авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Развитие информационной системы, теории и методов дистанционной диагностики контактной сети по параметрам электромагнитных радио- и оптических излучений дуговог

-- [ Страница 2 ] --
  • оптико-электронная система регистрации дуговых нарушений токосъема для ВИКС ДКИ-2 (ВИКС СКЖД, ЮВЖД, Приволжская ЖД, и др.);
  • радиоэлектронная стационарная система регистрации гололедных режимов токосъема и токоприемников УОГ-2005 (СКЖД) – 2005 г.
  • выпущен проект стационарной локальной радиосистемы (УОГ-2005) Проектно-конструкторским бюро по электрификации железных дорог - филиалом ОАО «РЖД» №К767.

Работа выполнена в Ростовском государственном университете путей сообщения. Отдельные этапы работы выполнялись в соответствии с приказами МПС, а также в рамках Программы фундаментальных исследований РГУПС на 2001 – 2005 г.г. Разработка образцов автоматизированной радиосистемы для диагностики токосъема проводилась в соответствии с планами НИОКР ОАО «РЖД» на 2002-04 г.г. (номер задания 11.1.28), а также в соответствии с планом НИОКР Северо-Кавказской железной дороги – филиала ОАО «РЖД» на 2005 г. (Распоряжение ОАО «РЖД» №1414р от 09.09.05 г.).

Основные результаты работы доложены на техническом совете Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД», 2003г. (г. Москва); на техническом совете филиала ОАО «РЖД» Северо-Кавказской железной дороги, 2005г. (г. Ростов-на-Дону); на заседании Учебно-методического Совета Федерального агентства железнодорожного транспорта по специальности 190401 – «Электроснабжение железных дорог» с участием заведующих выпускающих кафедр транспортных вузов по данной специальности (г. Омск, 24-27 мая 2011г.); на научно-техническом совете Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД», 2011г. (г. Москва); на расширенном заседании кафедры «Автоматизированные системы электроснабжения» Ростовского государственного университета путей сообщения, 2013г. (г. Ростов-на-Дону); на трех международных симпозиумах; на восьми международных научно-практических конференциях; на семи всероссийских научно-практических конференциях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 38 печатных работ, (в том числе одна монография, 37 статей, из них 12 – в изданиях, определенных ВАК Министерства образования и науки РФ). Получен один патент РФ на способ. Указанные работы опубликованы автором после защиты кандидатской диссертации в 1987 г. В материалах настоящей работы использованы также необходимые важные принципы, остающиеся актуальными и определяемые тремя авторскими свидетельствами на изобретения, полученными автором до 1987г.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 126 источников и 6 приложений. Общий объем диссертации составляет 285 стр.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснованы актуальность, значимость выбранной темы диссертации, ее научное и практическое значение, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе диссертации рассматривается современное состояние системы контроля текущего состояния КС и токосъема. Существующая система контроля токосъема предусмотрена нормативными документами, устанавливающими правила технической эксплуатации КС. Правилами предусмотрен ряд контролируемых параметров КС, определяющих качество токосъема. Существуют также общепринятые показатели качества токосъема, опирающиеся в основном на измерение динамики контактного нажатия токоприемника на контактный провод и регистрацию ударов, подбоев и отрывов токоприемника. Для регистрации используются контактные системы регистрации. Детальное рассмотрение такой системы оценки токосъема показывает, что она в малой степени отвечает современным требованиям эксплуатации. Современная система контроля токосъема предусматривает оценку состояния токосъема на КС при плановых объездах участков только с использованием ВИКС. Автоматизированный диагностический комплекс ВИКС производит съем информации с собственного измерительного токоприемника, и получаемая информация носит условный характер и не позволяет выявить не только некоторые виды дефектов, но и определить их степень опасности и наметить порядок устранения. Отсутствуют также рекомендации персоналу по конкретным действиям по устранению причин нарушений. Ряд опасных сосредоточенных и устойчивых скрытых дефектов КС, нарушающих токосъем, такой системой не регистрируются. Если речь вести об обнаружении сосредоточенных скрытых дефектов КС, нарушающих токосъем, то для этого следует проводить регистрацию дуговых нарушений скользящего контакта на рабочем токоприемнике локомотива, нагруженного током. Регистрация мест нарушений токосъема с дугообразованием даст более объективную оценку и позволит осуществить регистрацию мест с дефектами. Кроме того, при прохождении исправными токоприемниками в районе станций таких локальных узлов КС как секционные изоляторы, воздушные стрелки, сопряжения при их неправильной регулировке возникают дуговые нарушения токосъема, которые могут привести к серьезным повреждениям, особенно при больших скоростях движения по промежуточным станциям.

Регистрация опасных внешних воздействий и скрытых дефектов КС, позволяющая обнаруживать начальную стадию гололедных образований, и токоприемники, работающие на линии и не отвечающие нормам или имеющим дефекты, современной системой не предусматривается. Вместе с тем, раннее обнаружение таких воздействий чрезвычайно важно для эксплуатации с целью принять своевременные меры и не допустить развитие, предотвратить аварии.

Процесс образования дуги в месте нарушения имеет элемент случайности, и это следует учитывать при обнаружении таких мест системами регистрации. В главе приводится анализ сосредоточенных дефектов КС и токоприемников, при которых может возникать дугообразование и разбивка их на группы устойчивых и неустойчивых дефектов. К перечню добавлена группа случайных дугообразований, не связанных с дефектами КС или токоприемников. В главе показано, что устойчивость дефекта и степень его опасности будут зависеть от повторяемости возникновения дуги при проходе токоприемником места с дефектом. Такая разбивка на группы позволяет определить вероятность обнаружения устойчивого дефекта системой регистрации.

Предлагается автоматизированная система обнаружения скрытых дефектов КС и опасных внешних воздействий на КС, которая будет являться важной частью, интегрированной в общую структуру системы диагностики токосъема на КС. Организационная структура предлагаемой системы показана на рис.1.

Рис.1. Организационная структура системы контроля скрытых дефектов

и опасных внешних воздействий

Структура предусматривает два направления диагностирования состояния КС на наличие дуговых воздействий. Первое направление – обнаружение начальной стадии гололедных образований и дефектных токоприемников, осуществляемое стационарными территориально-распределенными системами, устанавливаемыми в локальных местах фидерных зон, подверженных прежде всего раннему образованию гололеда, а также в районе станций. Второе направление – это обнаружение устойчивых дефектов КС из ВИКС с помощью бесконтактных мобильных систем оптической регистрации дуговых нарушений.

Регистрация мест с дугообразованием требует использования бесконтактных методов регистрации. Проведенный анализ различных отечественных и зарубежных способов регистрации мест нарушений скользящего контакта, применяемых в ВИКС, показал, что для регистрации нарушений контакта используются контактные методы. Бесконтактные методы практически остаются неразработанными. Работы, посвященные исследованию систем бесконтактной диагностики и самих диагностических признаков дуговых нарушений токосъема, отсутствуют.

Реализация первого направления предлагается в виде стационарной распределенной системы для обнаружения опасных внешних воздействий, показанной на рис.2.

 Укрупненная техническая структура-1

Рис.2. Укрупненная техническая структура стационарной

территориально-распределенной системы регистрации начальной

стадии гололедных образований и неисправных токоприемников

Представленная структура предусматривает регистрацию режимов дугового токосъема на локальных участках КС, подверженных, прежде всего раннему образованию гололеда. С целью возможности контроля участка КС достаточной протяженности наиболее приемлемым методом регистрации следует считать радиометод, поскольку использование оптического метода для контроля достаточно протяженного участка по многим техническим причинам затруднено.

В предлагаемой системе излучаемые от дуговых нарушений токосъема радиосигналы воспринимаются антенной, проходят первичную обработку специальным радиоприемным устройством РПУ. Распознавание режимов дуговых нарушений осуществляет микроконтроллер МК по заданным алгоритмам. Для передачи сигналов в ЭЧЦ о выявленном режиме дугового токосъема могут быть использованы два канала: прямой канал через систему телемеханики или (и) через персональный компьютер ПК станции и через производственную сеть INTRANET. Преимуществом радиосистемы является то, что контроль дуговых нарушений может осуществляться не только бесконтактно, но и на достаточном удалении от источника радиоизлучения, что позволяет упростить выбор места установки локальных радиосистем.

Для реализации второй части предлагаемой системы, решающей задачи поиска сосредоточенных скрытых дефектов на протяженных участках КС, следует использовать мобильные системы оптической регистрации дуговых нарушений токосъема для ВИКС. Наиболее приемлемым информативным признаком для таких систем представляется оптическое излучение дуговых нарушений токосъема.

В главе сформулированы требования к автоматизированным системам, которым они должны соответствовать в техническом, функциональном и информационном плане. Указывается, что диагностические признаки дугового токосъема будут носить случайный характер и наблюдаться на фоне случайных помех. Поэтому в качестве основных требований к системам являются обеспечение, прежде всего, необходимой информативности признаков и достоверности регистрации режимов при достаточной помехоустойчивости систем. В главе формулируются основные необходимые этапы исследований.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований электромагнитных радио- и оптических сигналов дуговых нарушений в реальных условиях токосъема. Определяются частотные диапазоны электромагнитных сигналов, обеспечивающие наибольшую помехоустойчивость на входе рецепторов систем. Исследуется достоверность выбранных диагностических признаков, поиск их отличительных особенностей, анализируется состав смеси полезных информационных сигналов и помех, разрабатывается необходимые структуры систем регистрации, приводятся статистические характеристики сигналов и помех, необходимые для реализации структуры систем и оценки ее конкретных параметров.

В главе приводятся результаты экспериментальных исследований радиоизлучений в реальных условиях токосъема с помощью измерителей радиопомех при движении ВИКС совместно с пассажирским составом. На рис.3 показан фрагмент записи огибающей радиоизлучения входной смеси сигналов, снятой с линейного выхода амплитудного детектора измерителя радиопомех.

Рис.3. Состав входного радиосигнала:

а) «гладкий» фон; б) дуговой отрыв; в) контактная помеха

Исследованиями радиоизлучений в диапазоне частот от 0,15 до 200МГц установлено и получено следующее.

Радиосигналы одиночных дуговых нарушений представляют собой импульсный процесс со случайной амплитудой, распределенной по нормально-логарифмическому закону, и имеют форму, близкую экспоненциальной, и образуют плотные пакеты со случайным набором импульсов, случайными длительностями и паузами (рис.4).

 Пакетная организация радиосигнала-3
Рис.4. Пакетная организация радиосигнала от дугового нарушения

Радиосигналы дуговых нарушений (далее – полезный сигнал) наблюдаются на фоне мешающих помех «гладкого» фона, контактных импульсных помех, а также коммутационных импульсных помех от переключений оборудования ЭПС.

«Гладкий» фон можно представить непрерывным случайным процессом, близким к нормальному распределению амплитуды с ненулевым средним.

Коммутационные помехи состоят из одиночных или сдвоенных импульсов и образуют короткие серии, появляющиеся в моменты разгона и торможения ЭПС с редким чередованием импульсов и нормально-логарифмическим распределением максимумов амплитуд.

Контактные помехи представляют собой импульсный случайный процесс со случайной амплитудой и периодом следования импульсов с интенсивностью потока, убывающей экспоненциально с увеличением амплитуды.

Получено панорамное по частотам распределение пиковых уровней полезных сигналов и коммутационных помех и параметры их распределений для участков переменного тока в диапазоне радиоволн 0,15…200МГц. В результате определена область от 10 до 20 МГц, где наблюдается максимальное отношение «полезный сигнал – коммутационная помеха» на входе радиоустройства, определяющая рабочий диапазон работы радиосистемы.

Получены статистические распределения количественного состава импульсов в пакетах радиосигналов и импульсных радиопомех, их длительностей, пауз между импульсами, что позволяет использовать пакетную организацию полезных сигналов как дополнительный признак для различения их от импульсных коммутационных и контактных помех.

Получены оценка энергетического спектра случайных полезных сигналов и спектральная плотность мощности помехи «гладкого» фона и их аппроксимирующие выражения, используемые в дальнейшем для синтеза оптимальных фильтрующих устройств.

Проведенный анализ позволил установить отличительный признак дугового нарушения – пакетную организацию импульсных радиосигналов.

Рис.5. Вероятность появления количества m импульсов в пакетах полезного сигнала

Пакеты импульсов от дуговых нарушений токосъема возникают за счет резких изменений тока дуги в моменты ее неустойчивого горения, чаще всего в момент ее повторного возникновения после перехода тока через нуль в результате электрических пробоев промежутка в нарушенном контакте.

 Зависимость температуры точки на -5
Рис.6. Зависимость температуры точки на поверхности провода у основания дуги в момент первого перехода тока через нуль

Оценка достоверности признака проводилась с использованием метода «источников» путем моделирования температурных условий, способствующих появлению импульсных пакетов: температурой точки контакта с основанием движущейся дуги и температурой остаточного ствола дуги в момент перехода тока через ноль в диапазоне токов от 50 до 400А и различных скоростей движения. Условия появления повторных пробоев оценивались по области токов и скоростей движения, в которых температура контакта не превысит температуру термоэлектронной эмиссии (~750°С), и температура остаточного ствола будет не более температуры диссоциации молекул газовой смеси воздуха (~3000K).

 Зависимость температуры точки на-6
Рис.7. Зависимость температуры точки на поверхности угольной накладки у основания дуги в момент первого перехода тока через нуль

Зависимость температуры контакта с основанием движущейся дуги и температура на оси ствола дуги задается интегральными уравнениями, численное решение которых приводит к следующим результатам. Установлено, что в положительный полупериод тока при смене полярности «провод – анод» – «провод – катод» при случайном попадании фазы нулевого перехода тока в длительность отрыва, во всех случаях дуговые нарушения будут сопровождаться импульсными пробоями промежутка для максимальных токов и скоростей движения более 10м/с (см. рис.6). На угольной накладке токоприемника дуга в оба полупериода остается неподвижной и скользит по проводу. В отрицательный полупериод тока при смене полярности «накладка – анод» – «накладка – катод» при случайном попадании фазы нулевого перехода тока в длительность отрыва, случаи повторных электрических пробоев будут возникать только при условии, что область токов составляет менее 50А (см. рис.7). Для больших токов необходимо три условия: если зажигание дуги произошло в отрицательный полупериод тока (повод – катод, уголь – анод), начало зажигания пришлось на время более чем за 3,5мс до окончания полупериода и время горения дуги до перехода тока через ноль не превысило длительность полупериода в 10мс. Установлено также, что температура вблизи оси остаточного ствола дуги при первом переходе тока через нуль для скоростей более 8 м/с не превышает температуру диссоциации газов в составе воздуха и ее можно считать непроводящей.

В отсутствии априорных данных о распределении величины потребляемого тока, случайности длительности дуговых отрывов, случайности фазы попадания нулевого перехода тока появление радиоизлучений как диагностического признака одиночных дуговых нарушений можно оценить только вероятностью. Указанная оценка получена ниже на основе отдельной вероятностной модели (глава 3) при обосновании регистрирующей способности радиосистемы.

Рис.8. Фрагмент огибающей импульсного радиоизлучения дугового токосъема при гололеде


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.