wczytywania danych

Wczytywanie danych rozpoczyna się od podania długości odcinka linii dla którego przeprowadza się symulację w [m] oraz liczby podstacji trakcyjnych znajdujących się na tym odcinku. Następnie, dla każdej z podstacji należy podać następujące dane:

L - odległość podstacji od początku odcinka dla kierunku 1 (punktu 0 na rys.1) w [m].

Kierunki 1 i 2 , przyjęte dowolnie przy wprowadzaniu danych podstacji, nie mogą być już zmieniane przy wprowadzaniu dalszych danych, określających usytuowanie na linii innych elementów, jak np. pociągów, punktów połączeń poprzecznych itp. Numery porządkowe podstacji, zgodnie z rys.1, rosną wraz ze wzrostem ich odległości od początku odcinka (punktu 0).

U₀ - napięcie stanu jałowego podstacji w [V] podczas pracy prostownikowej.

R₀ - oporność wewnętrzna podstacji podczas pracy prostownikowej.

U_od - napięcie stanu jałowego podstacji w [V] podczas pracy falownikowej.

R_od - oporność wewnętrzna podstacji podczas pracy falownikowej.

Jeżeli podstacja nie jest wyposażona w falowniki służące do odbioru nadmiarowej energii rekuperacji, należy podstawić wartość U_od = 4000 V, przyjmowaną w programie jako dopuszczalną maksymalną wartość napięcia w sieci trakcyjnej.

Po wczytaniu danych podstacji trakcyjnych, komputer żąda podania liczby połączeń poprzecznych między sieciami obu torów. Ponieważ w programie założono, że w miejscach usytuowania podstacji połączenia te zawsze występują, wczytuje się jedynie liczbę pozostałych połączeń - kabin sekcyjnych i ewentualnych połączeń dodatkowych. Następnie podaje się odległości kolejnych punktów połączeń poprzecznych od początku odcinka (punktu 0 na rys. 1), analogicznie jak w przypadku wczytywania miejsc usytuowania podstacji trakcyjnych.

W następnym etapie wczytywania danych, program żąda podania liczby zmian rezystancji sieci na odcinku, dla którego przeprowadzamy symulację, a następnie wczytania miejsc usytuowania punktów, w których zachodzi zmiana rezystancji (odległości w [m] od pkt. 0) i rezystancji sieci za tymi punktami w [Ω/km]. W przypadku gdy rezystancja jednostkowa sieci na całym odcinku nie zmienia się, wczytuje się liczbę zmian rezystancji =1 a usytuowanie punktu zmiany =0. Niezależnie, czy na danym odcinku linia jest jedno- czy dwutorowa, zawsze podaje się rezystancję sieci jednego toru.

Fragment linii, dla którego przeprowadza się symulację, może składać się z odcinków jedno i dwutorowych. Opisanie konfiguracji linii polega na wczytaniu najpierw liczby zmian ilości torów na badanym odcinku, a następnie określeniu miejsc, w których zmienia się liczba torów (odległości od pkt. 0 na rys. 1) i podaniu liczby torów za tymi miejscami. W przypadku gdy liczba torów na całym odcinku nie zmienia się, wczytuje się liczbę zmian ilości torów =1, usytuowanie miejsca zmiany =0 i wczytuje właściwą liczbę torów (1 lub 2).

Po wczytaniu danych opisujących układ elektroenergetyczny, żądane są dane charakteryzujące profil pionowy linii - najpierw liczba zmian profilu (musi być co najmniej jedna, początek linii), a następnie usytuowanie punktów zmian profilu, liczone w [m] od początku linii (pkt. 0 na rys. 1) i profil za tymi punktami w [‰]. Profil linii wprowadza się tylko dla kierunku 1, postępując od początku trasy. Wzniesienie opisuje się wczytując profil dodatni, a spadek - ujemny.

Kolejny etap wprowadzania danych rozpoczyna podanie liczby rodzajów pociągów poruszających się po linii w trakcie symulacji. Zaznaczyć należy, że pociągi tego samego rodzaju, prócz tego, że mają takie same parametry trakcyjne jak ciężar, typ lokomotywy, opóźnienie hamowania itp., muszą poruszać się po trasie w taki sam sposób, tzn. jechać z takimi samymi prędkościami technicznymi, zatrzymywać się na tych samych stacjach itd. Jeżeli zatem na badanym odcinku linii kursuje tabor o takich samych parametrach trakcyjnych, lecz według różnych rozkładów jazdy, należy to uwzględnić, zwiększając odpowiednio liczbę rodzajów pociągów.

Dla każdego rodzaju pociągu program żąda podania następujących danych, charakteryzujących ich parametry ruchowe i sposób jazdy:

Ciężar pociągu w [kN] - podaje się ciężar wraz z lokomotywą.

Ciężar lokomotywy w [kN] - w przypadku jednostek podaje się łączny ciężar wagonów motorowych w całym składzie.

Współczynnik oporów ruchu - „k” [-] - współczynnik „k” we wzorze na opory ruchu wg prof. Jaworskiego.

Współczynnik mas wirujących alfa w [-].

Opóźnienie podczas hamowania w [m/s²].

Prędkość końca rekuperacji w [km/h] - minimalna prędkość, z jaką pociąg może jeszcze hamować odzyskowo.

Maksymalna moc rekuperacji w [kW] - jeżeli chcemy, aby w trakcie symulacji pociągi danego rodzaju nie hamowały odzyskowo, należy wczytać tę wartość =0.

Sprawność choppera przy hamowaniu w [-].

Czas postoju na stacjach w [s].

Liczba postojów na trasie - liczba zatrzymań pociągów danego rodzaju na trasie, dla jednego kierunku jazdy. Wszystkie postoje, oddzielnie dla obu kierunków jazdy, opisuje się następnie, podając kolejno dla każdego z nich następujące dane:

sp w [m] - odległość miejsca postoju, mierzonego w [m] od początku linii (dla kierunku 1 od punktu 0, a dla kierunku 2 od punktu 0');

tp w [s] - rozkładowy czas wjazdu na dany przystanek, liczony od momentu wjazdu pociągu na linię;

sprąd w [m] - standardowe miejsce wyłączenia prądu (przejścia do jazdy wybiegiem) na kolejnej odległości międzyprzystankowej, mierzone od początku linii - dla kierunku 1 od punktu 0, a dla kierunku 2 od punktu 0'.

Wartości tp wyznacza się na podstawie rozkładu jazdy. W celu wyznaczenia miejsc przejścia do jazdy wybiegiem (sprąd), należy wykonać przejazdy teoretyczne za pomocą programu „PRZEJAZD” w taki sposób, aby uzyskać rozkładowe czasy przejazdu kolejnych odległości międzyprzystankowych, a następnie z wyników przejazdu odczytać drogę jazdy pod prądem.

Liczba zmian prędkości max. na trasie - liczba miejsc na linii, w których występuje zmiana dopuszczalne prędkości jazdy (zwolnienia szlakowe, powrót do normalnej szybkości). Dla wszystkich tych miejsc podaje się następnie:

sv w [m] - odległość punktu zmiany szybkości maksymalnej od początku odcinka (punktu 0);

vmax - dopuszczalną prędkość jazdy za tym punktem.

Jeżeli na odcinku linii, dla którego przeprowadzana jest symulacja, nie ma ograniczeń prędkości, wczytuje się liczbę zmian prędkości =1, sv = 0 i vmax = dopuszczalnej prędkości jazdy dla danego rodzaju pociągu.

W kolejnym etapie wprowadzania danych charakteryzujących dany rodzaj pociągu wczytuje się charakterystyki trakcyjne w postaci 16-to elementowych tabel, prędkości V w [km/h], siły pociągowej F w [kN] i prądu czerpanego z sieci I w [A]. W przypadku trakcji ukrotnionej podaje się charakterystykę łączną wszystkich lokomotyw lub wagonów motorowych w składzie pociągu.

Ostatnie dane wejściowe charakteryzujące dany typ pociągu to:

Udział pociągów punktualnych w [%];

Średnie opóźnienie w [s].

Jeżeli chcemy, aby pociągi wjeżdżały na linię idealnie zgodnie z rozkładem jazdy, podać należy udział pociągów punktualnych = 100%

Na tym kończą się dane określające poszczególne rodzaje pociągów, następnie przechodzi się do kolejnego etapu wczytywania danych, w którym określane jest wstępne, w momencie startu symulacji, usytuowanie pociągów na linii.

Rys. 2. Schemat do wczytywania wstępnego usytuowania pociągów

Kolejność wczytywania danych w tym etapie jest następująca.

Liczba pociągów na kierunku 1 - dla kolejnych pociągów na kierunku 1, których numery porządkowe rosną od punktu 0 (rys. 2), należy podać:

s w [m] - odległość pociągu od początku linii (punktu 0);

ts w [s] - czas jazdy. Pociągi mogą wjeżdżać na linię w różnych miejscach, natomiast wczytywana tu wartość ts jest zawsze rozkładowym czasem jazdy pociągu danego rodzaju od początku linii (punktu 0), niezależnie od tego, czy opisywany pociąg wjechał na linię w punkcie 0, czy w jakimś innym. Wartość ts najwygodniej jest odczytywać z wyników przejazdu teoretycznego, wykonanego za pomocą programu „PRZEJAZD”, danym rodzajem pociągu na całej trasie;

v w [km/h] - prędkość opisywanego pociągu w momencie startu symulacji;

rodzaj pociągu - numer porządkowy określający rodzaj pociągu;

sz w [m] - odległość w którym dany pociąg ma zjechać z linii, od punktu 0.

Liczba pociągów na kierunku 2 - dla kolejnych pociągów na kierunku 2, których numery porządkowe również rosną od punktu 0, należy podać:

s w [m] - usytuowanie pociągu od punktu 0';

ts w [s] - czas jazdy, analogicznie jak dla pociągów na kierunku 1, zakładający wjazd w punkcie 0';

v w [km/h] - prędkość pociągu w momencie startu symulacji;

rodzaj pociągu - numer porządkowy rodzaju;

sz w [m] - odległość miejsca, w którym dany pociąg ma zjechać z linii od punktu 0'.

Następna grupa danych dotyczy pociągów wjeżdżających na linię podczas symulacji. Wczytywane są, oddzielnie dla obu kierunków ruchu:

Liczba pociągów wjeżdżających na linię podczas symulacji - następnie, dla każdego z tych pociągów, ponumerowanych zgodnie z kolejnością wjeżdżania, podaje się:

t w [s] - czas wjazdu, liczony od początku symulacji;

ss w [m] - usytuowanie na trasie miejsca wjazdu - dla kierunku 1 wczytuje się odległość miejsca wjazdu od punktu 0, a dla kierunku 2 od punktu 0';

sw w [m] - usytuowanie miejsca zjazdu danego pociągu z linii, mierzone podobnie jak miejsca wjazdu;

tk - w [s] - rozkładowy czas jazdy, liczony dla jazdy od początku linii (punktu 0 dla kierunku 1 i punktu 0' dla kierunku 2). W przypadku wjazdu pociągu na początku linii, czas ten jest równy zeru, przy wjazdach w innych miejscach można go wyznaczyć z rozkładu jazdy lub za pomocą programu „PRZEJAZD”;

rodzaj pociągu - numer porządkowy określający rodzaj pociągu.

Informacje o pociągach wjeżdżających podczas symulacji kończą etap wprowadzania danych. Komplet danych można teraz przeglądać, poprawiać, zapisać na dysku oraz wydrukować.

Po zakończeniu wprowadzania danych program pyta o podania nazw plików, w których mają być zapisywane wyniki symulacji w postaci prądów podstacji trakcyjnych i napięć na odbierakach pociągów. O ile a pliku z prądami zapisywane są zawsze prądy obciążenia wszystkich podstacji, to w pliku z napięciami notowane są wartości napięć na odbierakach tylko tych pociągów, które w danym momencie pobierają prąd. Ponadto można wybrać dowolny fragment linii, podając jego punkt początkowy i końcowy (mierzone od pkt. 0), na którym notowane będą wartości napięć na odbierakach, np. odcinek miarodajny.

Ostatnie informacje, których żąda program, to okres czasu symulacji w [s] i krok czasowy symulacji w [s]. Po wczytaniu tych danych rozpoczyna się symulacja, podczas której na ekranie monitora wyświetlane są pewne informacje pozwalające na śledzenie jej przebiegu. W dwóch górnych liniach ekranu przedstawiane jest usytuowanie pociągów na linii - pociągi oznaczone są literami, obrazującymi stan w jakim się znajdują:

r - rozruch

u - jazda ze stałą prędkością

w - jazda wybiegiem

h - hamowanie.

W linii trzeciej znaczkami „I” oznaczony jest odcinek trasy, na którym notowane są wartości napięć na odbierakach.

W linii czwartej wyświetlany jest aktualny czas mierzony od początku symulacji i całkowity czas symulacji, wczytany w danych wejściowych.

W pozostałej, dolnej części ekranu, w dwóch okienkach wyświetlane są bieżące wartości prądów obciążenia podstacji i napięć na odbierakach pociągów.

Zakończenie obliczeń symulacyjnych sygnalizowane jest sygnałem dźwiękowym i napisem „KONIEC” wyświetlonym na ekranie.

2. Instrukcja obsługi programów pomocniczych PRĄDY i NAPIĘCIA, służących do opracowywania wyników symulacji.

W wyniku przeprowadzenia symulacji na dysku zostają utworzone dwa pliki w których, z określonym krokiem czasowym zapisane zostały chwilowe wartości prądów obciążenia wszystkich podstacji zasilających odcinek linii, którego pracę symulowano oraz wartości napięć na odbierakach pociągów przejeżdżających wybrany odcinek. Są to pliki tekstowe i można je przeglądać za pomocą dowolnego edytora tekstu. Taka postać wyników jest oczywiście niedogodna do bezpośredniej ich analizy i interpretacji. Do ich opracowania służą programy pomocnicze PRĄDY i NAPIECIA.

Program PRĄDY

Program ten służy do obróbki statystycznej wartości prądów chwilowych obciążenia podstacji. Po jego uruchomieniu należy podać nazwę pliku do którego, podczas symulacji, zapisywane były wartości chwilowe prądów obciążenia podstacji. Następnie program podaje liczbę podstacji zasilających odcinek, którego pracę symulowano i żąda podania numeru porządkowego podstacji dla której ma opracować wyniki. Numeracja podstacji w tym programie odpowiada numeracji podstacji w programie symulacyjnym.

Program wyznacza wartość średnią i wartość zastępczą prądu obciążenia wybranej podstacji za cały okres symulacji. Następnie wyszukuje wartości obciążeń szczytowych dla żądanych czasów trwania szczytu.

Program NAPIĘCIA

Po uruchomieniu programu i podaniu nazwy pliku, do którego podczas symulacji zapisywane były wartości napięć na odbierakach pociągów, program wyznacza średnią wartość napięcia na odbierakach za okres symulacji oraz wyszukuje minimalną i maksymalną wartość chwilową napięcia .

3. Program pomocniczy PRZEJAZD

Używany w ćwiczeniu program służy do wykonywania przejazdów teoretycznych w trakcji kolejowej. Sposób jazdy narzuca operator, sterując za pomocą klawiszy funkcyjnych pracą lokomotywy.

Po uruchomieniu programu na ekranie wyświetlana jest informacja o działaniu klawiszy funkcyjnych. Po wciśnięciu klawisza „s”(start) program pyta o nazwę pliku w którym mają być zapisywane wyniki a następnie przechodzi do etapu wczytywania danych. Dane mogą być wczytane z pliku dyskowego lub z klawiatury. Program wymaga podania następujących danych wejściowych:

• dt [s] - krok czasowy z jakim w pliku wynikowym mają być zapisywane czas, droga przebyta przez pociąg i wartość prądu czerpanego z sieci;

• ciężar pociągu wraz z lokomotywą;

• ciężar lokomotywy;

• współczynnik „k” występujący we wzorze na opory ruchu
  , zależny od rodzaju pociągu;

• współczynnik mas wirujących, zależny od rodzaju pociągu;

• kro drogi „s” z jakim prowadzone będą obliczenia symulacyjne;

• prędkość maksymalna pociągu, w zależności od tej wartości dobrana zostanie odpowiednia skala osi pionowej („v”) wykresu ruchu pociągu obrazującego proces symulacji;

• opóźnienia służbowe hamowania pociągu w
  
  ;

• minimalna prędkość rekuperacji, w nowoczesnym taborze wynosi ona około 5 km/h;

• maksymalna moc rekuperacji, można zakładać że wynosi ona około 150% mocy ciągłej lokomotywy;

• sprawność układu przy hamowaniu;

• napięcie znamionowe;

• długość trasy na której wykonywany będzie przejazd;

• liczba zmian profilu pionowego na trasie - minimalna wartość wynosi 1, przy niezmiennym profilu na całej trasie;

• punkty zmiany profilu (liczone w m od początku trasy) i profil występujący za miejscem zmiany;

• liczba stopni prędkości na trasie (opisujących ograniczenia prędkości na linii), filozofia opisu jest identyczna jak przy opisie profilu, podaje się punkt zmiany prędkości i prędkość dopuszczalną obowiązującą za tym punktem;

• liczba przystanków, a następnie usytuowania przystanków i czasy postoju na nich.

Po wczytaniu powyższych danych (z dysku bądź klawiatury) można je dowolnie zmieniać oraz zapisywać na dysku.

Następny etap wczytywania danych to wybór lokomotywy. Jeżeli poda się nazwę lokomotywy występującej w dostępnej bibliotece lokomotyw, jej charakterystyki zostaną wczytane z pliku. Jeżeli poda się nazwę lokomotywy która nie występuje w bibliotece, program zażąda wczytania z klawiatury charakterystyk siły pociągowej i prądu pobieranego z sieci trakcyjnej w funkcji prędkości a następnie doda ją do biblioteki lokomotyw.

Po wczytaniu charakterystyk lokomotywy program pyta, czy zmieniamy krotność trakcji (liczbę lokomotyw lub wagonów motorowych w składzie pociągu), program zakłada standardowo krotność = 1. Jeżeli podamy odpowiedź twierdzącą, musimy następnie wczytać żądaną krotność.

Ostatnia dana o którą pyta program to wartość prędkości początkowej pociągu podczas startu symulacji - wjechać na trasę można z dowolną prędkością.

Po wczytaniu powyższych danych na ekranie pojawia się układ współrzędnych v=f(s) w którym podczas symulacji kreślony będzie wykres jazdy pociągu. Na wykresie zaznaczone są miejsca usytuowania przystanków oraz ograniczenia prędkości. Jazdą pociągu sterujemy za pomocą następujących klawiszy:

R - jazda z maksymalną siłą pociągową;

U - jazda ze stałą prędkością;

W - jazda wybiegiem;

H - hamowanie.

Podczas jazdy w okienkach informacyjnych wyświetlany jest czas jazdy, bieżąca droga, bieżąca prędkość i aktualna długość drogi hamowania.

Program wspomaga operatora przeprowadzającego symulację:

• niezależnie od tego który klawisz sterujący będzie wciśnięty, pociąg samoczynnie rozpocznie hamowanie tak, aby zatrzymać się dokładnie na najbliższym przystanku;

• program samoczynnie dba o to, aby pociąg nie przekroczył dopuszczalnej prędkości na odcinku na którym się znajduje, niezależnie od wciśniętego klawisz sterującego;

• jeżeli hamowanie rekuperacyjne nie wystarcza dla osiągnięcia służbowego opóźnienia hamowania, automatycznie jest ono wspomagane hamowaniem pneumatycznym;

• jeżeli jedziemy ze stałą prędkością (wciśnięty klawisz „u”) a moc lokomotywy jest niewystarczająca do jej utrzymania (np. na stromym podjeździe) program samoczynnie przejdzie na jazdę z maksymalną siłą pociągową (pociąg mimo to będzie zwalniał).

Przejazd zakończy się automatycznie gdy osiągniemy koniec trasy. Można również zakończyć go w dowolnym momencie wciskając klawisz „k”. W tym drugim przypadku przejazd można powtórzyć bez ponownego wczytywania danych, jest to wygodny sposób postępowania, gdy popełniliśmy błąd przy sterowaniu pociągiem i chcemy szybko przejazd powtórzyć.

Po zakończeniu przejazdu wyświetlane są następujące wyniki:

• czas przejazdu;

• prędkość techniczna;

• zużycie energii w wariancie bez stosowania rekuperacji;

• zużycie energii w wariancie ze stosowaniem hamowania z odzyskiem energii.

W tekstowym pliku z wynikami zapisane zostały, z krokiem czasu dt, wczytanym w danych, odległość przebyta przez pociąg i wartość chwilowa prądu pobieranego przez niego z sieci.

3. Wykonanie ćwiczenia

Symulacje przeprowadzane będą dla odcinka dwutorowej linii kolejowej o długości 39 km, zasilanego przez 3 podstacje trakcyjne. Ponieważ linia biegnie dalej na prawo i na lewo od badanego odcinka, podstacje krańcowe w rzeczywistości obciążane są bardziej niż to wynikać będzie z symulacji, gdyż zasilają również odcinki linii znajdujące się na zewnątrz badanego odcinka. Dlatego wyniki symulacji są miarodajne tylko dla podstacji środkowej.

Rys. 3. Szkic badanego odcinka

Na badanym odcinku ruch prowadzony jest jednym rodzajem pociągów, pociągami podmiejskimi typu EW60.

1. Wykonanie przejazdów teoretycznych

************************************************************************

Dane wejściowe dla symulacji badanego odcinka

- Długość linii = 39000.00 [m]

- Ilość podstacji na linii = 3

Parametry podstacji

Nr podstacji l [m] Uo [V] Ro [] Uod [V] Rod []

1 0.00 3450.00 0.11 4000.00 0.30

2 19000.00 3450.00 0.11 4000.00 0.30

3 39000.00 3450.00 0.11 4000.00 0.30

- Liczba połączeń poprzecznych = 2

odległość od początku linii

1 10000.0000

2 29000.0000

- Liczba zmian rezystancji linii = 1

punkt zmiany rezystancja za punktem - dla 1-go kier. jazdy

1 0.0000 0.0810

- Liczba zmian ilości torów na linii = 1

punkt zmiany ilość torów za punktem -dla 1-go kier. jazdy

1 0.0000 2

- Liczba zmian profilu = 1

punkt zmiany profil za punktem - dla 1-go kier. jazdy

1 0.00 0.00

- Liczba rodzajów pociągów =1

Dane pociągów 1-go rodzaju

**********************************************

Ciężar pociągu [kN] = 3492.00

Ciężar lokomotywy [kN] = 1980.00

Współczynnik oporów ruchu "k" [-] = 25.00

Współczynnik mas wirujących alfa [-] = 1.10

Opóźnienie podczas hamowania [m/s^2] = 1.00

Prędkość końca rekuperacji [km/h] = 5.00

Maksymalna moc rekuperacji [kW] = 0.00

Sprawność choppera przy hamowaniu [-] = 0.70

Czas postoju na stacji [s] = 45.00

Liczba postojów na trasie [-] = 19

Opis trasy - przystanek, czas, wył. prądu dla 1-go kier. jazdy

sp[m] tp[s] spad[m]

1 0.00 0.00 ?

2 4000.00 247.00 ?

3 6000.00 411.00 ?

4 8000.00 575.00 ?

5 9000.00 693.00 ?

6 11000.00 856.00 ?

7 13000.00 1019.00 ?

8 15000.00 1182.00 ?

9 16000.00 1300.00 ?

10 18000.00 1462.00 ?

11 19000.00 1579.00 ?

12 21000.00 1743.00 ?

13 23000.00 1906.00 ?

14 26000.00 2110.00 ?

15 28000.00 2273.00 ?

16 31000.00 2475.00 ?

17 34000.00 2677.00 ?

18 36000.00 2839.00 ?

19 39000.00 3041.00 ?

Opis trasy - przystanek, czas, wył. prądu dla 2-go kier. jazdy

sp[m] tp[s] sprąd[m]

1 0.00 0.00 720.00

2 3000.00 158.00 3520.00

3 5000.00 322.00 5730.00

4 8000.00 525.00 8720.00

5 11000.00 723.00 11500.00

6 13000.00 893.00 13740.00

7 16000.00 1096.00 16510.00

8 18000.00 1261.00 18510.00

9 20000.00 1425.00 20340.00

10 21000.00 1544.00 21500.00

11 23000.00 1708.00 23950.00

12 24000.00 1827.00 24510.00

13 26000.00 1991.00 26510.00

14 28000.00 2155.00 28510.00

15 30000.00 2319.00 30350.00

16 31000.00 2437.00 31530.00

17 33000.00 2601.00 33470.00

18 35000.00 2766.00 36980.00

19 39000.00 3076.00 39000.00

Opis trasy - punkt zmiany Vmax, Vmax za tym punktem

- liczba zmian prędkości max. na trasie = 2

sv[m] vmax[km/h]

1 0.00 40.00

2 1200.00 100.00

Charakterystyki trakcyjne - prędkość, siła, prąd

V[km/h] F[kN] I[A]

1 0.00 345.00 1320.00

2 35.00 345.00 1320.00

3 37.50 324.00 1320.00

4 39.70 312.00 1320.00

5 42.70 291.00 1320.00

6 46.00 265.00 1320.00

7 50.80 243.00 1320.00

8 56.40 219.00 1320.00

9 63.00 195.00 1320.00

10 71.00 170.00 1320.00

11 78.00 162.00 1350.00

12 88.00 118.50 1146.00

13 100.00 90.00 990.00

14 120.00 60.00 900.00

15 140.00 45.00 840.00

16 160.00 30.00 780.00

- udział pociągów punktualnych [%] = 100.00

- średnie opóźnienie [s] = 0.00

Dane o rozkładzie jazdy

**********************************

- Liczba pociągów na kierunku 1 = 3

usytuowanie wstępne - droga i czas od wjazdu na linie oraz punkt zjazdu z linii

s[m] t[s] v[km/h] rodzaj[1..1] sz[m]

1 6900.00 505.00 60.00 1 39000.00

2 13000.00 1110.00 55.00 1 39000.00

3 19910.00 1780.00 60.00 1 39000.00

- Liczba pociągów na kierunku 2 = 4

usytuowanie wstępne - droga i czas od wjazdu na linie oraz punkt zjazdu z linii

s[m] t[s] v[km/h] rodzaj[1..1] sz[m]

1 38180.00 2800.00 40.00 1 39000.00

2 31000.00 2437.00 0.00 1 39000.00

3 23800.00 1800.00 50.00 1 39000.00

4 16860.00 12000.00 70.00 1 39000.00

Wjazdy pociągów na kierunku 1, - czas, punkt wjazdu, punkt zjazdu, czas jazdy, rodzaj

liczba pociągów = 8

t[s] s[m] sw[m] tj[s] typ

1 660.00 0.00 39000.00 0.00 1

2 660.00 0.00 39000.00 0.00 1

3 1260.00 0.00 39000.00 0.00 1

4 1860.00 0.00 39000.00 0.00 1

5 3120.00 0.00 39000.00 0.00 1

6 3660.00 0.00 39000.00 0.00 1

7 3900.00 0.00 39000.00 0.00 1

8 5460.00 0.00 39000.00 0.00 1

Wjazdy pociągów na kierunku 2, - czas, punkt wjazdu, punkt zjazdu, czas jazdy, rodzaj

liczba pociągów = 12

t[s] s[m] sw[m] tj[s] typ

1 300.00 0.00 39000.00 0.00 1

2 1140.00 0.00 39000.00 0.00 1

3 1740.00 0.00 39000.00 0.00 1

4 2100.00 0.00 39000.00 0.00 1

5 2400.00 0.00 39000.00 0.00 1

6 2940.00 0.00 39000.00 0.00 1

7 3200.00 0.00 39000.00 0.00 1

8 3540.00 0.00 39000.00 0.00 1

9 4200.00 0.00 39000.00 0.00 1

10 4740.00 0.00 39000.00 0.00 1

11 5940.00 0.00 39000.00 0.00 1

12 6780.00 0.00 39000.00 0.00 1

Na powyższym wydruku znajduje się komplet danych wejściowych do symulacji, brak na nim jedynie danych o miejscach wyłączenia prądu przy jeździe pociągu na kierunku 1 (zaznaczone znakami zapytania). Dane te należy uzupełnić. W tym celu należy wykonać przejazd teoretyczny na całym odcinku dla kierunku 1, za pomocą programu „PRZEJAZD”.

Dane wejściowe do tego przejazdu znajdują się w pliku „DANEP”. Przed wykonaniem przejazdu należy sprawdzić, czy dane pociągu i trasy w tym pliku są identyczne z danymi zawartymi w danych wejściowych przedstawionymi powyżej. Po wczytaniu danych lokomotywy EW60 należy wczytać krotność trakcji = 3 - w skład pociągu wchodzą 3 wagony motorowe i 3 doczepne. Przejazd należy tak wykonywać, aby w miarę dokładnie zachowywać rozkładowe czasy przejazdu zawarte w danych wejściowych do programu symulacyjnego.

Miejsca wyłączenia prądu najwygodniej wynotować przeglądając plik wynikowy programu „PRZEJAZD”. Po uzupełnieniu pliku wejściowego „DANE” o wyznaczone wartości, kompletne dane należy wydrukować i zamieścić w sprawozdaniu.

2. Symulacja

Obliczenia symulacyjne wykonuje się za pomocą programu „SYMULACJA”, po wczytaniu danych wejściowych zawartych w uzupełnionym pliku „DANE”. Symulację należy przeprowadzić za okres 2 godzin, z krokiem czasowym równym 1 s. Napięcia na odbierakach należy wyznaczać na odcinku między kabinami sekcyjnymi.

Po zakończeniu symulacji, posługując się programem „PRADY” i korzystając z pliku wynikowego zawierającego wartości chwilowe prądów obciążenia podstacji, należy wyznaczyć wartości średnie i zastępcze prądu odciążenia podstacji środkowej za cały okres symulacji oraz analogiczne wartości dla szczytu 15 - minutowego i 1 - minutowego.

Posługując się programem „NAPIĘCIA” i korzystając z pliku wynikowego z wartościami chwilowymi napięć na odbierakach pociągów, wyznaczyć należy minimalną, maksymalną i średnią wartość napięcia na odbierakach.

Posługując się arkuszem kalkulacyjnym EXCEL, po wczytaniu do niego pliku wynikowego symulacji z wartościami chwilowymi prądów, należy sporządzić wykres prądu obciążenia badanej podstacji za dowolnie wybrany 10 - minutowy okres.

4. Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno zawierać:

• wydruk kompletnych, uzupełnionych danych wejściowych do symulacji;

• wyniki otrzymane za pomocą programów „PRĄDY” i „NAPIĘCIA”;

• wykres sporządzony za pomocą programu EXCEL;

• wnioski odnośnie prawidłowości doboru parametrów układu zasilania do przyjętych parametrów pociągów i natężenia ruchu.

18

podstacje

kierunek 2

kierunek 1

p.p.p

1

2

3

4

5

0

0'

1

3

2

m1

2

1

0'

0

5

4

3

2

m1+1

3

kierunek 1

kierunek 2

m1+m2

m1+3

m1+2

1

0

39 km

29 km

19 km

10 km

kierunek 1

kierunek 2

---