System diagnostyczno-antykradzieżowy sieci trakcyjnej w transporcie szynowym „AntyX”
Informacja techniczna 10/2024
Wstęp: Potrzeba ochrony kolejowej sieci trakcyjnej przed ingerencją osób trzecich stała się koniecznością wynikającą z dużej liczby kradzieży oraz podwyższonego ryzyka aktów sabotażu. Oprócz strat finansowych, wynikających z konieczności odbudowy zniszczonej infrastruktury, występuje również zagrożenie dla osób przebywających w obrębie miejsca zdarzenia. Jeżeli uszkodzenie nie zostanie dostatecznie szybko rozpoznane, a uszkodzony odcinek sieci nie zostanie wyłączony, to zerwany przewód jezdny lub lina nośna znajdujące się w zasięgu ręki mogą być przyczyną śmiertelnego porażenia prądem elektrycznym. Ponadto wjechanie pojazdem trakcyjnym na odcinek toru pozbawiony przewodu jezdnego lub liny nośnej prowadzi zazwyczaj do natychmiastowego uszkodzenia pantografu a często także do zerwania całego fragmentu sieci trakcyjnej. Skutkiem takiej sytuacji są zawsze opóźnienia w ruchu pociągów z wszystkimi tego konsekwencjami.
Dotychczas stosowane rozwiązania monitorowały jedynie ciągłość sieci trakcyjnej. Takie rozwiązanie jest skuteczne jeżeli całkowicie przerwane zostaną przewody jezdne oraz lina nośna. Tymczasem coraz częściej dochodzi do tzw. inteligentnych kradzieży, polegających na wycięciu tylko części sieci trakcyjnej, pozostawiając ciągłość obwodu elektrycznego. Ponadto może dojść do samoistnej zmiany parametrów sieci trakcyjnej, pogarszającej jej stan techniczny.
W celu zapobiegania takim zdarzeniom opracowano nowatorski system monitorujący górną sieć trakcyjną w czasie rzeczywistym. Nowe rozwiązanie pozwoliło na zmniejszenie kosztów eksploatacji i utrzymania sieci trakcyjnej, jak również poprawę bezpieczeństwa i niezawodności ruchu kolejowego.
System AntyX dysponuje unikalną i do tej pory nigdy nie stosowaną umiejętnością detekcji przygotowań do aktów dewastacji poprzez programową analizę korelacji sygnałów dotyczących zaniku napięcia w sieci trakcyjnej, obserwacji wizyjnej, detekcji nietypowych drgań sieci trakcyjnej, kontroli jej naciągu (dla każdej liny nośnej i przewodu jezdnego niezależnie), a także wykrywania nietypowego ruchu ludzi i pojazdów w krytycznych miejscach otoczenia linii kolejowej wskazującego na przygotowywanie się do dewastacji (w powiązaniu z systemem FAS firmy Sensonic).
Kontrolowane w czasie rzeczywistym parametry sieci trakcyjnej to m.in. siła naciągu przewodów jezdnych oraz lin nośnych, rejestracja drgań rozchodzących się w przewodach jezdnych i linach nośnych (w tym detekcja wszelkich nietypowych zjawisk związanych z analizą drgań) oraz wykrywanie zaniku napięcia trakcyjnego, a cały system wyposażony jest w oprogramowanie wykorzystujące algorytmy uczenia maszynowego. Połączenie tych cech pozwoliło na stworzenie bardzo sprawnego i przydatnego w zarządzaniu infrastrukturą kolejową systemu podstawowej (zaawansowanej) diagnostyki górnej sieci trakcyjnej na zelektryfikowanych liniach magistralnych oraz dużych stacjach kolejowych
Zasilanie w energię elektryczną odbywa się tylko z OZE (panele fotowoltaiczne z akumulatorem energii), a cała konstrukcja urządzenia zamontowanego na słupie trakcyjnym jest galwanicznie połączona z potencjałem sieci trakcyjnej, co zasadniczo poprawia odporność na uszkodzenia powodowane przepięciami i zakłóceniami elektromagnetycznymi.
Do końca marca 2025 roku zostaną zakończone prace nad doposażeniem systemu AntyX w innowacyjny czujnik wykrywający oblodzenie przewodu jezdnego z jednoczesnym monitorowaniem i sygnalizowaniem sytuacji pogodowej sprzyjającej wystąpieniu oblodzenia.
Przeznaczenie: System AntyX przeznaczony jest do stosowania w zelektryfikowanym transporcie szynowym i przystosowany do wszystkich typów górnej sieci trakcyjnej 3 kV DC. Urządzenie jest instalowane na skrajnych słupach trakcyjnych sekcji naprężenia, w rejonach wymagających ciągłej diagnostyki a także w miejscach podatnych na kradzieże.
Zakres stosowania: Zakres stosowania urządzeń systemu AntyX sprowadza się do ochrony szlaków kolejowych (sekcji naprężenia górnej sieci trakcyjnej) jako jeden z elementów ochrony infrastruktury krytycznej (linie magistralne oraz duże stacje kolejowe) a także w miejscach występowania kradzieży i dewastacji.
Opis działania systemu: System diagnostyczno-antykradzieżowy sieci jezdnej AntyX, poprzez monitorowanie i analizę wybranych parametrów mechanicznych, elektrycznych i obrazów z kamer, ma dostarczyć do służb utrzymania sygnały alarmu, wskazujące na zmiany spowodowane niepożądane działania osób trzecich, zmierzające do pogorszenia parametrów użytkowych sieci, których skutkiem jest ograniczenie przepustowości linii lub zamknięcie toru a także wysokie straty materialne.
Monitorowanymi w czasie rzeczywistym parametrami są:
- naciąg liny nośnej,
- naciąg przewodu jezdnego,
- nietypowe drgania i wibracje liny nośnej,
- nietypowe drgania i wibracje przewodu jezdnego,
- napięcie zasilające sieć.
Zależnie od rodzaju czujnika i wartości przekroczenia akceptowalnych parametrów system AntyX generuje alarmy lub ostrzeżenia. Sygnał alarmu będzie przekazywany do pracowników prowadzących nadzór nad eksploatacją linii kolejowej (nastawnie na stacjach, Lokalne Centra Sterowania lub Nastawnie Centralne zasilania trakcji elektrycznej) oraz takich służb jak SOK oraz policja.
Sygnał alarmu będzie oznaczał, że doszło do uszkodzenia sieci trakcyjnej, w tym także w wyniku kradzieży lub dewastacji jej elementów.
Sygnał ostrzeżenia będzie generowany, gdy parametry sieci lub działania w jej otoczeniu powinny zostać zweryfikowane. Sygnał ten będzie przekazywany do pracowników prowadzących nadzór nad eksploatacją linii kolejowej.
Budowa: Komplet urządzeń systemu AntyX składa się z wyposażenia dla 2 skrajnych (kotwowych) słupów trakcyjnych (stacji zasilania z OZE oraz stanowisk pomiarowych i kamerowych dla każdego słupa z urządzeniem naciągowym) i przeznaczony jest do montażu na jednej sekcji naprężenia o typowej długości ok. 1200 - 1300 m.
Komplet ten składa się z:
- Kompletów czujników monitorowania stanu sieci trakcyjnej (zamontowanych tylko na słupach skrajnych (kotwowych), zawierających czujnik naciągu i czujnik drgań, zainstalowanych na każdym przewodzie jezdnym oraz każdej linii nośnej, oraz czujnik obecności napięcia 3 kV DC w sieci trakcyjnej.
- Szafki pomiarowej zawierającej układ przetwarzania danych oraz system łączności GSM LTE (na każdym z 2 słupów).
- Stacji zasilania w energię elektryczną z OZE (zamontowanej na każdym z 2 słupów) zawierającej zestaw dwóch paneli solarnych o mocy 2 x 410 W typu LR5-55HPH-410M oraz szafkę zasilania z baterią dwóch akumulatorów o pojemności 165 Ah każdy.
- Układu obserwacji wizyjnej sieci jezdnej w postaci kamer hybrydowych 2TD2617-6/QA firmy HIKVISION (po jednej sztuce na każdym z 2 słupów).
- Systemu zobrazowania i rejestracji ostrzeżeń oraz stanów alarmowych
Mechanicznie konstrukcja nośna systemu AntyX jest instalowana na słupie trakcyjnym przy pomocy poprzecznych belek (konstrukcja do mocowania rozstawionych wysięgników pomocniczych), do których przymocowane są izolatory wraz z ukośnikami i odciągami. Odciągi stanowią podstawę do zamocowania stelaża z panelami fotowoltaicznymi. Do podłużnych belek stelaża, opartych na odciągach, podwieszony jest zasobnik energii wraz ze skrzynką pomiarową i kamerą oraz zamocowany jest wysięgnik kablowy z przewodami do czujników. Stabilne położenie końcowego punktu wysięgnika (puszki połączeniowej) uzyskano dzięki zastosowaniu linek stabilizujących, dołączonych do elementów stelaża.
Dane znamionowe: Urządzenie AntyX przeznaczone jest do pracy w klimacie umiarkowanym na wolnym powietrzu
- całkowity ciężar urządzenia 3527 N (352,7 kg)
- stopień ochrony IP 55
- moc paneli PV 2 x 410 Wp
- zabezpieczenie obwodów regulatora 3 x 20 A
- pojemność zasobnika energii 165 Ah
- napięcie zasilania 24 VDC
- pobór mocy przez system monitorowania 20 W
- czujnik naciągu liny (przew. jezdnego) - tensometryczny
- zakres pomiarowy czujnika naciągu - 50 kN
- interfejs czujnika naciągu pętla prądowa 4-20 mA
- czujnik drgań akcelerometr
- interfejs czujnika drgań - sygnał napięciowy
- czułość czujnika drgań - 100mV/g
- zakres częstotliwości cz. drgań - 0,50 – 14000 Hz
- odporność na wstrząsy cz. drgań 5000g
- temperatura robocza od – 40o C do + 60o C
- wilgotność powietrza do 100 %
System zobrazowania i rejestracji zdarzeń: System zobrazowania i rejestracji został zrealizowany z wykorzystaniem zewnętrznego wirtualnego serwera VPS, na którym tworzony jest obraz wizualizacji aktualnego stanu systemu, który może być wyświetlony przez każdą przeglądarkę z telefonu, innego urządzenia mobilnego lub komputera.
Po wpisaniu do przeglądarki internetowej adresu dostępu do serwera VPS pojawia się ekran systemu zobrazowania pokazujący stan zasilania oraz wyniki pomiaru czujników sieci trakcyjnej. Na górnej belce można wybrać podgląd każdego z krańcowych słupów sekcji zasilania. Wybrane pole podświetla się na zielono.
Montaż i utrzymanie: System antykradzieżowy górnej sieci jezdnej AntyX dostarczany jest do zamawiającego w elementach przygotowanych do ich montażu na słupach sieci trakcyjnej.
Montaż wszystkich dostarczonych elementów powinien odbywać się przy użyciu pociągu sieciowego z wykorzystaniem platform oraz dźwigu i jednoczesnym zastosowaniu pełnej procedury wyłączenia napięcia trakcyjnego.
Dla utrzymania właściwego stanu technicznego systemu, konieczne jest wykonanie 2 okresowych przeglądów rocznie. Jeden przed zimą, drugi po okresie zimowym. Przeglądy należy wykonać z wykorzystaniem pociągu sieciowego przy jednoczesnym zastosowaniu pełnej procedury wyłączenia napięcia trakcyjnego
Schemat wyposażenia słupa krańcowego (kotwowego)
Widok ekranu zdalnego monitoringu systemu AntyX
