Введение к работе
Актуальность исследования. Генеральная схема развития железнодорожного транспорта на период до 2010 г. и на перспективу до 2015 г. предусматривает в качестве главной функциональной стратегии ОАО «РЖД» обеспечение безопасности движения поездов. Основную роль в обеспечении безопасности движения поездов играют системы автоматики электрифицированных железных дорог.
Одной их основных задач инновационного развития ОАО «РЖД» является разработка технических средств управления электроснабжением устройств автоматики электрифицированных железных дорог.
Эффективная и надежная работа устройств автоматики электрифицированных железных дорог, а как следствие, безопасность движения поездов зависит, в том числе, и от функционирования электротехнического комплекса электроснабжения. Условия электроснабжения устройств автоматики, которые являются нетяговыми железнодорожными электропотребителями первой категории, в свою очередь, определяются техническим состоянием элементов комплекса электроснабжения, а также качеством электрической энергии, поступающей для электропитания.
Зависимость параметров комплекса электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог от факторов, которые определяются конкретными условиями эксплуатации, делают результаты электрических измерений единственным достоверным источником информации о его техническом состоянии. Непрерывный контроль параметров данного комплекса, решение задачи поиска неисправности его элементов с переходом на предупредительно-восстановительную систему обслуживания контролируемых устройств являются теоретической и практической основой исследований, проводимых при подготовке настоящей диссертационной работы.
Значительный вклад в решение проблем, связанных с развитием систем электроснабжения нетяговых потребителей железнодорожного транспорта, в том числе и устройств автоматики, внесли ученые В.Г. Аввакумов, В.Д. Авилов, М.П. Бадер, А.Л. Быкадоров, Л.А. Герман, Б.Е. Дынькин, Р.И. Караев, Е.И. Кордюков, К.Г. Марквардт, Г.Г. Марквардт, Г.П. Маслов, В.Т. Черемисин, М.Г. Шалимов, А. К. Шидловский и др.
Цель диссертационной работы – разработка методов и технических средств, направленных на повышение качества функционирования электротехнического комплекса электроснабжения устройств автоматики на электрифицированных железных дорогах путем контроля технического состояния его элементов и качества электрической энергии.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выполнить анализ комплекса электроснабжения устройств автоматики на электрифицированных железных дорогах для определения перечня элементов подлежащих контролю.
2. Разработать методы и алгоритмы контроля технического состояния элементов комплекса электроснабжения устройств автоматики.
3. Разработать методы и технические решения для непрерывного контроля качества электрической энергии, питающей устройства автоматики электрифицированных железных дорог.
4. Предложить принципы построения системы контроля состояния комплекса электроснабжения устройств автоматики на электрифицированных железных дорогах.
5. Рассчитать технико-экономическую эффективность разработанных технических средств по контролю технического состояния элементов комплекса электроснабжения и контролю качества электрической энергии для устройств автоматики.
Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Разработка математической модели электротехнического комплекса электроснабжения устройств автоматики электрифицированных железных дорог осуществлялась с использованием программных пакетов Matlab и MathCAD. Для реализации алгоритмов контроля технического состояния элементов комплекса электроснабжения применялись математический аппарат алгебры логики, теория четырехполюсников (ЧП), аппарат конформных отображений и алгоритмы преобразования Фурье. Для оценки качества электрической энергии, питающей устройства автоматики, использовалась теория графов.
Теоретические положения и разработанные методики и алгоритмы проверялись путем моделирования в среде Matlab и экспериментально.
Научная новизна работы заключается в следующем:
составлена имитационная модель комплекса электроснабжения устройств автоматики электрифицированных железных дорог, позволяющая определить влияние отказов элементов комплекса на работу этих устройств;
предложены алгоритмы контроля технического состояния проводов линии электроснабжения устройств автоматики, позволяющие определить местоположение однофазного обрыва провода;
найдены области общих решений, на основании которых построены базы номографических образов, позволяющие определять в текущий момент времени сопротивление электрической системы линейных устройств электроснабжения и контролировать их техническое состояние;
предложена методика оценки качества электрической энергии, питающей устройства автоматики электрифицированных железных дорог, с целью получения наглядного представления о режиме электроснабжения.
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 алгоритмы определения технического состояния элементов электротехнического комплекса электроснабжения устройств автоматики электрифицированных железных дорог позволяют повысить качество его функционирования за счет своевременного определения поврежденного элемента;
разработанная методика оценки качества электрической энергии, питающей устройства автоматики электрифицированных железных дорог, позволит упростить поиск причины отказа устройств вследствие некачественного электроснабжения, а также обеспечить удаленный контроль качества электрической энергии;
полученные технические и алгоритмические решения позволяют организовать распределенную систему контроля состояния комплекса электроснабжения устройств автоматики на электрифицированных железных дорогах;
разработанные технические решения защищены шестью патентами Российской Федерации.
Реализация результатов работы. Устройство контроля качества электрической энергии прошло апробацию на Западно-Сибирской железной дороге. 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 международной научно-практической конференции «Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (Пенза, 2010), на международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития ’2009» (Одесса , 2009), международной научно-технической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте ’2010» (Одесса, 2010), научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2008), на научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2008), научно-техническом семинаре ОмГУПСа (Омск, 2010) и на семинарах кафедры «Автоматика и телемеханика» ОмГУПСа (Омск, 2007 - 2010).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано пятнадцать научных работ, в том числе две статьи из списка изданий, определенных ВАК Минобрнауки России, пять патентов на полезную модель и один патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка. Основной текст работы изложен на 129 листах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 44 рисунка, библиографический список из 105 источников приведен на 12 страницах. Общий объем работы составляет 163 страницы машинописного текста.
