WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Кубкина Ольга Владимировна

РАННЕЕ ОБНАРУЖЕНИЕ

ГОЛОЛЕДНО-ИЗМОРОЗЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ СЕТЯХ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2009

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

Сидоров Олег Алексеевич;

кандидат технических наук, доцент

Осипов Владимир Александрович

Ведущая организация: Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС)

Защита диссертации состоится «28» апреля 2009 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового полка народного ополчения, 2, РГУПС, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке РГУПС.

Автореферат разослан «27» марта 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 218.010.01, доктор технических

наук, профессор В.А. Соломин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Контактная сеть является важнейшей, нерезервированной частью системы электроснабжения электрических железных дорог. В процессе эксплуатации она подвержена различным климатическим воздействиям, наиболее опасными из которых являются гололедно-изморозевые образования. Появление гололедно-изморозевых образований оказывает неблагоприятное воздействие на работу контактной сети. При образовании гололеда с соответствующей толщиной стенки возможны обрыв проводов контактной сети, падение опор. Гололед снижает качество токосъема. При проходе токоприемника электровоза по проводу, покрытому льдом, возникает искрение, возрастает износ накладок токоприемника. Появление гололеда или изморози нарушает правильную форму сечения проводов и, в совокупности с воздействием ветра сравнительно небольшой скорости, приводит к автоколебаниям контактной сети, вызывающим нарушения работы электрифицированного участка. При сильных автоколебаниях затрудняется токосъем, возрастает вероятность повреждения проводов, токоприемников и поддерживающих устройств.

Несвоевременное обнаружение гололедно-изморозевых образований и, как следствие, неэффективная борьба с ними приводят к значительным издержкам технического и экономического характера.

Теоретическим и практическим исследованиям, направленным на повышение надежности функционирования контактной сети в условиях гололедообразования, посвящено значительное количество работ. Особое место занимает направление исследований, решающее задачу обнаружения гололеда на ранней стадии возникновения, с толщиной его стенки 1 – 1,5 миллиметра.

Известные методы и средства обнаружения гололеда базируются на применении следующих признаков контроля: изменение веса проводов; электромагнитное излучение при проходе токоприемника; условия распространения высокочастотного сигнала по проводам подвески и другое. При этом для принятия решения о наличии гололеда необходим учет и анализ в режиме реального времени значительного количества взаимосвязанных факторов, влияющих на процесс гололедообразования, что, с учетом конструктивных особенностей контактной сети электрических железных дорог, затрудняет практическую реализацию и снижает действенность этих методов и средств.

Тенденция к усилению централизации управления устройствами электроснабжения железных дорог, сокращению численности персонала при сохранении высоких требований к надежности функционирования, качеству и оперативности управления обуславливает необходимость решения вопросов автоматизации непрерывного, в режиме реального времени контроля гололедообразования, повышения эффективности применения электрических методов борьбы, накопления информации и обеспечения ею соответствующих уровней управления.

Требование повышения эффективности борьбы с гололедом на проводах контактной сети ставит задачу создания теоретических основ, технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований (СРОГ), ориентированных на применение в составе автоматизированных и автоматических информационно-управляющих систем железных дорог.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертационной работы является повышение надежности и безопас­ности электроснабжения тяговых потребителей электрических железных дорог, на основе повышения надежности контактной подвески электротяговой сети за счет создания и внедрения методов и средств раннего обнаружения го­лоледно-изморозевых образований.

Для достижения поставленных целей решались следующие за­дачи:

1. Исследование возможности раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований в электротяговых сетях по перемещению анкерных грузов компенсирующих устройств (метод контроля изменения веса проводов и тросов) и емкостным способом (метод контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований), ориентированных на современную аппаратуру, системы контроля и управления электроснабжением;

2. Разработка принципов построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной сети электрических железных дорог на основе применения емкостного способа контроля толщины стенки гололеда;

3. Разработка принципов построения технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались: методы расчета цепных контактных подвесок, метод расчета электростатического поля при наличии неоднородной среды, методы обработки и оценки статистических данных. Результаты теоретических иссле­дований проверялись экспериментально в лабораторных условиях.

Научная новизна работы

1. Исследована возможность применения способа обнаружения и контроля процесса гололедообразования на контактной сети по изменению положения анкерных грузов компенсирующих устройств.

2. Разработан метод контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети, основанный на емкостном способе измерения, позволяющий осуществлять непрерывный автоматический контроль раннего появления гололеда.

3. Разработана математическая модель изменения емкости планарного конденсатора, в поле которого находится провод, при наличии либо отсутствии на нем гололеда, положенная в основу предложенного способа контроля гололедно-изморозевых образований.

4. Разработаны принципы построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети емкостным способом, ее технических средств и программного обеспечения.

Достоверность научных положений и выводов

Достоверность разработанной математической модели подтверждена строгостью теоретического обоснования и сравнением полученных результатов моделирования с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы

Практическая ценность работы заключается:

-в создании методов и средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети электрических железных дорог;

-в повышении надежности функционирования контактной сети и, как следствие, повышении надежности и безопасности электроснабжения тяговых потребителей электрических железных дорог;

-в повышении оперативности управления устройствами электроснабжения в связи с регистрацией ранней стадии гололедообразования и представления информации на соответствующий уровень управления в режиме реального времени;

-в повышении эффективности борьбы с гололедно-изморозевыми образованиями.

Апробация работы

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

- Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2006", (Ростов-на-Дону, 2006 г.);

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

- Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2008", (Ростов-на-Дону, 2008 г.);

Публикации

По результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 75 наименований и приложений. Работа изложена на 159 страницах текста, в том числе 8 страниц списка использованной литературы и 9 страниц приложений, иллюстрирована 44 рисунками и 11 таблицами.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ известных методов и средств обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах линий электропередач и контактной сети электрических железных дорог. Теоретические и практические вопросы контроля гололедно-изморозевых образований рассмотрены в работах Аллилуева А.А., Бойко Т. А., Дьякова А. Ф., Жаркова Ю.И., Засыпкина А.С., Купцова Ю.Е., Левченко И.И., Лубенец А. В., Михеева В. П., Сацук Е.И., Семенова Ю.Г., Сидорова О.А., и др.

По результатам анализа сделано заключение о необходимости разработки системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети электрических железных дорог, обеспечивающей непрерывный, в режиме реального времени автоматический контроль, регистрацию информации и предоставление ее соответствующему уровню управления.

Поставлена задача создания теоретических основ, технических и программных средств системы раннего обнаружения гололеда, разработки функционально-логической структуры и принципов построения топологии системы.

Сформулированы требования, предъявляемые к системе раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети, в соответствии с поставленными целями.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы обнаружения и контроля процесса гололедообразования на проводах контактной сети. Проведен анализ процесса гололедообразования как объекта контроля и диагностирования.

Исследована возможность обнаружения и контроля процесса гололедообразования на контактной сети по изменению положения анкерных грузов компенсирующих устройств. С этой целью в среде Microsoft Excel автором разработана программа, позволяющая определять величину перемещения анкерных грузов компенсирующих устройств несущего троса при появлении гололеда для различных типов компенсированных контактных подвесок. Результаты расчетов для подвески М-120+МФ-100 приведены на рис.1. В общем случае перемещение анкерных грузов при появлении гололеда с толщиной стенки 1 мм, длине пролета анкерного участка 60 метров и различных типах компенсаторов составляет 7 – 14 мм. Полученные результаты подтверждают теоретическую возможность раннего обнаружения гололеда по перемещению анкерных грузов. Вместе с тем имеет место ряд факторов, требующих учета при принятии решения о наличии гололеда, что затрудняет практическую реализацию рассматриваемого способа. Наиболее существенным при этом является необходимость учета воздействия ветровых нагрузок и изменений температуры окружающей среды в режиме реального времени, неоднородности контактной подвески на протяжении анкерного участка, неравномерности образования гололеда вдоль анкерного участка, воздействия токоприемника электроподвижного состава на контактную сеть и необходимость обеспечения работоспособного состояния компенсаторов, в том числе при образовании гололеда.

Рис. 1. Вертикальное перемещение анкерных грузов несущего троса для компенсированной подвески М-120+МФ-100 при различных значениях толщины стенки гололеда (bг) при трехблочном компенсаторе

Автором предложен и исследован емкостной способ контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на контактном проводе. В основе способа лежат свойства конденсатора, в поле которого находится контролируемый провод. При появлении гололеда на проводе происходит изменение диэлектрической проницаемости воздушного промежутка между обкладками конденсатора, вследствие чего изменяется его емкость. Величина изменения емкости конденсатора определяет чувствительность способа () и, в конечном итоге, возможность его практического применения.

В дальнейшем принимаем коэффициент чувствительности способа:

, (1)

где - емкость планарного конденсатора в безгололедном режиме;

- емкость планарного конденсатора при наличии гололеда на контактном проводе.

Разработана математическая модель, позволяющая определить изменение емкости планарного конденсатора, в поле которого находится провод при наличии, либо отсутствии гололедно-изморозевых образований на нем. В соответствии с целями и задачами модели, при ее разработке не учитывались:

- влияние провода на поле конденсатора;

- влияние влажности воздуха;

- наличие фасок на контактном проводе.

Расчет значения заряда, сконцентрированного на плюсовой пластине конденсатора, производится по усредненному значению напряженности поля.

На рисунке 2 показано поле исследуемого конденсатора. Пробные поверхности проведены по границе раздела сред с различной диэлектрической проницаемостью и делят поле на зоны. Поле конденсатора разбито на три участка: "воздух" (), "воздух – лед – воздух" () и "воздух – лед – провод – лед - воздух" (). Емкость конденсатора представлена в виде совокупности емкостей.

Рис. 2. Поле планарного конденсатора

Потенциалы определены согласно формулам:

- на участке "воздух"

; (2)

- на участке "воздух – лед – воздух"

;

;

; (3)

- на участке "воздух – лед – провод – лед - воздух"

;

;

;

. (4)

Граничные условия имеют вид:

- на участке "воздух"

, ;

, ; (5)

- на участке "воздух – лед – воздух"

, ;

,, при ;

,, при ;

, ; (6)

- на участке "воздух – лед – провод – лед - воздух"

, ;

,, при ;

,, ;

,, при ;

Pages:     || 2 | 3 |






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