Файл: Курсовой проект по дисциплине Теория дискретных устройств на тему Синтез дискретного устройства управления напряжением в электротяговой сети.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральноегосударственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Электроснабжение железных дорог»
Специальность (направление) Системы обеспечения движения поездов

Специализация (профиль, магистерская программа) Электроснабжение железных дорог

курсовой проект



по дисциплине «Теория дискретных устройств»
на тему: «Синтез дискретного устройства управления напряжением в электротяговой сети»

Обучающийся Курс 2 Группа ЭС-005 форма обучения – очная	__________________ подпись, дата	Сливко Ю.Г.
Руководитель должность	__________________ подпись, дата

Санкт-Петербург

2022

Оглавление

---

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Увеличение скорости движения, в том числе и на железнодорожном транспорте, наряду с повышением его безопасности, экономической эффективности, экологической чистоты, а для пассажирского - комфортабельности перевозок, относится к важнейшим целям прогресса в данной области человеческой деятельности. Одним из главных инновационных явлений на железнодорожном транспорте в последние полвека, удовлетворяющих указанным целям, стали высокоскоростные железнодорожные магистрали (ВСМ). Темп их строительства повышается, несмотря на сокращение общей протяженности железнодорожной сети в мире. Россия к настоящему времени не имеет высокоскоростных железнодорожных магистралей, налицо отставание, исчисляющееся несколькими десятилетиями в этой важной области транспортных технологий.

В настоящее время на магистральном железнодорожном транспорте в эксплуатации находится более 43000 км электрифицированных линий, в том числе свыше 18000 км на постоянном токе напряжением в контактной сети 3 кВ. В планах ОАО «РЖД» предусмотрен интенсивный рост абсолютных и удельных показателей работы всех технических средств подвижного состава и устройств инфраструктуры, включая железнодорожное электроснабжение.

Основные цели и задачи развития электрифицированного железнодорожного транспорта определены в «Стратегии развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 г.» утвержденной распоряжением Правительства РФ 17 июля 2008 г. № 878-р [1].

Данная директива требует от хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» гарантированного обеспечения тяги поездов электроэнергией и обоснованного снижения расходов по содержанию инфраструктуры.

Развитие полигона скоростного и высокоскоростного движения предусматривает не только рост транспортной мобильности населения, но и увеличение общей протяженности скоростных и высокоскоростных магистралей [2].

Для повышения работоспособности и энергетической эффективности необходимо усовершенствовать методы теоретических и экспериментальных исследований, разработать новые технические решения, направленные на повышение нагрузочной способности и энергетической эффективности железнодорожного электроснабжения.

Цель курсовой работы. Разработка дискретного логического устройства, включаемого в энергодиспетчерский комплекс телемеханического управления устройствами тягового электроснабжения для реализации программы поддержания уровня напряжения в контактной сети. Получение навыка в разработке цифровых управляющих систем для обеспечения энергоэкономичных режимов при пропуске скоростных и высокоскоростных поездов с поддержанием на межподстанционных зонах заданного уровня напряжения у токоприёмников движущегося электроподвижного состава (ЭПС).

---

С учётом указанных особенностей работы электротяговой сети, для создания системы телерегулирования на заданном участке в курсовом проекте необходимо выполнить следующие проектные решения:

1. Разработать исходные данные электрифицированного участка высокоскоростной линии с энергодиспетчерским телемеханическим управлением. Составить словесное описание функционирования дискретного устройства телерегулирования напряжения в электротяговой сети.

2. Составить структурную схему системы управления напряжением в электротяговой сети. Обосновать формы сигналов при передаче информации в канале прямой и обратной связи объекта управления и управляющего устройства.

3. Решить задачу синтеза комбинационной логической схемы устройства управления напряжением в электротяговой сети.

4. Разработать конструктивное исполнение ячейки устройства управления на основе интегральных микросхем (ИМС).

Для разработки проекта телерегулирования напряжения студенту предлагается выбрать участок электрифицированной линии, включающий 3-5 межподстанционных зон, оснащенный устройствами телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ). Устройства ТУ-ТС-ТИ включают диспетчерский полукомплект на диспетчерском пункте (ДП) и полукомплекты контролируемых пунктов (КП). Полукомплекты ТУ-ДП, ТС-ДП, ТИ-ДП связаны с полукомплектами ТУ-КП, ТС-КП, ТИ-КП каналами цифровой связи (КС). На рисунке 1 приведён пример исходной схемы электрифицированного участка высокоскоростной линии Санкт-Петербург-Сартавала.

Рисунок 1

1. 
   СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ В ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ
   

1. 
   Современные технологии управления устройствами электроснабжения
   

Оперативное управление объектами электроснабжения, расположенными на железнодорожной линии (высоковольтные выключатели, преобразовательные агрегаты, разъединители с моторным приводом и другие аппараты и агрегаты тяговых подстанций, различных линейных пунктов, контактной сети), осуществляется энергодиспетчерами, находящимися на диспетчерском пункте, как правило, расположенном рядом с диспетчером по управлению движением.

---

С энергодиспетчерского пункта по устройствам связи посылаются приказы на контролируемые пункты о необходимых переключениях силового электрооборудования. Эти приказы направляются по назначению вручную путем передачи телефонограммы, либо с помощью специальных устройств управления на расстоянии – телеуправлению. Сведения о фактическом состоянии объектов электроснабжения поступают к энергодиспетчеру по устройствам телесигнализации и телеизмерений. В устройства телемеханики включают часть автоматических блоков, вырабатывающих ряд функций управления без участия энергодиспетчера. На современных диспетчерских пунктах применяются также автоматизированные рабочие места (АРМ). В настоящее время электрические железные дороги оснащены такими автоматизированными системами управления, в которых наиболее ответственные операции выполняются оператором, а часть – выполняются автоматически в зависимости от состояния объектов.

2. 
   Обоснование системы управления напряжением в электротяговой сети
   

Напряжение в электротяговой сети при нагрузке от электропоездов в различных точках по длине межподстанционной зоны неодинаково: выше в близи тяговых подстанции и несколько снижается в середине межподстанционной зоны ближе к посту секционирования. Наиболее достоверная оперативная информация об уровне напряжения у токоприемников движущихся поездов фиксируется измерительными приборами, устанавливаемыми на ЭПС. Вместе с тем, передача этой информации к объектам управления технически сложна. В проекте предусматривается контроль уровня напряжения у постов секционирования, расположенных примерно в середине межподстанционной зоны.

Наибольшее снижение напряжения ожидается в точке контактной сети, удаленной от подстанции на одну треть межподстанционной зоны. Ближайшим линейным устройством тягового электроснабжения, для этой точки является пост секционирования.

Расположение подстанций участка железной дороги постоянного тока 3 кВ «Орехово – Кузнечное» с интенсивным движением показано на рисунке 2.


Рисунок 2. Схема расположения объектов тягового электроснабжения

---

Схема расположения объектов на линии и питания электрояговой сети приведена на рисунке 3

Рисунок 3

2. 
   ПОЛУЧЕНИЕ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ В СИСТЕМЕ ТЕЛЕРУГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ
   

1. 
   Получение сигналов, отображающих передаваемое сообщение об уровне напряжения на межподстанционной зоне
   

В системе управления напряжением посредством телемеханических устройств происходит передача на значительное расстояние сообщений от контролируемых пунктов (ТС-ТИ-КП) на диспетчерский пункт (ТС-ТИ-ДП) об уровне напряжения в контактной сети и от диспетчерского пункта (ТУ-ДП) на контролируемый пункт (ТУ-КП) при необходимости повышения (или понижения) напряжения на шинах подстанции. Такой способ управления соответствует технологии телерегулирования напряжения в электротягой сети.

Для передачи сообщения телемеханическим способом необходим переносчик информации, который по линии связи с заданной скоростью и с наименьшими искажениями будет доставлять получателю адресованное ему сообщение. В телемеханике в качестве таких переносчиков обычно используются электрические сигналы в виде импульсов переменного тока (амплитуда, длительность, частота или фаза которого могут изменяться под воздействием сообщения).

В проекте принимаются следующие дискретные сообщения:

уровень напряжения в контактной сети ниже минимального допустимого значения («1»), выше номинального («0»);

включение устройства регулировании на повышение напряжения («1»), включение устройства регулирования на понижение напряжения («0»).

Для надежной передачи сообщений с заданной скоростью сигналы преобразуются в наиболее эффективный для передачи вид. Процесс преобразования сигнала для передачи сообщения по линии связи из одной формы в другую, производимой по определенному закону или правилу, называется кодированием. При построении кодов применяют двоичную систему исчисления и называют коды двоичными. В данном проекте принимается простейший одноразрядный код.

В качестве параметра импульсных сигналов принимается частота переменного тока:

сигналу «1» соответствует частота

---