Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Помехи от обратных тяговых токов на устройства железнодорожной автоматики и телемеханики 10
1.1 Проблемы электромагнитной совместимости устройств ЖАТ с тяговой сетью переменного тока 10
1.2 Анализ статистических данных по сбоям и отказам в работе рельсовых цепей и АЛСН при повышенных обратных тяговых токах 12
1.3 Анализ научных исследований по влиянию обратных тяговых токов на рельсовые цепи и АЛСН 18
1.4 Особенности влияния повышенных обратных тяговых токов на рельсовые цепи и АЛСН 21
1.5 Выводы 27
Глава 2. Математические модели процессов влияния обратных тяговых токов на автоматическую локомотивную сигнализацию 29
2.1 Обратная тяговая сеть как источник помех на автоматическую локомотивную сигнализацию 29
2.2 Особенности электрической линии "рельс-земля" 34
2.3 Математические модели распределения переменных тяговых токов в рельсовых линиях под катушками автоматической локомотивной сигнализации 39
2.4 Математическая модель асимметрии тяговых токов под катушками автоматической локомотивной сигнализации 43
2.5 Геометрические параметры размещения на локомотиве катушек АЛСН 54
2.6 Особенности индуктивной связи локомотива с рельсами в системах автоматической локомотивной сигнализации 54
2.7 Выводы 64
Глава 3. Моделирование влияния обратных переменных тяговых токов на АЛСН и рельсовые цепи 66
3.1 Цель и методы моделирования 66
3.2 Модель обрати отітя го пой рельсовой сети 68
33 Параметры рельсовых линий в их моделях 74
3.4 Моделирование процессов изменения асимметрии тяговых токов в рельсовых цепях, ограниченных изолирующими стыками 76
3.5 Моделирование процессов изменения асимметрии тягового тока в б ее стыковых рельсовых цепях 82
3.6 Моделирование влияния неоднородности поперечного сопротивления рельсовой линии на асимметрию тягового тока 93
3.7 Выводы 97
Глава 4. Экспериментальные исследования электромагнитной совместимости АЛСН и рельсовых цепей с обратной тяговой сетыо 99
4.1 Выбор полигона измерений 99
4.2 Результаты измерений обратных тяговых токов 101
4.3 Исследование уровней и гармонического состава помех or обратного пи окок) тока н локомотивных приемниках АЛСН 107
4.4 Исследование влияния гармоник тяговых токов тяжеловесных поездов на устойчивость работы фазочувствительных рельсовых цепей 119
4.5 Исследование влияния нелинейности характеристик дроссель-трансформаторов па уровень помех 126
4.6 Исследование влияния помех от тягового тока на величину врашающего момента на секторе релеДСШ-16 132
4.7 Выводы 137
Глава 5» Разработка методов и технических решений дли обеспечения устойчивости работы АЛСН и рельсовых цепей при повышенных переменных тяговых токах 140
5,1 Разработка технических решений для повышения степени ослабления помех в локомотивной аппаратуре АЛСН 140
5.2 Разработка технических и организационных решений для уменьшения уровня помех на рельсовые цепи и АЛСН от обратного тягового тока 143
5-3 Разработка способов и устройств для метрологического обеспечения работ по контролю состояния рельсовых цепей и АЛСН 147
5.4 Выводы 148
Заключение 150
Библиографический список 154
Приложения 167
- Анализ статистических данных по сбоям и отказам в работе рельсовых цепей и АЛСН при повышенных обратных тяговых токах
- Математическая модель асимметрии тяговых токов под катушками автоматической локомотивной сигнализации
- Моделирование процессов изменения асимметрии тягового тока в б ее стыковых рельсовых цепях
- Исследование влияния гармоник тяговых токов тяжеловесных поездов на устойчивость работы фазочувствительных рельсовых цепей
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие хозяйства страны потребовало введения регулярного движения тяжеловесных поездов весом 6300 т по маршруту Мариинск - Ангарск - Порты Приморья. На направлении Кузбасс - Находка организовано движение поездов массой 6200 т. Для направлений Кузбасс -Санкт-Петербург и Кузбасс - Новороссийск рассматривается возможность вождения поездов массой 12 и 18 тысяч тонн.
Движение таких поездов по горным участкам и в районах подключения отсасывающих линий тяговых подстанций вызывает повышенное отрицательное действие обратного тягового тока на рельсовые цепи (РЦ) и автоматическую локомотивную сигнализацию непрерывного действия (АЛСН), вызывая сбои в их работе и перекрытия сигналов автоблокировки перед движущимся поездом. В результате ухудшается безопасность движения поездов, возрастают эксплуатационные расходы из-за дополнительных остановок и задержек поездов.
Величина и гармонический состав тягового тока в рельсах зависит от тягового тока электровоза, а также от условий стекания тягового тока из рельсовых нитей в землю. На подъемах на горных участках тяговый ток наиболее велик, поэтому при проведении данных исследований основное внимание было уделено горным участкам главного хода ВСЖД.
Тяговый ток по-разному растекается по обратной тяговой рельсовой сети по станциям и перегонам. На станциях условия растекания зависят от особенностей схемы канализации обратного тягового тока на конкретной станции, а на перегонах эти условия зависят от типа используемых рельсовых цепей (бесстыковые или с изолирующими стыками), а также от схемы включения выравнивающих междупутных перемычек. Это учитывалось при выборе полигона экспериментальных исследований.
Сложность решения задачи о степени мешающего действия токов тяжеловесных поездов на АЛСН и РЦ определяется многообразием и трудностью выявления причин сбоев и отказов в работе этих устройств.
Трудности эти связаны, прежде всего, со сложностью физических процессов распространения тяговых токов как по металлическим частям электровозов, так и по обратной тяговой рельсовой сети, в которой перемешиваются как токи рекуперативного торможения, так и токи электровозов, идущих по соседнему пути в режиме тяги.
Исследованию вопросов обеспечения электромагнитной совместимости рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия посвящены работы ученых Бадёра МЛ,, Белякова И.В., Бочкова К.А., Костроминова А.Н., Котельникова А.В., Леушина В.Б., Лисенкова В.М., Разгонова А.П., Пенкина Н.Ф., Шаманова В.И., Шишлякова АЛ., Щербины Е.Г.и других.
Значительный вклад в развитие теории и решение проблемы совместимости слаботочных цепей в системах автоматики, телемеханики и связи с сетями электроснабжения внесли известные ученые Аркатов B.C., Брылеев A.M., Бушуев А.В., Гавзов А.В., Дмитриев B.C., Закаргокин ВЛХ, Котляренко Н.Ф., Кравцов Ю.А., Минин ВА, Переборов А.С., Розенберг Е.Н,, Сапожников В.В., Сапожников Вл. В., Талалаев В.И. и многие другие.
Цель диссертационной работы - научно обосновать методы и технические решения для обеспечения электромагнитной совместимости рельсовых цепей и устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью электроснабжения при повышенных переменных тяговых токах.
Основными задачами исследования являются:
1. Анализ условий, при которых влияние обратной тяговой рельсовой сети переменного тока становится доминирующим среди факторов, ухудшающих электромагнитную обстановку для рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации.
2-Разработка методов анализа устойчивости работы РЦ и АЛСН и методов математического моделирования обратной тяговой рельсовой сети как генератора помех для участков, оборудованных рельсовыми цепями с изолирующими стыками и без них, а также методов математического
моделирования системы индуктивной связи катушек АЛСН с обратными тяговыми токами электровоза.
Разработка методик и проведение экспериментальных исследований в эксплуатационных и лабораторных условиях по влиянию на РЦ и АЛСН обратных переменных тяговых токов тяжеловесных поездов на равнинных и горных участках железных дорог.
Разработка методов, принципов построения устройств, технических решений и организационных мер, обеспечивающих устойчивость работы РЦ и АЛСН при движении тяжеловесных поездов.
Основные методы научных исследований. При решении поставленных в диссертации задач использованы методы, базирующиеся на теории надежности, теории электромагнитных полей, теории электрических цепей, теории передачи сигналов, теории вероятностей и математической статистики.
Достоверность научных положений обусловлена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, подтверждена результатами математического моделирования и экспериментальных исследований в эксплуатационных и лабораторных условиях, а также результатами разработанных на базе научных положений диссертации технических и организационных решений.
Научную новизну диссертационной работы представляют следующие основные результаты;
[.Обобщенная математическая модель обратной тяговой рельсовой сети переменного тока как генератора помех на РЦ и АЛСН, учитывающая условия растекания обратного переменного тягового тока по рельсовым нитям.
Математическая модель системы индуктивной связи катушек АЛСН с рельсовыми нитями при протекании па ним сигнальных и обратных тяговых токов, в которой учтено влияние на приемные катушки тяговых токов в первой колесной паре и в днище электровоза.
Методика математического моделирования на ЭЦВМ процессов генерации помех в устройствах АЛСН переменными тяговыми токами в обратной тяговой рельсовой сети с учетом варьирования как сопротивлений
переходов "рельс - земля", так и величин продольной и поперечной асимметрии сопротивлений рельсовой линии (РЛ).
4- Методика экспериментальных исследований в условиях эксплуатации и в лабораторных условиях помех на РЦ и АЛСН от обратных тяговых токов с учетом нелинейности характеристик дроссель-трансформаторов.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Технические и организационные решения обеспечили уменьшение продольной и поперечной асимметрии сопротивлений рельсовых нитей на горных участках Большой-Луг - Слюдянка-П и Горхон - Кижа Восточно-Сибирской железной дороги и на этой базе обеспечили повышение устойчивости работы АЛСН и рельсовых цепей при движении тяжеловесных поездов по этим участкам,
Методы расчета входных сопротивлений однопроводных линии "рельс - земля" для тягового тока являются методической базой для разработки норм содержания рельсовых линий по допускаемым величинам асимметрии продольных и поперечных сопротивлений.
3-Методика расчета влияния динамики электровозов при их движении в кривых пути является методической базой для диагностики влияния этого фактора на устойчивость работы АЛСН при движении поездов на горных участках.
4. Основные теоретические положения и математические модели, а также результаты практической реализации работы используются при подготовке студентов в учебных курсах «Автоматика и телемеханика на перегонах» и «Основы теории надежности», а также при курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Автоматика и телемеханика» ИрГУПС.
Апробации работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» {Екатеринбург, УрГУПС, 2003); Межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиоэлектроники», посвященной 109-й годовщине
дня Радио (Иркутск, ИрГТУ, 2004); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», посвященной 50-летию филиала ИрГУПС в г. Красноярске {Красноярск, КФ ИрГУПС, 2005); технических семинарах кафедры «Автоматика и телемеханика» ИрГУПС,
Основные положения, выносимые на защиту;
Г Прикладные методы анализа устойчивости работы РЦ и АЛСН, в условиях мешающего действия повышенных переменных тяговых токов, с использованием разработанных математических моделей: обратной тяговой рельсовой сети переменного тока как генератора помех; распределения тяговых токов в рельсовых нитях под катушками АЛСН; системы индуктивной связи катушек АЛСН с тяговыми токами электровоза.
Методы математического моделирования на ЭЦВМ асимметрии тягового тока в рельсах под приемными катушками АЛСН при движении поезда по однородным и неоднородным рельсовым линиям различной длины.
Метод повышения устойчивости работы АЛСН за счет компенсации помех на входе локомотивной аппаратуры.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ (из них одна - в научно-техническом журнале "Автоматика, связь, информатика").
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка (140 наименований). Работа изложена на 168 страницах печатного текста и включает 10 таблиц, 46 рисунков.
Анализ статистических данных по сбоям и отказам в работе рельсовых цепей и АЛСН при повышенных обратных тяговых токах
Являясь основой систем интервального регулирования движения поездов (ИРДП), рельсовые цепи (РЦ) остаются самым ненадежным их элементом, на который приходится до 50% общей совокупности отказов, а на ряде участков и более [27, 28, 49]. По данным департамента автоматики и телемеханики в 2005 году на сети железных дорог России произошло 19620 отказов РЦ [40],
На участках с электротягой переменного тока до 75% отказов РЦ генерируют элементы, обеспечивающие пропуск по рельсовой линии (РЛ) сигнальных и тяговых токов: изолирующие стыки; дроссель-трансформаторы; стыковые рельсовые соединители; дроссельные перемычки; тяговые соединители и т.д. [40]. Предотказное состояние этих элементов не всегда выявляется обслуживающим персоналом. Это связанно с увеличением количества обслуживаемых устройств при неизменной норме времени на их обслуживание, дефицитом квалифицированного обслуживающего персонала в дистанциях сигнализации и связи, недостаточной обеспеченностью персонала контрольно диагностической аппаратурой.
Наиболее трудным является выявление причин кратковременных сбоев, поскольку они часто возникают от действия случайного сочетания неблагоприятных факторов. Регулярное движение тяжеловесных поездов весом до 6300 тонн на ВСЖД происходит в четном направлении. Для наглядности представления данных по сбоям устройств АЛСН были построены фафики для наиболее интересных перегонов горных участков, на которых столбцы серого цвета для каждого километра конкретного перегона отображают общее количество сбоев устройств АЛСН за 2004 год, столбцы черного цвета количество сбоев устройств АЛСН из-за асимметрии обратного тягового тока в рельсовых нитях.
Наиболее сложным горным участком на ВСЖД для четных поездов является участок Рассоха - Глубокая, На перегонах этого участка Большой Луг - Подкаменная и Подкаменная - Глубокая расположены наиболее крутые уклоны до 18%о. Перевал между станциями Камышет и Курят не имеет таких крутых уклонов, но на станции Ук, где расположена тяговая подстанция (ТП), нет междупутных перемычек, что осложняет работу элементов обратной тяговой сети этой станции. Помехи от токов рекуперации на тональные рельсовые цепи (РЦ) и на устройства АЛСН наиболее сильны на перегоне Ангасолка - Слюдянка. Поэтому наибольшее внимание нужно уделить указанным перегонам и станциям, ограничивающих эти перегоны, а также и на станции Ук.
Проведем анализ статистики сбоев устройств АЛСН при движении четных поездов по перевальному участку Большой-Луг - Слюдянка-П. Перегоны данного участка оборудованы автоблокировкой с бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты. Ш рис, U, а представлена дши-рам.вд количества обоев устройств АЛСН при движении четных поездов по перегону Волштой-Луг Глубокая. R& 5229 км данного перегона расположена тяговай подстанция «Рвдшха». На 5236 км и на 5240 км уешновленм тщоные мевдупушые перемычки для вдрздивдшшг обршжіпі тягдвот тока и смежных путях иерйтна Ущ щчеввде коливдешо сбоев на этих кшюметрад м на 5229 км &ел#еш& следствием роста тягового тока в рельсовых нитях под катушками АЛСН. Тлговал яодешшшг Рассоха ржттжтй т полоти участке, и поезд проезжает ее в режиме выбей, іхтатому на 5232 ІШ шцт умшьшешне козмадигаа сбоев. Пост нросяедоваыия места подключения отсасывающего фидера ж скшш переходит в режиме тяги двигаясь но подъему в 15,5 %о. При приближении к местам установки междупутнмх перемычек также наблюдается повышение интенсивности сбоев. Таким образом, т перегоне Нотшой-Луг - Щдкдаенная до 55% от общсі-о шсла сбоев происходит из-ж повышенных обритідах шгодах тощ в рельсовых нитях под приемными матушками АЛСН.
На станцшг Подсменная расположена т&говал подстанция. Обратный гяшвый юк распределяется но рельсовой сеш етйщшс. Это в свою очередь несколько уменьшает интенсивность сбоев АЛСН при движении четных ішездов ш еханцщщ с ташвыми нодеіаешші но незначительно, и доля сбоев из-за асимметрии обратных тяговых токов может достигать 50%. По сравнению со станцией с тяговой подстанцией Гончарово, которая расположена на равнинном участке, на станции Подкаменная интенсивность сбоев в работе устройств АЛСН выше более чем в 9 раз. На рис. 1.1, б дана диаграмма сбоев устройств АЛСН при движении четных поездов по перегону Подкаменная - Глубокая. На станции Глубокая нет тяговой подстанции, поэтому и интенсивность сбоев на этом перегоне в шесть раз меньше чем, на предыдущем перегоне. Пиковые значения сбоев при движении по перегону Подкаменная - Глубокая при движении четных поездов фиксируются па крутых подъемах с уклоном более 17%о.
На станции Глубокая нет тяговой подстанции, в результате интенсивность сбоев в работе устройств АЛСН здесь происходит в 3,5 раза меньше, чем на станции Подкаменная. На рис. 1.2, а приведены данные по количеству сбоев в работе устройств АЛСН при движении четных поездов по перегону Глубокая - Андриановская. Интенсивность сбоев по сравнению с предыдущим перегоном здесь выше в 1,3 раза. Это связано с тем, что на станции Андриановская расположена тягавая подстанция. Всплеск интенсивности сбоев в начале перегона связан с повышением величины обратного тягового тока под приемными катушками АЛСН головного локомотива из-за разгона четного поезда, идущего на подъем. По мере приближения поезда к станции Андриановская, расположенной на вершине перевала, происходит уменьшение тягового тока электровоза и как следствие уменьшение интенсивности сбоев в работе устройств АЛСН. Количество сбоев на станции Андриановская меньше в 1,2 раза, чем на станции Подкаменная.
Математическая модель асимметрии тяговых токов под катушками автоматической локомотивной сигнализации
С точки зрения влияния обратных тяговых токов на каналы АЛСН электровоз является источником тока. Величина переменного тягового тока в рельсовых нитях под катушками АЛСН не зависит от сопротивления отрезков рельсовых линий, по которым течет обратный тяговый ток. Длина участка рельсовой линии, на котором переменный обратный тяговый ток почти полностью стекает в землю, зависит от соотношения продольного и поперечного сопротивлений однопроводных линий "рельс-земля".
В рассматриваемом аспекте в общем случае, когда на перегоне используются бесстыковые рельсовые цепи, обобщенную схему замещения обратной тяговой рельсовой сети, ограниченную изолирующими стыками с дроссель-трансформаторами, можно представить в виде, показанном на рис. 2.5. При движении одиночного поезда с одним или несколькими электровозами в голове их тяговый ток течет по рельсовым нитям и вперед, и назад по ходу движения поезда (рис 2.5). В этой схеме замещения обратной тяговой сети приняты следующие условные обозначения:
Следовательно, численное значение коэффициента асимметрии тяговых токов под локомотивными катушками АЛСН равно численному значению коэффициента асимметрии входных сопротивлений отрезков рельсовых нитей, расположенных перед электровозом. Точно так же можно доказать, что численные значения коэффициента асимметрии тяговых токов /п, hi и коэффициента асимметрии рассматриваемых входных сопротивлений Z\m, ZM1 тоже равны, где /л и /г2- тяговые токи в рельсовых нитях за хвостом" поезда.
Если под катушками АЛСН рассматриваемого электровоза токи электровозов других поездов или электровозов, идущих в хвосте рассматриваемого поезда ("толкачей"), текут в том же направлении, что и токи In hi, то тяговые токи других электровозов под рассматриваемыми катушками АЛСН будут распределяться тоже обратно пропорционально величинам входных сопротивлений Ґвп и Z BX2 Объясняется это тем, что колесные пары рассматриваемого поезда выполняют роль перемычек, выравнивающих тяговые токи в рельсовых нитях под поездом, как бы эти токи не распределялись до "хвоста" поезда. А первая колесная пара обеспечивает распределение "чужих" обратных тяговых токов тоже в соответствии с законом (2 Л 4).
В соответствии с формулой (2.14) величины тяговых токов In и In определяются величинами входных сопротивлений однопроводных линий " рельс-земля" по отношению к бесконечно удаленному заземлителю при условии, что эти токи полностью стекают из рельсовых нитей в землю. Поскольку и потенциалы рельсовых нитей по отношению к земле, и тяговые переменные токи в них уменьшаются по мере удаления or электровоза по экспоненциальному закону, указанные условия выполняются, когда длина рельсовой нити стремится к бесконечности.
Инженерные расчеты всегда ведутся при определенных допущениях и упрощениях, не ухудшающих точность расчетов ниже установленного предела. Найдем формулы для длины рельсовой линии Л, при которой потенциал рельсовой нити по отношению к бесконечно удаленной земле уменьшается в 5ф раз. Из данных табл. 2.2 видно, что ужесточение требований к предельной минимальной величине потенциала " рельс-земля" с 10% до 5% приводит к увеличению длины L в среднем на 30%, При росте удельного сопротивления перехода "рельс-земля" от минимальной величины, равной 0,5 Ом-км, до максимальной 18,5 Ом км длина отрезка рельсовой линии L возрастает в 6,08 раз.
Длина рассматриваемого отрезка рельсовой линии L зависит от величины тягового тока в ней из-за нелинейности сопротивления рельсовых нитей. При увеличении тока частотой 50 Гц в рельсовой нити от 100 до 300 А длина L уменьшается на 17%.
Средняя длина перегонов с бесстыковыми тональными РЦ на электрифицированных участках обычно находится в пределах 13-16 км. Следовательно, в летнее время при Гш=0,5-5,0 Ом-км не учитывать входные сопротивления рельсовых сетей станции, к которой движется по перегону поезд, можно только при нахождении поезда в первой трети перегона. В то же время при сопротивлении гШэ близком к нижнему пределу, эта длина уменьшается до 1,8 - 1,9 км. Таким образом, даже на длинных перегонах, оборудованных бесстьтковыми РЦ, приходится учитывать сопротивления основных обмоток ДТ, ограничивающих электрически перегон или РЦ перед электровозом.
Если взять среднюю длину перегонных РЦ с изолирующими стыками, равную 1,5 км, то при дроссель-трансформаторах типа ДТ-1-150 или ДТ-1-300 сопротивление секций основных обмоток двух ДТ, включаемых последовательно на границах РЦ, будет эквивалентно сопротивлению рельсовой нити длиной 0,62 - 0,72 км. Учесть влияние ДТ на уменьшения потенциала "рельс-земля" можно двумя способами. В первом случае можно считать сопротивление секций основных обмоток ДТ тоже распределенным но длине РЦ, как это сделано в [125].
Можно, в случае необходимости, усложнить методику расчета для учета того, что по отношению к распределенной рельсовой линии сопротивления основных обмоток ДТ является точечным, и ток при прохождении по ним величину свою не меняет. При движении поезда по кодируемой РЦ с изолирующими стыками или при движении по участку приближения на перегоне, оборудованном бесстыковыми тональными рельсовыми цепями эквивалентную схему распределения тягового тока по рельсовым нитям можно представить в виде, показанном нарис. 2.6.
Примем равным нулю потенциал бесконечно удаленного заземлителя. Представим укрупненно участок рельсовой линии, лежащий перед движущимся электровозом и ограниченный отрезком от первых колесных пар электровоза до того места рельсовой линии, в котором потенциал рельса по отношению к земле достигает величины 0,1фо или 0,05фо в виде схемы, показанной на рис. 2.6. В этой схеме: фо и ф} - потенциалы по отношению к бесконечно удаленному заземлителю соответственно рельсов под первой колесной парой электровоза и междроссельной перемычки возле первых по ходу изолирующих стыков; 2И\\ Rm\ Zm\ Rm - сопротивления схемы замещения рельсовых нитей PHI и РН2 Т-образными трехполюсниками; Ітиі; Іпк - тяговые токи в рельсах в начале и в конце первой рельсовой нити PHI перед электровозом; Іпн\ Іпк -тоже для второй рельсовой нити /Y-/2.
Моделирование процессов изменения асимметрии тягового тока в б ее стыковых рельсовых цепях
На перегонах, оборудованных тональными РЦ, изолирующие стыки устанавливаются только на границах перегона со станциями. Для выравнивания тяговых токов в рельсовых нитях между ними возле сигнальных точек включают выводы основных обмоток дроссель-трансформаторов типа ДТ-1-150 или обмоток дросселей РОБС-4. К средним точкам дроссель-трансформаторов подключаются цепи заземления всех конструкций, расположенных в этом месте.
Характер изменения коэффициента асимметрии тягового тока вдоль таких перегонов более сложен, поэтому для оценки формы кривой Ka-f(I) приходится использовать в данном случае больше параметров, чем в рельсовых цепях с изолирующими стыками.
На рис, 3.6 приведена общая форма графика изменения коэффициента асимметрии тягового тока вдоль перегона с бесстыковыми РЦ, На графике показаны параметры, позволяющие давать сравнительную характеристику зависимости Ка=/(1), полученных при разных численных значениях электрических параметров рельсовой линии; Каталі - первый максимум коэффициента асимметрии тягового тока при отсчете от выходного конца перегона; Кат1а7 - второй максимум коэффициента асимметрии тягового тока; Капи!Х! - остальные последующие максимумы коэффициента асимметрии; Катті - первый минимум коэффициента асимметрии тягового тока, полученный за счет использования выравнивающего дроссель-трансформатора; Катгт - остальные последующие минимумы коэффициента асимметрии; Ктт - установившееся значение коэффициента асимметрии после проезда места установки выравнивающего дроссель-трансформатора, не считая последнего в начале перегона; lmuxi - расстояние от конца перегона (нулевой точки) до первого максимума; lmini - расстояние от нулевой точки до первого минимума; 1уст - расстояние от нулевой точки до начала последнего участка с установившимся коэффициентом асимметрии; -ЛКа\ - абсолютное значение уменьшения коэффициента асимметрии тягового тока за счет выравнивания его первым от выходного конца РЦ дроссель трансформатором; -AK0S - абсолютное значение уменьшения коэффициента асимметрии остальными выравнивающими дроссель-трансформаторами; +АКа2 - абсолютное значение превышения коэффициентом асимметрии тягового тока его значения, если выравнивающие дроссель-трансформаторы не использовались бы, на блок-участке между первым и вторым выравнивающими дроссель-трансформаторами; +АКМ - абсолютное значение таких же превышений на остальных блок-участках; Л1гт№Г - длины блок-участков, на которых коэффициент асимметрии тягового тока превышает на величину +АКа2 или +АКа1 его значение, получающиеся при отсутствии выравнивающих ДТ; Аідт - расстояния между выравнивающими дроссель-трансформаторами; А1тт - длины участков рельсовой линии, на которых обеспечивается уменьшение асимметрии тягового тока за счет выравнивающих ДТ. В табл. 3.4 сведены численные значения этих параметров» полученных по результатам моделирования при варьировании величин продольных к и поперечных & коэффициентов асимметрии сопротивлений рельсовой линии при максимальном и минимальном значениях удельного сопротивления переходов "рельсовая нить - земля"» Для того, чтобы можно было количественно оценить эффект от использования выравнивающих дроссель-трансформаторов, используются численные значения параметров кривой Ka=f(l) вдоль перегона из табл. 3.3, если бы выравнивающих дроссель-трансформаторов не было. В этой таблице Іусм - расстояние от нулевой точки до точки, от которой начинается увеличение коэффициента асимметрии в конце перегона.
Сравнение формы кривых Ka=f(l) для рассматриваемых перегонов с выравнивающими дроссель-трансформаторами и без них показывает, что установка этих ДТ по разному влияет на величину коэффициента асимметрии тягового тока в зависимости от соотношения коэффициентов продольной AJH поперечной к"в" асимметрии сопротивлений рельсовой линии и от величины сопротивления переходов "рельс - земля". На рис. 3.7 приведены графики зависимостей Ка(!) для перегона длиной 20 км при средней длине блок-участков 1,5 км. На рисунке кривые 1 и 2 - графики зависимостей Ка(1) при величинах сопротивлений переходов "рельс - земля" соответственно 0,5 Ом км и 18 Ом км, если выравнивающие ДТ отсутствуют. Кривые 3 и 4 - такие же зависимости при наличии выравнивающих ДТ. Как видно из последних кривых, степень выравнивания обратных тяговых токов в рельсовых нитях существенно зависит от величины сопротивления рельсовых нитей по отношению к земле rm.
Исследование влияния гармоник тяговых токов тяжеловесных поездов на устойчивость работы фазочувствительных рельсовых цепей
Для экспериментального определения степени влияния переменных обратных тяговых токов тяжеловесных поездов на фазочувствительные РЦ измерения проводились на станции Кижа при промерзшем грунте и температуре окружающей среды около - 40 С, На этой станции расположена тяговая подстанция, и с запада к ней прилегает перегон с затяжным подъемом, В качестве объекта измерений были выбраны рельсовые цепи ЧАП и 20-28 СП, Первый участок расположен сразу за входным светофором Ч, и поэтому весь тяговый ток с перегона протекает через дроссель-трансформатор типа ДТ-1-300, установленный на границе этой РЦ с перегоном. К средней точке ДТ другой выбранной.
Результаты гармонического анализа рассматриваемых токов и напряжений сведены в табл. 4.3, а на рис, 4.10 приведено графическое изображение гармонического состава тока в путевой обмотке реле типа ДСШ-16 в секции ЧАП, когда асимметрия тягового тока в секциях основной обмотки дроссель-трансформатора типа ДТ-1-300 была равна 26,1 А.
Окончание таблицы 4. Из рис, 4.10 н данных табл. 4.3 видно, что с ростом асимметрии тягового тока растет величина первой гармоники этого тока в токе, протекающем по путевой обмотке реле ДСШ. Действующие значения токов третьей, пятой и седьмой гармоник тягового тока составляют соответственно 34,7%, 28,6%) и 14,3% от действующего значения сигнального тока частотой 25 Гц.
Нелинейность характеристик дроссель-трансформаторов типа ДТ-1-300, используемых в рассматриваемых РЦ, приводит к появлению в путевой обмотке реле ДСШ-16 достаточно больших по уровню токов четных гармоник тягового тока, действующие значения которых составляют 14,3-16,3% от величины сигнального тока частотой 25 Гц, Отклонения уровней гармоник тягового тока от их средних значений, зафиксированные при проведении измерений, объясняются изменениями гармонического состава тягового тока вследствие изменения режимов работы силовых электроустановок электровозов.
Действующее значение тока в путевой обмотке реле ДСШ-16 для случая, приведенного на рис, 4Л 0, составляет 0,073 А при величине сигнального тока частотой 25 Гц, равной 0,049 А, Однако вращающий момент сектора в индукционном реле типа ДСШ определяется током в путевой обмотке только сигнальной частоты 25 Гц, а токи остальных частот оказывают мешающее влияние, уменьшая вращающий момент. Более того, в соответствии с законом электромагнитной индукции, ЭДС, наводимые в секторе реле токами n-х гармоник тягового тока, будут в 2-п раз больше ЭДС, наводимой сигнальным током. Следовательно, для рассматриваемого примера ЭДС, наводимые в секторе путевого реле, будут составлять в процентах от ЭДС, наводимой сигнальным током, 70% для первой гармоник; 42% для второй гармоники и более 160% для третьей гармоники тягового тока и т.д. В результате при проходе тяжеловесных поездов устойчивость работы фазочувствительных рельсовых цепей заметно ухудшается.
Таким образом, существующая в РЦ защита от мешающего действия тягового тока и его гармоник на индукционные путевые реле типа ДСШ оказывается недостаточно эффективной при движении тяжеловесных поездов. Объясняется это тем, что используемые в фазочувствительных РЦ защитные блок-фильтры типа ЗБ-ДСШ предназначены только для ослабления первой гармоники тягового тока частотой 50 Гц и беспрепятственно пропускают Б путевую обмотку реле ДСШ токи всех других частот. Более того, как подтвердили проведенные измерения, при большом уровне тока частотой 50 Гц он тоже начинает попадать в путевую обмотку реле ДСШ.
Следовательно, на участках с регулярным пропуском тяжеловесных поездов необходима модернизация защитных блок-фильтров ЗБ-ДСШ или разработка новых, более эффективных фильтров. Это особенно актуально для горных участков и для РЦ, примыкающих к месту подключения отсасывающих линий тяговых подстанций.
Учитывая достаточно большой уровень напряжений гармоник при регулярном движении тяжеловесных поездов, измерения и регулировку сигнальных напряжений и токов в РЦ на горных участках, а также в зонах, примыкающих к местам подключения к рельсам отсасывающих линий тяговых подстанций, необходимо производить только с использованием мультиметра типа В7-63 на фиксированной частоте 25 Гц.
В случае острой необходимости возможна также замена на таких участках фазочувствительных РЦ на рельсовые цепи другого типа, менее подверженных влиянию повышенных обратных переменных тяговых токов.
