Введение к работе
Актуальность исследований
Контактная сеть является важнейшей, нерезервированной частью системы электроснабжения электрических железных дорог. В процессе эксплуатации она подвержена различным климатическим воздействиям, наиболее опасными из которых являются гололедно-изморозевые образования. Появление гололед-но-изморозевых образований оказывает неблагоприятное воздействие на работу контактной сети. При образовании гололеда с соответствующей толщиной стенки возможны обрыв проводов контактной сети, падение опор. Гололед снижает качество токосъема. При проходе токоприемника электровоза по проводу, покрытому льдом, возникает искрение, возрастает износ накладок токоприемника. Появление гололеда или изморози нарушает правильную форму сечения проводов и, в совокупности с воздействием ветра сравнительно небольшой скорости, приводит к автоколебаниям контактной сети, вызывающим нарушения работы электрифицированного участка. При сильных автоколебаниях затрудняется токосъем, возрастает вероятность повреждения проводов, токоприемников и поддерживающих устройств.
Несвоевременное обнаружение гололедно-изморозевых образований и, как следствие, неэффективная борьба с ними приводят к значительным издержкам технического и экономического характера.
Теоретическим и практическим исследованиям, направленным на повышение надежности функционирования контактной сети в условиях гололедооб-разования, посвящено значительное количество работ. Особое место занимает направление исследований, решающее задачу обнаружения гололеда на ранней стадии возникновения, с толщиной его стенки 1-1,5 миллиметра.
Известные методы и средства обнаружения гололеда базируются на применении следующих признаков контроля: изменение веса проводов; электромагнитное излучение при проходе токоприемника; условия распространения высокочастотного сигнала по проводам подвески и другое. При этом для принятия решения о наличии гололеда необходим учет и анализ в режиме реального времени значительного количества взаимосвязанных факторов, влияющих на процесс гололедообразования, что, с учетом конструктивных особенностей контактной сети электрических железных дорог, затрудняет практическую реализацию и снижает действенность этих методов и средств.
Тенденция к усилению централизации управления устройствами электроснабжения железных дорог, сокращению численности персонала при сохранении высоких требований к надежности функционирования, качеству и оперативности управления обуславливает необходимость решения вопросов автоматизации непрерывного, в режиме реального времени контроля гололедообразования, повышения эффективности применения электрических методов борьбы, накопления информации и обеспечения ею соответствующих уровней управления.
Требование повышения эффективности борьбы с гололедом на проводах
контактной сети ставит задачу создания теоретических основ, технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований (СРОГ), ориентированных на применение в составе автоматизированных и автоматических информационно-управляющих систем железных дорог.
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является повышение надежности и безопасности электроснабжения тяговых потребителей электрических железных дорог, на основе повышения надежности контактной подвески электротяговой сети за счет создания и внедрения методов и средств раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.
Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:
1. Исследование возможности раннего обнаружения гололедно-
изморозевых образований в электротяговых сетях по перемещению анкерных
грузов компенсирующих устройств (метод контроля изменения веса проводов и
тросов) и емкостным способом (метод контроля толщины стенки гололедно-
изморозевых образований), ориентированных на современную аппаратуру, сис
темы контроля и управления электроснабжением;
Разработка принципов построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной сети электрических железных дорог на основе применения емкостного способа контроля толщины стенки гололеда;
Разработка принципов построения технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использовались: методы расчета цепных контактных подвесок, метод расчета электростатического поля при наличии неоднородной среды, методы обработки и оценки статистических данных. Результаты теоретических исследований проверялись экспериментально в лабораторных условиях.
Научная новизна работы
Исследована возможность применения способа обнаружения и контроля процесса гололедообразования на контактной сети по изменению положения анкерных грузов компенсирующих устройств.
Разработан метод контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети, основанный на емкостном способе измерения, позволяющий осуществлять непрерывный автоматический контроль раннего появления гололеда.
Разработана математическая модель изменения емкости планарного конденсатора, в поле которого находится провод, при наличии либо отсутствии на нем гололеда, положенная в основу предложенного способа контроля гололедно-изморозевых образований.
4. Разработаны принципы построения системы раннего обнаружения го-лоледно-изморозевых образований на проводах контактной сети емкостным способом, ее технических средств и программного обеспечения.
Достоверность научных положений и выводов
Достоверность разработанной математической модели подтверждена строгостью теоретического обоснования и сравнением полученных результатов моделирования с экспериментальными данными.
Практическая ценность работы
Практическая ценность работы заключается:
-в создании методов и средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети электрических железных дорог;
-в повышении надежности функционирования контактной сети и, как следствие, повышении надежности и безопасности электроснабжения тяговых потребителей электрических железных дорог;
-в повышении оперативности управления устройствами электроснабжения в связи с регистрацией ранней стадии гололедообразования и представления информации на соответствующий уровень управления в режиме реального времени;
-в повышении эффективности борьбы с гололедно-изморозевыми образованиями.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы представлялись, обсуждались и были одобрены на:
Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2006", (Ростов-на-Дону, 2006 г.);
Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2007", (Ростов-на-Дону, 2007 г.);
Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2008", (Ростов-на-Дону, 2008 т.);
Публикации
По результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 75 наименований и приложений. Работа изложена на 159 страницах текста, в том числе 8 страниц списка использованной литературы и 9 страниц приложений, иллюстрирована 44 рисунками и 11 таблицами.
