Введение к работе
Актуальность проблемы
На железнодорожном транспорте безопасность движения поездов обеспечивают системы автоматики и телемеханики В основу устройств железнодорожной автоматики положено использование рельсовых цепей (РЦ) в качестве основного датчика, проверяющего целостность рельсовых нитей и контролирующего состояние блок-участка (занятое или свободное от подвижного состава) Также РЦ служат каналом связи между путевыми и локомотивными устройствами автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), осуществляют увязку показаний светофоров при помощи кодирования
Проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) РЦ с перспективным электроподвижным составом (ЭПС) - важная стратегическая задача развития отрасли автоматики и телемеханики Род тяги, а точнее, вид тягового привода ЭПС, является одним из важнейших факторов, определяющих вид РЦ, которая является фундаментом всех современных систем автоматики Как известно, всякий раз смена рода тяги сопровождалась реконструкцией РЦ Так, переход от паровой тяги к электрической с энергоснабжением на постоянном токе и применением коллекторного двигателя потребовал разработки РЦ переменного тока частотой 50 Гц Переход на энергоснабжение переменным током, с установкой выпрямителя для коллекторного двигателя непосредственно на электровозе, привел к тому, что свободными от помех оказались только диапазоны между гармониками тока частотой 50 Гц Были созданы РЦ частотой 25 Гц для станций, кодовой автоблокировки и АЛС, РЦ частотой 175 Гц для системы комплексного локомотивного унифицированного устройства безопасности (КЛУБ-У), а также тональные РЦ (ТРЦ), рабочие диапазоны которых расположены между гармониками тягового тока
В настоящее время совершенно четко обозначена стратегия замены на тяговом подвижном составе коллекторного двигателя на асинхронный, как при энергоснабжении на постоянном токе, так и при энергоснабжении на переменном то-
4 ке Поскольку регулирование тяги осуществляется путем изменения частоты тока, потребляемого асинхронным двигателем, гармоники сетевого тока электровоза возникают в очень широком диапазоне частот, в том числе и в том, в котором работают РЦ Это принципиально изменяет требования к перспективным РЦ
В настоящее время проблема ЭМС ЭПС и РЦ решается путем предъявления жестких требований к уровню помех, допустимому при работе асинхронного двигателя Предъявляемые требования оформлены в виде норм безопасности НБ ЖТ ЦТ 04-98, утвержденных Государственной Думой Выполнение этих требований связано с установкой на ЭПС громоздких фильтров, которые не всегда обеспечивают желаемый результат Это затрудняет внедрение перспективных электровозов В то же время в результате экспериментальных исследований установлено, что в ряде случаев предъявляемые требования являются неоправданно жесткими Это обусловлено тем, что в момент разработки норм безопасности отсутствовали методы корректного расчета мешающего влияния помех, создаваемых ЭПС на работу РЦ Нормы безопасности разработаны на основе приближенных методик и экспертных оценок
Значительный вклад в развитие теории систем интервального регулирования движения поездов с помощью средств автоматики и телемеханики внесли известные ученые И В Беляков, П Ф Бестемьянов, А М Брылеев, И Е Дмитренко, И Д Долгий, И М Кокурин, Н Ф Котляренко, Ю А Кравцов, В М Лисенков, Б Д Никифоров, Л В Пальчик, Н Ф Пенкин, А С Переборов, Е Н Розенберг, В В Сапожников, Вл В Сапожников, Ю В Соболев, Н М Фонарев, Д В Шаля-гин, В И Шаманов, В И Шелухин, О И Шелухин, А В Шишляков, А А Явна и другие
Исследованию вопросов обеспечения ЭМС РЦ и тягового подвижного состава посвящены работы ученых М П Бадера, К А Бочкова, А Н Костроминова, А В Котельникова, Ю А Кравцова, В Б Леушина, В М Лисенкова, Н Ф Пенки-на, А П Разгонова, В И Шаманова, А П Шишлякова, Е Г Щербины и других
В настоящее время широкое применение получили бесстыковые рельсовые цепи (БРЦ), ввиду того, что изолирующие стыки (ИС) относятся к числу наиболее
5 ненадежных элементов РЦ При электрической тяге протекающий до рельсам обратный тяговый ток оказывает существенное влияние на работу РЦ Математическое моделирование, описывающее влияние тягового тока на ТРЦ без КС отсутствует Поэтому необходимо разработать методику расчета распределения 'гармоник тягового тока в БРЦ с учетом асимметрии первичных параметров в рельсовой линии (РЛ)
В то же время на электрифицированных железных дорогах на приемоот-правочных путях станций применяются ТРЦ с ИС с питанием из середины в обе стороны от источника сигнала, а рельсовые нити используют для пропуска обратного тягового тока от движущихся электровозов к тяговой подстанции (ТП) посредством дроссель-трансформагоров (ДТ) в обход ИС При прохождении по рельсам гармоники тягового тока оказывают мешающее воздействие на РЦ Тяговый ток по-разному растекается по обратной тяговой рельсовой сети по станциям и перегонам Возникает задача разработать методику, описывающую влияние гармонических составляющих тягового тока на приёмные устройства станционных разветвленных и неразветвлённых РЦ с ИС с учётом асимметрии первичных параметров в РЛ
Помехи на путевые устройства РЦ, создаваемые гармониками тягового тока, обусловлены двумя видами асимметрии (продольной и поперечной) Для корректного расчёта мешающего влияния тягового тока на устройства РЦ необходимо разработать методику измерения в эксплуатационных условиях значений первичных параметров трёхпроводнои цепи канализации тягового тока "контактный провод-несимметричная РЛ" с учетом взаимоиндукции между проводами, способы измерения которых в настоящее время разработаны не в полной мере
Опасному влиянию гармоник тягового тока подвержены фазочувствитель-ные РЦ (ФРЦ) частотой 25 и 50 Гц с реле ДСШ, которое может сработать и замкнуть фронтовой контакт, если на путевом элементе уровень, частота и фаза гармоник тягового тока будут иметь соответствующие значения В связи с этим возникает задача исследования влияния перспективного ЭПС на работоспособность ФРЦ и проведение эксплуатационных испытаний бортовой системы диагностики
6 на электровозе с асинхронным тяговым двигателем, обеспечивающей исключение опасных ситуаций в случае превышения переменных составляющих тягового тока допустимого значения
Целью диссертации является разработка теоретических и практических методов повышения работоспособности устройств интервального регулирования движения поездов с учетом уровня электромагнитных помех, создаваемых перспективным ЭПС
Основные задачи выполненных исследований:
разработка математической модели несимметричной РЛ с учётом взаимной индуктивности контактного провода (КП) и рельсов,
разработка методики определения мешающего влияния тягового тока на перегонные БРЦ и станционные разветвленные и неразветвлённые РЦ с ИС с учётом асимметрии первичных параметров в РЛ,
анализ влияния создаваемых электроподвижным составом помех по условиям обеспечения работоспособности РЦ,
разработка методики определения первичных параметров трехпроводной цепи канализации тягового тока "КП-несимметричная РЛ" с учётом взаимной индуктивности между проводами,
экспериментальная проверка в эксплуатационных условиях результатов теоретических расчётов уровней помех ЭПС на РЦ,
- теоретическое и экспериментальное исследование условий обеспечения
ЭМС перспективного ЭПС и ФРЦ
Методы исследований. В работе использованы методы математического моделирования, физическое моделирование, численные методы расчета и анализа, натурные испытания. Значительная часть результатов получена с использованием вычислительных алгоритмов, реализованных в среде "Mathcad 14"
Достоверность научных положений обусловлена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений; подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных ис-
следований Результаты работы были доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях
Научная новизна состоит в разработке математической модели несимметричной РЛ с учётом взаимной индуктивности КП и рельсов
Разработана методика определения мешающего влияния тягового тока на перегонные БРЦ и станционные разветвлённые и неразветвлённые РЦ с ИС с учетом асимметрии первичных параметров в РЛ
Разработана методика измерений первичных параметров трехпроводной цепи канализации тягового тока "КП-несимметричная РЛ" с учетом взаимной индуктивности между проводами
Проведены теоретические и экспериментальные исследования условий обеспечения ЭМС перспективного ЭПС и ФРЦ
Практическая ценность диссертации заключается в разработке методов и технических решений, способствующих повышению устойчивости работы тональных и фазочувствительных РЦ при влиянии электромагнитных помех, создаваемых ЭПС, методики расчета уровня мешающего влияния гармонических составляющих тягового тока на приемные устройства ТРЦ, разработке методики и технических решений экспериментального определения первичных параметров трехпроводной цепи канализации тягового тока "КП-несимметричная РЛ" с учетом взаимной индуктивности между проводами, технических решений и проведении экспериментальных исследований, подтвердивших возможность эксплуатации перспективного ЭПС с полупроводниковыми преобразователями на участках железных дорог с ФРЦ
Реализация результатов работы. Научные результаты диссертационной работы были использованы при разработке "Программы и методики экспериментальной проверки параметров ЭМС устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) с ЭПС", утвержденной ОАО «РЖД» 24 мая 2007 г, а также при разработке и эксплуатационных испытаниях ЛИЭМС
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях и научных секциях кафедры, на шестой и седьмой научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в
8 г Москве в 2005 и 2006 гг, на первой Московской научно-практической конференции «Вузы-Наука-Город» в г Москве в 2005 г
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, изложены в 9 печатных работах
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений Она содержит 189 страниц основного текста, 86 иллюстраций и 12 таблиц Список литературы включает 88 наименований
