Содержание к диссертации
Введение
1 Особенности работы электрической системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения железных дорог 10
1.1 Условия работы электрической системы пропуска обратного тягового тока 10
1.2 Анализ исследований электрической системы пропуска обратного тягового тока 17
1.3 Средства непрерывного контроля технического состояния электрической системы пропуска обратного тягового тока 21
1.4 Пути совершенствования электрической системы пропуска обратного тягового тока 27
2 Влияние конфигурации электрической системы пропуска обратного тягового тока на ее сопротивление токам электротехнического комплекса электроснабжения железных дорог 32
2.1 Сопротивление электрической системы пропуска обратного тягового тока электрифицированного участка железной дороги постоянного тока 32
2.2 Разработка алгоритмов синтеза и анализа конфигурации системы пропуска обратного тягового тока для получения ее минимального сопротивления 41
2.3 Разработка алгоритмов графического изображения конфигурации системы пропуска обратного тягового тока 58
2.4 Разработка автоматизированной системы анализа с последующим синтезом системы пропуска обратного тягового тока 70
3 Непрерывный контроль технического состояния системы пропуска обратного тягового тока 80
3.1 Разработка математической модели рельсовой линии с учетом обходной цепи 81
3.2 Расчет первичных и вторичных параметров моделируемой рельсовой линии 82
3.3 Определение коэффициентов матрицы передачи моделируемой рельсовой линии с учетом обходной цепи 86
3.4 Анализ математической модели с использованием аппарата конформных отображений 88
3.5 Построение классификатора технического состояния системы пропуска обратного тягового тока 108
4 Экспериментальные исследования эффективности применения алгоритмов и модулей программно-аппаратного комплекса контроля технического состояния системы пропуска обратного тягового тока и автоматизированной системы анализа с последующим синтезом данных систем 116
4.1 Методика исследования алгоритмов и модулей автоматизированной системы анализа с последующим синтезом систем пропуска обратного тягового тока 116
4.2 Методика исследования разработанной математической модели рельсовой линии с учетом обходной цепи 118
4.3 Экономическая эффективность от внедрения классификатора технического состояния системы пропуска обратного тягового тока, использующего упрощенную математическую модель, и системы автоматизированного анализа с последующим синтезом данных систем 121
Заключение 132
Список использованных источников 134
Приложение 1 143
- Условия работы электрической системы пропуска обратного тягового тока
- Сопротивление электрической системы пропуска обратного тягового тока электрифицированного участка железной дороги постоянного тока
- Разработка математической модели рельсовой линии с учетом обходной цепи
- Методика исследования алгоритмов и модулей автоматизированной системы анализа с последующим синтезом систем пропуска обратного тягового тока
Введение к работе
Актуальность исследования. Согласно основным направлениям научно-технического развития железнодорожного транспорта приоритетными являются вопросы выбора и построения рациональных схем электроснабжения, взаимоотношений энергосистемы и потребителей. Это обусловлено тем, что неэффективное функционирование, нарушение безопасности и надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог, непосредственно влияет на бесперебойную работу транспортного конвейера.
Объектом исследования в диссертационной работе является электротехнический комплекс тягового электроснабжения, в первую очередь электрическая система пропуска тока от железнодорожных потребителей на тяговую подстанцию. В качестве обратного провода для пропуска тяговых токов в электротехническом комплексе железнодорожного электроснабжения используется система таких электрически объединенных последовательно и параллельно элементов как ходовые рельсы, междроссельные и дроссельные перемычки, дроссель-трансформаторы, стыковые тяговые соединители, междупутные и междурельсовые перемычки, отсасывающие фидеры тяговых подстанций. В связи с этим требуется осуществление целого комплекса технических, организационных и технологических мероприятий, направленных на обеспечение безотказной и эффективной работы смежных устройств, использующих в своей структуре компоненты данной системы при условии обеспечения их электромагнитной совместимости с учетом влияния дестабилизирующих факторов. От выбора строго нормируемых параметров системы пропуска обратного тягового тока зависит качество функционирования электротехнического комплекса электроснабжения железных дорог.
Для решения этой задачи в диссертации предлагается формализовать процесс синтеза электрической системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе тягового электроснабжения посредством рационального размещения элементов данной системы путем выбора такого их
месторасположения и количества, которое обеспечивает ее наименьшее сопротивление при соблюдении установленных нормативных требований. При этом осуществлять непрерывный контроль технического состояния компонентов данной системы для устранения постепенных и внезапных отказов ее элементов и, как следствие, обеспечить повышение эффективности ее функционирования.
Зависимость сопротивления электрической системы пропуска обратных токов в электротехническом комплексе тягового электроснабжения железных дорог от факторов, которые определяются конкретными условиями эксплуатации, делают результаты электрических измерений единственным достоверным источником информации о ее техническом состоянии. Непрерывный контроль параметров и показателей данной системы, комплексное решение задачи поиска неисправности ее элементов с переходом на предупредительно-восстановительную систему обслуживания напольных устройств являются теоретической и практической основой исследований, проводимых при подготовке настоящей диссертационной работы.
Значительный вклад в развитие теории и комплексного решения проблемы энергосбережения, создания и развития более совершенных, надежных систем и устройств электроснабжения железнодорожного транспорта внесли В.Д. Авилов, М.П. Бадер, Б.Е. Дынькин, В.Н. Зажирко, А.В. Котельников, В.Б. Леушин, Г.С. Магай, P.P. Мамошин, Г.П. Маслов, В.Н. Пупынин, Е.М. Тарасов, Е.П. Фигурнов, В.В. Харламов, В.Т. Черемисин и многие другие.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности и безопасности функционирования электротехнического комплекса тягового электроснабжения железных дорог путем выбора и построения рациональной конфигурации электрической системы пропуска обратного тягового тока и использования методики определения ее текущего технического состояния.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
Предложить принципы выбора и построения рациональной конфигурации электрической системы пропуска обратного тягового тока, обеспечивающей ее наименьшее сопротивление.
Разработать эффективные алгоритмы синтеза, анализа и представления в виде графа электрических систем пропуска обратного тягового тока и на основе полученных алгоритмов создать специализированную систему автоматизированного синтеза и анализа данных систем.
Разработать алгоритмы и методы непрерывного контроля технического состояния электрической системы пропуска обратного тока в электротехническом комплексе тягового электроснабжения железных дорог в условиях эксплуатации и воздействия дестабилизирующих факторов.
Провести экспериментальные исследования по определению эффективности применения предложенных алгоритмов и методов.
5. Выполнить оценку экономической эффективности использования
разработанных алгоритмов и методов в системах контроля технического со
стояния электрической системы пропуска обратного тягового тока.
Методы исследования. Теоретико-методологической основой диссертационного исследования явились научные труды отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме, специалистов по многофакторному системному анализу и синтезу электротехнических комплексов тягового электроснабжения.
В настоящей диссертации использовались принципы системного автоматизированного анализа и синтеза с применением математического аппарата основанного на теории графов и теории симметрических многочленов, позволяющие создать «удобные» алгоритмы выбора и построения рациональной конфигурации электрической системы пропуска обратного тягового тока, основные положения теории функций комплексных переменных и теории электрических цепей при моделировании и определении параметров рельсового четырехполюсника (ЧП), система Matlab, как средство автоматизации расчетов и построения номограмм.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложены принципы выбора и построения рациональной конфигурации электрической системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения железных дорог, обеспечивающие получение ее минимального сопротивления обратным токам тягового электроснабжения при установленных нормативных требованиях,
разработаны эффективные алгоритмы проверки правильности синтеза электрических систем пропуска обратного тягового тока с применением математического аппарата на основе теории графов и теории симметрических многочленов и алгоритмы получения графического изображения данных систем с помощью методов, основанных на поуровневом размещении и использующих «энергетическую» модель,
найдены области общих решений, на основании которых построены базы номографических образов, позволяющие определять по соответствующим областям сопротивление электрической системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения железных дорог в текущий момент времени, выполнять анализ и контроль предотказной ситуации и изменения технического состояния данной системы,
создан метод, позволяющий определять места продольных неисправностей с точностью до 40 м и погрешностью не более 10 % на основе разработанного классификатора технического состояния электрической системы пропуска обратного тягового тока.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретическими исследованиями, математическим моделированием и подтверждена результатами экспериментальных исследований, проведенных на действующем электрифицированном участке Западно-Сибирской железной дороги.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем:
предложенные методы позволяют снизить сопротивление электрической системы как проводника обратного тягового тока на электрифициро-
ванных железных дорогах на основе принципов выбора и построения рациональной конфигурации данной системы при установленных нормативных требованиях,
разработанная система автоматизированного синтеза и анализа электрических систем пропуска обратного тягового тока позволяет подготовить технические решения, повысить производительность труда и сократить сроки внесения изменений в данные системы при капитальном ремонте или реконструкции путевого развития,
применение разработанных алгоритмов и методов непрерывного контроля и прогнозирования технического состояния электрической системы пропуска обратного тягового тока позволяет выявлять возникновение неисправностей данной системы с точностью до 40 м и погрешностью не более 10 %.
Реализация результатов работы. Проверка адекватности разработанных алгоритмов и методов выбора и построения рациональной конфигурации электрических систем пропуска обратного тягового тока проводилась в условиях эксплуатации на Западно-Сибирской железной дороге в рамках участия и выполнения соответствующей научно-исследовательской работы «Анализ схем канализации обратного тягового тока на станциях Омского отделения», выполненной по заказу Западно-Сибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД».
Автоматизированная система синтеза и анализа «АСКОТТ» прошла апробацию на Западно-Сибирской, Забайкальской и Красноярской железных дорогах, используется в учебном процессе и при проведении научных исследований. Использование материалов диссертационной работы на Омском отделении Западно-Сибирской железной дороги подтверждено актом внедрения.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались на XIV международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Со-
временные техника и технологии» (Томский политехнический университет, Томск, 2008), международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006), научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2008), научно-техническом семинаре ОмГУПСа (Омск, 2009) и на семинарах кафедры «Автоматика и телемеханика» ОмГУПСа (Омск, 2005 - 2008).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано десять научных работ, в том числе три статьи из списка изданий, определенных ВАК Минобрнауки России, один патент на полезную модель и одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка. Основной текст работы изложен на 142 листах машинописного текста, содержит четыре таблицы, 43 рисунка, библиографический список из 125 источников приведен на 9 страницах. Общий объем работы составляет 165 страниц машинописного текста.
Условия работы электрической системы пропуска обратного тягового тока
В электрическую цепь обратного тягового тока на электрифицированных железных дорогах входят ходовые рельсы, междроссельные и дроссельные перемычки, дроссель-трансформаторы, стыковые тяговые соединители, междупутные и междурельсовые перемычки, отсасывающие фидеры тяговых подстанций, составляющие комплекс элементов системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения железных дорог. Здесь и в дальнейшем под термином «система пропуска обратного тягового тока» понимается вся электрическая непрерывная цепь обратных токов тягового электроснабжения, представляющая систему электрически объединенных последовательно и параллельно ходовых рельсов электрифицированных путей
В диссертационной работе предлагается формализовать процесс синтеза электрической системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе тягового электроснабжения посредством рационального размещения элементов данной системы путем выбора такого их месторасположения и количества, которое обеспечивает ее наименьшее сопротивление при соблюдении установленных нормативных требований. При этом осуществлять непрерывный контроль технического состояния компонентов данной системы для устранения постепенных и внезапных отказов ее элементов и, как следствие, обеспечить повышение эффективности ее функционирования.
Электрическая система пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электро снабжения железных дорог
сохранение ее механических и электрических характеристик в рамках нормативных значений. Данная электрическая система не является стационарной, а носит динамический характер и подвержена влиянию различных дестабилизирующих факторов Факторы, влияющие на электрическую систему пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения
Различные условия влияния окружающей среды: промерзание, оттаивание, коррозия, нагрев, охлаждение, колебания температуры, прямое воздействие солнечных лучей; на электрическую систему пропуска обратного тягового тока обусловливают изменение ее параметров - активного и реактивного сопротивления.
Все металлические детали скреплений и рельсы имеют электронную проводимость, а шпалы и балласты, где присутствует влага, можно рассматривать как своеобразный электролит, также обладающий определенной проводимостью. С ростом температуры, влияния прямого солнечного воздействия и влажности интенсивность электрохимических процессов возрастает, что приводит к снижению сопротивления изоляции. Большое влияние на ак тивизацию электрохимических процессов оказывают соли, которые даже в малых количествах приводят к резкому снижению сопротивления изоляции. Промерзание, коррозия, нагрев, охлаждение также приводят к увеличению сопротивления данной системы, уменьшению ее электропроводности и, как следствие, большому потреблению электрической энергии, снижению пропускной способности, уменьшению срока службы металлоемких элементов электрической системы пропуска обратного тягового тока в электротехническом комплексе электроснабжения железных дорог.
Факторами, способствующими увеличению сопротивления элементов электрической системы пропуска обратного тягового тока и нарушению изоляции, являются также действие подвижного состава — загрязнение, износ, деформация, ударное динамическое воздействие, угон рельсов, замыкание стыка металлической стружкой и тягового тока — сильная электрическая коррозия, термическое воздействие, намагничивание.
Изменение конфигурации электрической системы пропуска обратного тягового тока в реальных условиях - изъятие дроссель-трансформатора, обрыв междроссельной, междупутной перемычки или стыкового тягового соединителя - влияют на величину электрического сопротивления, условия то-кораспределения и на структуру данной системы.
Срок службы, периодичность ремонта и технического обслуживания элементов данной системы определяются условиями эксплуатации, так как они подвержены наиболее сильному воздействию динамических усилий от подвижного состава, воздействию окружающей среды и влиянию тягового тока.
Электрическое сопротивление электрической системы пропуска обратного тягового тока определяется параметрами и показателями элементов составляющих данную систему, а также электрическим сопротивлением изоляции Электрическое Электрическое сопротивление обмоток сопротивление изоляции дроссель- трансформаторов Материал, конструкция шпал, рельсовых скреплений,противоугонов и расстояние между ними Конструкция исхемасоединения —і J Асимметрия тягового тока Материал итолщинабалластного слоя Рисунок 1.3 - Параметры и показатели электрической системы пропуска обратного тягового тока
Электрическое переходное сопротивление рельсового стыка - переменная величина, изменяющаяся в широких пределах в зависимости от осевого усилия натяжения болтов, площади касания рельсов и накладок, состояния рабочих поверхностей, воздействия окружающей среды. Сопротивление стыка при благоприятных условиях (хорошая затяжка болтов, влажная погода) может незначительно отличаться от сопротивления целого рельса. Наоборот, при неблагоприятных условиях (слой ржавчины, сухая погода, слабая затяжка болтов) те же стыки могут давать значительно большее переходное сопротивление. Для уменьшения сопротивления в местах расположения рельсовых стыков устанавливают дополнительные электропроводящие соединения, так называемые стыковые соединители, от формы, размеров, площади сечения и вида используемого материала которых также зависит сопротивление рельсовой нити.
На электрическое сопротивление рельсов влияют сложная форма сечения проводника, проводимость и магнитная проницаемость стали, зависящие от тока в рельсах. Ток в рельсах неодинаков по их длине, в тех случаях, когда количество поездов между тяговыми подстанциями больше единицы и часть тока протекает по земле. Дроссельные перемычки в зависимости от назначения изготовляют нескольких типов, отличающихся между собой габаритными размерами и конструкцией.
Сопротивление электрической системы пропуска обратного тягового тока электрифицированного участка железной дороги постоянного тока
При выборе рациональной конфигурации электрической системы пропуска обратного тягового тока ставится задача отыскания таких ее параметров, при которых вложенные средства в капитальный ремонт или строительство электротехнического комплекса электроснабжения железных дорог дадут наибольший технико-экономический эффект, и при этом будут соблюдены все нормативные требования по обеспечению безопасности движения.
Рассмотрим электрическую схему системы пропуска обратного тягового тока электрифицированной железной дороги постоянного тока. Тяговый ток, потребляемый электровозом от подстанции через питающий фидер и контактную сеть, разветвляясь по рельсовой сети, представляющей смешанное параллельно-последовательное соединение рельсовых линий, имеет одинаковое направление в каждой рельсовой нити и через отсасывающий фидер возвращается обратно на тяговую подстанцию, замыкая электрическую сеть.
Активное сопротивление постоянному тяговому току элементов рельсовой линии - рельсов, рельсовых стыков, стыковых тяговых соединителей, основных обмоток дроссель-трансформаторов, междроссельных перемычек обозначим за R.
Участок рельсовой сети между точками подключения между путных перемычек представляет набор сопротивлений R, что определяет его эквивалентное сопротивление, то есть количество рельсовых ЧП (например, для участка R1 их количество равно 5R).
В строении балластной призмы предполагаем использование изоляционных материалов таких как, геотекстиль (дорнит) и пенополистирол (пеноплэкс-45) [78], оба материала имеют высокое удельное электрическое сопротивление постоянному току (1010 и 10 Ом-м соответственно) по данным справочников электротехнических материалов [79, 80, 81], что обеспечивает высокое переходное сопротивление «рельс-земля» и ограничивает токи утечки. Пример одной из возможных конфигураций электрической схемы рельсовой сети электрифицированной железной дороги постоянного тока представлен на рисунке 2.1.
Электрическая схема системы пропуска обратного тока тягового электроснабжения до анализаРассчитаем эквивалентное сопротивление указанной электрической схемы рельсовой сети постоянному тяговому току между точками 1-2. При расчете сопротивлений резистивных цепей со смешанным соединением элементов следует применять последовательно формулы
Рассмотрим электрическую схему (см. рисунок 2.1) на предмет соответствия установленным нормативным требованиям [83, 84] для обеспечения наименьшего сопротивления рельсовой сети тяговому току с учетом обходных замкнутых контуров для сигнального тока по рельсовым линиям как функциональным элементам, обеспечивающим контроль излома рельса - пу тем рационального выбора места установки и количества междупутных перемычек. Предлагается следующий вариант рациональной конфигурации системы пропуска обратного тягового тока
Используя выражения (2.20) и (2.32) определяем понижение сопротивления SR в результате выбора и построения рациональной конфигурации системы пропуска обратного тягового тока при условии строго соблюдения установленных нормативных требований:
Таким образом, существует возможность снижения сопротивления рельсовой сети постоянному тяговому току на электрифицированных железных дорогах. Автоматизация процесса синтеза и анализа систем пропуска обратного тягового тока существенно повысит качество поиска рациональных технических решений для конфигурации рельсовой сети на железных дорогах электрифицированных по системе тягового электроснабжения, как постоянного, так и переменного тока.
Разработка математической модели рельсовой линии с учетом обходной цепи
В качестве математического аппарата для анализа рельсового ЧП используется более быстрый и точный по сравнению с матричным, аппарат конформных отображений, позволяющий исследовать целиком область изменения входных параметров рельсового ЧП. В работе [104] на основе теории конформных отображений и с использованием интеграла Кристоффеля-Шварца получена диаграмма токорас-пределения в контактном соединении стыка. Также известны работы по использованию аппарата конформных отображений с разработанными методиками диагностики и исследованием параметров рельсовых ЧП [105, 106, 107]. Конформным отображением называется биекция области Z на область W, такая, что в окрестности любой точки Z главная часть взаимнооднозначного отображения есть ортогональное преобразование с сохранением ориентации [108, 109]. Из этого определения вытекают два основных свойства конформных отображений: 1) конформное отображение преобразует бесконечно малые окружности в окружности с точностью до малых высших порядков (круговое свойство); 2) конформное отображение сохраняет углы между кривыми в точках их пересечения (свойство сохранения углов). Отображение множества выходных параметров рельсового четырехполюсника Z на множество входных W, выполняется с использованием дробно-линейного преобразования: w = A-Z + B CZ + D где A, B, C, D — коэффициенты рельсового четырехполюсника. Для пассивного четырехполюсника, каковым является рельсовая линия, имеем A-D-B-C = l. Согласно [108, 109] дробно-линейные преобразования весьма тесно связаны с геометрией Н. И. Лобачевского, и, как частный случай конформного отображения, обладают рядом свойств (рисунок 3.3): 1) преобразует любую окружность полной Z-плоскости в окружность полной W-плоскости; 2) любую пару точек, симметричных относительно окружности С, преобразует в пару точек, симметричных относительно образа окружности С (свойство сохранения симметричных точек). Номограмма входного сопротивления рельсового ЧП при дробно-линейном преобразовании правой полуплоскости, представленной сеткой значений В качестве нагрузки рельсового ЧП рассматривается область всевозможных значений с неотрицательной действительной частью комплексного сопротивления, представляющая правую полуплоскость комплексной плоскости. В результате конформного преобразования правой полуплоскости получаем множество значений входного сопротивления, имеющих форму окружности или сектора, лежащих в правой полуплоскости.
Автором предлагается автоматизировать процесс исследования параметров рельсовой линии методом конформных отображений с использованием системы Matlab для вычислений и визуализации. Актуальность предлагаемых методов обусловлена сложностью математических расчетов, так как при анализе рельсовых ЧП приходится оперировать комплексными величинами, многие из которых являются функциями комплексного переменного. Используя аппарат конформных отображений, можно вычислить образы соответствующих окружностей. В частности, можно рассмотреть два возможных подхода для построения окружностей [110]. В первом подходе правую полуплоскость множества выходных параметров представляем сеткой значений, то есть отображение прямых параллельных оси ординат и прямых параллельных оси абсцисс. где Л, а - коэффициенты прямой; С,И,Л — сопряженные комплексные величины. Для прямых, параллельных оси ординат, коэффициент X = 1 и коэффициент а задает смещение по действительной оси. В качестве примера рассмотрим значения коэффициента а = [0;0,1;0,2;0,3;0,4;0,5;0,б]. Для прямых, параллельных оси абсцисс, коэффициент Л = і и коэффициент а задает смещение по мнимой оси. В качестве примера рассмотрим значения коэффициента а = [0,8;0,6;0,4;0,2;0;- 0,2;- 0,4;- 0,6;- 0,8]. В результате конформных преобразований правой полуплоскости, представленной сеткой значений, получаем множество точек (значений входного сопротивления), имеющих форму окружности Номограмма входного сопротивления рельсовой линии при сопротивлении изоляции гб = 0,5Ом -км, несущей частоте f = 480Гц и длине рельсовой линии 1р = 400м, построенная по методу отображения сетки значений Во втором подходе правую полуплоскость множества выходных параметров, то есть отображение окружностей с центрами в начале координат и лучей, выходящих из начала координат. Номограмма входного сопротивления рельсового ЧП при дробно-линейном преобразовании правой полуплоскости, представленной множеством окружностей и лучей Известно, что через три точки, не лежащие на одной прямой, можно провести окружность и притом только одну. Определим координаты центров и радиусы соответствующего семейства окружностей [112]. Найдем три точки из множества входных параметров рельсового четырехполюсника, используя дробно-линейное преобразование: где a — коэффициент, задающий радиус отображаемой окружности. Зная координаты трех точек на комплексной плоскости (Re Im F,)), W2{Re{W2),Im(W2)) и (Re(fT3),Im( 3)), определим координаты центра и радиус описанной окружности, решив соответствующую систему уравнений:
Методика исследования алгоритмов и модулей автоматизированной системы анализа с последующим синтезом систем пропуска обратного тягового тока
В качестве испытуемой станции была выбрана станция стыкования Иртышское Западно-Сибирской железной дороги, оборудованная рельсовыми цепями с частотой сигнального тока 25 Гц. Графическое представление системы пропуска обратного тягового тока данной станции до проведения анализа представлено в приложении 1. Результаты анализа исходной схемы с выявленными проблемными замкнутыми контурами оформлены в виде отчета ПО «АСКОТТ» и представлены в приложении 2.
В результате изучения и обследования системы пропуска обратного тягового тока, двухниточного плана станции, схем рельсовых цепей, схем заземления пунктов группировки переключателей контактной сети станции стыкования Иртышское Западно-Сибирской железной дороги было установлено: 1. Наличие значительной асимметрии тягового тока в двухниточной рельсовой цепи М124П (длина рельсовой цепи М124П — 25 метров, к средней точке дроссель-трансформатора релейного конца данной рельсовой цепи подключена единственная цепь отсоса тяговой подстанции переменного тока), которая приводит к срабатыванию устройств защиты рельсовой цепи АВМ-5, и как следствие к ложной занятости. 2. Нарушение требований предъявляемых к системам пропуска обратного тягового тока, а именно: наличие параллельных коротких замкнутых контуров (отчет по результатам анализа см. в приложении 2). Систему пропуска обратного тягового тока на ст. Иртышское Западно-Сибирской железной дороги необходимо привести в соответствие с требованиями, изложенными в указаниях по проектированию двухниточных планов станций с электрическими рельсовыми цепями (410104-ТМП). Вместе с тем, в типовых материалах 410104-ТМП отсутствует информация об особенностях проектирования систем пропуска обратного тягового тока на станциях стыкования, которые заключаются в том, что на ст. Иртышское частота сигнального тока частотой 25 Гц, а для пропуска обратного тягового тока используются дроссель-трансформаторы ДТ-0,6-500С и ДТ-0,6-1000С. 3. Нарушение правил инструкции по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах №ЦЭ-191 от 10.06.93 г. по подключению заземления пунктов группировки переключателей контактной сети, а именно: пункт 2.3 правил. Требования по обеспечению нормального функционирования рельсовых цепей автоблокировки и электрической централизации. При подключении заземляемой конструкции к среднему выводу дроссель-трансформатора сопротивление сигнальному току утечки в землю через заземляемую на рельсовую сеть конструкцию, должно быть не менее 5 Ом.
Для устранения вышеуказанных нарушений разработана система пропуска обратного тягового тока станции стыкования Иртышское Западно-Сибирской железной дороги. Данный вариант является результатом апробации ПО «АСКОТТ», с соответствующем актом проведенного анализа, синтеза и внедрения полученных результатов, и предполагает совместное в створе тяговой подстанции подключение цепей отсоса постоянного и переменного тока стыковой тяговой подстанции, при этом, отсасывающие линии постоянного и переменного тока стыковой подстанции подключаются совместно к главным путям в створе тяговой подстанции к одним и тем же дроссель-трансформаторам, между которыми устанавливается междупутная перемычка. Указанные дроссель-трансформаторы в створе тяговой подстанции могут быть расположены как в любой из горловин станции, так и на приемоотпра-вочных путях самой станции стыкования [122].
Выполнен перенос всех трех цепей отсоса тяговой подстанции постоянного тока и добавлены две дополнительные цепи отсоса тяговой подстанции переменного тока. Подключена перемычка ІБП - ПБП между рельсовыми цепями ІАП и М124П и перемычка между рельсовыми цепями 246СП и ІАП для обеспечения выполнения нормативных требований по количеству рельсовых цепей в обходных замкнутых контурах. Графическое представление исправленной системы пропуска обратного тягового тока станции стыкования Иртышское Западно-Сибирской железной дороги представлено в приложении 3. Результаты анализа и синтеза исправленной системы оформлены в виде отчета ПО «АСКОТТ» и представлены в приложении 4.
Методика исследования разработанной математической модели рельсовой линии с учетом обходной цепи Экспериментальное исследование и практическое обоснование достоверности использования предлагаемого математического аппарата конформных отображений и основанных на нем методов и алгоритмов непрерывного контроля технического состояния рельсовой сети и, как следствие, системы пропуска обратного тягового тока всей станции в целом, выполнено на станции стыкования Иртышское Западно-Сибирской железной дороги для рель 118 совой цепи 308/31ОП, согласно утвержденной программе (см. приложение 5). Данная рельсовая цепь имеет следующие параметры: длина рельсовой линии 350 м, частота сигнального тока 25 Гц, величина вносимого сопротивления 1 Ом, количество двухниточных рельсовых цепей в обходном замкнутом контуре равно 9. На основании полученных результатов составлен акт проведения экспериментальных исследований от 9 ноября 2007 г. (приложение 6).
Измерения проводились прибором МПИ-СЦБ на посту электрической централизации, путем подключения МПИ-СЦБ к измерительной панели рельсовой цепи 308/310П приемоотправочного пути. Принципиальная схема измерительной системы приведена в приложении 5, где показана гальваническая развязка четырех симметричных канала подключения к рельсовой цепи.
Основные параметры измерительной аппаратуры: нелинейность 1 %; постоянное напряжение развязки вход - выход 3500 В; максимальное напряжение развязки вход — выход 4000 В (1 мин); диапазон частот от 0 до 10 кГц; входное сопротивление ПО кОм; выходное сопротивление 1 кОм; диапазон входных напряжений без аттенюатора от -5 до +5 В; диапазон выходных напряжений от -12 до +12 В; потребляемый ток не более 100 мА; напряжение питания 5 В.
Запись измеряемых сигналов велась через линейный вход звуковой карты портативного компьютера по двум измерительным каналам. Для повышения точности проводилась калибровка по образцовому генератору цифрового осциллографа OS-310M. Поступающий на стереовход звуковой карты сигнал записывался с частотой дискретизации 192 кГц. Для записи полученного сигнала использовался программный продукт Soundforge 8.0.
Для прогнозирования постепенных отказов измерялись следующие параметры: напряжение, ток и угол сдвига фаз между ними на питающем конце рельсовой линии. Напряжение измеряется на выходе блока питания (БП). Ток определяется косвенным путем, на основании измерения напряжения на резисторе R. Фазовый сдвиг определяется с помощью специализированного программного продукта. Каналы измерительной системы использовались следующим образом: 1-й измерительный канал - для записи напряжения на выходе БП; 2-й измерительный канал - для записи напряжения на резисторе R. Для рельсовой цепи 308/310П проводился эксперимент по созданию неисправности вида «излом рельса» (обрыв) на всем протяжении рельсовой линии, через каждые 25 метров.
Измеренные значения, а так же расчетные данные для построения диаграмм (напряжение, ток, угол фазового сдвига, реальная часть, мнимая часть, модуль и аргумент входного комплексного сопротивления измеренные, и модуль и аргумент входного комплексного сопротивления, полученные в результате расчета) приведены в приложении 6, таблица 1.
На основании полученных результатов построены диаграммы зависимости изменения напряжения, тока и комплексного сопротивления на питающем конце рельсовой цепи 308/310П от места внесения неисправности типа «излом рельса» (обрыв) рельсовой линии, приведенные в приложении 6, на рисунках 1-4. Точки на графиках соединены между собой линиями для наглядности характеристик. Это помогает проследить поведение измеряемых величин и выявить закономерности их изменения.
