Рассмотрены принципы построения, расчета и технико-эксплуатационные особенности рельсовых цепей тональной частоты. Приведены сведения о схемных решениях и составе аппаратуры, предложены рекомендации по ее проверке, регулировке и техническому обслуживанию, поиску и устранению неисправностей. Изложена информация о структурах и особенностях функционирования новых систем автоблокировки, построенных на базе тональных рельсовых цепей. Приведены сведения о нормах проектирования рельсовых цепей тональной частоты, номенклатуре измерительного оборудования, необходимого для обслуживания и ремонта устройств, а также перечень нормативно-технической документации по системам на базе тональных рельсовых цепей.

Науково обгрунтовано технічне обслуговування рейкових кіл (РК) і зниження експлуатаційних витрат шляхом автоматизації контролю їх параметрів. З використанням теорії електромагнітного поля побудовано математичну модель електромагнітних процесів у системі "рейкова лінія - приймальні котушки автоматичної локомотивної сигналізації (АЛС)" і одержано більш точну аналітичну залежність електрорухомої сили (ЕРС) у локомотивних котушках від кодового струму й електромагнітних завад у рейковій лінії, що дозволило підвищити точність визначення параметрів рейкових кіл (РК) за умов автоматизованих вимірюваннь з вагона-лабораторії. Удосконалено математичну модель передачі кодових сигналів від колійних пристроїв до локомотивного приймача, яка дозволяє комплексно аналізувати канал передачі. Ця модель базується на залежностях ЕРС у локомотивних котушках від струму у рейковій лінії, що дозволило науково обгрунтувати розроблені методи та засоби автоматизованого контролю параметрів кіл, кодового струму АЛС і електромагнітних завад у рейкових лініях. Розвинуто математичну модель розповсюдження електромагнітних завад у рівномірно завантаженій тяговій мережі, яка повною мірою враховує параметри тягової мережі, а саме: значення провідності між контактною мережею та опорами ліній тягового електропостачання, опорами та рейковими лініями, опорами та землею, що дозволило врахувати вплив заземлення опор контактної мережі на роботу рейкових кіл і розробити рекомендації щодо визначення можливих джерел електромагнітних завад на залізничних дільницях з великим обсягом роботи на підставі результатів автоматизованих вимірювань

Вперше запропоновано спосіб забезпечення надійності роботи станційних фазочутливих і тональних рейкових кіл (РК) за умов ожеледі, входження навантаженого електровоза в зону нейтральної вставки, увімкнення електровоза до мережі живлення та інше шляхом зниження коефіцієнта асиметрії рейкової лінії за постійним струмом до необхідного рівня за допомогою симетруючих блоків. Розроблено аналітичну математичну модель для дослідження параметрів і характеристик параметричного генератора в режимі повторення частоти, який задовольняє вимоги підвищення завадостійкості РК за умов ожеледі контактної мережі та впливу комутаційних процесів у тяговій мережі з виконанням вимог безпеки руху поїздів. Розроблено математичну модель і метод розрахунку контрольного режиму роботи РК у разі ввімкнення в схему РК симетруючих резисторів і представлення РК як кола з розподіленими або з зосередженими параметрами. Розроблено ефективний метод підвищення технічних характеристик тональних РК і наведеного коефіцієнта повернення приймачів шляхом застосування генератора частоти, який стабілізує напругу живлення.

Вперше визначено параметри статистичного розподілу гармонійних завад тягового струму як нестаціонарного випадкового процесу, розроблено математичні моделі розподілу завад в РЛ, розподілу електромагнітного поля навколо рейки, математичну модель електромагнітного впливу тягової мережі на рейкові кола на дільницях зближення швидкісної магістралі з електротягою змінного струму з електрифікованою колією з тягою постійного струму за наявності екрануючого проводу. Результати роботи впроваджено на Придніпровській залізниці та використовуються за розробки методик випробування нових типів рухомого складу на електромагнітну сумісність з лініями залізничної автоматики, за переобладнання залізниць для швидкісного руху нових типів електропоїщів, а також у навчальному процесі на кафедрі "Автоматика, телемеханіка та зв'язок" Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна.

Досліджено питання вдосконалення технології обслуговування тональних рейкових кіл за допомогою автоматизації контролю їх параметрів. Запропоновано вдосконалення технології обслуговування шляхом використання розроблених методів автоматичного виміру електричних параметрів тонального рейкового кола, визначення його стану за допомогою комплексного аналізу виміряних параметрів з використанням перетворення Фур'є, методу математичного моделювання, числових методів, аналізу статистичних даних, штучних нейронних мереж. Визначено необхідні контрольні параметри для аналізу стану тональних рейкових кіл в комплексі, розроблено математичні моделі електричних процесів в рейкових колах за дистанційних вимірів, розроблено мажоритарну систему діагностування з сезонним корегуванням ймовірностей. Розглянуто дослідний зразок автоматизованого апаратно-програмного комплексу для вдосконалення технології обслуговування тональних рейкових кіл.

Рассмотрен метод измерения параметров рельсовых цепей и электромагнитных помех в них. Показано распределение электромагнитных помех по длине неоднородной фидерной зоны и оценено их влияние на работу приемников рельсовых цепей.

Показано, что в формировании магнитного состояния токопроводящих тел наряду с молекулярными токами участвуют и токи проводимости. Магнитное поле этих тел описано результирующим векторным потенциалом, сформированным полной плотностью токов, установлены формулы распределения магнитных параметров объемных тел.

В настоящее время на сети железных дорог Украины и стран СНГ базовым элементом автоматизированных систем управления движением поездов являются рельсовые цепи, с помощью которых контролируется свободность путевых участков и целостность рельсовых нитей. Наиболее ответственным элементом рельсовой цепи является путевой приемник, который выполняет обработку сигнала контроля рельсовой линии и управляет путевым реле. Одно из направлений дальнейшего совершенствования рельсовых цепей связано с переводом технических средств на современную элементную базу, использованием более совершенных методов обработки сигналов. Цель работы - дальнейшее совершенствование методов обработки сигналов контроля рельсовой линии, проведение сравнительного анализа различных типов цифровых приемников тональных рельсовых цепей. Рассмотрены два направления применения цифровой обработки сигналов в путевых приемниках рельсовых цепей: выполнение в цифровой форме традиционных алгоритмов; реализация корреляционных методов приема. Показано, что коррелятор можно использовать в качестве входного фильтра путевого приемника, так как его амплитудно-частотная характеристика согласована со спектром сигнального тока. Для сравнения разных типов цифровых путевых приемников было проведено имитационное моделирование с использованием метода статистических испытаний. Установлено, что корреляционный приемник позволяет уменьшить мощность шума на входе порогового элемента в 1,7 раз и уменьшить коэффициент ошибки в 1,4 - 1,8 раз по сравнению с традиционным приемником. Использование коррелятора в качестве входного фильтра путевого приемника позволит повысить помехозащищенность тональной рельсовой цепи и уменьшить вероятность ошибки при обнаружении сигнала контроля рельсовой линии.

Для исследования переходных процессов использован метод частотных характеристик. С помощью быстрого преобразования Фурье определялся спектр сигнала на выходе путевого генератора. После определения комплексной частотной характеристики тональной рельсовой цепи рассчитывался спектр сигнала на входе путевого приемника. При этом использовались полученные в результате интерполяции нормативных значений частотные характеристики первичных параметров рельсовой линии, а также рассчитанная частотная характеристика входного сопротивления путевого приемника. Для определения временной зависимости сигнала на входе приемника применялось обратное быстрое преобразование Фурье. В результате выполненных исследований установлены причины искажения формы сигналов в тональных рельсовых цепях. Путевой фильтр, а также входной фильтр путевого приемника ограничивают верхнюю и нижнюю боковые полосы спектра сигнала контроля рельсовой линии, что приводит к затягиванию фронта и среза сигнальных импульсов. Рельсовая и кабельные линии, а также устройства защиты и согласования практически не влияют на форму сигнальных импульсов и изменяют только их амплитуду. При воздействии фронта и среза сигнальных импульсов в связанных контурах приемника на частотах частных резонансов возникают свободные колебания, в результате интерференции которых происходят биения и появляется дополнительный межсигнальный импульс. Усовершенствован метод анализа тональных рельсовых цепей, что позволяет определить не только уровень, но и временную зависимость сигнала на входе путевого приемника при произвольном входном воздействии. Полученная временная зависимость сигнала на входе путевого приемника будет полезна при разработке новых более совершенных методов определения свободности тональной рельсовой цепи. Предложенный метод анализа рельсовых цепей может быть использован для поиска новых более информативных форм сигнального тока.

Разработан метод повышения устойчивости тональных рельсовых цепей, учитывающий фактическое сопротивление изоляции (балласта) рельсовой линии. Для достижения поставленной цели предложено автоматически определять сопротивление изоляции рельсовой линии и, в зависимости от данного значения, корректировать выходное напряжение путевого генератора. Сопротивление балласта определяется по значению входного сопротивления рельсовой линии, которое на высоких частотах практически равняется волновому сопротивлению. Для реализации предложенного метода к рельсовой цепи необходимо подключить дополнительные высокочастотные генераторы, высокочастотные фильтры, блок определения сопротивления балласта и корректировки выходного напряжения путевого генератора. В результате проведенных исследований установлено, что в области низких значений (меньше 2 Ом-км) изменение сопротивления балласта приводит к значительному изменению напряжения на входе путевого приемника, что может вызвать сбой в работе рельсовой цепи. Увеличение длины рельсовой линии приводит к уменьшению ее входного сопротивления, а повышение частоты измерения вызывает увеличение входного сопротивления. В обоих случаях входное сопротивление стремится к значению волнового сопротивления. Частоту измерения следует выбирать с учетом длины рельсовой линии и верхней границы сопротивления балласта, в качестве которой можно принять значение 5 Ом-км. В области более высоких значений сопротивления балласта его изменения незначительно влияют на входное напряжение путевого приемника. При этом корректировка выходного напряжения путевого генератора может не выполняться. Усовершенствован метод измерения сопротивления изоляции рельсовой линии, что позволяет автоматически определять сопротивление балласта. Установлена зависимость между частотой измерения, длиной рельсовой линии и сопротивлением балласта. Предложенный метод позволяет повысить надежность тональных рельсовых цепей, обеспечить их устойчивую работу в условиях флуктуаций сопротивления балласта, благодаря определению фактического сопротивления изоляции рельсовой линии и адаптации рельсовых цепей к реальным условиям их эксплуатации.

Показано, что неподвижные электрические заряды одной движущейся электрической цепи электротехнической системы железнодорожного транспорта, ее другою цепью воспринимаются как электрический ток, рассмотрены составляющие действия для заряженных частиц, движущихся в силовом поле в соответствии с принципом Гамильтона посредством функции Лагранжа, установлены дифференциальная и интегральная формулы, описывающие преобразование параметров вышеуказанного электрического тока с помощью электромагнитных потенциалов при переходе от одной электрической цепи электротехнической системы ж.д. транспорта к ее другой цепи.

Разработан комплекс мероприятий по снижению угрозы жизни и здоровью обслуживающего персонала за счет уменьшения времени его пребывания в зоне движения поездов и уменьшению влияния человеческого фактора на результат обслуживания. Изучены строение, параметры и характеристики, особенности эксплуатации и обслуживания стрелочных электродвигателей переменного тока. Определены основные виды возможных повреждений в зависимости от условий процесса эксплуатации. Представлен электродвигатель как объект диагностирования. Получены временные зависимости тока в цепи стрелочного электродвигателя для различных его состояний. Установлена связь между техническим состоянием стрелочного электродвигателя и показателями токовой кривой во временной и спектральной областях. Приведено обоснование выявленных отклонений от эталонного сигнала и сделан вывод из полученных результатов. Предложен способ диагностирования состояния стрелочного электродвигателя переменного тока по временной зависимости и спектральному составу тока в его цепи. Полученные результаты позволяют говорить о возможности и целесообразности дальнейшего развития принципов дистанционного диагностирования на основании анализа временной и спектральной областей токовой кривой в цепи стрелочного электродвигателя. Реальным и рациональным является также внедрение и практическое применение полученных результатов в условиях эксплуатации в качестве самостоятельной системы сбора, анализа, обработки и передачи данных. Данная система делает возможным отслеживание изменений ключевых параметров и формирование предложений по мерам воздействия на ситуацию в реальном времени, а также возможность прогнозирования состояния объектов на основании определения зависимостей предыдущих изменений.

Исследованы электромагнитные процессы в дроссель-трансформаторе с целью повышения помехоустойчивости рельсовых цепей (РЦ) и, как следствие, повышения безопасности движения на железной дороге. Для достижения поставленной цели применены методы научного анализа, математического моделирования, экспериментального исследования, масштабного моделирования. Рассмотрены помехи, влияющие на нормальную работоспособность РЦ. В значительной мере часть повреждений в РЦ приходится на отказ в его аппаратуре. Аппаратура РЦ подключена непосредственно к рельсовой линии, подверженной влиянию помех тягового тока, что вызывает в них изменение электрических характеристик и электромагнитных свойств. Нормальная работоспособность при выполнении основных режимов работы РЦ определяется предварительным расчетом ее характеристик и составлением регулировочных нормативных таблиц. Классический метод расчета предполагает представление отдельных участков электрической схемы РЦ четырехполюсниками с известными коэффициентами, обычно в А-форме. Поиск коэффициентов схем с линейными элементами не представляет метрологических и математических затруднений. Вместе с тем, в цепях, содержащих нелинейные ферромагнетики (ФМ), получение коэффициентов на всем диапазоне изменения индукций в сердечниках - довольно трудная задача, поскольку классические методы холостого хода и короткого замыкания становятся неприемлемыми. Это приводит к усложнению методов определения как модуля, так и аргументов коэффициентов четырехполюсников. Вместо классического метода предложен метод расчета РЦ с учетом нелинейной характеристики ферромагнетиков. Рассмотрен новый подход к расчету РЦ с учетом потерь в ФМ, без поиска коэффициентов четырехполюсников схемы замещения. При построении модели перемагничивания ФМ в параллельных магнитных полях наиболее точными являются аппроксимационные методы, учитывающие не только изменения величин и во времени, но и их производные. С развитием вычислительной техники и программного обеспечения математические методы расчета РЦ при значительном изменении индуктивности ФМ, включая участки насыщения, становятся реальными. При этом важным является поиск аппроксимирующего аналитического выражения, описывающего динамическую предельную петлю гистерезиса. Проведен анализ изменения электрических параметров одной и той же РЦ при расчете классическим и новым методом: разница составила не более 10 %. Приведены некоторые мероприятия по повышению эксплуатационной помехоустойчивости РЦ.

Розглянуто питання підвищення функціональної безпеки рейкових кіл за умов експлуатації рухомого складу з асинхронним тяговим приводом шляхом забезпечення їх електромагнітної сумісності з системою тягового електропостачання та новими видами рухомого складу. Запропоновано узагальнену математичну модель силових кіл електрорухомого складу з асинхронним тяговим приводом, а також аналітичне розв'язання рівнянь моделі та її реалізацію в пакеті OrCAD РSрісе, що дозволило дослідити електрорухомий склад як джерело завад за різних режимів його роботи, визначити найбільш несприятливі параметри завад для безпечного функціонування рейкових кіл. Запропоновано метод багатоканального вимірювання електромагнітних завад від нових типів електрорухомого складу під час їх випробувань, що надав можливість проаналізувати причини виникнення завад та надати пропозиції щодо зменшення їх впливу на рейкові кола. Розроблено математичну модель впливу тягової мережі з активним екранувальним проводом на рейкові кола та запропоновано метод селективної компенсації завад в рейкових колах, суть якого полягає в зменшенні тільки тих завад, частоти яких знаходяться у смугах роботи колійних приймачів, що дозволило підвищити функціональну безпеку рейкових кіл.

Розглянуто опір ізоляції рейкового кола як один із параметрів, що впливають на експлуатаційні показники роботи залізничного транспорту. Для зниження впливу опору ізоляції на режими функціонування рейкових кіл та на експлуатаційні показники роботи залізничного транспорту передбачено дослідити вплив поверхневої обробки щебеню на величину діелектричної проникності баластового шару. Оцінювання впливу виду матеріалу для поверхневої обробки щебеню на величину діелектричної проникності проводили на підставі визначення фізичної сутності відносної діелектричної проникності. Розрахунки проводили, зіставляючи виміряну ємність для середовища з відомою ε - із виміряною ємністю середовища, для якого необхідно визначити ε. Тобто, у скільки разів змінюється виміряна ємність, у стільки ж разів змінюється й діелектрична проникність середовища. Досліджено, як шпали і баласт значно змінюють свою електричну провідність залежно від наявності в них вологи, зміни навколишньої температури, наявності забруднювачів та інших факторів. Проаналізовано існуючі моделі опису діелектричних властивостей таких систем. Встановлено, що покриття баластного щебеню органічними речовинами впливає на величину його відносної діелектричної проникності. Найбільший ефект зниження цієї величини спостерігався для покриттів на основі каніфольної суміші та силікону. Запропоновано новий спосіб підвищення діелектричних властивостей верхньої будови колії за рахунок нанесення на поверхню зерен баласту незмочуваних речовин, на поверхні яких не утворюється плівка вологи. Показано можливість зведення до мінімуму негативного впливу зниження ізоляції з максимальним його усуненням. Запропоновано рішення актуального завдання шляхом виключення впливу опору ізоляції на режими роботи рейкових кіл, що дозволить ліквідувати частину причин відмови пристроїв сигналізації та зменшити кількість випадків "несправжньої зайнятості".

При оценке уровней тяговых помех в рельсовых цепях должны быть приняты во внимание не только помехи, вызванные постоянной составляющей тягового тока, но и вызванные его переменной составляющей. Переменный компонент стал играть более важную роль при внедрении на электровозах импульсного управления мощностью и скоростью поезда. Уровень помех в системе тяговая подстанция - электровоз - тяговая подстанция зависит в первую очередь от удельных параметров контактной сети и ее конфигурации, параметров тяговой подстанции и электровоза. Электровоз и тяговая подстанция являются источниками помех, а их уровень зависит от расстояния между ними. В определенных ситуациях организации железнодорожного движения, при определенных расстояниях между тяговой подстанцией и электровозом, а также при взаимном расположении электровозов может происходить увеличение уровня помех. Это обусловлено существованием резонансов в контактной сети.

Передбачено проведення дослідження розповсюдження потенціалів та струмів уздовж рейок із метою оцінки різниці потенціалів і струму асиметрії у рейках, які можуть здійснювати вплив на роботу систем залізничної автоматики та телемеханіки. Для досягнення поставленої мети застосовані методи аналізу та синтезу електротехнічних розрахунків схем рейкових кіл, математичного моделювання, методи однорідних та неоднорідних ланцюгових схем. Проведені теоретичні дослідження свідчать про те, що на гірських ділянках залізниць з електричною тягою постійного струму протікають струми дуже високих рівнів, за яких навіть при номінальному коефіцієнті асиметрії струм асиметрії буде недопустимо великим. У результаті переобладнання перегону системою автоблокування з тональними рейковими колами скоротилася кількість дросель-трансформаторів, вирівнюючи функції яких потребували подальшого досконалого дослідження. Були отримані епюри розповсюдження потенціалів уздовж рейок при встановленні вирівнюючих дросель-трансформаторів кожні 6 та 5 км. Отримані різниці потенціалів виявилися зависокими для роботи систем залізничної автоматики, тому було проведено дослідження розповсюдження потенціалів при інтервалі розташування дросель-трансформаторів кожні 3 та 3,5 км, що значно покращило умови роботи рейкових кіл. Запропонований метод розрахунку розповсюдження потенціалів та струмів у рейковій мережі перегону електричної тяги постійного струму відрізняється представленням загальної цепної схеми кожної рейки у вигляді послідовно з'єднаних в каскад Т-подібних чотириполюсників із урахуванням заземлення опор контактної мережі на ближню рейку. Це дозволило оцінити рівні струмів асиметрії, які відгалужуються в апаратуру рейкових кіл та здійснюють негативний вплив на їх роботу. Отримані результати можуть використовуватися при проектуванні та переобладнанні перегонів новими системами залізничної автоматики та телемеханіки, а також для оцінки впливу високих струмів асиметрії на роботу систем залізничної автоматики.

Індекс рубрикатора НБУВ: О217.1 + О275.96

Рубрики:

Тягові підстанції електричних залізниць

Рейкові кола змінного струму

Шифр НБУВ: Ж100718 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Представлено рішення наукового завдання удосконалення методів і засобів підвищення завадостійкості тональних рейкових кіл (ТРК). На підставі проведеного аналізу існуючих систем регулювання рухом поїздів із використанням ТРК, чинників, що впливають на їх роботу, та існуючих методів щодо захисту від негативних впливів виявлено актуальність подальшого удосконалення ТРК із метою підвищення їх завадостійкості. Вперше запропоновано та теоретично обгрунтовано метод підвищення завадостійкості ТРК, заснований на введенні у пристрій рейкового кола регульованої лінії затримки, керованого генератора одиночного імпульсу з тривалістю імпульсу, що регулюється, й електронного ключа. Він дозволяє виключити можливість впливу завад на вході колійного приймача в інтервалах між імпульсами сигнального струму. За допомогою апарата нейронних мереж (НМ) розроблено модель адаптивного керуючого пристрою, що дозволяє підвищити точність налаштування захисного часового інтервалу, протягом якого на вхід колійного приймача не надходять завади.

Індекс рубрикатора НБУВ: О275.9

Рубрики:

Рейкові кола

Шифр НБУВ: ДС48127 Пошук видання у каталогах НБУВ