WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Колосов Дмитрий Владимирович

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

КАК ОСНОВА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

НАРУШЕНИЙ ТОКОСЪЕМА В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов – на – Дону

2007

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы электроснабжения» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС)

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Жарков Юрий Иванович

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Ульяницкий Евгений Мефодьевич (РГУПС)

кандидат технических наук, доцент

Муханов Виталий Викторович ( Ростовский государственный строительный университет (РГСУ))

Ведущая организация – Омский государственный университет

путей сообщения (ОмГУПС)

Защита диссертации состоится 2 июля 2007 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 при Ростовском государственном университете 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 университета.

Автореферат разослан 31 мая 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.010.01,

доктор технических наук, профессор Соломин В.А.

Общая характеристика работы

Актуальность исследований.

Одной из важнейших стратегических задач развития ОАО «РЖД» является рост эффективности и безопасности работы железнодорожного транспорта. Выполнение поставленных задач в немалой степени зависит от поддержания высоких эксплуатационных характеристик используемых технических объектов путем применения новых технологий в области диагностики технического состояния контролируемых элементов.

В ряду технических и экономических проблем электрических же­лезных дорог одно из основных мест занимают проблемы обеспе­чения надежного и экономичного токосъема. Особая роль отводится разработке и применению высоконадежных и эффективных систем диагностики качества взаимодействия токоприемника ЭПС и контактного провода, позволяющих проводить оперативную диагностику нарушений токосъема на перегоне и осуществлять информационное обеспечение соответствующих служб и подразделений.

В настоящее время контроль нарушений токосъема на железнодорожной линии осуществляется специализированным вагоном-лабораторией. При этом имеют место относительно большие периоды времени между плановыми объездами участков (раз в квартал), в промежутках между которыми мониторинг практически не осуществляется. Кроме того, такой контроль привязан к токоприемнику одного локомотива, к которому прицеплен вагон. Такое положение не позволяет своевременно выявлять внезапно возникающие дефекты при осуществлении перевозочного процесса (отжиги, изгибы, вмятины, износ контактного провода, пропилы и сколы токосъемных накладок токоприемников), а также учитывать влияние на токосъем негативных климатических факторов (ветровые нагрузки, гололедно-изморозевые образования).

Для решения задачи постоянного контроля взаимодействия токоприемников ЭПС и контактной подвески по состоянию токосъема целесообразно использовать автоматизированные стационарные комплексы, расположенные вдоль трассы железной 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 литературе, не в полной мере учитывают специфику электродуговых процессов для электрифицированной железнодорожной линии переменного тока. 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 необходимой разработка математических моделей взаимодействия токоприемника ЭПС и контактного провода, выполненных с учетом особенностей токосъема на железной дороге 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.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей электродуговых процессов при нормальном токосъеме ЭПС и его дуговом нарушении для выполнения задач построения стационарных радиоприемных элементов автоматизированной системы диагностики дугового токосъема и выбора их технических характеристик с учетом общих принципов функционирования комплекса мониторинга.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- выполнен анализ процессов дугообразования при нормальном (безотрывном) токосъеме и его нарушениях применительно к специфическим условиям электрифицированной железной дороги переменного 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 характеристик радиоприемных узлов автоматизированной системы диагностики дугового токосъема;

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

- проведен анализ результатов расчетов с использованием разработанных моделей и сравнение с данными экспериментальных исследований для определения адекватности моделей и достоверности полученных результатов;

- разработаны рекомендации по созданию и совершенствованию технических характеристик радиоприемного узла автоматизированной системы мониторинга токосъема по результатам моделирования.

Методика исследования. Основу диссертационной работы составляют теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором в период 2003-2007 гг. В работе использованы методики моделирования на ЭВM сложных электрических систем с применением аппарата линейной алгебры, теории функции многих переменных, численных методов решения систем нелинейных уравнений, систем дифференциальных уравнений, теории матриц.

Научная новизна работы заключается в создании специализированных математических моделей дугового токосъема, отличающихся от существующих учетом особенностей электродуговых процессов на контактной сети переменного тока. Разработанные модели позволяют провести количественную оценку радиоизлучений при нарушениях токосъема при изменении различных влияющих факторов.

Основными научными результатами являются:

- математическая модель нормального токосъема с использованием системы нелинейных уравнений для определения количественных характеристик электромагнитных излучений в данном режиме эксплуатации;

- аналитические и статистические модели для основных режимов нарушения токосъема, выполненные с помощью математического описания электромагнитных характеристик процессов, статистического анализа данных измерений на действующих участках и применения систем компьютерного моделирования;

- методика расчета электромагнитных излучений при нарушениях токосъема с использованием специализированных компьютерных средств моделирования работы участка электрифицированной железной дороги, учитывающая особенности электродуговых процессов при токосъеме на линиях переменного тока;

- рекомендации по выбору радиоприемных устройств средств технической диагностики, входящих в состав автоматизированного комплекса мониторинга токосъема, и определению параметров их функционирования.

Достоверность научных положений и выводов. Достоверность разработанных аналитических и статистических моделей подтверждена строгостью теоретического обоснования и сравнением полученных результатов моделирования с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы. Созданы простые и достоверные средства моделирования различных режимов нарушения токосъема на участках переменного тока; разработаны рекомендации выбору параметров функционирования радиоприемных элементов автоматизированной системы диагностики дугового токосъема.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлялись, обсуждались и были одобрены на:

- 4-й международной научно-практической конференции «Теория, методы 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 международной конференции «Modern electric traction in integrated XXIst century Europe» (Варшава, Польша, 2005г.);

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

- 7-й международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2006г.);

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

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

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 148 страниц основного текста, 8 таблиц, 74 рисунка, список использованных источников из 115 наименований и приложение на 10 страницах.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цели и задачи работы и определены направления выбранных исследований.

В первой главе «Автоматизация обнаружения нарушений токосъема в электротяговых сетях» проведен анализ существующих методов контроля состояния контактной сети и выполненных ранее исследований в области разработки автоматизированных систем диагностики нарушений токосъема. Теоретической базой для исследований явились фундаментальные труды таких отечественных ученых, как И.А.Беляев, И.И.Власов, В.А.Вологин, Ю.И.Горошков, Ю.И.Жарков, Ю.Е.Купцов, К.Г.Марквард, В.П.Михеев, В.В.Муханов, Ю.Г.Семенов, О.А.Сидоров, Е.М.Ульяницкий, Е.П.Фигурнов, А.В.Фрайфельд, а также разработки зарубежных исследователей в аналогичной области.

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 инспекционных вагонов-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.

Проведенный анализ применяемых систем мониторинга состояния контактной подвески позволяет сделать вывод, что в настоящее время не существует стационарных комплексов, использующих радиоизлучение, возникающее при дуговом нарушении контакта между накладкой токоприемника и контактным проводом, в качестве информационного признака нарушения токосъема и способных осуществлять оперативный контроль и диагностику нарушения токосъема 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 на железнодорожной линии переменного тока.

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 обнаружения автоматизированной системой диагностики нарушений токосъема на линии.

Во второй главе «Математическое моделирование электродуговых процессов при нормальном (безотрывном) токосъеме» приведена методика построения аналитической модели нормального токосъема.

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 контактного сопротивления и тока.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»