В К Нем, В И Скурихин - Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях - страница 1

Страницы:
1 

 

Рассмотрен ряд вопросов связанных с обеспечением надежного и экономичного токосъема. Предлагается разработка ма­тематической модели нормального токо­съема для пары трения токосъемник - кон­тактный провод путем анализа радиоизлу­чений при нарушениях токосъема.

По результатам моделирования получен ряд амплитудно-временных и амплитудно-частотных   диаграмм напряженностей

электрического и магнитного полей при

различной ширине сближения с тяговой се­тью. Методика может применяться в смежных областях, например, при изуче­нии вопросов электромагнитной совмес­тимости

УДК 577.3

 

В.К.Нем, к.т.н., доц.; В.И.Скурихин, ассистент

Харьковская национальная демия городского хозяйства


 

 

 

ака-ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ КАК ОСНОВА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЙ ТОКОСЪЕМА В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ

СЕТЯХ

 

Анализ литературы. Одной из важнейших стратегических задач развития город­ского электрического транспорта является рост эффективности и безопасности его рабо­ты. Выполнение этих задач в немалой степени зависит от поддержания высоких эксплуа­тационных параметров используемых технических объектов путем применения новых технологий в области диагностики технического состояния контролируемых элементов.

В ряду технических и экономических проблем городского электрического транс­порта одно из основных мест в системах электроснабжения занимают проблемы обеспе­чения надежного и экономичного токосъема. Особая роль отводится разработке и приме­нению высоконадежных и эффективных систем диагностики качества взаимодействия то­коприемника подвижного состава (ПС) и контактного провода, позволяющих проводить оперативную диагностику нарушений токосъема на перегоне и осуществлять информаци­онное обеспечение соответствующих служб и подразделений.

Для решения задачи постоянного контроля взаимодействия токоприемников ПС и контактной подвески по состоянию токосъема целесообразно использовать автоматизиро­ванные стационарные комплексы, расположенные вдоль трассы дороги, однако в настоя­щее время в нашей стране таких систем не существует. Основной проблемой при созда­нии автоматизированных комплексов мониторинга токосъема является необходимость разработки бесконтактного метода обнаружения нарушений токосъема и методики досто­верного выявления полезного сигнала на фоне различных помех. Представляется, что эта задача может быть решена путем анализа радиоизлучений при нарушениях токосъема с помощью аппарата математического моделирования.

Существующие модели токосъема, описанные в [1], не в полной мере учитывают специфику электродуговых процессов. В свою очередь, экспериментальные результаты измерений позволяют получать лишь ограниченную информацию в связи с привязкой ре­зультатов к конкретным условиям исследований и невозможностью рассмотрения влия­ния всех сопутствующих факторов.Для решения поставленной задачи представляется возможной разработка матема­тических моделей взаимодействия токоприемника ПС и контактного провода, выполнен­ных с учетом особенностей токосъема и подтвержденных натурными экспериментами.

Результаты моделирования физических и электрических процессов при различных режимах токосъема с учетом варьирования влияющих факторов могут быть использованы для создания и выбора оптимальных характеристик радиоприемных устройств, входящих в состав разрабатываемой автоматизированной системы диагностики нарушения токосъе­ма и являющихся одними из наиболее важных ее элементов, а также для совершенствова­ния алгоритма функционирования комплекса в целом.

Целью работы является разработка математических моделей электродуговых про­цессов при нормальном токосъеме ПС и его дуговом нарушении для выполнения задач построения стационарных радиоприемных элементов автоматизированной системы диаг­ностики дугового токосъема и выбора их технических характеристик.

Содержание работы. Для получения объективной оценки текущего состояния контактной сети и оперативного выявления нарушений токосъема представляется необхо­димым осуществлять постоянный эксплуатационный контроль как с помощью соответст­вующих технических средств выездных лабораторий, так и применением стационарных автоматизированных систем диагностики нарушений токосъема. Подобный комплексный подход призван обеспечить непрерывный контроль токосъема на участке, выявление вне­запно возникших дефектов, в т.ч. под воздействием неблагоприятных климатических фак­торов, в процессе эксплуатации токоприемников и контактной сети и обеспечить соответ­ствующие службы и подразделения необходимой технической информацией в режиме ре­ального времени.

В данном случае имеет место недостаточная научно-техническая разработанность комплексных задач изучения дугообразования при токосъеме и отсутствие методик мате­матического моделирования физических и электромагнитных процессов, учитывающих особенности токосъема.

В этой связи выполнен анализ процессов дугообразования при взаимодействии контактной сети и токоприемника, проведено построение и программная реализация соот­ветствующих математических моделей. Результаты расчетов должны позволить опреде­лить наиболее информативные и достоверные области значений параметров радиоизлуче­ний при нарушениях токосъема и используются для выбора параметров радиоприемных узлов и элементов системы мониторинга токосъема в целях повышения оперативности и достоверности.

Согласно этого разработана аналитическая модель безотрывного токосъема для количественной оценки амплитудно-частотных характеристик радиоизлучений, представляющих собой мешающий (паразитный) сигнал, при различных влияющих факторах. Модель может быть использована для разработки и совершенствования техни­ческих средств автоматизированной системы контроля нарушений токосъема.

Нормальный токосъем можно рассматривать как дуговой, но в данном случае име­ют место микродуги, возникающие между контактирующими точками проводников; при этом происходит изменение переходного сопротивления и величины тока.

Результирующий ток через контактирующие поверхности можно рассматривать как сумму основной составляющей (ток ПС) и изменяющейся во времени малой по вели­чине составляющей, являющейся причиной возникновения электромагнитного радиочас­тотного шума. Ввиду случайных характеристик шероховатости контактирующих поверх­ностей, представляется необходимым моделировать переходное сопротивление Rс между

двумя скользящими поверхностями с помощью случайной функции. Этот процесс воз­можно выразить формулой:(1)

 

где     Rcm - среднее значение переходного сопротивления; d - изменяющаяся случайная составляющая;

Сі - два случайных числа, имеющих распределение плотностей вероятности p(t) соответственно.

Переходное сопротивление возможно аналитически представить как серию прямо­угольных импульсов, амплитуда и длительность которых являются случайными величи­нами.

Основываясь на определенных допущениях, получена схема замещения тяговой се­ти (рис. 1).контактная сеть


ALi

 

 

Ri

 

Ui

 

 

Rc

 

 

 

Rt


 

 

 

 

Окс


 

 

 

Скс


L2

 

 

R2

 

U2рельсовая цепь

Рис. 1. Эквивалентная схема замещения тяговой сети Здесь Rc - контактное сопротивление между токосъемной вставкой пантографа иконтактным проводом;


эквивалентное активное сопротивление подвижной единицы.Ток, потребляемый подвижной единицей:I (t) @


U(t)     U(t) d(t,a,t)

(Rt + Rcm У


(2)где     U (t ) - напряжение в контактной сети.

Для расчета электромагнитного излучения при нормальном токосъеме, вызываемо­го мешающим током в тяговой сети, необходимо определить распределение данного тока по тяговой сети (линии с распределенными параметрами) при различных частотах помех. Задача состоит из расчета спектральной плотности мощности, моделирования мешающего тока с помощью соответствующего источника тока и расчета мешающего тока, распро­страняющегося вдоль тяговой сети. Спектральная плотность мощности рассчитана по

формуле Карсона [2]. Характеристика источника тока J(f, 5) , расположенного на месте ЭПС (рисунок 2) и распространяющего мешающий ток по тяговой сети, выражена как:J (f, B) = V G (f )  B,


(3)где     G ( f ) - спектральная плотность мощности, B - ширина частотного диапазона.

 

контактная сеть A
l(t)


J (f, B)


l(t)r(t)


r(t)рельсовая цепь

Рис. 2. Схема замещения тяговой сети с источником мешающего тока

 

Эквивалентная схема с источником тока может характеризоваться следующими ве­личинами (i = 1;2 ):Y    =    ZishyDi + ZcchyDi    , см, N,i    Zc (Zcsh7Dl + ZlchyDl)


(4)1 sc ,i


U,

(ZcshyDi + ZichyDi)


А,


(5)где YN , , I sc, и Z - соответственно, проводимость, ток короткого замыкания и сопро­тивление i-части тяговой сети;

g = JCO-tJLC и Zc = л/L / C - коэффициент распространения и волновое со­противление линии (тяговую сеть при больших величинах СО можно рассматривать как линию без потерь);

Di - расстояние между электровозом и i-тяговой подстанцией.

С помощью теории цепей с распределенными параметрами можно определить рас­текание мешающего тока по тяговой сети:11( x)


YmI<

Y   + Y


(Zc - Z1)e~r(x+Di) + (Zc + Z1)eg(x+Di) 2( Z1 shyDx + ZcchyDx)


хє [-Di, 0], (6)12( x)


Yn 21 a    (Zc - Z 2) e ~g( x - D2) + (Zc + Z 2) eg( x - D2)

2( Z 2 shgD 2 + ZcchgD 2)


х є [0, D2], (7)где     Z1, Z2 - сопротивление 1-го и 2-го участков тяговой сети.Зная ток дуги, токи I1(x) , I2 (x) и считая землю идеальным проводником, воз­можно вычислить излучаемое электромагнитное поле при основной частоте.

По результатам моделирования получен ряд амплитудно-временных и амплитудно-частотных диаграмм напряженностей электрического и магнитного полей при различной ширине сближения с тяговой сетью. Амплитудные величины помех при нормальном токосъеме меньше результатов статистической обработки излучений при нарушени­ях токосъема в среднем на (15-20) дБ при соответствующей частоте, что дает воз­можность подтвердить выбор частотной области (130-140) кГц и чувствительности радиоприемных устройств для надежной фильтрации полезного сигнала при дуговых процессах от подобных помех на участке. Методика может применяться в смежных областях, например, при изучении вопросов электромагнитной совместимости.

 

Выводы:

1.   Выполнен анализ процессов дугообразования при нормальном токосъеме и его нарушениях, вызванных различными причинами.

2.   Разработана математическая модель нормального токосъема с использованием системы нелинейных уравнений для определения количественных характеристик элек­тромагнитных излучений в нормальном режиме эксплуатации.

Литература:

1.   Жарков Ю.И., Семенов Ю.Г, Фигурнов Е.П., Колосов Д.В. Автоматизированная диагностика нару­шений токосъема в электротяговых сетях. Теория, методы 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 (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. - Ч.2. - С.45-50.

2.   Жарков Ю.И., Колосов Д.В. Моделирование дуговых процессов при нарушениях токосъема. Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005», май 2005г.в 2-х частях. Часть 2. Рост. гос. ун-т путей сообщения. Ростов н/Д, 2005. - С.335-337.

 

 

ЕЛЕКТРОДУГОВІ ПРОЦЕСИ, ЯК ОСНОВА ТЕХНІЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ ПОРУШЕНЬ СТРУМОЗ'ЄМА в електротягових мережах

В. К Нем; В.І.Скуріхін

Розглянуто ряд питань пов'язаних із забезпеченням надійного та економічного струмоз'єму. Пропонується розробка математичної моделі нормального струмоз'єму для пари тертя струмоприймач - контактний провід шляхом аналізу радіовипромінювань при порушеннях струмоз'єму.

За результатами моделювання отриманий ряд амплітудно-тимчасових і ампліту­дно-частотних діаграм напруженостей електричного і магнітного полів при різній ши­рині зближення з тяговою мережею. Методика може застосовуватися в суміжних областях, наприклад, при вивченні питань електромагнітної сумісності.

 

PROCESSES AS BASIS OF TECHNICAL DIAGNOSTICS OF VIOLATIONS

OF NETWORKS V. K. Nem; V.I. Sckurikhin The row of questions of related to providing of reliable and economical is considered. Development of mathematical model of normal for the pair of friction is offered is contact wire by the analysis of at violations.

On results the design the row of peak-temporal and diagrams of electric and magnetic the fields at the different width of rapprochement with a hauling networkis got. A method can be used in contiguous regions, for example, at the study of questions of electromagnetic com­patibility.

Страницы:
1 


Похожие статьи

В К Нем, В И Скурихин - Электродуговые процессы как основа технической диагностики нарушений токосъема в электротяговых сетях