Model symulacyjny sieci trakcyjnej – załączanie i stan zasadniczy

Model symulacyjny sieci trakcyjnej – załączanie i stan zasadniczy

Grzegorz Karoñ • Politechnika Œl¹ska w Katowicach, Instytut Transportu
Model
symulacyjny
sieci trakcyjnej
– za³¹czanie
i stan zasadniczy
41
Stan aktualny sieci trakcyjnej
Stan aktualny sieci trakcyjnej na stacji Sosna przedstawiony zosta³ na rysunku 2 w postaci grafu G, na którym kwadraty szare to rejony pod napiêciem, a kwadraty bia³e to
rejony pozbawione napiêcia. Sytuacja ta powsta³a po dokonaniu od³¹czenia toru 2 omówionego w poprzednim artyku-
Rys. 2. Graf G powsta³y po dekompozycji schematu z rysunku 1
Šród³o: opracowanie w³asne
W poprzednim artykule (
3/98) omówiony zosta³
sposób dekompozycji schematu sieci trakcyjnej na
elementy grafu nieskierowanego, bêd¹cego matematycznym modelem sieci stosowanym w systemie
SCHEMAT. Proces dekompozycji oraz dzia³anie systemu przy wykonywaniu od³¹czenia wybranego elementu sieci pokazane zosta³y na przyk³adowym schemacie sekcjonowania ma³ej stacji Sosna (rys. 1), którego
model w postaci grafu G ilustruje rysunek 2.
Niniejszy artyku³ przedstawia operacje: za³¹czania oraz ustawienia stanu zasadniczego elementów sieci trakcyjnej. Przed
ich omówieniem przeprowadzone zostanie od³¹czenie dodatkowego obszaru sieci, aby pokazaæ sposób poszukiwania
zasilania zastêpczego dla rejonów, które utraci³y napiêcie.
le. Poni¿ej przedstawiono wartoœci elementów macierzy MR
i MP obrazuj¹ce ten stan:
MR[1] =( 1,Sosna,(t2a),(1P Z1 20),1,1,(4),(-) ),
MR[2] =( 2,Sosna,(r1),(1P Z2 30),1,1,(1),(3) ),
MR[3] =( 3,Sosna,(t2,r2,r3,r7,r9),(-),1,0,(6,4,2),(2,8) ),
MR[4] =( 4,Sosna,(t4,t6,r5,r6),(-),1,0,(6),(-) ),
MR[5] =( 5,Sosna,(t2b),(1KS Z4 40),1,1,(2),(-) ),
MR[6] =( 6,Sosna,(t1,r4,r8),(-),1,1,(1,5,3),(-) ),
MR[7] =( 7,Sosna,(t3),(-),1,1,(5),(-) ),
MR[8] =( 8,Sosna,(r10,r11,r16),(1KS Z3 10),1,1,(7,9,8,3),(3) ),
MR[9] =( 9,Sosna,(t301,t302,t303,r12,r13,r14,r15),(-),1,1,(7),(-) ),
MR[10] =( 10,Sosna,(t101,t102,t103,r17,r18,r19,r20),(-),1,1,(8),(-) ),
MR[11] =( 11,Sosna,(t201,t202,t203,r21,r22,r23,r24),(-),1,1,(9),(-) ).
Rys. 1. Schemat sekcjonowania sieci trakcyjnej na stacji Sosna
Šród³o: opracowanie w³asne
MP[1]=(1,1,1,1,2,6),
MP[2]=(2,2,1,0,5,3),
MP[3]=(3,3,0,0,6,8),
MP[4]=(4,4,1,0,1,3),
MP[5]=(5,107,1,1,7,6),
MP[6]=(6,108,1,1,4,3),
MP[7]=(7,29,1,1,9,8),
MP[8]=(8,19,1,1,10,8),
MP[9]=(9,9,1,1,11,8).
Dla przypomnienia:
MR
[m]
rm
s,
npo
npr
MR[m]
[m]=rm
rm[[nr,npos,s,
s,nz,ez,ea,npo
npo,npr
npr]]
jest m-tym elementem macierzy rejonów MR
MR, w którym:
nr – numer porz¹dkowy,
npos – nazwa posterunku,
s
– sk³ad – numery torów i rozjazdów ujête w ( ); w systemie SCHEMAT obowi¹zuj¹ nastêpuj¹ce skróty: t dla toru
i r dla rozjazdu,
nz – nazwa i numer zasilacza zasilaj¹cego dany rejon, ujête
w ( ),
4 / 1998
4/98 strona 41
42
ez
– elektryczny stan zasadniczy (1 – pod napiêciem,
0 – brak napiêcia),
ea – elektryczny stan aktualny (1 – pod napiêciem, 0 –
brak napiêcia),
npo – numery porz¹dkowe po³¹czenia incydentnego typu
od³¹cznik, ujête w ( ),
npr –numery porz¹dkowe rejonów s¹siednich z danym tylko przez po³¹czenie typu izolator, ujête w ( ),
[n]
pn
a MP
MP[n]
[n]=pn
pn[[ nr,nrz,ez,ea,nr1,nr2]] jest n-tym elementem
macierzy po³¹czeñ MP
MP, w którym:
nr – numer porz¹dkowy; w celu u³atwienia analizy pracy
systemu, wyœwietlony (na rysunkach 1, 3, 6 i 8) poni¿ej numeru rzeczywistego, w czasie normalnej pracy systemu mo¿e byæ ukryty,
nrz – numer rzeczywisty od³¹cznika,
ez – elektryczny stan zasadniczy od³¹cznika (1 – zamkniêty, 0 – otwarty),
ea – elektryczny stan aktualny od³¹cznika (1 – zamkniêty,
0 – otwarty),
nr1 – numer porz¹dkowy 1 rejonu incydentnego,
nr2 – numer porz¹dkowy 2 rejonu incydentnego [3].
Od³¹czenie dodatkowego rejonu
Do od³¹czenia (przycisk
) wyznaczony zosta³ rozjazd 1
– jest to przypadek od³¹czania, w którym wystêpuje proces
poszukiwania zasilania zastêpczego. System przeszukuje
macierz MR ze wzglêdu na s i npos, a¿ do momentu znales,
npo
npr
s,nz,ez,ea,npo
npo,npr
npr]] , w którym
zienia takiego ri
ri[[ nr,npos,s,
npos=Sosna i jednym z elementów s jest r1, dziêki czemu
identyfikuje wybrany rejon MR[2]. Nastêpnie przeszukuje
macierze MR i MP w taki sposób, ¿e znajduje od³¹cznik ³¹cz¹cy wybrany rejon MR[2] z innymi wierzcho³kami grafu G.
Wynikiem poszukiwañ jest element MP[1] ³¹cz¹cy rejon
MR[2] z rejonem MR[6]. Poniewa¿ od³¹cznik MP[1] jest zamkniêty (wskazuje na to ea=1), otwiera go zmieniaj¹c
ea=1 na ea=0. Dodatkowo rejon MR[2] jest zasilany zasi-
Rys. 3. Schemat sekcjonowania sieci trakcyjnej po od³¹czeniu rozjazdu 1
Šród³o: opracowanie w³asne
laczem (1P Z2 30), którego od³¹cznik zostaje otworzony.
W ten sposób graf G przygotowany jest do analizy elektrycznej.
Analiza elektryczna polega na tym, ¿e system tworzy
odpowiednie marszruty [3]. Rejonami pocz¹tkowymi s¹
rejony s¹siaduj¹ce z rejonem MR[2]. W tym przypadku rejonem pocz¹tkowym jest element MR[6], a rejonami kolejnymi w marszrutach – rejony po³¹czone od³¹cznikami zamkniêtymi. Dla omawianego od³¹czenia wystêpuje jedna
MP[5]
→ MR[7]. W tak przygotowanej marmarszruta: MR[6]
szrucie poszukiwany jest co najmniej jeden rejon zasilany zas,
npo
npr
silaczem, czyli taki element ri
ri[[ nr,npos,s,
s,nz,ez,ea,npo
npo,npr
npr]] ,
w którym nz≠(-) i ea=1. Znalezienie takiego elementu
w marszrucie powoduje ustawienie ea=1, natomiast jego
brak – ustawienie ea=0 dla kolejnych elementów danej
marszruty. Zgodnie z powy¿szym, rejony MR[6] i MR[7]
otrzymuj¹ ea=0, poniewa¿ ¿aden z nich nie jest zasilany
zasilaczem.
Po analizie elektrycznej nastêpuje poszukiwanie zaMP[5]
→ MR[7].
silania tymczasowego dla marszruty MR[6]
W elementach: MR[6] i MR[7] poszukiwany jest taki od³¹cznik otwarty (maj¹cy ea=0), który po zamkniêciu umo¿liwi
zasilenie marszruty. Od³¹cznikiem tym jest MP[3], który zostaje zamkniêty (ustawienie ea=1), dziêki czemu przekazuj¹c napiêcie z rejonu MR[8] umo¿liwia tymczasowe zasilenie marszruty.
Efektem przeprowadzonej symulacji od³¹czania rozjazdu 1
jest schemat sieci pokazany na rysunku 3 oraz zmiana wartoœci podanych poni¿ej elementów:
MR[2]=( 2,Sosna,(r1),(1P Z2 30),1,0,(1),(3) ),
MP[1]=(1,1,1,0,2,6),
MP[3]=(3,3,0,1,6,8).
Za³¹czanie rejonu
Do za³¹czenia (przycisk
) wybrany zosta³ rozjazd 1.
Identyfikacja rejonu, do którego nale¿y r1 odbywa siê w identyczny sposób, jak w przypadku od³¹czania. Nastêpnie system, po stwierdzeniu, ¿e rejon MR[2] jest zasilany w stanie
zasadniczym zasilaczem: 1P Z2 30 zamyka od³¹cznik tego
zasilacza.
Kolejnym krokiem jest analiza wszystkich od³¹czników
³¹cz¹cych rejon MR[2] z pozosta³ymi elementami grafu G
wraz z jednoczesn¹ analiz¹ rejonów incydentnych z tymi
od³¹cznikami. Od³¹czniki ustawiane s¹:
w stan otwarty – gdy rejon incydentny jest w stanie od³¹czonym,
w stan zasadniczy – gdy rejon incydentny jest w stanie
za³¹czonym.
Zgodnie z powy¿szymi regu³ami od³¹cznik MP[1] zostaje
zamkniêty, poniewa¿ rejon incydentny MR[6] jest w stanie
za³¹czonym, a stanem zasadniczym MP[1] jest stan zamkniêty (informuje o tym ez=1).
Za³¹czanie rejonu koñczy siê analiz¹ elektryczn¹ sieci.
System, podobnie jak przy od³¹czaniu, tworzy marszruty,
w których rejonami pocz¹tkowymi s¹ rejony s¹siaduj¹ce z rejonem MR[2] – element MR[6], a rejonami kolejnymi w mar4 / 1998
4/98 strona 42
43
szrutach - rejony po³¹czone od³¹cznikami zamkniêtymi. Dla
omawianego za³¹czenia wystêpuje jedna marszruta o wierzcho³ku pocz¹tkowym MR[6] przedstawiona na rysunku 4.
Rys. 4. Marszruta wystêpuj¹ca w przypadku za³¹czania rozjazdu 1
Šród³o: opracowanie w³asne
W tak przygotowanej marszrucie poszukiwane s¹ ele[n]
pn
menty MP
MP[n]
[n]=pn
pn[[ nr,nrz,ez,ea,nr1,nr2]] , w których spe³niony jest warunek logiczny (ea=1 ∧ ea ≠ ez) oznaczaj¹cy, ¿e
od³¹cznik jest zamkniêty i znajduje siê w stanie niezgodnym
z zasadniczym. Dla ka¿dego z nich sprawdzana jest mo¿liwoœæ ustawienia ea = ez, która nie spowoduje utraty zasilania przez którykolwiek z rejonów. Od³¹cznikiem spe³niaj¹cym te warunki jest MP[3]. Mo¿na siê by³o tego spodziewaæ,
gdy¿ jest to od³¹cznik za³¹czony tymczasowo podczas wczeœniejszego od³¹czenia rozjazdu 1 i teraz, po ponownym za³¹czeniu rejonu MR[2], mo¿e powróciæ do swojego stanu zasadniczego (ez=0).
Na rysunku 5 przedstawiono raport z symulacji za³¹czania rozjazdu 1 udostêpniony przez modu³ informacyjny, natomiast rysunek 6 przedstawia schemat sieci po uwzglêdnieniu zmian wartoœci poni¿szych elementów:
MR[2]=( 2,Sosna,(r1),(1P Z2 30),1,1,(1),(3) ),
MP[1]=(1,1,1,1,2,6),
MP[3]=(3,3,0,0,6,8).
Ustawienie stanu zasadniczego
Ustawienie stanu zasadniczego polega na przejœciu w elektryczny stan zasadniczy wszystkich elementów grafu G (rejonów i od³¹czników). Do realizacji tego zadania s³u¿y opcja
oznaczona przyciskiem
. Poniewa¿ ustawienie stanu za-
sadniczego likwiduje aktualny stan elektryczny sieci trakcyjnej, system przypomina o tym operatorowi wyœwietlaj¹c stosowne ostrze¿enie (rys. 7). W przypadku kontynuacji
podjêtych dzia³añ (naciœniêcie przycisku Yes) system przegl¹da kolejno macierze MP i MR i ustawia wszystkim ich elementom ea = ez. Wynikiem tego dzia³ania w przypadku
schematu sekcjonowania sieci trakcyjnej stacji Sosna s¹ poni¿sze wartoœci elementów macierzy MP i MR oraz wygl¹d
ekranu komputera przedstawiony na rysunku 8.
MR[1]=( 1,Sosna,(t2a),(1P Z1 20),1,1,(4),(-) ),
MR[2]=( 2,Sosna,(r1),(1P Z2 30),1,1,(1),(3) ),
MR[3]=( 3,Sosna,(t2,r2,r3,r7,r9),(-),1,1,(6,4,2),(2,8) ),
MR[4]=( 4,Sosna,(t4,t6,r5,r6),(-),1,1,(6),(-) ),
MR[5]=( 5,Sosna,(t2b),(1KS Z4 40),1,1,(2),(-) ),
MR[6]=( 6,Sosna,(t1,r4,r8),(-),1,1,(1,5,3),(-) ),
MR[7]=( 7,Sosna,(t3),(-),1,1,(5),(-) ),
MR[8]=( 8,Sosna,(r10,r11,r16),(1KS Z3 10),1,1,(7,9,8,3),(3) ),
MR[9]=( 9,Sosna,(t301,t302,t303,r12,r13,r14,r15),(-),1,1,(7),(-) ),
MR[10]=( 10,Sosna,(t101,t102,t103,r17,r18,r19,r20),(-),1,1,(8),(-) ),
4 / 1998
4/98 strona 43
44
Rys. 8. Schemat sekcjonowania sieci trakcyjnej po ustawieniu stanu zasadniczego
Šród³o: opracowanie w³asne
MR[11]=( 11,Sosna,(t201,t202,t203,r21,r22,r23,r24),(-),1,1,(9),(-) ),
MP[1]=(1,1,1,1,2,6),
MP[2]=(2,2,1,1,5,3),
MP[3]=(3,3,0,0,6,8),
MP[4]=(4,4,1,1,1,3),
MP[5]=(5,107,1,1,7,6),
MP[6]=(6,108,1,1,4,3),
MP[7]=(7,29,1,1,9,8),
MP[8]=(8,19,1,1,10,8),
MP[9]=(9,9,1,1,11,8).
Podsumowanie
Przedstawiony w artykule schemat sekcjonowania przyk³adowej stacji Sosna jest bardzo prostym uk³adem elektrycznym
zawieraj¹cym jedynie 11 rejonów i 9 od³¹czników sekcyjnych.
W zwi¹zku z tym mo¿na odnieœæ wra¿enie, ¿e do przeprowadzania analizy od³¹czenia lub za³¹czania wybranych jego
fragmentów nie jest potrzebne zaprzêganie programów komputerowych. Mo¿na siê z tym zgodziæ, ale je¿eli weŸmie siê
pod uwagê fakt, i¿ wybrany do omawiania schemat sekcjonowania sieci trakcyjnej zosta³ celowo uproszczony jedynie
po to, aby u³atwiæ zrozumienie podstawowych funkcji systemu SCHEMAT, natomiast rzeczywiste schematy sieci trakcyjnej s¹ o wiele bardziej z³o¿one, co zwiêksza prawdopodobieñstwo pope³nienia b³êdu przez dyspozytora podczas
wyznaczania od³¹czników do od³¹czenia, to celowoœæ stosowania systemów wspomagaj¹cych podejmowanie decyzji
wydaje siê niezaprzeczalna. Przyk³adem mo¿e byæ Oddzia³
Zasilania Elektroenergetycznego w Katowicach, w którym dekompozycja schematu sieci trakcyjnej da³a w wyniku graf
sk³adaj¹cy siê z ponad 1200 rejonów i ponad 1300 od³¹czników.
Dodatkow¹ zalet¹ stosowania takich systemów jest zapamiêtanie ca³ego schematu po³¹czeñ w postaci mapy wektorowej (rozwi¹zanie oparte na systemach CAD/CAM), która mo¿e byæ w dowolny sposób przetwarzana przez system.
Podstawowymi zaletami tego rozwi¹zania s¹:
mo¿liwoœæ stosowania dowolnej skali wyœwietlanego obszaru,
stosowanie struktury wielowarstwowej maj¹cej na celu
zwiêkszenie czytelnoœci schematu poprzez grupowanie
informacji na oddzielnych warstwach i wyœwietlanie tylko
tych, które s¹ w danej chwili niezbêdne,
kolorowanie obszarów korzystaj¹cych z tych samych zasilaczy,
stosowanie symboli od³¹czników, które mog¹ zmieniaæ
wygl¹d w zale¿noœci od ich stanu elektrycznego,
szybka lokalizacja wybranego elementu mapy (od³¹cznika,
toru, rozjazdu, itp.) bez koniecznoœci ¿mudnego przegl¹dania ca³ego schematu (w przypadku oddzia³u katowickiego – arkusza papieru szerokoœci ok. 40 cm i d³ugoœci
ok. 12 metrów).
Literatura
[1] Karoñ G., Mikulski J., Hopaluk J.: Komputerowy system wspomagaj¹cy pracê dyspozytora sieci trakcyjnej. XIV Krajowa
Konferencja nt.: Polioptymalizacja i Komputerowe Wspomaganie Projektowania, Ko³obrzeg ’96, 26–29 czerwca 1996 r.
[2] Karoñ G., Mikulski J.: TRAKCJA – informatyczny system wspomagania pracy dyspozytora sieci trakcyjnej. Technika Transportu Szynowego, 8/1996.
[3] Karoñ G., Hopaluk J.: Wspomaganie podejmowania decyzji
przy wykonywaniu ³¹czeñ na sieci trakcyjnej. Technika Transportu Szynowego, 7-8/1997.
[4] Karoñ G., Mikulski J.: Zastosowanie informatyki do wspomagania pracy dyspozytora sieci trakcyjnej. Zeszyty Naukowe
Politechniki Œl¹skiej, seria Transport, z.29, Gliwice 1997.
[5] Karoñ G., Hopaluk J.: Model symulacyjny sieci trakcyjnej
– od³¹czenia. Technika Transportu Szynowego, 3/1998.
[6] Korzan B.: Elementy teorii grafów i sieci. Metody i zastosowania. WNT, Warszawa 1978.
[7] £uczywek Z., S³aby L.: Elektromonter podstacji trakcyjnej.
WK£, Warszawa 1972.
[8] Podoski J.: Zasady trakcji elektrycznej. WK£, Warszawa 1967.
[9] Podoski J.,Kacprzyk J., Mys³ek J.: Zasady trakcji elektrycznej.
WK£, Warszawa 1980.
[10] Robin J. Wilson: Wprowadzenie do teorii grafów. PWN,
Warszawa 1985,
[11] Œwiderek S.: Poradnik elektromontera sieci trakcyjnej PKP.
WK£, Warszawa 1993.
Autor artyku³u sk³ada uprzejme podziêkowania Panu Zbigniewowi
Szafrañskiemu, pracownikowi G³ównego Energetyka PKP za cenne uwagi merytoryczne.
4 / 1998
4/98 strona 44