Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рисунок 1.6 – Причины отказов технических

средств в рельсовых цепях

Как следует из рисунка 1.6, количество отказов технических средств, вызванных асимметрией тягового тока в РЦ, составляет подавляющее большинство (86%) от общего количества событий, что происходит в результате утечки тягового и сигнального токов через спуски заземления опор КС и неисправные ИПМ.

Как показывает анализ литературных источников [1], асимметрия тягового тока возникает вследствие неодинакового продольного электрического сопротивления рельсовых нитей или неравенства переходных сопротивлений рельсовых нитей относительно земли. Неравенство электрических сопротивлений рельсовых нитей вызывается повреждениями, чаще всего обрывом стыковых соединителей. Сопротивление изоляции рельсовых нитей относительно земли зависит от метеорологических условий, конструкции верхнего строения пути, его засоренности. На сопротивление изоляции одной из рельсовых нитей также оказывает существенное влияние присоединение к ней заземлений опор контактной сети и нарушение изоляции с трубопроводами сети пневмообдувки стрелок [2, 3]. На рисунке 1.7 представлена диаграмма отказов технических средств, вызванных обратным тяговым током в рельсовых цепях.

Рисунок 1.7 – Отказы технических средств, вызванные обратным

тяговым током в рельсовых цепях

Как следует из рисунка 1.7, на основе данных о времени возникновений неисправностей можно сделать вывод, что асимметрия тягового тока в РЦ рассмотренных участков Дальневосточной железной дороги происходит исключительно в холодное время года (температура окружающей среды меньше 0 t°). Это происходит из-за высокого сопротивления промерзшего грунта, при этом проводимость между одним рельсом и землей, а также между двумя рельсами практически равна нулю, а проводимость изоляции другого рельса относительно земли определяется проводимостью опор контактной сети и может достигать значительной величины [2].

Далее определим наиболее слабый перегон на Хабаровской ЭЧ-2 ДВЖД, в виде диаграммы на рисунке 1.8.

Согласно круговой диаграмме (рисунок 1.8) можно сделать вывод, что набольшее количество отказов происходит на перегонах Дормидонтовка-Аван, Розенгартовка-Бикин (ЭЧК-13, ЭЧК-14, ЭЧК-15, ЭЧК-16). В результате проведенного анализа выберем в качестве расчетного участок Розенгартовка-Бикин, т.к. для него количество отказов максимально по всей Хабаровской ЭЧ-2 ДВЖД.

Рисунок 1.8 – Круговая диаграмма мест отказов

технических средств, вызванных обратным

тяговым током в рельсовых цепях.

Также на основании [4] можно утверждать, что причиной пробоев и неисправной работы ИПМ могут являться поезда с весовыми нормами 9000-12000т, так как при их прохождении значительно увеличивается потенциал рельсов и околорельсового пространства, сопровождающийся стеканием тока с рельсов в землю.

Таким образом проведя анализ проблемы устойчивой работы РЦ в условиях тяжеловесного движения можно прийти к выводу, о том что:

1. Количество случаев неисправностей рельсовых систем за период с 2010 по 2017 год увеличивается, что свидетельствует о актуальности проблемы.

2. Подавляющее количество (86%) отказов вызвано асимметрией тягового тока в рельсовой цепи.

3. 100% случаев асимметрии тягового и сигнального токов приходится на холодное время года.

4. Самое большое количество отказов происходит на перегоне Хабаровск-Бикин, а именно участки «Дормидонтовка-Аван» и «Розенгартовка-Бикин».

2 РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ БЛОК УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Большое значение для изучения сложных электромагнитных процессов, происходящих в РЦ, имеет проведение эксперимента, что нередко сопровождается значительными затратами времени, финансовых и человеческих ресурсов. Компьютерное имитационное моделирование электрических цепей позволяет избежать этих затрат и позволяет наиболее полно провести удаленные исследования. С помощью специальных программ и сред проектирования в зависимости от их функциональных возможностей можно создавать принципиальные электрические схемы участков и элементов электрических схем и редактировать их, проводить расчет характеристик элементов, переходных процессов и т.д.

Все расчеты в компьютерной модели выполняются в так называемом системном времени, которое соответствует реальному времени функционирования объекта исследования или системы. Воспроизведение на компьютере развернутого во времени процесса функционирования системы с учетом ее взаимодействия с внешней средой называется имитационным моделированием. Имитационное моделирование - наиболее мощный и универсальный метод исследования и оценки эффективности систем, поведение которых зависит от случайных факторов. Модели являются хорошим средством для обучения и подготовки специалистов, а также средством прогнозирования поведения объектов и систем. Моделирование позволяет проводить контролируемые эксперименты в ситуациях, когда проведение экспериментов на реальных объектах является нецелесообразным, опасным, невозможным или достаточно дорогостоящим.

Так, в нашем случае, разработав имитационную модель участка рельсовой цепи, мы можем исследовать влияние различных факторов на условия работы РЦ – например, влияние температуры окружающей среды, учитывать повышение тяговых нагрузок при тяжеловесном движении поездов по участку и т.п.

На первом этапе необходимо из многообразия существующих программных продуктов выбрать оптимальную программную оболочку (или программную среду), в которой будет создана адаптированная имитационная модель участка тяговой сети, учитывающая распределенные параметры рельсовых нитей и параметры контактной сети.

2.1 Выбор программной оболочки для создания имитационной модели участка рельсовой цепи

Специализированные программные продукты LabVIEW, MATLAB, Multisim, MicroCap позволяют выполнить моделирование системы и подобрать необходимые для анализа значения без предварительного математического описания узлов и блоков проектируемой системы и в последующем тестировать их. Проанализировав литературные источники [5] и изучив опыт применения и функциональные возможности каждого из вышеперечисленных программных продуктов, для решения поставленных в ВКР задач выбрана электронная лаборатория «NI Multisim».

«NI Multisim» представляет собой средство для сквозного проектирования и моделирования электрических схем. Программа позволяет осуществлять моделирование аналоговых, цифровых и цифро-аналоговых электрических цепей большой степени сложности. Программа использует стандартный интерфейс Windows, позволяет моделировать не только схемы, составленные непосредственно в программе, но также схемы, для которых задание на моделирование подготовлено в текстовом формате SPICE.

Благодаря простоте и наглядности описания электрических схем, наличию обширной библиотеки элементов для моделирования рельсовых цепей хорошо подходит эмулятор «Multisim». Преимуществом использования данной оболочки является возможность реализации процессов, протекающих во времени, просмотр и анализ данных тестирования при создании реальных событий. Программа поддерживает возможности смешанного аналого-цифрового моделирования, также программа является бесплатной для пользователей и распространяется по лицензии. Как один из самых перспективных прикладных пакетов, на данный момент эмулятор «Multisim»,на наш взгляд, наиболее полно отвечает поставленным задачам нашего исследования. Для построения имитационной модели блок-участка железной дороги, включающей РЦ, тяговую сеть и питающую тяговую подстанцию переменного тока далее рассмотрим ее структурную схему на примере выбранного расчетного участка Розенгартовка-Бикин ДВЖД.

2.2 Составление принципиальной схемы объекта исследования

На рисунке 2.1 представлена схема блок-участка железной дороги, электрифицированного по системе переменного тока 25 кВ частотой 50Гц, элементы которой далее будут учтены при составлении имитационной модели.

Рисунок 2.1 – Структурная схема блок-участка железной дороги

В схему (рисунок 2.1) включены следующие основные элементы и их буквенные обозначения: ТП - тяговая подстанция переменного тока,

1. КП - контактная подвеска, состоящая из контактного провода и несущего троса определенных марок. На рисунке 2.1. в целях упрощения схемы контактная подвеска показана одной линией;

2. Р – рельсовая нить;

3. Опора КС – опора контактной сети;

4. ЭПС - электроподвижной состав;

5. ДТ дроссель-трансформатор;

6. ИС - изолирующий стык между рельсами соседних блок участков;

7. ИПс - источник сигнального тока;

8. ДП- дроссельная перемычка

9. П - путевой приёмник

10. Ф - фильтр, пропускает только ток сигнальной частоты;

11. ОФ - отсасывающий фидер соединяющий рельсы с ТП;

12. ИП - искровой промежуток.

Также помимо основных элементов стрелками разного цвета представлены пути протекания токов: тягового I_т (стрелками черного цвета) и сигнального I_с (стрелками красного цвета), после протекания тягового тока через ЭПС, он течет через колесную пару и попадает в рельсовые нити. Так как рельсы – это две параллельные нити практически одинакового сопротивления, то согласно [1] в каждой нити будет течь лишь половина тягового тока I_т /2, как показано на рисунке 2.1.

В нашем случае, помимо основных элементов, имитационная модель должна отображать токи и напряжения, которые характеризуют совместную работу элементов системы тягового электроснабжения (ТП, КП, ЭПС, Р, ИП, ОФ из рисунка 2.1) и устройств СЦБ (ИПс , ДТ, ДП, Ф, П ).

Величины токов и напряжений в узлах схемы должны быть соразмерны реальным величинам, фиксируемых на исследуемом участке железной дороги.

2.3 Этапы построения имитационной модели блок участка железной дороги переменного тока

Построение имитационной модели производилось на основе методики, изложенной в [6]. «Multisim» является своеобразной библиотекой компонентов, поэтому чтобы создать элемент и поместить его на схему, его сначала нужно смоделировать, путем выбора его параметров.

На рисунке 2.2 представлены результаты моделирования блоков источников тока и напряжения, а именно - источника сигнального тока рельсовой цепи (а) и модель тяговой подстанции переменного тока.

Рисунок 2.2 – Результаты моделирования блоков источников

тока и напряжения

а) блок источника сигнального тока; б) блок тяговой подстанция

Как показано на рисунке 2.2, источники выполнены в виде функциональных генераторов, причем каждому соответствуют заданные параметры.

С точки зрения исследования работы РЦ нужно знать напряжение и частоту переменного тока для источника тягового и сигнального токов, а марка трансформатора его мощность, количество ТП для нас не важны, т.к. с помощью 1 источника может смоделировать необходимую для исследований величину тока. Для моделирования используем синусоиду переменного тока идеальной формы.

Далее на рисунке 2.3 представлена схема релейного конца РЦ, на которой изображены два трансформатора, релейная аппаратура и осциллограф.

Рисунок 2.3 – Моделирование релейного конца РЦ

Фрагмент участка тяговой сети, представленный ранее на рисунке 2.1, состоит из релейного и питающего концов РЦ, двух рельсовых нитей и контактной подвески. На рисунке 2.3 конец рельсовой цепи моделируем как систему, состоящую из дроссель-трансформатора (ДТ1), который присоединен выводами своей первичной обмотки к двум рельсовым нитям. Вторичная обмотка ДТ присоединяется к первичной обмотке изолирующего трансформатора (ИТ1), который своей вторичной обмоткой присоединен к последовательно соединенным активному сопротивлению и катушке индуктивности (R9, L4). Активное сопротивление и катушка индуктивности в этом блоке заменяют аппаратуру рельсового конца, причем для удобства дальнейших измерений кривых тока и напряжения в цепи размещен осциллограф из библиотеки стандартных элементов «Multisim».

Рельсовые нити (1 нить – R3р, L3р; 2 нить – R4р, L4р) и контактная подвеска (R2кп, L2кп) представлены на рисунке 2.4 активным и реактивным сопротивлениями, соединенными последовательно. Активное и реактивное сопротивления зависят от материала, из которого изготовлены рельсовые нити и подвеска, иными словами сопротивления выставляются в зависимости от марки подвески и марки рельса.

Каждая рельсовая нить соединена с контактной подвеской через резистор и конденсатор. Резистор и конденсатор заменяют активную и реактивную проводимость воздуха (R3в, С5в, R4в, C6в) [8]. Рельсовые нити заземлены через переходное сопротивление (рельс-земля R4рз, R3рз), которая является изоляцией токам утечки по нижнему слою балласта (объемная утечка), а также соединены между собой резистором и конденсатором и являются активной и реактивной проводимостью сопротивления (R2рр, С7рр) изоляции токам утечки по верхнему слою балластной призмы (поверхностная утечка) балластной призмы [1].

Из-за того, что в программной оболочке «Multisim» отсутствуют реактивных сопротивления, поэтому для описания элементов нам следует заменить их катушками индуктивности или конденсаторами.

Рисунок 2.4 – КП и РЦ, составленные в «Multisim»

ЭПС мы смоделировали в виде активного сопротивления [6]. Движение ЭПС по модели блок-участка имитируем изменением величины сопротивления. Это связано с изменением профиля пути, поэтому примем максимальное значение тока, протекающего по рельсовой нити I_Р=551А. Методом подбора определили сопротивление ЭПС R_ЭПС=13 Ом, т.к. при таком значении сопротивления ЭПС в контактной сети достигалось значение тока равное 1102 А, что соответствует максимальному на участке Розенгартовка-Бикин согласно программного комплекса КОРТЭС.

На данном этапе смоделируем блок искрового промежутка (ИП). В соответствии с [10] ИП (рисунок 2.5) в схеме мы представим высокоомным активным сопротивлением (R_ип), величина которого равна R=10 МОм. В схеме он будет представлен как последовательно соединенное активное сопротивление в схеме заземления рельс-опора КС (Rопоры). Такое соединение позволяет изолировать опору КС от рельсов.

Характеристики

Список файлов ВКР