автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Определение места повреждения в контактной сети крупной железнодорожной станции

- 6 ДПР 1393

Мшшстерстео Путей Сообщения Российской Федерации Ростовский Государственный Университет Путей Сообщения

На правах рукописи

Хамич Борис Михайлович

Определение места повреждения в контактной сети крупной железнодорожной станции

Специальность 05.22.09 - «Электроснабжение железнодорожного

транспорта»

Автореферат

дассертгцин ira соискание ученой степени кандидата технических паук

Ростов - на - Дону 1993

Работа выполнена в Ростовском Государственном Университете Путей Сообщения (РГУПС).

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Бикадоров А. Л. Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Молодцов Я С; кандидат технических наук Кузнецов А. В.

Ведущее предприятие - Государственное унитарное предприятие

«Энергоснабжение», г. Ростов н/Д.

Защита диссертадет состоится « » апреля 1998 г. на заседании специализированного совста Д 114.08.01 при Ростовском Университете Путей Сообщения по адресу: 344017, Ростов ы/Д пл. Народного Ополчения, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « и » Мвртя 1998 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес специализированного совста института.

Ученый секретарь специализированного совета

Лившиц М. Л.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Усложнение схем питания и секционировали контактной сети железнодорожных станций, сокращение количества бслуживающего персонала приводят к необходимости решения про-лемм обеспечения надежности функционирования железной дорога в це-ом и, в том числе, сок-радения времени обнаружения и ликвидации по-режденнй, которого невозможно добиться без автоматизации поиска и окализации коротких замыканий в контактной сети станционных путей.

Имеющиеся системы определения места повреждения основаны, как равило, на измерении сопротивления петли короткого замыкания и ори-етированы на работу с шггактной сетью перегонов. В условиях крупной :елезиодорожиой станции, в силу ряда причин, они оказываются неэф-ективными или даже неработоспособными. Среди таких причин необхо-имо назвать следующие: большая сложность схем питания и секциониро-ания контактной сети железнодорожных станций; нарушение однознач-ости в зависимости сопротивлсшм петли короткого замыкания от места овреждения. Из-за этого поиск и локализация повреждения затяпгааются, ызывая нарушение движения поездов не только на станции, ио и на при-егшощих к ней перегонах.

Локализация позреждешм с помощью последовательных делений <смы с последующими проб1гыми включениями связана с подачей наряжения на неисправный участок, что сокращает ресурс коммутирующих 1ектроаппаратов и повышает вероятность пережога проводов контактной эдвески. Кроме того, большинство самоустраняющихся повреждешй ос-иотся ненайденными. Дефекты, их вызвавшие, не ликвидируются, а про-элжают разливаться, вызывая новые аварийные ситуации.

Работа выполнялась в соответствии с планом НИОКР МГ1С, тем № 140273 от 1995 г. Научное консультирование осуществлялось к .т.н. доц. Кузнецовым Г'. В.

Цель работы. Целыо диссертационной работы является разработк; колтлскса теоретических и практических мероприятий по автоыатнзацгя поиска и локажсзшуп! поврежденной селами ко:ггактнон сети железыодо рогккых станций.

Научная поршня.

- Предложен .нозый, комбинаторно-топо1рафичеаки"1 метод определен;® поврежденной секции в тяговых сетях сложной конфигурации (в тог. числе контактной сети крупных железнодорожных станций), защищен шли патентом ira изобретение /1/, основанный па выявлении и локализации неисправной секции по комбинации'показаний дистанционно спра лишаемых датчиков, тока.

- Разработан универсальный алгоритм расчета установившихся рек шло! сложных элегических схем, применяемый для оиределешш рациональных количества, расположения и уставок срабашваши дагшков тока.

- Разработана концепция построения ушшсрсильных бесконтактных датчшгов тока для контроля и измерсшзя силы тока в проводниках, находящихся под высоким потенциалом;

- Показана возможность организации высокочастотных каналов связи по кабельным сетям дистанционного упраялсшю разъединителями; определен диапазон частот, пригодный для организации высокочастотных каналов связи в этих сетях.

Практическая ценность и реализация резульпшш^^оты.

- Создана программа расиста установившихся режимов сложных элек-чрлческих схем, предназначенная для ШМ-совместнмых ПЭВМ.

• Разработана конструкция оригинального порогового датчика тока, ne ребуютсго регулировки и обспрхтття, предназначенного для коитро-:я силы псремстюго тока промышленной частоты в токоведущнх конст-|укпиях, находящихся под высоким потенциалом. ■ Газработана аппаратура для оргатпздга* высокочастотных каналов :вязи в шпковольтпых силовых кабельных сетях.

- Изготовлен комплект аппаратуры для гвтоматтеского определения товреждешгой секции контактной сети, реалгаутощий предлагаемый сомбтгаторно-топографическии метод.

- Работоспособность комбинаторно-топографического метода и аппарэ-гуры подтверждена результатами опытной эксплуатации на станции Ба-гайск Северо-Кавказской железной дороги.

- Для серийного юготопления аппаратуры подготовлена проектно-лонструкгорская документация.

Апробация. Основные положения и результата диссертационной ра-эты доложены и обсуждены на:

- техническом совете департамента электрификации и электроснабжения (ЦЭ МПС РФ), 1995, 1996 г.;

~ с стеной школе по вопросам безопасности дгижепия поездов и экономии электрической энергии, г. Ростов, 1997 г.;

- Международной конференции по высоковольтной технике, МЭИ, г. Москпа, 5997 г.;

- техническом совете Сепсро-Кавказской железной дороги, 1997 г.;

- научно-технической конференции молодых ученных и аспираитоа РГУПСа, г. Ростов, 1997 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано две татьи и получен один патент.

Структура и объем работ;.i. Диссертационная работа cocroirr ш ьае. дення, четырех глав, заключения и приложений. Работа содержит 141 страницу основного текста, 24 таблицы, 68 рисунков, список литературь. ю 72 наименовании, 46 страниц приложений.

Содержание работы Во введении .обоснована актуальность темы диссертации, отмечается, что автоматизация процесса поиска и локализации поирежденной секции е тяговых сетях сложной конфигурации является важной и насущной задачей. В наибольшей степени это относится к крупным железнодорожным станциям с серьезным, путевым развитием. '

V,

Проблемами определения теста повреждения в контактной сети электрифицированных железных 'дорог занимались многие ученные: Герман Л. А., Овласюк В. Я., Сухонрудский С. Д., Фигурнов Е. П., Жарков Ю. И., Быкадоров А. Л., Курганов В. В., Кирсанов Г. М., Зимшсов В. А., Бодпар А. В., Зайцева Л. А. и многие другие. Однако постановка вопроса сводилась именно к определению места пезрезвдешм, повышению его точности и достоверности. На станциях, однако, более актуальной задачей является выявление неисправной секции и скорейшая ее локализация с помощью имеющихся коммутационных аппаратов. ■

В нерпой главе сформулированы сложившиеся правила секционирования контактной сспги станционных путей. Пршедены типовые схемы питания тягозой сети, станции при наличия или отеугсгйия на ее территории тяговой подстанции, при различном количестве электрифицированных путей. Выношена классификация основных видов секционирования, рассмотрены типовые варианты гоггашш отдельных секций. На примере реально.1! станцш! рассмотрено практическое применение указанных правил. Проведен анализ причин, вызывающих повремздешш контактной се-

ти. Отмечается, что количество повреждений на единицу развернутой длины контактной подвески па станциях выше, чем на перегонах. Это объясняется скоплением электроподвижного состава, маневровой работой, большими токами трогання э.п.с. и более сложной конструкцией контактной сети. В то же г ремя, контактная сеть на станциях лучше'защищена от ветра, поэтому число повреждений, вызванных метеорологическими причинами, достаточно мало.

Рассмотрены типичные действия энергодиспетчера при появлении короткого замыкания, место возникновешт которого не определяется штатными средствами.

Выполнен обзор существующих методов определения места повреждения в электрических и тяговых сетях. Они делятся на две основные группы: дистанционные-и топографические. Дистанционные методы характеризуются высокой оперативностью, однако, из-за специфических особенностей контактной сети железнодорожных станций, о!ш не обеспечивают необходимую точность показаний. Топографические методы, наоборот, отличаются высокой точностью, однако они, как правило, требуют перемещения ремонтной группы вдоль поврежденной линии и, в силу этого, оперативность их работы ниже требующейся.

Описывается предлагаемый, комбинаторно-топографический метод определения поврежденной секции п тяговых сетах сложной конфигурации. Он заключается в дистанционном опросе датчиков, расположенных на участках защищаемой сети, и в выделении поврежденной секции по комбинации их показаний. Использование совокупности показаний датчиков, установленных непосредственно в котролнрусмых местах схемы, обеспечивает высокую точность и достоверность метода. Дистанционный о!грос состояния датчиков позволяет исключить необходимость их обхода ремонтными бригадами и сохранить оперативность, присущую дистанци-

ошшы методам.

Сущность предлагаемого способа поясняется рисунком (Рис. 1). Секцион ные разъединители Р1...Р5 оборудуются -специальными датчикам! Д1...Д5. В зависимости от схемы питания секции, выбирается тип датчиков. При консольном питании устанавливаются простые датчики, прт двухстороннем - фазочувстаигельные. Так, например; секции СЗ и Сч имиот консольное питание (Рис. 1). Поэтому разъединители РЗ и Р4 оборудуются простыми датчиками ДЗ иД4. Датчики Д1, Д2 и Д5 выполняются фазочувствительнымн, поскольку через контролируемые ими разъеди-лнтели Р1, Р2 и Р5 осуществляется двустороннее питшше секций С1 и С2.

Датчик реагирует на силу тока, протекающего по контролируемому разъединителю. При превышении определешюго значения устапки происходит срабатывание,датчика. Для срабатывания фазочувствительного датчика дополнительно требуется определенное направление потока мощности.

Логическая информация о протекашш тока короткого замыкания по конкретным разъединителям является достаточным условием определения поврежденной секции. Например, при поврезкдегаш в точке К31 (Рис. 1) сработают датчики Д1 иД2. Датчик Д5 не сработает поскольку короткое замыкание для него будет вне защищаемой зоны (направление протекания тока короткого замыкания противоположно стрелке). Очевидно, что такая комбинация показаний датчиков соответствует короткому замыканию между разъединителями Р1 и Р5 в секции С1. Для конкретной станции составляется таблица соответствия комбинаций сработавших датчиков но-

• ' <

мерам поврежденных секций (Таблица I). Знаком «+» и таблице отмечены сработавшие датчики.

Через канал связи датчики Д1...Д5 связаны с соответствующими приемными устройствами ПрУ1 ...ЛрУ5. В качестве'"канала связи исполь-

ис. 1. Схема автоматизированного комплекса длл определения и локализации поврежденной секции контактной сети

Таблица 1

Соответствие комбинаций срабатывания датчиков номеру поврежденной секции

Д1 Д2 дз Д4 Д5 Секция Отключить

+ + - - С1 Р1,Р5

+ + - - + С2 Р2,Р5

- - - - СЗ РЗ

- - - + - С4 Р4

г + + - - Сбой

Нй£орнае папа шифраторы ,

■ 0-0-0-0-0- 0-0-0-0-0

Т 1-1 Г 111? 7

ш

\МА1

ж

00

УВЧ

62

Рис. 2. Структурная схема передающего полукскплекта датчика тока

ш

о/ 1И

АК

1_____г

и

ж

УВЧ

ш _

"" ~ ШШ

Рис. 3. Формирование высокочастотной носилки в измерительно-передаеда.ч лолукомплекто

88452

зуготся имеющиеся каоели дисталшгшгного управления разъединителями. При срабатывашги датчика в канал связи посылается сигнал, который выделятся приемным устройством иа другом конце кабеля. После этого он поступает для обработки в логический блок ЛБ. Логический блок по комбинации сигналов от сработавших датчиков определяет поврежденную секцию. Результат отображается блоком пиликании и, через блок согласования с ТИ-ТС, передастся но каналам телемеханики эиергодиспетчеру.

Энсргоднспетчер, получив информацию о номер.; поврежденной секции, может сразу локялщояагь неисправность, отключив необходимые ccKuy.ouw.iS ртеявд'итеяи. [Три этом отпадает необходимость в дроблении ехгми и гфайадх .чкдгочениях. В результате увеличивается ресурс кептаутгфушщягг зяеетрозшшрзтев и быстрее восстанавливается питание к'дгокреждегаюй пясти сташзш, исключается многократное динам1!ческое и термическое втдсвстаие из элементы тяговой сети.

Вегмв'то кеггатггегпй устройства с автоматическим отключением гтогреждеиней остит. Для этого необходимо дополинть устройство блоками управления приводом ВУП!...ПУП5, которые управляются соответ-етвугавдкми сикоддми логического блока ЛБ. При этом логический блок не только определяет поврежденную секцию, но и формирует команду на откл!0та<не разъединителей для ее локализации.

Огелгачсннс разъединителя блокируется до тех пор, пока не псреста-нуг поступать сигналы от датчиков тока, то есть до наступления бсстоко-р.та"« изузы. Контроль тока'непосредственно у разъединителя предотвращает его отключение при подгнггке места короткого замыкания по неучтенном контурам. [Сак только релейная защита отключит короткое замыкаете, спгихты от датчиков прекратятся. После этого логический блок подает сигнал ^Отключить» па необходим!,!е блоки управления приводами. Получив этот сигнал, блок управления приводом автоматически отюиоча-

ет разъедшштель по системе дистанционного управления. Сигнализация о переключениях, выполняемых устройством, осуществляется блоком индикации и сигналом "несоответствие положения коммутационного аппарата" системы телемеханики. При необходимости возможно предусмотреть передачу специальных сообщешШ телеспгиализахциг, «Отключение секции №... при коротком замыкании»,

В этой главе сформулированы следующие основные задачи, решение которых необходимо для пр&спхчгс^ой {гёшюацци предлагаемогометода: оптимизация расположения дэтчшсоо с целью минимизации необходимого их количества; сссдашю дсшеаых ц 1идсяаплх датчиков трха, уе требующих регулировки н о3^у.ншаЕк; сртап1зац11;1Днста1111310ш!ого опроса раифсдаленныхпо тфригйриц ш^й^'ЛЭтамкрр;^^абою^адгоригма обработки постуашопйх'.'от 'дгпчдайз шфор^шцял; соглйровшше разрабатываемого комплекса тедогсгкаг: средста с сущсстлугоипав! система:,!» автоматики..

Во второй гашге'укицрастса, что ДО» оценки вариантов размещения датчиков тока и вы{йр«т уставок их ^^ахьтагшга «а конкретной станции, необходимо нмсхь зиглгшхя токал н 1к фаз в тяговой сети при коротких замыканиях в различных мсдах сгаяцвзз. Расчеты установивпикся режн-мов электрических схем приходится выполнять также и в ряде других случаен.

Отмечается, что реальные схемы элскгросиа&штя существенно отличаются от идеализированных случаев, рассмотренных в лотературе. Для использования имеющихся ш^алитических .методик реальные схемы приходится упрощать, что неизбежно привода к искажению полученных результатов". Попытки учета ка:с!!х-либо особенностей реальных схем приводят, но сути дела, к появлению новых методик расчета, подходящих только дня какого-то одного клйсса схем. Особенно остро недостатки шишиги-

ческих методов проявляются при расчете тяговых сетей многопутных участков, содержащих разветвленные станции и перегоны на переменном токе. Необходимость иметь для каждого вида схем отдельную методику расчета резко снижает эффективность использовашш вычислительной техшь ки. На основании отмечегшого можно сделать вывод, что для использовашш на ЭВМ больше подходит матричный метод расчета. В числе главных его достоинств необходимо отмстить: единый д/ш любых схем алгоритм работы; возможность учета любых особенностей конкретных реальных схем с необходимой степенью детализащш.

Подробно описывается методика расчета установивш:гхся режимов сложных электрических схем с помощью полных уравнений Кирхгофа в матричной форме. Приведено описание и алгоритмы составления требующихся при этом исходных матриц.

Указывается, что при-анализе реальных тяговых сетей порядок получаемых матриц может достотать нескольких сотен и более. Обработка та-<их матриц даже на совремешшх ЭВМ занимает много времени и ресурса. Предлагается два пут» повышения эффективности выполнения расче-гоз: изменение расчетных уравнений с целью еннження порядков входя-цих в него матриц; использование специальных алгоритмов обработки >азрсжснных матриц.

Приводится алгортти и описание программы расчета установивших-. ■я реж!мов электрических схем указанным методом.

С помощью разработанной программы моделировались различные >сжимы коротких замыканий в тяговой ссти ¡»сальных станций. На осно-1шнш полученной при этом картины распределения токов короткого зашкалил, были сделаны следующие выводы: точное определение повреж-1СНПОГО ¿гутн или .секции только но результатам измерений с тяговых под-танцнй, в общем случае, невозможно; для поиска места повреждения с

точносгыо до секции необходимо оборудовать вес секционные разъединители пороговыми датчиками тока; ненгнраиш;.' секции определяется на основании комбинации показаний всех датчиков; для поиска места повре-зкдення с точностью до пути необходимо усташшншйгь датчики тоха на секционных разъединителях, а также в начале и с конце каждого пуш.

Поскольку в существующих схемах железнодорожных станций отдельные пути не выделяются г» качестве самостоятельных элементов защиты, представляется сомнительной целесообразность определении места повреждения с точностью до отдельного пути. Дл,<, этого требуется значительное усложнение технических средств (резкое увсличешю необходимого количества датчиков тока и каналов связи). Однако, в силу того, что схемой секционирования не предусмотрено коммутирующих аппаратов да селекпщпого отключения только одного, поврежденного пути, для восстановления пшаты исправной части станции, приходится отключать всю секцию целиком. Поэтому, с точки зрения скорейшей локализации аварии, информация о неисправности конкретного путл является, в некотором роде, избыточной.

Третья глава содержит описание технических средств, необходимых при реализации комбинаторно-топографического метода. Отмечается, что использование для контроля силы тока в проводниках, находящихся под высоким потенциалом, традиционных высоковольтных трансформаторов тока является экономически невыгодным из-за их громоздкости и высокой стоимости. Значительно уменьшить стоимость датчика возможно за счет использования изолирующей способности окружающего воздуха. При этом пороговый дагчнкдока конструктивно выполняется из двух нолу-комплекто»: измерительно-передающего и нрнемно-исполнитслыюго. Из-мер1ггсльный полукомнлект устанавливается непосредственно на токове-душую конструкцию и находится иод высоким потенциалом. Прнемно-

нсиолнительнык полукомплект устанавливается в любом удобном месте, вблизи от передающего комплекта. Связь между полукомплектами обеспечивается любым из известных спссобоз, обеспечивающих кх гальваническую развязку: за счет электромагнитной связи (мапиггпые трансформаторы тока с разомкчгутым сердечником); по инфракрасному каналу; по ультразвуковому каналу; по оптоволоконному кабелю; но радиочастотному каналу.

В разработанной конструкции датчика отдано предпочтение рэдиока-налу,так как его использование облегчает монтаж датчика за счегг кезавн-слмой установки полукомплсюгов. Весь комшхекс работ по настройке производится в лабораторных условиях, Блягодаря зтолгу сокращается длительность монтажа и наладки, снижаются требования к уровню подготовит зксштуатирующего персонала.

Основой измерительно-передающего полухомплекта является одно-шггковый трансформатор тока с разъемным сердечником. Он совмещает в себе функции источника питания и измерительного органа. Первично)! обмоткой является мнггролируемая токоведущая конструкция, на которой и закрепляется трансформатор. Вторичные обмотки размещаются на одной из половинок разъемного магнитопровода. Одна из обмоток является гамер.чтельной, другая служит для питания электронных схем полукомплекта.

Структурная схема измерительно-передающего полукомнлекта изображена на Рис.'2. Питающая обмотка трансформатора тока па|ружеиа на мостовой выпрямитель блока питания КШ, а измерительная - на выпрямитель У01. Напряжение питания после стабилизатора напряжения А! подастся на псе блоки измершелыю-нередшощею нолукомгшекта.

Измерительный преобразователь УВ1 нагружен на резистор 11 Падение напряжения на этом резисторе пропорционально силе тока, ирг,к®»

кшощего по контролируемому проводнику (первичной обмотке трансформатора). Это иапряжешю ешкгивастся конденсатором фильтра С. Мощный стабилитрон УО служит для защиш компаратора К от повреждений при перегрузке датчика экстратоками короткого замыкания. В случае, если падение напряжения па резисторе К не превышает порог срабатывания . компаратора К, шифратор Ш вырабатывает холостую серию, состоящую щ шестнадцати коротких ^семнадцатого сверхдлиниого (фазирующего) импульсов. Если ток по котролирусмому проводнику превышп устав ;су порогового датчика, то. возрастет падение напряжения на резисторе /?, срабатывает кол:паратор /<", который переключит шифратор Ш на генера- > цшо рабочей серии. Рабочая сер ид представляет собой кодовую последа- 1 вательность из шестнадцати коротких ;или удлиненных и семнадцатого сверхдлшшого импульсов. Количество и место удлиненных тшульсов в конкретной серии (код датчнхаУустанавливается перемычками в наборной панели шифратора., Благодаря преддар1ггсльнрй передаче холосто?! серии синхронизация прием1шка и передатчика происходит, до моменга аварий- , ного возрастит тока.

С выхода шифратора кодировашш управляет аналоговым

коммутатором АК. В моменты времени, соответствующие импульсам серии, аналоговый коммутатор пропускает колебания поднесущей частоты с выхода генератора Gf на сход модулятора А/ (Рис. 3). Модулятор М выполняет амшппудную модуляцию колсбашй надоцей частоты, вырабатываемых высокоздетопшмгенератором С2. Затем высокочастотные колебания усштвшотся по мощности уешшгелем УВЧ и ¡случаются передающей антенной }УА!.

Электронная часть датчика помещена в нияамбю часть металлического разъемного корпуса размером 270x75x40 мм и загерметизирована полимерной смолой. Здесь же размещены половина малнтшропода транс-

форматора с намотанными на ней вторичными обмотками. Вторая часть разъемного маппггопровода размещена соосио в верхней части металлического корпуса. Снизу корпуса выведена излучающая антенна и контрольные проверочные гнезда.

В прием^о-исполшггелыюм полукомплектё (Рис. 4) приемник Пр выполняет выделение, усиление и детектирование электромапштных колебаний, излученных шмер1ггеЛьш-пгреда!ОЩ!ш полукомплсктом. Узкопо-лоспый канальный фильтр КФ вьхдвляет сигшшы с частотой, соответст-. вугощей частоте поднесут,ей дшшого дзтапго. Выдчлепиглц сигнал подпе-еущей частота преобргвусгся в тп^рйся погтазпие'го таза детектором Д. Для четкой работы поояэдюп^З' щг^^Ф^Я чася«- юж.*.:м сигнал обрабз-•• тьшается трштёром БЬцздха'ЗЖ С.адсадз тротфз 7Ш ярй^ушшпыв. . импульсы постуиавдт йа юфа . шаге-,

довагеяшого коя» пфшвиШЕЙ ГОС .скйшкя. скздад- дгшпфраарора с логический усцюйерои* ЙУ% -<су!десштгщии. йбшроаь Ерзз1сп.!?сст« прййма' кодовой сериа.' Если лссетсппй из то зануегсается

выходной блок

Й этой же глквг рассмвтриваетсз и конструкция фззсоуг»ствителыгого датчика тока.;

В качестве лшши связи дли опроса датчиков предложено использовать кабели дистанционного управления пр,'кодами разъедишггелей. Организация каналов связи по силошм сетям уже давно успешно используется в современной технике. Примером может служить передача сигналов диспетчерского телефонирования, телеуправления, телесигнализации, телеизмерения по магистральным ЛЭП высокого напряжения. Ишчшсишю используются мс.'.чричсскнс сети для передачи служебных сигналов и в горной промышленности.

Однако по своим высокочастотным параметрам кабели дистаициои-

ША1 N

Кф

\дш\-

Й-

ПК

л

а тш

Т0Т0

0 0 0 0

ЛУ

0 0

Рис. 4. Структурная схема приемного лолукомллекта датчика тока Исследуемая

б

УМ

линия

ФП

РФ О

0

г-0

Х1

Рис. 5. Структурная схема экспериментальной установки ,>----------^

- ->>

Улр

в - М/с

УМ

ФП

БП

.г*

-ггов

Рис. 6. Структурная схема передающего полукомплскта системы высокочастотного уплотнения силовых кабельных линий

«5-

ФП

53П

ПФ к

к

ь<

IV л

ВБ

X

Рис. 7. Структурная схема приемного полукомплекта системы высокочастотного уплотнения силовых кабельных линий

ного управления существенно отличаются от ЛЭП высших напряжений и Недостаточно изучены. Для них характерны: невысокая протяженность ответвлений и участков лшшй между ними; высокая неоднородность сети (использование различных марок кабеля, скрутки и т.д.); высокая насыщенность различным электрооборудованием (большое количество потребителей из единицу длины линии). Это резко усложняет картину распространения высокочастотных сигналов в кабеле, возникают сложные взаимодействия падающих и отраженных волн. Неоднородности создают много неясностей в части искажения сигналоп. Кроме того, помехи, присутствующие в шшоволътных сетях, имеют природу отличную от помех в высоковольтных линиях. Поэтому методы высокочастотной обработки линий высокого напряжения не могут эффективно использоваться при организации каналов связи по силовым кабелям низкого напряжения.

Для практической проверки возможности организации канатов связи по кабелям дистанционного управления^ помощью разработанной установки исследовалось прохождение высокочастотных сигналоп в кабельной сети станции Батайск.

Структурная схема установки изображена на Рис. 5. Генератор О вырабатывает синусоидальные колебания, частоту которых можно плавно регулировать. Затем сигнал подается па усилитель мощности УМ. Усиленный высокочастотный сигнал через фильтр присоединения ФП поступает в исследуемую линию связи. Фильтр присоединения выполняется по схеме Я-образного НС фильтра высших частот, преимуществом которого является простота, дешеинзип и малые габариты. На приемной стороне к кабельной линии подключаете* аналогичный фильтр присоединения, выход которого нагружен на режекторный фильтр РФ. Фильтр настроен на подавление сшиапов частотой 50 Гц. После ослабления низкочастотной составляющей сигнал поступает на детектор В и далее его ^сличила ивдн-

цнруется высокоомным вольтметром постоянного тока V. К гнезду XI возможно подключение осциллографа для визуального контроля формы сигналов.

С помощью описанной установки было установлено, что организация высокочастотных каналов связи в кабельных сетях днетанциошюго управления разъединителями возможна в частотном диапазоне 7-30 кГц.

Для одновременной передачи информации от нескольких датчиков по одному кабелю используются разные рабочие частоты для каждого датчика (частотное разделение каналов). Наличие высокочастотного сигнала в канале служит признаком срабатывания датчика, а его отсутствие свидетельствует о том, что датчик находится в режиме дежурства.

Структурная схема передающего хюлукомнлекта представлена на Рис. 6. Генератор С вырабатывает колебания несущей частоты. Аналоговый коммутатор АК управляется по входу Упр выходным блоком приемно-исполшггелыюго полукомллскта порогового датчика тока. При срабатывая ч датчика сигнал на входе Упр открывает аналоговый коммутатор АК и колебшшя несущей частоты с генератора б поступают на вход усилителя мощности УМ. После усиления высокочастотный сигнал через фильтр присоединения ФП поступает в провода кабельной линии. Блок гвггшни БП вырабатывает псе напряжения, необходимые для нормальной работы блоков передатчика. Питающее напряжение 220 В сшшается с тех же проводов, которые используются в качестве линии связи. Дроссели Ы и 12 предотвращают проникновение высокочастотного сигнала в блок питания.

Структурная схема приемного подукомплекта изображена на Рис. 7. Фильтр присоединения ФП защищает аппаратуру приемтжа от воздействия напряжения 220 В 50 Гц.

Блок зашлты от помех БЗП предотвращает повреждение или ложное срабатывание приемника от импульсных помех, проникающих через

фильтр присоединения. Отфильтрованная высокочастотная составляющая сигнала, полученного го кабеля, подается на полосовой фильтр ПФ, где из широкого частотного спектра выделяется несущая частота определенного канала. Параметрами полосового фильтра определяется настройка приемника на конкретный частотный канал. После выделения сигналов несущей •частоты они подаются на детектор Д. Выпрямлешюе напряженке поступает через интегрирующую ЛС-цепочку на вход компаратора К. Наличие компаратора позволяет обеспечить на выходе приемника только два четких уровня сигнала. Если конденсатор С зарядился до напряжет«, превышающего порог переключения компаратора, то запускается выходной блок ВБ и фиксируется срабатывание датчика. Иначе считается, что датчик находится в режиме дежурства.

В четвертой главе описываются результаты экспериментальной проверки разработанного комплекса технических средств для автоматического определения поврежденной секции контактной сети на станции Ба-тайск. Работоспособность аппаратуры высокочастотного уплотнения кабельных линий испытвалась на дистанциях до полутора километров. Для оценки номехозащшцетюстп полученного канала связи последовательно осуществлялись: перевод стрел/ок, переключение положения разъединителя, тональный н голосовой вызовы по системе поездной радиосвязи. Отношение полезный сигнал/помеха во всех режимах составляло 15 раз и более, что превышает установленный для телеграфных каналов уровень 20 дБ.

Дополнительно проверялась работоспособность пороговых датчиков тока в условиях железнодорожной станции. Ложных срабатываний не наблюдалось как при опускании и подъеме пантографов электро-иодвижнога состава, так и при работе радиостанций гражданского диапазона

Оспоепыерезультаты и выводы

В результате выполнения диссертационной работы достигнута поставленная цель - разработан комплекс теоретических и практических ме-' ропрнятмй по автоматизации определения н локализации поврежденной секции контактной сети железнодорожных станций. Получены следующие результаты:

1. Показана неэффективность применения существующих способов определения места повреждения для контактной сети железнодорожных станций.

2. Предложен новый комбинаторно-топографический метод определения поврежденной секции в тяговых сетях сложной конфигурации, в том числе и в контактной сети крупных железнодорожных станций, защищенный патентом на изобретение.

3. Разработай универсальный алгоритм, по которому создана программа для ПЭВМ, позволяющая автоматизировать расчеты установившихся режимов сложных электрических схем. Для выполнения расчетов используются полные уравнения Кирхгофа в матричной форме. Обоснованы преимущества этого метода, позволяющего абстрагароваться от конфигурации конкретной рассчитываемой схемы.

4. Рассмотрены особенности расчета, с помощью предлагаемой программы, режимов короткого замыкания в контактной сети железнодорожных станции. Получена картина распределения токов короткого замыкания в контактной сети реальных станций, на основании которой выявлены условия однозначного определения поврежденной секции.

5. Разработан оригинальный пороговый датчик тока, не требующий регулировки и обслуживания, предназначенный для контроля силы переменного тока промышленной частоты в токовслутнх конструкциях, находящихся под высоким потенциалом.

6. Выполнен анаша особенностей работы кабельных сетей дистанционного управления разъединиетелями. Разработан комплект аппаратуры для организации высокочастотных каналов связи в низковольтных силовых кабельных линиях.

7. Изготовлен опыпшй комплект аппаратуры для автоматического определения и локализации поврежденной секции кетакткой сета, основанный на предлагаемом комбгагаторио-топографическом методе.

8. Подготовлена проскшо-конструкторская докумсютция для серийного изгатовлешш апшрагуры.

Основное содержали» диссертационной робош изложено в следующих работах:

1. Положит, решен. Госпзгента по заявке íSs S5101842/07 от 30.01.96. Устройство защиты миогопугксго участка :>леюр^ф«щнровс;гаой' железной дороги / Быкздорог! A.JL, Кутецов В.В., Кузнецов Г.В., Хомич Б.М.

2. Кузнецова О.В., Хомич Б.М., Кузнецов Г.В. Анализ условий обнаружения места повреждения в когтистой сети крупных железнодорожных стщщий // Автоматшировашшз системы электроснабжения железных дорог: Менсвузоасхий сберш-к научных трудов. Ростов п/Д.:РГУПС, 1995. С. 129-132.

3. Кузнецов Г.В., Хомич Б.М, Повышение надешгости электроснабжения станций со сложной схемой секшкнптревания контактной сети // Технологическое произяодстио в транспортом машшгоетроетш: Межву-жвский сборник научных трудов. Ростов и/Д.: РГУПС, 1997. С.73-76.