автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Повышение работоспособности станционных рельсовых цепей

На правах рукописи

АНТОНОВ АНТОН АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТАНЦИОННЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

05.22.08 - Управление процессами перевозок АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2005

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Ю.А. Кравцов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

заместитель директора ВНИИАС, профессор Д.В. Шалягин

кандидат технических наук, доцент РГОТУПС В.И. Линьков

Ведущая организация: Ростовский государственный университет

путей сообщения

Защита диссертации состоится « 2 » ноября 2005 г. в 15:30 на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу 127994, г. Москва, ул. Образцова, д.15, ауд. 1505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан___2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, ^

профессор

В. И. Шелухин

¿M^t-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Рельсовые цепи (РЦ) являются основным элементом современных систем автоматики и телемеханики по регулированию движения поездов на железных дорогах. Они выполняют функции датчика информации о свободности и целостности рельсового пути изолированного участка, а также используются в качестве телемеханического канала связи между проходными светофорами и между путевыми и локомотивными устройствами. От устойчивости их работы зависит функционирование систем интервального регулирования движения поездов.

Значительный вклад в развитие теории систем интервального регулирования движения поездов с помощью средств автоматики и телемеханики внесли известные ученые И.В. Беляков, ГТ.Ф. Бестемьянов, A.M. Брылеев, И.Е. Дмитренко, Ю.А. Кравцов, И.М. Кокурин, В.М. Лисенков, Б.Д. Никифоров, A.C. Переборов, Н.Ф. Котляренко, Н.Ф. Пенкин, E.H. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю.В. Соболев, Н.М. Фонарёв, Д.В. Шалягин, В.И. Шаманов, В.И. Шелу-хин, О.И. Шелухин, A.B. Шишляков, A.A. Явна и другие.

При увеличении интенсивности движения поездов, появлении новых видов электроподвижного состава (ЭПС) возник ряд проблем обеспечения работоспособности РЦ на станции.

Одним из вопросов, связанных с повышением устойчивости работы станционных РЦ, является их эксплуатация при воздействии переменного тягового тока в погодных условиях, способствующих обледенению контактного провода, когда происходят отказы станционных фазочувствительных РЦ (ФРЦ) частотой 25 Гц с путевым реле ДСШ-13. Вследствие обледенения контактного провода токосъём сопровождается образованием электрической дуги между контактным проводом и пантографом электровоза. Электрическое сопротивление дуги в процессе движения электровоза непрерывно изменяется, что приводит к скачкообразным изменениям тягового тока, под воздействием которых возникает два переходных процесса: в цепи между тяговой подстанцией и электровозом и в схеме релейного конца ФРЦ. При этом путевое реле может переключиться в противоположное состояние, т.е. возможна ложная занятость или ложн

В настоящее время на станциях широко применяются РЦ тональной частоты Для контроля свободности и занятости приёмо-отправочных путей питание тональных РЦ (ТРЦ) осуществляется из середины рельсовой линии (РЛ). Математическое описание контрольного режима для таких РЦ, а также для разветвлённых РЦ отсутствует. Поэтому необходимо разработать методику расчёта контрольного режима для этих видов станционных РЦ.

В настоящее время на ЭПС для регулирования тяги широко используются полупроводниковые преобразователи напряжения. При их применении в тяговой сети возникают пульсации, которые полностью сгладить на борту ЭПС практически невозможно. Поэтому в тяговой сети будут появляться гармоники, кратные частотам, которые используются для регулирования тяги.

При использовании коллекторных тяговых двигателей постоянного тока применяется широтно-импульсное регулирование, рабочая частота полупроводникового преобразователя строго постоянна и существенно выше частоты сигнального тока ФРЦ. Частота помехи РЦ от тяговых преобразователей составляет обычно около 400 Гц, которая без особых трудностей подавляется при помощи бортового фильтра. На Российских железных дорогах в настоящее время применяется ЭПС с широтно-импульсным регулированием Его электромагнитная совместимость (ЭМС) с ФРЦ обеспечивается.

При использовании бесколлекторных асинхронных тяговых двигателей полупроводниковые преобразователи должны реализовать диапазон частот 2 -120 Гц, а в некоторых случаях и более широкий.

При пуске двигателя ЭПС будет генерироваться весь диапазон частот от минимального до максимального значения. Таким образом, во всех эксплуатируемых в настоящее время РЦ в их рабочем диапазоне могут появиться помехи, представляющие собой гармоники тягового тока, которые будут оказывать мешающее или опасное влияние.

Мешающему влиянию подвержены кодовые РЦ частотой 25 и 50 Гц, а также ТРЦ. Мешающее влияние проявляется в том, что гармоники тягового тока, совпадающие по частоте с сигнальным током РЦ, нарушают работу путевого приёмника, вследствие чего появляется ложная занятость участка пути

Опасному влиянию подвержены ФРЦ частотой 25 и 50 Гц с реле ДСШ, которое при занятом участке пути может сработать и дать ложную информацию о свободности пути, если на путевом элементе уровень, частота и фаза гармоник тягового тока будут иметь соответствующие значения.

В связи с этим возникает задача исследования влияния ЭПС с полупроводниковыми преобразователями на работоспособность станционных РЦ и разработки диагностической системы, которая осуществляла бы непрерывную диагностику исправности тягового преобразователя с целью выявления отказа, ведущего к недопустимым изменениям спектра тягового тока, регистрации отказа и выдачи команды в схему управления электровозом, которая должна автоматически исключить недопустимый режим работы электровоза.

Целью диссертации является разработка теоретических и практических методов повышения устойчивости работы станционных РЦ, адекватно учитывающих:

- воздействие тягового тока в условиях обледенения контактного провода;

- особенности ТРЦ приёмо-отправочных путей, а также разветвлённых

РЦ;

- воздействие помех от ЭПС с полупроводниковыми преобразователями на ФРЦ.

Основные задачи выполненных исследований:

- анализ воздействия тягового тока на работу станционных ФРЦ в условиях обледенения контактного провода;

- формулировка методов решения проблемы обеспечения работоспособности ФРЦ при гололёдообразовании на контактном проводе;

- разработка математического описания контрольного режима станционных ТРЦ с питанием из середины РЛ, разветвлённых РЦ с двумя и тремя ответвлениями, проведение исследования работы таких РЦ в контрольном режиме;

- анализ ЭМС ЭПС с полупроводниковыми преобразователями и ФРЦ;

- разработка методики исследования ЭМС ФРЦ и ЭПС с полупроводниковыми преобразователями при электротяге постоянного тока с учётом особенностей работы схемы релейного конца ФРЦ;

- разработка принципов построения локомотивного индикатора исправно-

сти электрооборудования электровоза ЭП10 по требованиям ЭМС со станционными ФРЦ (ЛИЭМС);

- проведение лабораторных и эксплуатационных испытаний ЛИЭМС;

- разработка методики доказательства достаточности показателей надёжности ЛИЭМС для выполнения требований ЭМС станционных ФРЦ и ЭПС

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.

Достоверность научных положений подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований и работоспособностью разработанных технических решений в эксплуатационных условиях. Результаты работы были доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях.

Научная новизна состоит в разработке способа обеспечения работоспособности ФРЦ при гололёдообразовании на контактном проводе путем выравнивания асимметрии по постоянному току с помощью включения симметрирующих резисторов.

Разработано математическое описание контрольного режима станционных РЦ с симметрирующими резисторами, ТРЦ с питанием из середины РЛ, а также разветвлённых РЦ.

Разработана методика оценки степени опасного влияния ЭПС с полупроводниковыми преобразователями на работу ФРЦ. Полученные методы и модели использованы при разработке ЛИЭМС.

Разработана методика оценки верой шости превышения нормируемого по требованиям обеспечения ЭМС ЭПС и ФРЦ значения переменной составляющей тягового тока на путевом приёмнике.

Практическая ценность диссертации заключается в разработке: методов и технических решений, способствующих повышению устойчивости работы станционных РЦ в условиях гололёдообразбйанйя на контактном проводе; методики расчёта станционных ТРЦ с питанием из середины РЛ, а также разветвлённых РЦ, позволяющей расширить диапазон работоспособности РЦ при изменении сопро-

тивления изоляции РЛ; технических решений, обеспечивающих возможность эксплуатации ЭПС с полупроводниковыми преобразователями на участках железных дорог с ФРЦ.

Реализация результатов работы. Научные результаты диссертационной работы были использованы при разработке технического задания и проектировании ЛИЭМС, а также при разработке рельсовых цепей с включением симметрирующих резисторов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях и научных секциях кафедры, на пятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» в г. Москве в 2004 г. и первой Московской городской научно-практической конференции «Вузы - Наука - Город» в 2005 г.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, изложены в 11 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Она содержит 174 страницы основного текста, 88 иллюстраций и 3 таблицы. Список литературы включает 84 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы повышения работоспособности РЦ на станции, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе рассмотрены вопросы исследования работоспособности станционных РЦ при воздействии тягового тока во время обледенения контактного провода.

Проведён анализ воздействия тягового тока на работу РЦ при обледенении контактного провода. Было выяснено, что в этих условиях отказы станционных ФРЦ частотой 25 Гц с путевым реле ДСШ-13 на участках железных дорог с электрической тягой переменного тока происходят вследствие коммутационных процессов между пантографом электровоза и контактным проводом при наличии наледи на последнем.

В тяговом токе электровоза при переходном процессе образуются свободная и вынужденная составляющие. Этот процесс может быть описан следующим математическим выражением-.

I

¡(1) = 1тып{ая + <р)+1ае г,

где

/т - амплитудное значение тягового тока в установившемся режиме (вынужденная составляющая);

/0 - максимальное значение свободной составляющей тягового тока при переходном процессе;

со - угловая частота;

<р - начальная фаза тока;

t - время;

т- постоянная времени переходного процесса.

Свободная составляющая переходного процесса при наличии асимметрии РЛ намагничивает сердечник дроссель-трансформатора, который при электротяге переменного тока не имеет воздушного зазора.

В РЦ, работающих при электротяге переменного тока, следует различать асимметрию РЛ по переменному тяговому току и асимметрию по постоянному току. Асимметрия по переменному тяговому току 50 Гц контролируется эксплуатационным штатом в соответствии с графиком обслуживания устройств СЦБ. Асимметрия по постоянному току в условиях электротяги переменного тока не контролируется. Более того, определение этой асимметрии не представляется возможным с помощью штатных средств измерений, которыми оснащены дистанции сигнализации и связи.

Отказ РЦ в виде «ложной занятости» происходит при подмагничивании сердечника дроссель-трансформатора постоянной составляющей, содержащейся в тяговом токе и образовавшейся в результате коммутационного процесса, а степень подмагничивания зависит от асимметрии РЛ по постоянному току.

Расчётное выражение для определения асимметрии РЛ по постоянному току имеет вид:

А = ^—^-■100%, /,+/2

где

А - асимметрия РЛ;

Ли 12- токи в противоположных рельсах.

Это выражение может быть представлено в другом виде, где в качестве исходных данных рассматривается величина разностного сопротивления в одной рельсовой нити по отношению к противоположной рельсовой нити:

А-———100% , /7 +АД

где

АЯ - разностная величина сопротивлений постоянному току между первой и второй рельсовыми нитями;

г - удельное сопротивление РЛ постоянному току;

/-длина РЛ.

Результаты приведённого в диссертации исследования асимметрии РЛ по постоянному току показали, что, например, для РЛ длиной 0,6 км при нормативной асимметрии по переменному току 6% разность в сопротивлениях по постоянному току одной рельсовой нити относительно другой будет составлять 0,03 Ом. В этом случае асимметрия по постоянному току для той же РЛ составит 33%. При этой же разнице сопротивлений между рельсовыми нитями 0,03 Ом, асимметрия при длине РЛ 1,2 км составит 20%. Асимметрия 33% при длине РЛ 1,2 км будет при разностной величине сопротивлений между рельсовыми нитями 0,06 Ом.

На основании проведённых исследований установлено, что при величине асимметрии по постоянному току 33% ток подмагничивания, протекающего по основной обмотки дроссель-трансформатора, составляет около 20 А, при этом коэффициент передачи по напряжению дроссель-трансформатора ДТ-1-150 уменьшается настолько, что выполнение нормального режима работы РЦ не обеспечивается и путевое реле ДСШ-13 отпускает сектор.

Короткие РЦ в большей степени подвержены влиянию подмагничивания сердечника дроссель-трансформатора тяговым током, чем длинные РЦ. Чтобы асимметрия по постоянному тяговому току в рельсах была на уровне 33%, в ко-

ротких РЦ до 0,2 км допустима разница сопротивлений между рельсовыми нитями 0,02 - 0,05 Ом. в РЦ длиной 0,6 км - 0,03 Ом, а в длинных РЦ более 1 км допустима разностная величина сопротивления между первой и второй рельсовыми нитями 0,05 Ом.

Отказы в виде «ложной занятости» происходят, в основном, в станционных РЦ длиной до 0,4 км и достаточно редко в РЦ до 0,6 км. Таким образом, можно считать, что максимальная длина РЛ, при которой необходимо применять дополнительные меры по обеспечению работоспособности станционных РЦ при гололёдных явлениях на контактном проводе, составляет 0,6 км.

Решение этой проблемы может быть осуществлено двумя путями. Первый из них - это применение дроссель-трансформаторов с сердечником с воздушным зазором, типа ДТ-0,6-500С, которые используются на станциях стыкования. Эти дроссель-трансформаторы могут выдерживать значительную асимметрию по постоянному току, не приводящую к насыщению магнитной системы, однако при этом следует учитывать, что замена дроссель-трансформаторов, даже только в коротких РЦ на станциях, приводит к значительным затратам. Это объясняется тем, что только в одной неразветвлённой РЦ потребуется заменить сразу два дроссель-трансформатора, стоимость которых в настоящее время достаточно высокая.

Второй путь решения указанной проблемы основан на том, что в коротких РЦ длиною до 0,6 км включительно представляется возможным выровнять асимметрию РЛ по постоянному току.

Для обеспечения работоспособности РЦ можно уменьшить асимметрию РЛ по постоянному току с помощью включения последовательно с рельсами дополнительных резисторов, величина сопротивлений которых значительно превышает все предельные сопротивления постоянному току участков цепи, в том числе сопротивления рельсовых нитей, полуобмоток дроссель-трансформаторов, а также переходные сопротивления в точках подключения дроссельных перемычек.

На основании проведённых исследований установлено, что сопротивление симметрирующих резисторов должно составлять 0,15 - 0,2 Ом. При этих значениях сопротивлений симметрирующих резисторов для рельсовых линий длиной 0,1 - 0,6 км и при значениях разности сопротивлений между рельсовыми нитями не более 0,03 Ом асимметрия по постоянному току не будет превышать 10%.

При включении симметрирующих резисторов переходной процесс в тяговой сети не вызовет подмагничивания сердечника дроссель-трансформатора ДТ-1-150, т.к постоянные составляющие тягового тока в обоих рельсах практически одинаковы.

В диссертации дана оценка возможного влияния включения симметрирующих резисторов на величину сопротивления обратной тяговой сети (ОТС). Увеличение сопротивления ОТС при включении симметрирующих резисторов эквивалентно увеличению сопротивления ОТС вследствие увеличения длины РЛ. На основании проведённых исследований установлено, что увеличение модуля сопротивления РЛ ОТС при включении симметрирующих резисторов составляет:

- при длине РЛ 0,1 км - 0,067 Ом, что эквивалентно увеличению длины РЛ на 0,114 км;

- при длине РЛ 0,6 км - 0,033 Ом, что эквивалентно увеличению длины РЛ на 0,056 км.

Таким образом, в ОТС, длина которой составляет порядка 40 км, влиянием симметрирующих резисторов можно пренебречь.

Включение симметрирующих резисторов ухудшает условия обеспечения контрольного режима работы РЦ. В связи с этим разработано математическое описание РЦ с симметрирующими резисторами. Коэффициенты четырёхполюсника, замещающего РЛ в контрольном режиме, имеют вид:

Лга=сМ + £||- + 1

л 2Л /

сЬ у{}$Ь"/12 +

)

бЬ ^ БЬ у12

В„п =

%\\у! + Е

£ к[

+ 1

сЬ у1, сЬ у?2

+ 211

С =-

7..

вЬ у1 + Е

V I У

у

эИ у1х 5Ь у/2

Ока=сЬу1+Е

у

бЬ^/, сЬу12,

где

к\ = 2сЬ Еу1х +

2 + ^ Е2.

бЬ Еу1,;

к'г = 2зЬ Еу1{ +12 + Jch Еу1х;

у - коэффициент распространения волны симметричной РЛ;

Е - постоянная земляного тракта;

2в - волновое сопротивление РЛ;

/?й - сопротивление симметрирующего резистора;

/ - длина РЛ;

1\ - расстояние от источника питания до места обрыва;

12 - расстояние от места обрыва до приёмника.

Проведено исследование работы РЦ с симметрирующими резисторами. Установлено, что при длине РЛ 0,1 - 0,6 км координата критического места обрыва находится в конце РЛ. Критическое сопротивление изоляции приблизительно составляет:

7^=0,8 Ом •/,

где

/ - длина РЛ, км.

С учётом критических характеристик РЦ в контрольном режиме проведён анализ и синтез РЦ с симметрирующими резисторами. Разработаны принципиальные схемы неразветвлённых и разветвлённых РЦ с симметрирующими резисторами, конструктивно оформленными в виде блока РБ-1 устанавливаемого на питающем или релейном конце.

Разработано устройство защиты РЦ, исключающее получение информации о ложной свободное™ участка пути при кратковременных срабатываниях путевого реле вследствие переходных процессов в тяговой сети в условиях обледенения контактного провода.

Во второй главе разработана методика расчета контрольного режима станционных ТРЦ с питанием из середины РЛ, разветвлённых РЦ с двумя и тремя ответвлениями. Составлены схемы замещения ТРЦ с питанием из середины РЛ, а также разветвлённых РЦ с двумя и тремя ответвлениями в контрольном режиме,

получены коэффициенты четырёхполюсников схем замещения РЛ для указанных РЦ. Для ТРЦ с питанием из середины РЛ они имеют вид:

^ко = + >

в ко =АьВ2з С ко +

п*о=сивъ + оъо2з, 4, = 4сМй;

где

Ви = г, зМ0 + Егв^1 + 2рсЪу10-, сМ,)

О +/п)+£У^2рсЬГ(/, +10))+ге^(сЪг(11 +1п)+Е^йТр&у{1х +0).

г^зМ.+^с^,)

гвМз. с2э ~ 7 > ¿а

где

- коэффициент поверхностной проводимости;

~ эквивалентное входное сопротивление аппаратуры релейного конца; /0 - расстояние от источника питания до места обрыва; /| - расстояние от источника питания до приёмника целого плеча РЛ. С помощью разработанных формул проведено исследование работы РЦ в контрольном режиме. Получены зависимости изменения модуля приведённого сопротивления передачи РЦ от удельного сопротивления изоляции РЛ, координаты места обрыва, длин участков. При выбранных параметрах РЛ установлены критические сопротивления изоляции РЛ (Яикр) и координаты критических мест обрыва.

Также в результате исследования были получены приближенные формулы для расчёта сопротивления Яикр в зависимости от длин участков РЛ и координат мест обрывов.

Для РЦ с двумя ответвлениями:

К*? = -0>4 Ом ■ а + 0,5 Ом-км; = 0,15 Ом ■ Ь2 + 0,05 Ом-км,

где

а - расстояние от источника питания до места разветвления, км;

Ь2 - длина ответвления Ь2, км.

Для РЦ с тремя ответвлениями:

= 3'5 Ом ■ + 0,25 Ом-км; Д^ = 0,3 Ом • с + 0,22 Ом-км,

где

¿1 - расстояние от источника питания до места обрыва, км;

с - длина участка между ответвлениями, км.

В третьей главе выполнено исследование влияния ЭПС с полупроводниковыми преобразователями на работоспособность станционных РЦ.

Допустимые уровни гармоник тягового тока по опасному влиянию разрабатываются с учётом наиболее неблагоприятных условий, когда влияние проявляется в наибольшей степени. Это имеет место при изломе рельса, когда сигнальный ток частотой 25 Гц или 50 Гц через путевой элемент реле типа ДСШ не протекает, фронтовой контакт разомкнут, участок пути занят. Тяговый ток при изломе рельса протекает по одному, исправному, рельсу и одной полуобмотке дроссель-трансформатора, т.е. имеет место стопроцентная асимметрия РЛ. Если уровень гармоник тягового тока превысит допустимое значение, может быть получена ложная информация о свободности фактически занятого участка пути.

Экспериментальное определение уровней низкочастотных составляющих тягового тока обычно проводится анализатором спектра 5Д760, на вход которого с помощью датчиков типа 1ЖМ с коэффициентом преобразования 1:5000 подаётся ток, потребляемый электровозом.

Экспериментальные исследования проведены на опытном электровозе ЭП10. Результаты гармонического анализа тягового тока электровоза ЭП10 показывают, что действующее значение и фаза переменной составляющей тягового тока электровоза частотой 25 Гц и 50 Гц непрерывно изменяются. Срабатывание

когерентного путевого приёмника, реле типа ДСШ, зависит от амплитуды, длительности и фазы сигнала. Эти параметры необходимо учитывать при испытаниях ЭПС на ЭМС с ФРЦ, а также при разработке приборов, предназначенных для контроля нормируемого уровня переменной составляющей тягового тока.

В частности, на электровозе ЭП10 с асинхронным тяговым двигателем в составе электрооборудования на начальном этапе испытаний была установлена диагностическая система LIM Эта система фиксировала частые превышения нормируемого уровня переменных составляющих тягового тока в полосах частот 25±4 Гц и 50±4 Гц. В связи с чем был сделан вывод о том, что ЭМС ЭП10 и ФРЦ не обеспечивается.

Потребовалось провести исследования, чтобы показать, что спектральный анализ тягового тока электровоза является косвенным прогнозом ожидаемой реакции реальных устройств ФРЦ на возмущение помехой, генерируемой электровозом. Методика испытаний ЭПС на ЭМС с ФРЦ и прибор, определяющий уровень переменной составляющей тягового тока, должны адекватно отражать реакцию схемы релейного конца ФРЦ на воздействие тягового тока. Диагностическое устройство должно являться моделью схемы релейного конца ФРЦ, адекватно отражающей условия работы реле типа ДСШ при стопроцентной асимметрии PJT.

Был проведен анализ цифровых записей переменной составляющей тягового тока, сделанных во время опытных поездок по участку Москва - Ростов-на-Дону с установленной на электровозе ЭП10 диагностической системой LIM, которая зафиксировала большое число случаев необеспечения требований ЭМС с ФРЦ.

Обработка всех файлов данных показала, что в среднем уровни действующих значений переменных составляющих тягового тока электровоза 25 и 50 Гц находятся в пределах 200 - 600 мА. Во время мощных колебательных переходных процессов возникают кратковременные всплески переменных составляющих 25 и 50 Гц до уровня 1,0 - 1,5 А длительностью 100 - 150 мс. При этом только один раз по всем записям уровень переменной составляющей частотой 25 Гц превысил 1,9 А, длительность превышения - 150 мс.

Результаты анализа показали, что диагностическая система LIM неадекватно отражает алгоритм работы реле ДСШ при воздействии тягового тока. В связи с

этим на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа был проведен эксперимент по определению реакции путевых реле типа ДСШ с использованием схем и аппаратуры станционных ФРЦ 25 Гц и 50 Гц с путевыми реле ДСШ-15 и ДСШ-12 и дроссель-трансформаторами ДТ-0,6-500 и ДТ-0,2-500, половины основных обмоток которых были включены в цепь отсасывающего фидера на тяговой подстанции, тем самым обеспечивались условия работы при стопроцентной асимметрии PJI.

В результате проведенных исследований установлено, что при реализации на электровозе ЭП10 режимов тяги и электрического торможения тяговый ток на электровозе и в минусовой шине тяговой подстанции имеет одно и то же значение, которое изменялось во время эксперимента в зависимости от режима движения в пределах от 0 до 2700 А.

На основе измерения анализатором SR760 спектра тягового тока на электровозе установлено, что действующие значения гармоник 25 и 50 Гц переменной составляющей тягового тока изменялись в пределах от 0 до 1,7 А. При этом диагностическая система LIM многократно фиксировала превышения уровней 1 и 1,3 А на частотах 25 и 50 Гц соответственно. Максимальные среднеквадратиче-ские значения напряжения гармонических составляющих 25 и 50 Гц, вызванных воздействием сетевого тока электровоза, зафиксированные на тяговой подстанции на путевых элементах фазочувствительных реле ДСШ-15 и ДСШ-12, составили не более 2 В, что соответствует гармонике тягового тока около 0,6 А.

Визуальным наблюдением за положением сектора реле ДСШ и измерением напряжения на контактах реле установлено, что в переходных режимах работы электровоза происходит кратковременное подрагивание сектора, не приводящее к замыканию фронтовых контактов.

Большое число срабатываний диагностической системы LIM объясняется несовершенством алгоритма работы, неадекватно отражающего условия работы ФРЦ, и не учитывающего переменную фазу сигнала, воздействующего на фазо-чувствительное реле, а также нелинейность дроссель-трансформатора.

Полученные в процессе испытаний величины напряжений на обмотках фазочувствительных реле ДСШ-15 и ДСШ-12 существенно ниже значений, соответствующих переменным составляющим 25 и 50 Гц тягового тока 1,9 и 2 А, при которых обеспечивается безусловное отпускание сектора путевого реле, что позво-

лило считать эти значения переменных составляющих в тяговом токе допустимыми по требованиям ЭМС с ФРЦ.

Результаты, полученные при испытаниях на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа, проверены в эксплуатационных условиях. С этой целью на электровозе в цепь токоприёмника в точке нулевого потенциала была включена половина основной обмотки дроссель-трансформатора, а к его вторичной обмотке подключена типовая схема релейного конца станционной ФРЦ. Кроме того, значение переменной составляющей тягового тока измерялось с помощью двух катушек Ро-говского, которые включались в точках высокого и нулевого потенциала. Во время поездки электровоза ЭП10 по маршруту Москва - Голутвин - Москва проверено влияние тягового тока на станционные ФРЦ частотой 25 Гц при электротяге постоянного тока, а также влияние емкостных токов, наводимых в корпусе электровоза, на измерительные устройства, подключаемые к точке нулевого потенциала.

Во время экспериментальной поездки случаев превышения уровня тока 1,9 А на время, большее 0,3 с, зафиксированных с помощью реле ДСШ-15, не было.

Величины переменной составляющей тягового тока на выходе катушек Ро-говского в точках высокого и низкого потенциалов практически одинаковы. Это свидетельствует о том, что влияние емкостных токов, наводимых в корпусе электровоза на измерительные устройства, подключаемые в точке нулевого потенциала, несущественно.

При решении задачи обеспечения ЭМС конкретного типа ЭПС и ФРЦ следует также учитывать, что во время испытаний испытуемый ЭПС исправен. Получаемые при этом положительные результаты распространяются только на исправный ЭПС. Однако при эксплуатации может возникнуть неисправность, не мешающая ЭПС продолжать выполнять свои основные функции, но повлекшая недопустимое увеличение уровня помех РЦ. Так, при определённых неисправностях электрооборудования ЭПС гармонические составляющие 25 Гц и 50 Гц тягового тока могут превысить допустимые значения. Это приведёт к нарушению условий безопасности.

На основании проведенных исследований сделан вывод о том, что обязательным компонентом электровоза в постоянной эксплуатации при электротяге постоянного тока должен быть ЛИЭМС.

Четвертая глава посвящена рассмотрению вопросов, связанных с технической реализацией ЛИЭМС, который подключается к штатному датчику тягового тока типа ЪЕМ, используемому для управления тяговым преобразователем.

На выходе датчика тягового тока ЬЕМ протекает ток, который является уменьшенной в 5000 раз копией тягового тока, потребляемого электровозом. Этот ток содержит постоянную и переменную составляющие. Блок выделения постоянной составляющей тягового тока передает сигнал постоянной составляющей на управляющий вход усилителя переменного тока с управляемым коэффициентом передачи. С выхода блока выделения переменной составляющей тягового тока на вход усилителя переменного тока с управляемым коэффициентом передачи поступает переменная составляющая тягового тока. Зависимость коэффициента усиления усилителя переменного тока с управляемым коэффициентом передачи от величины постоянной составляющей является такой же, как и зависимость коэффициента передачи дроссель-трансформатора на релейном конце рельсовой цепи от величины тягового тока. Переменная составляющая тягового тока, поступающая с выхода усилителя переменного тока с управляемым коэффициентом передачи на вход блока моделирования фазочувствительного реле, представляет собой уменьшенную в масштабе копию переменной составляющей тягового тока, поступающей на вход фазочувствительного реле РЦ.

Блок моделирования фазочувствительного реле адекватно отражает амплитудно-фазовую характеристику фазочувствительного реле РЦ. Кроме того, блок моделирования обеспечивает такие же задержки на срабатывание и на отпускание, как и фазочувствительное реле РЦ.

Длительности срабатывания, превышающие нормированное значение, детектируются анализатором временных интервалов, регистрируются в блоке регистрации и индикации. Если длительность воздействия превышает нормированное значение с учётом фазовых соотношений, выдается информация в систему управления электровозом для изменения режима движения.

Для разработки электронной модели схемы релейного конца ФРЦ определены временные параметры реле ДСШ-13А, ДСШ-15 и ДСШ-12, а также зависимость коэффициента передачи дроссель-трансформатора от подмагничивания его сердечника тяговым током.

Был изготовлен макетный образец, который подвергся испытаниям На 1 этапе испытания проводились на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа на станции Щербинка. При этом проводилась одновременная регистрация переменной составляющей тягового тока, напряжения на путевом элементе реле ДСШ и состояния его контактов на тяговой подстанции с помощью типовых средств измерений и на электровозе с помощью ЛИЭМС.

В результате испытаний установлено, что функционирование макетного образца ЛИЭМС адекватно отражает работу ФРЦ при воздействии тягового тока

На 2 этапе были проведены испытания ЛИЭМС в эксплуатационных условиях на участке Москва - Нижний Новгород. Результаты испытаний подтвердили, что ЭМС электровоза ЭП10 и ФРЦ обеспечивается.

Принято решение о промышленном производстве ЛИЭМС. Таким образом, проведено исследование воздействия ЭПС с полупроводниковыми преобразователями на станционные ФРЦ и разработаны технические решения, исключающие возможность опасного влияния ЭПС на них

В диссертации разработана методика оценки вероятности невыполнения требований ЭМС ЭПС и станционных ФРЦ при установке на ЭПС двух независимо работающих ЛИЭМС, включённых по выходу последовательно в цепь передачи команды в систему управления ЭПС с целью изменения его режима тяги или рекуперативного торможения, если величина переменной составляющей тягового тока превышает нормированное значение Проведён расчёт вероятности превышения на путевом приёмнике нормируемого по требованиям обеспечения ЭМС ЭПС с полупроводниковыми преобразователями и ФРЦ значения переменной составляющей тягового тока в случае совместного наступления четырёх независимых событий: отказа диагностической системы, отказа электрооборудования, излома рельса на станции, движения ЭПС по станционным путям Обеспечение требуемой величины вероятности достигается двумя путями:

- повышением надежности диагностической системы;

- выбором времени между соседними техническими обслуживаниями ЭПС, при которых осуществляется предрейсовый контроль исправности электрооборудования и диагностической системы.

Формула для расчета вероятности О-з-.г, необеспечения требований ЭМС ЭПС и станционных ФРЦ на/-той станции имеет вид:

<2эмс> = <г(;-'+ЛюХ'">Чп СН)\1 - А,(—— + —----^-)-

Хд + Хр Х-^0 Хр Хд Аэд "Ь Хр

¿г'сг^__АР е'лЛт К с | ^Р _^Д^ОО^Т^^

/.д + Хр Хэо + Хр Xд + 4" Хр

+ е~ЛуЛ>л Ма 0->))(1_е -'дСи ^ С-Уст х

Лю +

с -1-х/с 7

где

Хэо - интенсивность потока отказов электрооборудования, приводящих к изменению спектра тягового тока;

ХР - интенсивность потока изломов рельса;

¡п - время движения поезда по перегону;

<а - время движения поезда по станционным путям.

В результате исследования установлено, что при рассмотренных исходных данных вероятность невыполнения требований ЭМС ЭПС и станционных ФР1 { не превышает нормативные значения.

Приложения содержат осциллограммы и спектрограммы сигналов, зафиксированных при проведении экспериментальных поездок электровоза ЭП10 по проверке влияния тягового тока на ФРЦ, результаты регистрации параметров электровоза ЭП10, измеренных диагностической системой 1,1 М, и кратковременных, допустимых по длительности превышений нормируемой величины переменной составляющей тягового тока электровоза ЭГ110, зафиксированных ЛИЭМС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рельсовые цепи являются основным элементом практически всех устройств "железнодорожной автоматики и телемеханики перегона и станции автоблокировки. автоматической локомотивной сигнализации, электрической централизации стрелок и сигналов, автоматической переездной сигнализации и других систем.

Обоснованные в диссертационной работе методы, подходы, и технические решения обеспечивают повышение устойчивости работы'

- станционных РЦ в условиях обледенения контактного провода;

- станционных ТРЦ с питанием из середины РЛ, а также разветвлённых

РЦ;

- станционных ФРЦ при воздействии помех от ЭПС с полупроводниковыми преобразователями.

В рамках диссертационной работы получены следующие основные научные и прикладные результаты

1. Установлено, что причиной откаюв станционных ФРЦ при электротяге переменного тока в случае обледенения контактного провода, является подмагни-чивание сердечника без воздушного зазора дроссель-трансформатора свободной составляющей переходного процесса, возникающего в цепи между тяговой подстанцией и электровозом вследствие коммутации тягового тока за счёт изменяющегося сопротивления электрической ду1 и между контактным проводом и пантографом.

2 Разработано техническое решение, обеспечивающее работоспособность ФРЦ при гололёдообразовании на контактном проводе путем выравнивания асимметрии по постоянному току с помощью включения симметрирующих резисторов.

3. Разработано математическое описание РЦ с симметрирующими резисторами, с помощью которого проведено исследование работы РЦ и сделаны обобщения, позволяющие анализировать работоспособность РЦ, дана оценка возможного влияния включения симметрирующих резисторов на сопротивление ОТС

4. Разработана методика расчета контрольного режима станционных ТРЦ с питанием из середины РЛ, разветвлённых РЦ с двумя и тремя ответвлениями, проведено исследование их работы в контрольном режиме и сделаны обобщения,

позволяющие в зависимости от параметров РЛ определять в контрольном режиме критические значения сопротивления изоляции РЛ и координат мест обрыва РЛ.

5. Проведён анализ ЭМС ЭПС с полупроводниковыми преобразователями и ФРЦ и установлено, что спектральный анализ тягового тока электровоза является косвенным прогнозом ожидаемой реакции реальных устройств ФРЦ на возмущение помехой, генерируемой электровозом.

6. Разработана методика исследования ЭМС ФРЦ и ЭПС с полупроводниковыми преобразователями, адекватно отражающая реакцию схемы релейного конца ФРЦ на воздействие тягового тока.

7. Проведена экспериментальная проверка в эксплуатационных условиях влияния тягового тока электровоза ЭП10 на станционные ФРЦ и установлено, что величины напряжений на обмотках фазочувствительных реле ДСШ-15 и ДСШ-12 ниже значений, соответствующих переменным составляющим 25 и 50 Гц тягового тока 1,9 и 2 А, при которых обеспечивается безусловное отпускание сектора путевого реле, что позволило считать эти значения переменных составляющих в тяговом токе допустимыми по требованиям ЭМС с ФРЦ.

8 Установлено, что обязательным компонентом ЭПС с полупроводниковыми преобразователями в постоянной эксплуатации при электротяге постоянного тока должен быть ЛИЭМС

9 Разработаны принципы построения ЛИЭМС электровоза ЭП10, проведены лабораторные испытания и экспериментальные исследования макетного образца ЛИЭМС в линейных условиях.

10. Разработано доказательство достаточности показателей надёжности ЛИЭМС для выполнения требований ЭМС станционных ФРЦ и электровоза ЭП10.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Антонов А А Исследование работоспособности станционных фазочувствительных рельсовых цепей // Актуальные проблемы развития технических средств и технологий железнодорожной автоматики и телемеханики' Междунар межвуз. сб. науч тр./Под ред. И.Д. Долгого - Ростов н/Д: Рост гос. ун-г путей сообщения, 2003.-С.158-161.

2. Антонов A.A. Методика расчета контрольного режима станционной рельсовой цепи // Труды I Московской городской научно-практической конференции «Вузы - Наука - Город». - М : МИИТ, 2005.

3 Влияние выравнивания асимметрии рельсовых линий на обратную тяговую сеть/ Ю.А. Кравцов, Ю.И. Зенкович, Е.Г. Щербина, A.A. Антонов, М.П. Ба-дёр // Автоматика, связь, информатика. - 2004. - № 12. - С. 14 - 16.

4. Кравцов Ю А , Щербина Е.Г., Антонов А.А Методика исследования электромагнитной совместимости ЭПС с импульсным регулированием и рельсовых цепей // Совершенствование систем железнодорожной автоматики и телемеханики: сб. науч. трудов каф. «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» РГОТУПС/Под. ред. A.B. Горелика. - М.: РГОТУПС МПС РФ, 2003. -С. 89-92.

5. Методика расчета контрольного режима разветвленных рельсовых цепей/ Ю.А. Кравцов, Ю.И. Зенкович, B.C. Кузнецов, Е.Г. Щербина, A.A. Антонов // Актуальные проблемы развития технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики: Междунар. межвуз. сб. науч. тр./Под ред. И.Д. Долгого. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2002. - С. 135 - 138.

6 Методика расчета контрольного режима рельсовых цепей с симметрирующими резисторами/ А.А Антонов, Ю.И. Зенкович, Ю.А. Кравцов, Е.Г. Щербина // Актуальные проблемы развития технических средств и технологий железнодорожной автоматики и телемеханики: Междунар. межвуз. сб. науч. тр./Под ред И.Д. Долгого. - Ростов н/Д: Рост гос. ун-т путей сообщения, 2003. - С. 101 -105.

7. Методика расчета контрольного режима тональных рельсовых цепей/ Ю А. Кравцов, Ю.И. Зенкович, B.C. Кузнецов, Е.Г. Щербина, A.A. Антонов // Наука и техника транспорта. 2003. - № 3. - С. 68 - 72.

8. Методы решения проблемы эксплуатации рельсовых цепей при электротяге переменного тока в условиях гололеда на контактном проводе/ Ю.А. Кравцов, Ю И Зенкович, Е.Г Щербина, A.A. Антонов // Безопасность движения поездов- Труды V Научно-практической конференции. - М.: МИИТ, 2004 - С. II-39 -11-40.

№ 16 0 6 0

9. Обеспечение надёжности диагностической системы электрооборудования ЭПС по требованиям ЭМС с фазочувствительными рельсовыми цепями/ Ю.А. Кравцов, B.C. Антоненко, В.М. Сафро, Е Г. Щербина, A.A. Антонов // Актуальные проблемы развития технических средств и технологий железнодорожной автоматики и телемеханики: Междунар. межвуз. со науч. тр./Под ред. И.Д. Долгого. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2003. - С. 158 - 161.

10.Обеспечение электромагнитной совместимости электроподвижного состава и устройств интервального регулирования движения поездов по требованиям безопасности/ Ю.А Кравцов, В С. Антоненко, В.М. Сафро, Е.Г. Щербина, A.A. Антонов // Вестник МИИТа. Вып. 10. - М,- МИИТ, 2004. - С. 27 - 30.

П.Повышение работоспособности станционных рельсовых цепей/ Ю.А. Кравцов, Ю И Зенкович, Е Г Щербина, A.A. Антонов // Актуальные проблемы развития технических средств и технологий железнодорожной автоматики и телемеханики: Междунар. межвуз. сб. науч. тр./Под ред. И.Д. Долгого. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2003. - С 88 - 93.

РНБ Русский фонд

2006-4 15045

АНТОНОВ АНТОН АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТАНЦИОННЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

05.22 08 - Управление процессами перевозок Подп. к печати Z 0. 09. 2005 г.

Формат бумаги 60x84 1/16 Объем 1,0 п л. Заказ-5/^,. Тираж 80 экз. Типография МИИТа, г. Москва, ул. Образцова, д 15.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТАНЦИОННЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЯГОВОГО ТОКА ВО ВРЕМЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА.

1.1. Анализ воздействия тягового тока на работу рельсовых цепей при обледенении контактного провода.

1.2. Разработка технических решений по обеспечению работоспособности фазочувствительных рельсовых цепей при гололёдных явлениях на контактном проводе.

1.3. Влияние симметрирующих резисторов на обратную тяговую сеть.

1.4. Математическое описание рельсовой цепи с симметрирующими резисторами.

1.5. Исследование работы рельсовой цепи с симметрирующими резисторами.

1.6. Разработка технических решений по исключению опасных явлений при кратковременном срабатывании путевого реле.

1.7. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КОНТРОЛЬНОГО РЕЖИМА ТОНАЛЬНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ.

2.1. Методика расчета контрольного режима тональных рельсовых цепей с питанием из середины рельсовой линии.

2.2. Методика расчета контрольного режима рельсовых цепей с двумя ответвлениями.

2.3. Методика расчета контрольного режима рельсовых цепей с тремя ответвлениями.

2.4. Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СТАНЦИОННЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ.

3.1. Проблема электромагнитной совместимости электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями и фазочувствительных рельсовых цепей.

3.2. Анализ влияния переменных составляющих тягового тока электровоза ЭП10 на фазочувствительные рельсовые цепи.

3.3;. Исследование электромагнитной» совместимости станционных фазочувствительных: рельсовых цепей и электровоза ЭП10 с полупроводниковыми? преобразователями при электротяге постоянного тока.

3.4. Экспериментальная проверка в эксплуатационных условиях влияния тягового тока электровоза ЭП10 на станционные фазочувствительные рельсовые цепи.

3.5. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА ЛОКОМОТИВНОГО ИНДИКАТОРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА ЭП10 И СТАНЦИОННЫХ ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ.

4.1. Принципы построения локомотивного индикатора электромагнитной совместимости электровоза ЭП10 и станционных фазочувствительных рельсовых цепей.

4.2. Определение основных параметров электронной модели релейного конца станционных фазочувствительных рельсовых цепей.

4.3. Лабораторные испытания макетного образца ЛИЭМС.

4.4. Экспериментальные исследования в линейных условиях макетного образца ЛИЭМС.

4.5. Вероятность невыполнения требований электромагнитной совместимости электроподвижного состава и станционных фазочувствительных рельсовых цепей.

4.6. Выводы.

Рельсовые цепи являются основным элементом современных систем автоматики и телемеханики по регулированию движения поездов на железных дорогах. Они выполняют функции датчика информации о свободности и целостности рельсового пути изолированного участка, а также используется в качестве телемеханического канала связи между проходными светофорами и между путевыми и локомотивными устройствами. От устойчивости их работы зависит функционирование систем интервального регулирования движения поездов.

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, A.M. Брылеев, И.Е. Дмит-ренко, Ю.Л. Кравцов, И.М. Кокурин, В.М. Лисенков, Б.Д. Никифоров, А.С. Переборов, Н.Ф. Котляренко, Н.Ф. Пенкин, Е.Н. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю.В; Соболев, Н.М. Фонарёв, Д.В; Шалягин, В;И. Шаманов, В.И. Шелухин, О.И. Шелухин, А.В. Шишляков, А.А. Явна и другие.

При увеличении интенсивности движения поездов, появлении новых видов электроподвижного состава возник ряд проблем обеспечения работоспособности рельсовых цепей на станции.

Одним из вопросов, связанных с повышением устойчивости работы станционных рельсовых цепей, является их эксплуатация при воздействии тягового тока в условиях обледенения контактного провода [32, 40, 50, 56, 57, 59, 79].

На участках железных дорог с электрической тягой переменного тока при погодных условиях, способствующих обледенению контактного провода, происходят отказы станционных фазочувствительных рельсовых цепей частотой 25 Гц с путевым реле ДСШ-13 [70].

Вследствие обледенения контактного провода токосъём сопровождается образованием электрической дуги между контактным проводом и пантографом электровоза. Электрическое сопротивление дуги в процессе движения электровоза непрерывно изменяется, что приводит к скачкообразным изменениям тягового тока, под воздействием которых возникает два переходных процесса: в цепи между тяговой подстанцией и электровозом и в схеме релейного конца фа-зочувствительной рельсовой цепи. При этом путевое реле может переключиться в противоположное состояние, т.е. возможна ложная занятость или ложная свободность рельсовой цепи.

В настоящее время на станциях широко применяются рельсовые цепи тональной частоты. Для контроля свободности и занятости приёмо-отправочных путей питание тональных рельсовых цепей осуществляется из середины рельсовой линии [7, 28, 29, 30]. Математическое описание контрольного режима для таких рельсовых цепей, а также для разветвлённых рельсовых цепей отсутствует. Поэтому необходимо разработать методику расчёта контрольного режима для этих видов станционных рельсовых цепей.

В настоящее время на электроподвижном составе для регулирования тяги широко используются полупроводниковые преобразователи напряжения. При их применении в тяговой сети возникают пульсации, которые полностью сгладить на борту электроподвижного состава практически невозможно. Поэтому в тяговой сети будут появляться гармоники, кратные частотам, которые используются для регулирования тяги.

При использовании коллекторных тяговых двигателей постоянного тока применяется широтно-импульсное регулирование, рабочая частота полупроводникового преобразователя строго постоянна и существенно выше частоты сигнального тока фазочувствительных рельсовых цепей. Частота помехи рельсовым цепям от тяговых преобразователей составляет обычно около 400 Гц, которая без особых трудностей подавляется при помощи бортового фильтра. На Российских железных дорогах в настоящее время применяется электроподвижной состав с широтно-импульсным регулированием. Его электромагнитная совместимость с фазочувствительными рельсовыми цепями обеспечивается.

При использовании бесколлекторных асинхронных тяговых двигателей полупроводниковые преобразователи должны реализовать диапазон частот 2 -120 Гц, а в некоторых случаях и более широкий.

При пуске двигателя электроподвижного состава будет генерироваться весь диапазон частот от минимального до максимального значения. Таким образом, во всех эксплуатируемых в настоящее время рельсовых цепях в их рабочем диапазоне могут появиться помехи, представляющие собой гармоники тягового тока, которые будут оказывать мешающее или опасное влияние [42, 51, 58].

Мешающему влиянию подвержены кодовые рельсовые цепи частотой 25 и 50 Гц, а также тональные рельсовые цепи. Мешающее влияние проявляется в том, что гармоники тягового тока, совпадающие по частоте с сигнальным током рельсовой цепи, нарушают работу путевого приёмника, вследствие чего появляется ложная занятость участка пути.

Опасному влиянию подвержены фазочувствительные рельсовые цепи частотой 25 и 50 Гц с реле ДСП!, которое при занятом участке пути может сработать и дать ложную информацию о свободности пути, если на путевом элементе уровень, частота и фаза гармоник тягового тока будут иметь соответствующие значения [62, 70].

В связи с этим возникает задача исследования влияния электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями на работоспособность станционных рельсовых цепей и разработки диагностической системы, которая осуществляла бы непрерывную диагностику исправности тягового преобразователя с целью выявления отказа, ведущего к недопустимым изменениям спектра тягового тока, регистрации отказа и выдачи команды в схему управления электровозом, которая должна автоматически исключить недопустимый режим работы электровоза.

Целью данной диссертационной работы является разработка теоретических и практических методов повышения устойчивости работы станционных рельсовых цепей, адекватно учитывающих:

- воздействие тягового тока в условиях обледенения контактного провода;

- особенности тональных рельсовых цепей приёмо-отправочных путей, а также разветвлённых рельсовых цепей;

- воздействие помех от электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями на фазочувствительные рельсовые цепи.

Диссертационная работа состоит из введения, .четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений:

4.6. Выводы

1. Разработаны принципы построения локомотивного индикатора электромагнитной совместимости электровоза ЭП10 и станционных фазочувствительных рельсовых цепей с учетом особенностей работы релейного конца фазочувствительной рельсовой цепи.

2. Проведена разработка структурной и функциональной схемы локомотивного индикатора электромагнитной совместимости электровоза ЭП10 и станционных фазочувствительных рельсовых цепей.

3. Разработана электронная модель схемы релейного конца фазочувствительной рельсовой цепи, для этого определены временные параметры реле ДСШ, а также зависимость коэффициента передачи дроссель-трансформатора от тока подмагничивания.

4. Проведены лабораторные испытания и экспериментальные исследования макетного образца ЛИЭМС в линейных условиях, в ходе которых было установлено:

- электромагнитная совместимость электровоза ЭП10 при исправном электрооборудовании и фазочувствительных рельсовых цепей частотой 25 Гц в условиях проведённых испытаний фактически обеспечивается;

• - реакция ЛИЭМС на возмущения, создаваемые тяговым током и его переменной составляющей частотой 25 Гц адекватно отражает аналогичную реакцию реле ДСШ-15 в схеме фазочувствительной рельсовой цепи с блоком БРК и дроссель-трансформатором ДТ-0,6-500 с коэффициентом трансформации «=38;

- макетный образец ЛИЭМС обеспечивает сигнализацию о неисправности электрооборудования электровоза ЭП10 по требованиям электромагнитной совместимости с фазочувствительными рельсовыми цепями частотой 25 Гц;

- электромагнитные помехи, возникающие при работе электрооборудования электровоза, не оказывают мешающего влияния на работу макетного образца ЛИЭМС, который пригоден для проверки его работоспособности в условиях эксплуатации электровоза ЭП10 с пассажирскими поездами с соблюдением организационных мер по обеспечению безопасности движения поездов;

- принципиальные решения, заложенные в макетный образец ЛИЭМС, пригодны для разработки промышленного образца прибора.

5. Разработана методика оценки вероятности невыполнения требований электромагнитной совместимости электроподвижного состава и станционных фазочувствительных рельсовых цепей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рельсовые цепи являются основным элементом практически всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики перегона и станции: автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, электрической централизации стрелок и сигналов, автоматической переездной сигнализации и других систем.

Обоснованные в диссертационной работе методы, подходы, и технические решения обеспечивают повышение устойчивости работы:

- станционных рельсовых цепей в условиях обледенения контактного провода;

- станционных тональных рельсовых цепей с питанием из середины рельсовых линий, а также разветвлённых рельсовых цепей;

- станционных фазочувствительных рельсовых цепей при воздействии помех от электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями.

В рамках диссертационной работы получены следующие основные научные и прикладные результаты.

1. Установлено, что причиной отказов станционных фазочувствительных рельсовых цепей при электротяге переменного тока в случае обледенения контактного провода, является подмагничивание сердечника без воздушного зазора дроссель-трансформатора свободной составляющей переходного процесса, возникающего в цепи между тяговой подстанцией и электровозом вследствие коммутации тягового тока за счёт изменяющегося сопротивления электрической дуги между контактным проводом и пантографом.

2. Разработано техническое решение, обеспечивающее работоспособность фазочувствительных рельсовых цепей при гололёдообразовании на контактном проводе путем выравнивания асимметрии по постоянному току с помощью включения симметрирующих резисторов.

3. Разработано математическое описание рельсовых цепей с симметрирующими резисторами, с помощью которого проведено исследование работы рельсовых цепей и сделаны обобщения, позволяющие анализировать работоспособность рельсовых цепей, дана оценка возможного влияния включения симметрирующих резисторов на сопротивление обратной тяговой сети.

4. Разработана методика расчета контрольного режима станционных тональных рельсовых цепей с питанием из середины рельсовых линий, разветвлённых рельсовых цепей с двумя и тремя ответвлениями, проведено исследование их работы в контрольном режиме и сделаны обобщения, позволяющие в зависимости от параметров рельсовой линии определять в контрольном режиме критические значения сопротивления изоляции рельсовой линии и координат мест обрыва рельсовой линии.

5. Проведён анализ электромагнитной совместимости электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями и фазочувствительных рельсовых цепей и установлено, что спектральный анализ тягового тока электровоза является косвенным прогнозом ожидаемой реакции реальных устройств фазочувствительных рельсовых цепей на возмущение помехой, генерируемой электровозом.

6. Разработана методика исследования электромагнитной совместимости фазочувствительных рельсовых цепей и электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями, адекватно отражающая реакцию схемы релейного конца фазочувствительной рельсовой цепи на воздействие тягового тока.

7. Проведена экспериментальная проверка в эксплуатационных условиях влияния тягового тока электровоза ЭП10 на станционные фазочувствительные рельсовые цепи и установлено, что величины напряжений на обмотках фазочувствительных реле ДСШ-15 и ДСШ-12 ниже значений, соответствующих переменным составляющим 25 Гц и 50 Гц тягового тока 1,9 А и 2 Л, при которых обеспечивается безусловное отпускание сектора путевого реле, что позволило считать эти значения переменных составляющих в тяговом токе допустимыми по требованиям электромагнитной совместимости с фазочувствительными рельсовыми цепями.

8. Установлено, что обязательным компонентом электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями в постоянной эксплуатации при электротяге постоянного тока должен быть ЛИЭМС.

9. Разработаны принципы построения ЛИЭМС электровоза ЭП10, проведены лабораторные испытания и экспериментальные исследования макетного образца ЛИЭМС в линейных условиях.

10. Разработано доказательство достаточности показателей надёжности ЛИЭМС для выполнения требований электромагнитной совместимости станционных фазочувствительных рельсовых цепей и электровоза ЭП10.

1. Нормы безопасности на железнодорожном транспорте: НБ ЖТ ЦТ 04-98. Электровозы. Требования по сертификации. Введ. 07.08.98. М., 1998. -35 с.

2. Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте: Учеб. для вузов/ А.С. Переборов, Ю.А. Кравцов, И.М. Кокурин и др.; Под ред. А.С. Переборова. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1985. - 343 с.

3. Алексеева В.Г. Расчёт формы сигналов. — JL: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1968. 296 с.

4. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. 2-е изд., стер ./Пер. с фр. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1967. - 780 с.

5. Антонов А.А. Методика расчета контрольного режима станционной рельсовой цепи // Труды I Московской городской научно-практической конференции «Вузы Наука - Город». - М.: МИИТ, 2005.

6. Аппаратура тональных рельсовых цепей: Технология проверки/ Мин-во путей сообщения РФ; Управление сигнализации, связи и вычислительной техники. М.: Транспорт, 1996. - 55 с.

7. Аркатов B.C., Кравцов Ю.А., Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. М.: Транспорт, 1990. - 295 с.

8. Бадёр М.П. Электромагнитная совместимость: Учеб. для вузов ж.д. трансп. М.: УМК МПС России, 2002. - 637 с.

9. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2000. -462 с.

10. Благовещенский Д.В. Электромагнитная совместимость: Учеб. пособие. СПб., 1999.-81 с.

11. Брылеев A.M. Рельсовые цепи. М.: Трансжелдориздат, 1939. - 312 с.

12. Брылеев A.M., Кравцов Ю.А., Шишляков А.В. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1978. - 344 с.

13. Брылеев A.M., Шишляков А.В., Кравцов Ю.А. Устройство и работа рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1996. - 263 с.

14. Брылеев A.M., Котляренко Н.Ф. Электрические рельсовые цепи: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1970. -256 с.

15. Бялонь А. Обеспечение электромагнитной совместимости электроподвижного состава постоянного тока нового поколения с устройствами железнодорожной автоматики в условиях польских железных дорог: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2001. - 30 с.

16. Валтонен П., Жулев О.Н., Янов В.П. Электровоз с асинхронными двигателями // Железнодорожный транспорт. 1986. - № 11. - С. 37 - 40.

17. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. 2-е изд., стер. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 208 с.

18. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. 6-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 1999.-576с.

19. Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические машины для железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1986. - 512 с.

20. Влияние выравнивания асимметрии рельсовых линий на обратную тяговую сеть/ Ю.А. Кравцов, Ю.И. Зенкович, Е.Г. Щербина, А.А. Антонов, М.П. Бадёр // Автоматика, связь, информатика. 2004. - № 12. - С. 14-16.

21. Гарцман Л.Б. Вероятности гололёдно-ветровых и температурных воздействий на ЛЭП. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 200 с.

22. Гинзбург С.Г. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. М.: Сов. радио, 1954. - 252 с.

23. Гмурман B.C. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов. 6-изд., стер. - М.: Высш. шк., 1997. - 479 с.

24. Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов по направлению «Радиотехника». 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1994. -481 с.

25. Дмитренко; И. Е., Сапожников В.В., Дьяков Д.В. Измерения и диагностирование в системах железнодорожной; автоматики, телемеханики» и связи: Учеб. для студ. вузов ж.-д. трансп./Под ред. И.Е. Дмитренко. М.: Транспорт, 1994. - 263 с.

26. Дмитренко И.Е. Техническая диагностика и автоконтроль систем железнодорожной автоматики и телемеханики. 2-е изд., перераб; и доп. — М.: Транспорт, 1986. - 144с.

27. Дмитриев B.C., Минин В.А. Новые системы автоблокировки. М.: Транспорт, 1981.-247 с.

28. Дмитриев B.C., Минин В.А. Системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты. Mi: Транспорт, 1992. - 182 с.

29. Дмитриев B.C., Минин В.А. Совершенствование систем автоблокировки.-М.: Транспорт, 1987. 143 с.

30. Дружинин Г. В. Надежность автоматизированных производственных систем. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986.-479с.

31. Дьяков А.Ф. Системный подход к проблеме предотвращения и ликвидации гололедных аварий в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1987. -160 с.

32. Залманзон JI.A. Преобразования Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях. М.: Наука, 1989. - 496 с.

33. Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. Тяговые электрические машины. -М.: Транспорт, 1991. 343 с.

34. Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. М.: Транспорт, 1991.480с.

35. Каля вин В.П. Основы теории надежности и диагностики. СПб.: Элмор, 1998. - 172 с.3 8 i. Костром инов A.M. Защита устройств же л ез нодорожной ; автоматики и телемеханики от помех. М.: Транспорт, 1995. — 192 с:

36. Кравцов Ю.А., Разгонов А.П., Зенкович Ю.И. О влиянии на рельсовые цепи электрической дуги на токосъемнике электровоза при гололёдообразовании // Автоматика, связь, информатика; 1999. - № 8. — С. 2 — 4.

37. Кравцов; Ю.А., Степенский Б.М. Система интервального регулирования движения поездов с централизованным; размещением аппаратуры. М.: МИИТ, 1983. - 86 с.

38. Лещев; А.И. Обеспечение электромагнитной совместимости электроподвижного состава' с асинхронным тяговым приводом в; системе электрической тяги постоянного тока: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М;, 2003.-28 с.

39. Лисенков В.М. Безопасность технических средств в системах управления движением поездов. М.: Транспорт, 1992. - 192с.

40. Лисенков В.М. Статистическая теория безопасности движения поездов: Учеб. для вузов. М.: ВИНИТИ РАН, 1999. - 332 с.

41. Лисенков В.М. Теория автоматических систем интервального регулирования. М.: Транспорт, 1987. - 150 с.

42. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

43. Методика расчета контрольного режима тональных рельсовых цепей/ Ю.А. Кравцов, Ю.И. Зенкович, B.C. Кузнецов, E.F. Щербина, А.А. Антонов // Наука и техника транспорта. 2003. - № 3. - С. 68 - 72.

44. Наумов А.А. Электромагнитная совместимость тяговых сетей электрифицированных железных дорог с рельсовыми цепями при пропуске поездов повышенного веса и длины: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 2003.-23 с.

45. Порцелан А.А., Павлов И.В., Неганов А.А. Борьба с гололедом на электрифицированных железных дорогах. М.: Транспорт, 1970. - 152 с.

46. Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей: Тез. докл. 4 науч.-техн. совещания. -Таллин, 1990.- 145 с.

47. Работа рельсовых цепей в условиях гололёдообразования на контактном проводе/ Ю.А. Кравцов, Е.А. Воблый, Е.А. Гоман, Ю.И. Зенкович, E.F. Щербина // Автоматика, связь, информатика;,- 2004. № 5. - С. 17 - 19.

48. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В:И. Надежность систем, железно дорожной автоматики, тел ем еханики и связи: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп./ Под ред. Вл.В! Сапожникова. М.: Маршрут, 2003. - 263 с.

49. Сапожников В:В., Сапожников Вл.В; Основы технической диагностики: Учеб; пособие для студ. вузов ж.-д. трансп. М;: Маршрут, 2004. -318 с.

50. Системы железнодорожной? автоматики и телемеханики/ Ю.А. Кравцов, B.JI. Нестеров, Г.Ф. Лекута и др.; Под ред. Ю.А. Кравцова; М.: Транспорт, 1996; - 400с.

51. Солодунов A.M. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями. М;: Энергоатомиздат, 1991. - 351 с.

52. Сороко В.И., Милюков В .А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 3 кн. Кн. 1. 3-е изд. - Mi: НПФ! «Планета», 2000. - 960 с.

53. Сороко В.И., Розенберг Е.Н. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 3 кн. Кн.2. 3-е изд. - М;: НПФ «Планета», 2000. - 1008 с.

54. Сороко В.И., Кайнов В.М. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 3 кн. Кн.З. М.: НПФ «Планета», 2003.- 1120 с.

55. Сороко В.И. Реле железнодорожной автоматики и телемеханики. — М.: НПФ «Планета», 2002. 696 с.

56. Станционные системы автоматики и телемеханики: Учеб. для вузов ж.-д. трансп./ Вл.В. Сапожников, Б.Н. Ёлкин, И.М. Кокурин и др.; Под ред. Вл.В. Сапожникова. М.: Транспорт, 1997. - 432 с.

57. Схема силовых цепей электровоза двойного питания типа ЭП10/ А.И. Лещев, С.С. Матекин,. В.Н. Поздняков, С.А. Усвицкий //

58. Электровозостроение: Сб. научн. тр. ВЭлНИИ. Новочеркасск, 2000. - Т. 42. -С. 24-37.

59. Талыков А.А., Разгонов А.П. Фазочувствительные рельсовые цепи. -М;: Транспорт, 1972. 96 с.

60. Тюрморезов В.Е. Источники электропитания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики; и связи:: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1978. - 223 с.

61. Уилльямс Т. ЭМС для разработчиков продукции/ Пер. с англ. — М.: ИД «Технологии», 2003. 540 с.73; Уилльямс Т., Армстронг К. ЭМС для систем и установок/ Пер. с англ. М;: ИД «Технологии», 2004. - 507 с.

62. Устройства: СЦБ при электрической тяге: переменного тока/ И.М. Вахнин, Н.Ф. Пенкин, М.А. Покровский и др. М;: Транспорт, 1956. —219 с.

63. Пат. 2173275 Российская Федерация, МПК7 В 61 L 23/16. Устройство защиты; рельсовых цепей/ Ю.И. Зенкович, Ю.А. Кравцов, A.F. Каменов, JI.B. Мухин, А.П. Разгонов, В.Н: Сусоев. № 99105616/28; Заяв. 22.03.1999; Опубл. 10.09.2001, Бюл. № 25.-3 с.

64. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике/ Пер. с нем.; Под ред. Б.К. Максимова. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 304 с.

65. Шваб А. Электромагнитная совместимость. М.: Энергоатомиздат, 1995.-467 с.

66. Штульман М;А., Фетисов; В!Д. Обслуживание устройств СЦБ в зимний период. М.: Транспорт, 1984. - 72 с.

67. Электровоз двойного питания ЭП10: особенности конструкции и электрических схем/А.И. Лещев, С.С. Матекин, С.А. Усвицкий, B.C. Кириллов // Локомотив. 1999. - № 11. - С. 28 - 32.

68. ЭП10 — электровоз нового поколения для Российских железных дорог/ К.-Д. Мюллер, С. В. Покровский, Ш. Гай, М. Штёр // Железные дороги мира. 2003. - № 3. - С. 22 - 29.82. www.gks.ru.83. www.nevz.com.84. www.rzd.ru.