Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока




На правах рукописи


Колосов Дмитрий Владимирович


ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

КАК База ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

НАРУШЕНИЙ ТОКОСЪЕМА В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


Специальность: 05.22.07 – Подвижной состав стальных дорог, тяга поездов и электрификация


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Ростов на дону – на Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока – Дону

2007

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы электроснабжения» муниципального образовательного учреждения высшего проф образования «Ростовский муниципальный институт путей сообщения» (РГУПС)


Научный управляющий – доктор технических наук, доктор

Жарков Юрий Иванович


Официальные оппоненты – доктор технических наук Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока, доктор

Ульяницкий Евгений Мефодьевич (РГУПС)


кандидат технических наук, доцент

Муханов Виталий Викторович ( Ростовский муниципальный строительный институт (РГСУ))


Ведущая организация – Омский муниципальный институт

путей сообщения (ОмГУПС)


Защита диссертации состоится 2 июля 2007 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока Д 218.010.01 при Ростовском муниципальном институте путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.


Автореферат разослан 31 мая 2007 г.


Ученый Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока секретарь

диссертационного совета Д 218.010.01,

доктор технических наук, доктор Соломин В.А.

Общая черта работы

Актуальность исследовательских работ.

Одной из важных стратегических задач развития ОАО «РЖД» является рост эффективности и безопасности работы жд транспорта Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. Выполнение намеченных целей в большой степени находится в зависимости от поддержания больших эксплуатационных черт применяемых технических объектов методом внедрения новых технологий в области диагностики технического состояния контролируемых частей.

В ряду технических и экономических Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока заморочек электронных же­лезных дорог одно из главных мест занимают задачи обеспе­чения надежного и экономного токосъема. Особенная роль отводится разработке и применению высоконадежных и действенных систем диагностики свойства взаимодействия токоприемника ЭПС Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока и контактного провода, позволяющих проводить оперативную диагностику нарушений токосъема на перегоне и производить информационное обеспечение соответственных служб и подразделений.

В текущее время контроль нарушений токосъема на жд полосы осуществляется спец вагоном-лабораторией Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. При всем этом имеют место относительно огромные периоды времени меж плановыми объездами участков (раз в квартал), в промежутках меж которыми мониторинг фактически не осуществляется. Не считая того, таковой контроль привязан к Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока токоприемнику 1-го локомотива, к которому прицеплен вагон. Такое положение не позволяет вовремя выявлять в один момент возникающие недостатки при осуществлении перевозочного процесса (отжиги, извивы, вмятины, износ контактного провода, пропилы и сколы токосъемных Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока накладок токоприемников), также учесть воздействие на токосъем негативных погодных причин (ветровые нагрузки, гололедно-изморозевые образования).

Для решения задачки неизменного контроля взаимодействия токоприемников ЭПС и контактной подвески по состоянию токосъема целенаправлено Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока использовать автоматические стационарные комплексы, расположенные повдоль трассы стальной дороги, но в текущее время в нашей стране таких систем не существует. Основной неувязкой при разработке автоматических комплексов мониторинга токосъема является необходимость разработки бесконтактного способа обнаружения Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока нарушений токосъема и методики достоверного выявления полезного сигнала на фоне разных помех. Представляется, что эта задачка может быть решена методом анализа радиоизлучений при нарушениях токосъема при помощи аппарата математического моделирования.

Имеющиеся модели токосъема Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока, описанные в литературе, не полностью учитывают специфику электродуговых процессов для электрифицированной жд полосы переменного тока. В свою очередь, экспериментальные результаты измерений позволяют получать только ограниченную информацию в связи с привязкой результатов к Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока определенным условиям исследовательских работ и невыполнимостью рассмотрения воздействия всех сопутствующих причин.

Для решения намеченной цели представляется нужной разработка математических моделей взаимодействия токоприемника ЭПС и контактного провода, выполненных с учетом особенностей токосъема Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока на стальной дороге и подтвержденных натурными тестами.

Результаты моделирования физических и электронных процессов при разных режимах токосъема с учетом варьирования влияющих причин могут быть применены для сотворения и выбора хороших черт Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока радиоприемных устройств, входящих в состав разрабатываемой автоматической системы диагностики нарушения токосъема и являющихся одними из более принципиальных ее частей, также для совершенствования метода функционирования комплекса в целом.

Цель работы. Целью диссертационной Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока работы является разработка математических моделей электродуговых процессов при обычном токосъеме ЭПС и его дуговом нарушении для выполнения задач построения стационарных радиоприемных частей автоматической системы диагностики дугового токосъема и выбора их технических черт с учетом Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока общих принципов функционирования комплекса мониторинга.

Для заслуги поставленной цели в работе решены последующие задачки:

- выполнен анализ процессов дугообразования при обычном (безотрывном) токосъеме и его нарушениях применительно к специфичным условиям электрифицированной стальной дороги переменного Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока тока;

- осуществлено создание и программная реализация аналитических и статистических моделей взаимодействия токоприемника электровоза и контактного провода при токосъеме при рассмотренных режимах и анализ результатов расчетов для выбора черт радиоприемных узлов автоматической системы Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока диагностики дугового токосъема;

- разработана математическая модель дугового токосъема средствами спец программного обеспечения EWB Multisim на ЭВМ с учетом особенностей электродуговых процессов на линиях переменного тока;

- проведен анализ результатов расчетов Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока с внедрением разработанных моделей и сопоставление с данными экспериментальных исследовательских работ для определения адекватности моделей и достоверности приобретенных результатов;

- разработаны советы по созданию и совершенствованию технических черт радиоприемного узла автоматической системы мониторинга токосъема по Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока результатам моделирования.

Методика исследования. Базу диссертационной работы составляют теоретические и экспериментальные исследования, выполненные создателем в период 2003-2007 гг. В работе применены методики моделирования на ЭВM сложных электронных систем с применением аппарата Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока линейной алгебры, теории функции многих переменных, численных способов решения систем нелинейных уравнений, систем дифференциальных уравнений, теории матриц.

Научная новизна работы заключается в разработке специализированных математических моделей дугового токосъема, отличающихся от имеющихся учетом особенностей электродуговых Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока процессов на контактной сети переменного тока. Разработанные модели позволяют провести количественную оценку радиоизлучений при нарушениях токосъема при изменении разных влияющих причин.

Основными научными плодами являются:

- математическая модель обычного токосъема с Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока внедрением системы нелинейных уравнений для определения количественных черт электрических излучений в данном режиме эксплуатации;

- аналитические и статистические модели для главных режимов нарушения токосъема, выполненные при помощи математического описания электрических черт процессов, статистического анализа данных измерений Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока на действующих участках и внедрения систем компьютерного моделирования;

- методика расчета электрических излучений при нарушениях токосъема с внедрением специализированных компьютерных средств моделирования работы участка электрифицированной стальной дороги, учитывающая особенности электродуговых Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока процессов при токосъеме на линиях переменного тока;

- советы по выбору радиоприемных устройств средств технической диагностики, входящих в состав автоматического комплекса мониторинга токосъема, и определению характеристик их функционирования.

Достоверность научных положений и выводов. Достоверность разработанных Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока аналитических и статистических моделей доказана строгостью теоретического обоснования и сопоставлением приобретенных результатов моделирования с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы. Сделаны обыкновенные и достоверные средства моделирования разных режимов нарушения токосъема на участках переменного Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока тока; разработаны советы выбору характеристик функционирования радиоприемных частей автоматической системы диагностики дугового токосъема.

Апробация работы. Главные положения диссертационной работы представлялись, дискуссировались и были одобрены на:

- 4-й интернациональной научно-практической конференции «Теория, способы Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2003г.);

- 2-м международном симпозиуме Eltrans 2003 (Санкт-Петербург, 2003г.);

- Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005», (Ростов-на-Дону, 2005г.);

- 7-й интернациональной конференции «Modern electric traction in integrated XXIst Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока century Europe» (Варшава, Польша, 2005г.);

- 6-й интернациональной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, способы и средства» (Новочеркасск, 2006г.);

- 7-й интернациональной научно-практической конференции «Теория, способы и средства измерений, контроля и Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока диагностики» (Новочеркасск, 2006г.);

- Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2007», (Ростов-на-Дону, 2007г.);

- 7-й интернациональной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, способы и средства» (Новочеркасск, 2007г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы размещено 13 печатных работ.

Структура и объем Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Работа содержит 148 страничек основного текста, 8 таблиц, 74 рисунка, перечень использованных источников из 115 наименований и приложение на 10 страничках.


^ Содержание работы


Во внедрении обусловлена Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока актуальность темы, поставлены цели и задачки работы и определены направления избранных исследовательских работ.

В первой главе «Автоматизация обнаружения нарушений токосъема в электротяговых сетях» проведен анализ имеющихся способов контроля состояния контактной сети и выполненных ранее Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока исследовательских работ в области разработки автоматических систем диагностики нарушений токосъема. Теоретической базой для исследовательских работ явились фундаментальные труды таких российских ученых, как И.А.Беляев, И.И.Власов, В.А Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока.Вологин, Ю.И.Горошков, Ю.И.Жарков, Ю.Е.Негоциантов, К.Г.Марквард, В.П.Михеев, В.В.Муханов, Ю.Г.Семенов, О.А.Сидоров, Е.М.Ульяницкий, Е.П.Фигурнов, А.В.Фрайфельд, также Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока разработки забугорных исследователей в аналогичной области.

Для получения беспристрастной оценки текущего состояния контактной сети и оперативного выявления нарушений токосъема представляется нужным производить неизменный эксплуатационный контроль как при помощи соответственных технических средств инспекционных Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока вагонов-лабораторий, так и применением стационарных автоматических систем диагностики нарушений токосъема. Схожий полный подход призван обеспечить непрерывный контроль токосъема на участке, выявление в один момент появившихся изъянов, в т Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока.ч. под воздействием неблагоприятных погодных причин, в процессе использования токоприемников и контактной сети и обеспечить надлежащие службы и подразделения нужной технической информацией в режиме реального времени.

Проведенный анализ используемых систем мониторинга состояния контактной подвески Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока позволяет прийти к выводу, что в текущее время не существует стационарных комплексов, использующих радиоизлучение, возникающее при дуговом нарушении контакта меж накладкой токоприемника и контактным проводом, в качестве информационного признака нарушения токосъема Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока и способных производить оперативный контроль и диагностику нарушения токосъема в режиме реального времени.

В этом случае имеет место недостающая научно-техническая разработанность всеохватывающих задач исследования дугообразования при токосъеме и отсутствие методик математического моделирования Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока физических и электрических процессов, учитывающих особенности токосъема на жд полосы переменного тока.

В этой связи выполнен анализ процессов дугообразования при содействии контактной сети и токоприемника, проведено построение и программная реализация соответственных Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока математических моделей. Результаты расчетов должны позволить найти более информативные и достоверные области значений характеристик радиоизлучений при нарушениях токосъема и употребляются для выбора характеристик радиоприемных узлов и частей системы мониторинга токосъема в Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока целях увеличения оперативности и достоверности обнаружения автоматической системой диагностики нарушений токосъема на полосы.

Во 2-ой главе «Математическое моделирование электродуговых процессов при обычном (безотрывном) токосъеме» приведена методика построения аналитической модели обычного токосъема.

Разработана Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока аналитическая модель безотрывного токосъема для количественной оценки амплитудно-частотных черт радиоизлучений, представляющих из себя мешающий (паразитный) сигнал, при разных влияющих факторах. Модель может быть применена для разработки и совершенствования технических средств автоматической системы контроля нарушений Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока токосъема.

Обычный токосъем можно рассматривать как дуговой, но в этом случае имеют место микродуги, возникающие меж контактирующими точками проводников; при всем этом происходит изменение контактного сопротивления и тока.

Результирующий ток Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока через контактирующие поверхности можно рассматривать как сумму основной составляющей (ток электровоза) и изменяющейся во времени малой по величине составляющей, являющейся предпосылкой появления электрического радиочастотного шума. Ввиду случайных черт шероховатости контактирующих поверхностей проводников, представляется нужным Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока моделировать контактное сопротивление меж 2-мя скользящими поверхностями при помощи случайной функции. Этот процесс может быть выразить формулой:

(1)

где – среднее значение контактного сопротивления;

- изменяющаяся случайная составляющая;

- два случайных числа, имеющих рассредотачивание Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока плотностей вероятности соответственно.

Контактное сопротивление может быть аналитически представить как серию прямоугольных импульсов, амплитуда и продолжительность которых являются случайными величинами.

Основываясь на определенных допущениях, получена схема замещения тяговой сети (набросок 1).


L1

контактная сеть

рельсовая Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока цепь

A

B

R1

U1

L2

R2

U2

RC

Rt

GКС

СКС


Рис. 1. Эквивалентная схема замещения тяговой сети


Тут - контактное сопротивление меж токосъемной накладкой пантографа и контактным проводом; - эквивалентное активное сопротивление локомотива. Ток, потребляемый электровозом:

(2)

где - напряжение в контактной сети.

Для Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока расчета электрического излучения при обычном токосъеме, вызываемого мешающим током в тяговой сети, нужно найти рассредотачивание данного тока по тяговой сети (полосы с распределенными параметрами) при разных частотах. Задачка состоит из Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока расчета спектральной плотности мощности, моделирования мешающего тока при помощи соответственного источника тока и расчета мешающего тока, распространяющегося повдоль тяговой сети. Спектральная плотность мощности рассчитана по формуле Карсона. Черта источника тока , размещенного на Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока месте ЭПС (набросок 2) и распространяющего мешающий ток по тяговой сети, выражена как:

(3)

где - спектральная плотность мощности,

- ширина частотного спектра.


контактная сеть

A


рельсовая цепь

B

l(t)

r(t)

l(t)

r(t)

J (f, B)


Рис Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. 2. Схема замещения тяговой сети с источником мешающего тока


Эквивалентная схема с источником тока может характеризоваться последующими величинами ():

(4)

(5)

где , и – соответственно, проводимость, ток недлинного замыкания и сопротивление i-части тяговой сети;

и - коэффициент распространения и Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока волновое сопротивление полосы (тяговую сеть при огромных величинахможно рассматривать как линию без утрат);

- расстояние меж электровозом и i-тяговой подстанцией.

При помощи теории цепей с распределенными параметрами рассчитано растекание Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока мешающего тока по тяговой сети:

х[-D1, 0], (5)

х [0, D2], (6)

где - сопротивление 1-го и 2-го участков тяговой сети.

Зная ток дуги, токи ,и считая землю безупречным проводником, может быть вычислить излучаемое электрическое поле при Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока основной частоте.

По результатам моделирования получен ряд амплитудно-временных и амплитудно-частотных диаграмм напряженностей электронного и магнитного полей при различной ширине сближения с тяговой сетью. Амплитудные величины помех при обычном токосъеме меньше Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока результатов статистической обработки излучений при нарушениях токосъема в среднем на 15-20 дБ при соответственной частоте, что дает возможность подтвердить выбор частотной области (130-140 кГц) и чувствительности радиоприемных устройств (приведенные характеристики отражены в работах Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока Ю.Г.Семенова) для надежной фильтрации полезного сигнала при дуговых процессах от схожих помех на участке. Методика может применяться в смежных областях, к примеру, при исследовании вопросов электрической сопоставимости.

В третьей главе «Математическое моделирование электродуговых Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока процессов при разных режимах нарушения токосъема» приведено описание аналитического и статистического расчетных способов, позволяющих произвести количественную оценку электрических излучений, возникающих при разных режимах дугового нарушения токосъема.

На основании проведенного анализа результатов главных Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока аналитических описаний дугового разряда, размещенных в забугорной литературе, осуществлен выбор более рационального варианта математической модели с учетом особенностей дугового токосъема на стальной дороге и намеченных целей исследовательских работ. В базе главы диссертационной Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока работы лежит общая термодинамическая модель электронной дуги:

(7)

где - удельная проводимость дуги;

- ток дуги;

- термодинамические характеристики, зависящие от температуры (для электронной дуги с температурой до 12000 К принимаем ; );

- коэффициенты, зависящие от линейной функции рассредотачивания Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока удельного термического потока для соответствующего поперечного сечения плазменного канала дуги.

О
A
пределена эквивалентная схема замещения участка электрифицированной жд полосы при дуговом нарушении токосъема (набросок 3).



U1

R1

L1

Ra

Lt

Rt

контактная сеть

рельсовая цепь

U2

R2

L Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока2

B


Рис. 3. Эквивалентная схема замещения участка тяговой сети при дуговом токосъеме


Зависимость тока дуги от времени на основании результатов оборотного преобразования Фурье:

(8)

где и – эквивалентные сопротивление и индуктивность электровоза;

- величина воздушного промежутка меж Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока токосъемной накладкой пантографа и контактным проводом.

В этом случае величина мешающего токаопределяется как:

(9)

где - напряжение меж контактным проводом и рельсовой цепью перед появлением дуги.

Уравнения (7) и (8) составляют интегрально-дифференциальную систему Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока – базу рассматриваемой аналитической модели. Для численного решения начальных уравнений применен способ Рунге – Кутта при данных исходных критерий для характеристик , и . Расчет аналогичен рассмотренному ранее при моделировании обычного токосъема на участке. В качестве примера на рисунке Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока 4 представлена амплитудно-частотная диаграмма напряженности магнитного поля при различной ширине сближения с тяговой сетью.


103

104

105

107

Гц

109

d = 1 м

d = 5 м

d = 10 м

d = 20 м

d = 50 м

f

Н

106

Рис. 4. Амплитудно-частотная диаграмма Н(f)


Анализ результатов моделирования при Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока варианты разных влияющих причин указывает, что в спектре 130-140 кГц, ранее избранном для работы спец радиоприемного устройства, входящего в состав автоматической системы диагностики дугового токосъема, для надежной регистрации полезного сигнала рекомендуется найти чувствительность приемника Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока прямого усиления в спектре 3-6 мВ/м.

В базе статистической модели лежат аналитические выражения для магнитного и электронного полей с применением способа линейного многоуровневого регрессионного анализа. В качестве зависимых переменных употребляются величины напряженностей магнитного Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока и электронного полей. Пояснительные переменные охарактеризовывают главные характеристики, действующие на характеристики электрического поля при дуговом токосъеме.

На базе проведенного анализа получены последующие математические выражения для определения величин напряженностей Н и Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока Е:

(10)

(11)

Значения коэффициентов определены методом анализа экспериментальных данных измерений. В таблице 1 представлены величины отклонений результатов вычислений с внедрением статистической модели от измеренных величин напряженностей магнитного и электронного полей.

Таблица 1 – Отличия меж расчетными Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока и измеренными величинами

Поле

Наибольшее отклонение, дБ

Малое отклонение, дБ

Среднее

отклонение, дБ

Дисперсия, дБ

|Н|









21,2

0,4

7,5

9,9

|Е|









9,2

0,07

3,7

4,6

Результаты расчетов в наименьшей степени совпадают с экспериментальными данными, чем при использовании аналитической модели, но наибольшая погрешность при расчетах не превосходит 21,2 дБ (16 %) при Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока дисперсии 9,9 дБ, что позволяет использовать схожий подход для количественной оценки амплитудного уровня радиопомех при разных влияющих факторах, также в качестве резвого и приятного метода проверки и доказательства результатов, приобретенных экспериментальным методом.

В четвертой Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока главе «Моделирование дугового токосъема средствами спец программного обеспечения на ЭВМ и анализ результатов» рассмотрена методика моделирования дугового токосъема средствами программного обеспечения EWB; проведено сопоставление результатов расчетов с внедрением разработанных математических моделей Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока с экспериментальными данными; выполнен расчет протяженности зон распространения радиоизлучения; представлены главные результаты испытаний макетного эталона автоматической системы диагностики дугового токосъема.

Разработана методика моделирования схемы замещения тяговой сети и ЭПС на ЭВМ средствами Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока спец ПО EWB, учитывающая при моделировании особенности электродуговых процессов при токосъеме на участках переменного тока. На рисунке 5 представлены общие расчетные схемы для участков переменного тока при одно- и обоесторонней схемах питания Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока.


а



б


Рис. 5. Общие схемы замещения участка тяговой сети:

а – система обоестороннего питания; б – система однобокого питания

Обобщенная схема модели состоит из схем замещения тяговой подстанции (блоки 1,2, X1, Х2), контактной сети (3-6, Х2, Х3, Х6, Х Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока7), электровоза (8, Х5), также блока «точка контакта» (7, Х4).

В качестве точки контакта меж токоприемником электровоза и контактным проводом применяется ключ, управляемый кодовой композицией генератора слова. В согласовании с рассмотренными особенностями появления повторных Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока пробоев воздушного промежутка при дуговом токосъеме и зависимо от рассматриваемого режима токосъема определяется двоичная кодовая композиция работы генератора слова. При краткосрочном размыкании ключа в блоке контакта, управляемого кодовой композицией генератора слова, осциллографом регистрируются высокочастотные выбросы Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока, определяющие характеристики радиоизлучений при избранном режиме нарушения токосъема.

В итоге программной симуляции рассмотренной схемы замещения получен ряд амплитудно-частотных черт электрических излучений в процессе дугового токосъема при разных параметрах Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока рассмотренной схемы замещения. Сравнительные результаты измерений на действующем участке и расчетных величин, приобретенных при моделировании (набросок 6).



X

дБ


Рис. 6. Сопоставление измеренных и расчетных данных моделирования


В итоге анализа приобретенных данных можно прийти к выводу, что Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока самые большие уровни радиоизлучений при избранном режиме дугового токосъема при обоих режимах питания тяговой сети наблюдаются в границах 0,1-0,2 МГц с следующим спадом уровня по мере возрастания частоты. При всем этом наблюдается повышение уровня Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока излучений в среднем на 10 дБ в спектре 6-14 МГц. Результаты моделирования подтверждают корректность выбора частотного диапазона 130-140 кГц для работы спец радиоприемного устройства и определение дополнительной помехоустойчивой области (14 МГц), обеспечивающей лучшую частотную и амплитудную селекцию сигналов Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока от нарушений токосъема на фоне мешающего деяния паразитных радиопомех.

Для оценки адекватности разработанных математических моделей реальным процессам при дуговом токосъеме, также для проверки достоверности расчетных данных выполнено сопоставление результатов экспериментальных исследовательских Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока работ с расчетными величинами (набросок 7).



дБмкВ/м

f


Рис. 7. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных


Средняя величина абсолютного значения отличия от расчетных данных составляет 4,5 дБмкВ/м (11%) при расчетной дисперсии величин погрешности 6,8 дБмкВ/м. Различия в Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока результатах измерений и математических расчетов могут быть объяснены как специфичностью критерий экспериментальных исследовательских работ, воздействием огромного количества дополнительных влияющих причин, не стопроцентно учтенных при анализе приобретенных данных, так и определенными допущениями Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока при составлении и программной реализации аналитической модели, принятыми для существенного упрощения расчетов при сохранении применимого уровня достоверности и адекватности приобретенных результатов.

Как демонстрируют результаты сопоставления, приобретенные расчетные данные соответствуют экспериментальным, как минимум, по порядку Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока величин, что позволяет прийти к выводу об адекватности предложенной аналитической модели дугового токосъема.

Для оценки протяженности зон распространения радиоизлучений при дуговом токосъеме и дальности обнаружения применены данные расчетов с применением разработанной аналитической модели Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. При всем этом распространение токов, вызванных дугообразованием в зоне контакта токоприемника и контактного провода, описывается при помощи формул (5) и (6). По результатам расчетов изготовлен вывод, что при данных параметрах радиоприемных устройств Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока автоматической системы диагностики дальность обнаружения полезного сигнала составляет более 1 км в обе стороны от места дугового токосъема.

С ролью создателя были проведены тесты макетного эталона автоматической системы диагностики нарушений токосъема. Одними из Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока целей тесты были определение работоспособности и свойства работы радиоприемных системы и дальности обнаружения нужных радиосигналов. По результатам исследовательских работ изготовлен вывод о работоспособности и достаточной помехоустойчивости испытанного эталона при дальности обнаружения Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока нужных сигналов более 1 км в обе стороны от места приема, что согласуется с плодами расчетов.

Создатель выражает благодарность д.т.н., доктору Фигурнову Е.П. и к.т.н., доценту Семенову Ю.Г. за научные Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока консультации.


Главные результаты и выводы


Главные результаты представленной диссертационной работы заключаются в последующем:

1. Выполнен анализ процессов дугообразования при обычном токосъеме и его нарушениях, вызванных разными причинами, применительно к специфичным условиям электрифицированной стальной Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока дороги.

2. Разработана аналитическая модель обычного токосъема с внедрением системы нелинейных уравнений для определения количественных черт электрических излучений в данном режиме эксплуатации.

3. Осуществлены разработка и программная реализация аналитических и статистических моделей взаимодействия токоприемника электровоза Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока и контактного провода при разных режимах нарушения токосъема и анализ результатов расчетов для определения черт радиоприемных узлов автоматической системы диагностики дугового токосъема.

4. Выполнено построение математической модели дугового токосъема средствами Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока спец программного обеспечения EWB Multisim на ЭВМ с учетом особенностей электродуговых процессов на линиях переменного тока.

5. Результаты сопоставления данных расчетов с применением аналитической модели дугового токосъема с экспериментальными данными обосновывают адекватность разработанной модели Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока и достоверность приобретенных результатов.

6. Выполнен расчет протяженности зон распространения радиоизлучения при дуговом токосъеме согласно методике, положенной в базу разработанной аналитической модели. Дальность обнаружения полезного сигнала может составлять более 1 км в обе стороны от источника Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока при данных параметрах радиоприемной аппаратуры автоматической системы диагностики нарушений токосъема, что подтверждается испытаниями эталона системы.

7. Разработаны советы по созданию и совершенствованию технических черт радиоприемного узла автоматической системы мониторинга токосъема по результатам моделирования Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока.

Главные положения диссертации размещены в последующих работах:



  1. Жарков Ю.И., Семенов Ю.Г., Колосов Д.В. Контроль свойства токосъема на электрифицированных участках стальных дорог. Сборник тезисов докладов 62-й студенческой Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока научно-практической конференции/Под ред. А.Н.Гуды.– Ростов на дону н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2003. – С. 96-97.

  2. Жарков Ю.И., Семенов Ю.Г, Фигурнов Е.П., Колосов Д.В Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. Автоматическая диагностика нарушений токосъема в электротяговых сетях. Теория, способы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 26 сентября 2003г.: В 3 ч./Юж.-Рос. гос. техн. ун-т Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. – Ч.2. – С.45-50.

  3. Жарков Ю.И., Семенов Ю.Г, Фигурнов Е.П., Колосов Д.В. Системотехнические базы автоматической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях. Электрификация и научно-технический прогресс Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока на жд транспорте: Материалы второго интернационального симпозиума eltrans 2003, 21-24 октября 2003г., ПГУПС, 2004. - С.133-134.

  4. Жарков Ю.И., Семенов Ю.Г., Колосов Д.В. Автоматизация диагностики дугового токосъема в электротяговых сетях стальных дорог. Сборник тезисов докладов Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока 63-й студенческой научно-практической конференции / Под ред. А.Н.Гуды. – Ростов на дону н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2004. – С.45-47.

  5. Жарков Ю.И, Колосов Д.В. Статистическое моделирование дугового Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока токосъема в электротяговых сетях переменного тока. Животрепещущие задачи развития жд транспорта: Сб.науч.тр. юных ученых, аспирантов и докторантов / Под ред. д-ра техн. наук, проф. А.Н.Гуды.– Ростов на дону н Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока/Д: Рост. гос. ун-т. путей сообщения, 2005. – С.45-47.

  6. Жарков Ю.И., Колосов Д.В. Моделирование дуговых процессов при нарушениях токосъема. Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005», май 2005 г.в 2-х частях. Часть 2. Рост. гос Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. ун-т путей сообщения. Ростов на дону н/Д, 2005. - С.335-337.

  7. Zharkov J.I., Semenov J.G., Figurnov E.P., Kolosov D.V. «The automated current collection failure diagnostic system for Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока AC electrified railways». Seventh international conference «Modern electric traction in integrated XXIst century Europe», Warsaw, 2005. - pp.134-136.

  8. Жарков Ю.И., Колосов Д.В. Математическое моделирование режимов нарушения токосъема в электротяговых сетях переменного тока. Моделирование Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. Теория, способы и средства: Материалы VI Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 7 апр. 2006г.: В 5 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. – Ч. 2. – С. 40-43.

  9. Колосов Д.В. Статистическое Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока моделирование дугового токосъема в тяговых сетях переменного тока. Улучшение схем устройств электроснабжения транспорта и проектирование их конструкций: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Г.Галкина. Екатеринбург: Изд-во Урал гос. ун Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока-та путей сообщения, 2005. Вып. 48 (131). - С.116-118.

  10. Kolosov D.V. The developing of current collection failure diagnostic system for AC electrified railways. Теория, способы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы VII Интернациональной науч.-практ. конф Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока., г.Новочеркасск, 29 сент.2006г.: В 3 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. – Ч.1. – С.10-12.

  11. Колосов Д.В. Разработка математических моделей электродуговых процессов в задачках автоматизации мониторинга токосъема в Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока электротяговых сетях стальных дорог. Вестник Ростовского муниципального института путей сообщения. – 2007. - №2. – С.81-85.

  12. Колосов Д.В. Имитационное моделирование дуговых нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2007», ч. 2., Рост. гос Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока. ун-т путей сообщения. Ростов на дону н/Д, 2007. – С.45-46.

  13. Колосов Д.В. Имитационное моделирование дуговых процессов при токосъеме в электротяговых сетях переменного тока. Моделирование. Теория, способы и средства: Материалы Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока VII Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. – С.34-37.



Колосов Дмитрий Владимирович


^ ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

КАК База ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

НАРУШЕНИЙ ТОКОСЪЕМА В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


Специальность: 05.22.07 – Подвижной состав стальных Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока дорог, тяга поездов и электрификация


Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Подписано к печати 29.05.2007г. Формат бумаги 60х84/16.

Бумага офсетная. Ризография. Усл.печ.л. 1,0.

Тираж 100. Заказ №

Ростовский муниципальный институт путей сообщения.

Ризография РГУПС Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях переменного тока.


344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.



elektricheskaya-shema-podklyucheniya-ventilnoj-katushki-v-9-dlya-raboti-krana-mashinista-pri-vklyuchennom-polozhenii-krana-a-29-v-polozhenii-a.html
elektricheskaya-yomkost-zaryad.html
elektricheskie-apparati-ustrojstva-dlya-upravleniya-regulirovaniya-kontrolya-i-zashiti-elektricheskih-cepej.html