Работу устройств автоматики можно улучшить

[Admin]

Работу устройств автоматики можно улучшить

Наиболее распространенными средствами контроля величины межпоездного интервала на магистральных дорогах остаются рельсовые цепи (РЦ), когда сигналы из рельсовых линий передаются кондуктивно путевому приемнику РЦ и индуктивно — локомотивному приемнику автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН). Однако по рельсовым линиям пропускаются и обратные тяговые токи.

Степень их мешающего влияния на сигнальные цепи РЦ и АЛСН прямо пропорциональна разности тяговых токов в рельсовых нитях под локомотивными катушками АЛСН и в местах где к рельсам подключается аппаратура РЦ. Эта разность, в свою очередь, прямо пропорциональна величине продольной и поперечной асимметрии электрического сопротивления рельсовой линии и величине тягового тока.

Продольная асимметрия возникает при неравенстве сопротивлений рельсовых нит^й, когда суммы сопротивлений сборных токопроводящих стыков нитей в пределах РЦ, ограниченных изолирующими стыками, или в пределах перегона при бесстыковых РЦ не одинаковы. Поперечная асимметрия появляется, когда различаются сопротивления указанных рельсовых нитей по отношению к «земле». Если продольная асимметрия может быть в принципе устранена, то поперечная на электрифицированных участках переменного тока присутствует всегда из-за подключения к внешней рельсовой нити цепей заземления опор контактной сети и других конструкций.

Тяговый ток имеет повышенные значения в районах подключения к обратной тяговой рельсовой сети отсасывающих линий тяговых подстанций, на перевальных участках и участках с большими уклонами, при движении тяжеловесных поездов, сгущениях поездов и при аварийных режимах в тяговой сети.

Модуль удельного сопротивления одной рельсовой нити для тягового тока частотой 50 Гц, например, при рельсах типа Р65 равен 0,4 Ом/км. Наиболее характерный диапазон изменения удельного переходного сопротивления «рельс — земля» имеет пределы от 0,4 до 17,5 Ом-км. С ростом длины рельсовой линии ее продольное сопротивление растет, а переходное сопротивление «рельс — земля» уменьшается. Поэтому большая часть тягового переменного тока возвращается к тяговой подстанции по земле.

На рис 1 показаны расчетные кривые степени снижения потенциала U рельсовой нити по отношению к «земле» по мере увеличения расстояния L от точки втекания в рельсы тягового тока частотой 50 Гц электровоза. За единицу принят относительный потенциал непосредственно в точке втекания тягового тока в рельсы. Кривые 1 и 3 получены для РЦ без изолирующих стыков при удельном переходном сопротивлении линии «рельс — земля» соответственно 0,4 и 17 5 Ом-км. Сглаженная кривая 2 найдена при удельном сопротивлении перехода «рельс — земля» 0,4 Ом-км для цепей со средней длиной 2 км, разделенных изолирующими стыками с дроссель-трансформаторами типа ДТ-1-150.

При бесстыковых РЦ с удельным переходным сопротивлением «рельс — земля» 0,4 Ом-км потенциал этого перехода на расстоянии 2,5 км от места втекания тяго вого тока в рельсы затухает до 11 % от его первоначаль ной величины, а на расстоянии 3,5 км — до 4,4 %. Зимой, когда удельное сопротивление изоляции рельсовой цепи может достигать 17,5 Ом-км, затухание потенциала вдоль рельсовой линии уменьшается. В бесстыковых РЦ зимой потенциал уменьшается вдвое на расстоянии чуть больше 5 км. На расстоянии 20 км он ослабевает до 5 % от первоначальной величины.

Дроссель-трансформаторы увеличивают продольное сопротивление для тягового тока. Поэтому потенциал затухает быстрее примерно в 1,5... 2,5 раза. Подключение цепей заземления к одной из рельсовых нитей РЦ изменяет картину распределения тяговых токов в рельсах, а следовательно, и распределение потенциалов «рельс — земля».

Величина тягового тока электровоза втекающего в рельсовые нити, обратно пропорциональна их входным сопротивлениям, а коэффициент асимметрии тяговых токов равен коэффициенту асимметрии входных сопротивлений рельсовых нитей. Обычно рельсовая нить с меньшим сопротивлением по отношению к «земле» имеет и меньшее входное сопротивление для тягового тока электровоза. Однако из этой рельсовой нити тяговый ток быстрее стекает в «землю» Поэтому по мере удаления от электровоза разность тяговых токов в рельсовых нитях уменьшается.

Если тяговый ток в рельсах уменьшается по мере удаления от электровоза, то он должен расти при приближении электровоза к точке подключения к рельсам аппаратуры РЦ. Это подтверждается результатами дискретных, проводившихся с частотой два раза в минуту, измерений тяговых токов lT в рельсах бесстыковых перегонных РЦ, которые проводились при подходе поездов к сигнальной точке (рис 2) Поезда шли с двумя электровозами — в голове и хвосте поезда. Скачки тягового тока вызваны изменением режимов тяги. В момент времени t1 мимо точки измерения прошел головной электровоз первого поезда, а в момент времени t2 — второго поезда.

Графики изменения во времени коэффициента асимметрии Ка и разности тяговых токов в рельсовых нитях Д1т приведены на рис. 3. Штриховыми линиями показаны границы поля допуска для разности тяговых токов в рельсовых нитях. Затушеванными точками обозначены измеренные значения разности тяговых токов в рельсовых нитях, оказавшиеся за пределами поля допуска.

Как видно из графиков на рис. 3, по мере движения поезда изменяются абсолютное значение разности тяговых токов в рельсовых нитях Л1т и коэффициент асимметрии Ка. Разность тяговых токов в рельсовых нитях превышала свое предельно допускаемое верхнее значение, равное 15 А, только при непосредственном приближении поезда к месту подключения аппаратуры РЦ.

Изменения разности тяговых токов в рельсовых нитях по мере движения вызваны двумя основными факторами. Во-первых, изменением входных сопротивлений линий «рельс — земля» в обе стороны от точек втекания в рельсы тягового тока электровоза. Во-вторых, изменением соотношений продольного и поперечного сопротивлений отрезков рельсовых линий, расположенных перед и сзади движущегося электровоза и определяющих условия стекания тягового тока в «землю».

Условия возникновения разности тяговых токов зависят от числа поездов на участке, тяговые токи которых достигают точки подключения аппаратуры РЦ к рельсам, что видно из рис. 3. При протекании через дроссель-трансформаторы тяговых токов двух приближающихся поездов их разность в данном эксперименте превышала допустимое значение за минуту до прохождения точки измерения головным электровозом.

Когда перед дроссель-трансформаторами остался один поезд, абсолютное значение тягового тока стало меньше. Уменьшилась и длительность превышения разностью тяговых токов в рельсовых нитях поля допуска. Однако абсолютное значение этой разности возросло более чем в два раза.

За полминуты до проследования дроссель-трансформатора головным локомотивом первого поезда разность тяговых токов уменьшилась до нуля. За полминуты до прохода этой точки головным электровозом второго поезда больший тяговый ток стал протекать в левой по ходу рельсовой нити, к которой не подключаются какие-либо цепи заземления. Это «качание» разности тяговых токов в рельсовых нитях относительно нулевой точки возникает после проследования головным электровозом места подключения к рельсам цепей заземления с пониженным сопротивлением.

Аппаратура АЛСН, с точки зрения влияния на нее тяговых токов, оказывается в более тяжелых условиях, чем аппаратура РЦ, так как, во-первых, в рельсах под локомотивными катушками всегда протекает тяговый ток, еще не ослабленный утечками его в «землю». Во-вторых, любое изменение коэффициента асимметрии и разности тяговых токов в рельсовых нитях по мере движения поезда сразу сказывается на уровне помех в локомотивных катушках.

Такие явления возникают, прежде всего, при проезде электровозом опор контактной сети или других конструкций с пониженным сопротивлением подключенных к рельсу цепей заземления, что подтверждают теоретические исследования и результаты измерений в эксплуатации.

Линию «рельс —земля» удобно представлять двухполюсником с лестничной (цепной) схемой, в которой продольные сопротивления — это сопротивления отрезков рельсовой нити, например, между точками подключения к рельсам цепей заземления, а поперечные проводимости — это проводимости по отношению к «земле» отрезков рельсовой нити. В такой расчетной схеме естественным образом учитываются при необходимости сопротивления обмоток дроссель-трансформаторов или пониженные сопротивления изолирующих стыков

выполненные расчеты по разработанной методике показали, что при движении электровоза по участку пути с неодинаковыми входными сопротивлениями цепей заземления опор контактной сети разность тяговых токов в рельсовых нитях под локомотивными катушками АЛСН меняется.

На рис. 4 приведены кривые изменения поперечной асимметрии рельсовой линии в РЦ длиной 1 км, когда все опоры имеют сопротивление цепей заземления 100 Ом, кроме одной Ее сопротивление цепи заземления равно 4 Ом. Кривая 1 рассчитана для случая, когда дефектная по входному сопротивлению цепей заземления опора стоит посередине рельсовой цепи, а кривая 2 — когда она в конце рельсовой цепи, на границе с другой РЦ.

Установлено, что при отсутствии опор с пониженным сопротивлением цепей заземления коэффициент поперечной асимметрии рельсовой линии не превышает 4 %. Дефектная опора приводит к выбросам разности тяговых токов в рельсовых нитях и коэффициента асимметрии тяговых токов при проследовании поезда мимо нее. Величина такого выброса больше в случае, когда опора стоит в конце РЦ перед изолирующими стыками с дроссель-трансформаторами.

Следовательно, движение поезда по участку пути с разными входными сопротивлениями цепей заземления конструкций, подключенных к рельсовым нитям, вызывает выбросы разности тяговых токов в рельсовых нитях, повышая тем самым вероятность появления сбоев АЛСН.

Продольная асимметрия рельсовой линии при исправных изолирующих стыках определяется различиями в сопротивлениях токопроводящих стыков. По нормам они не должны увеличивать сопротивление рельсовой линии больше чем на 20 %. При длине рельсов 25 м сопротивление токо-проводящего стыка не должна превышать сопротивление шестиметрового отрезка целого рельса.

Сопротивление токопроводящих стыков зависит от чистоты поверхностей соприкосновения накладок и рельсов, степени затяжки стыковых болтов, сопротивления стыковых соединителей. Проведенные измерения показали, что средняя величина сопротивлений токопроводящих стыков с медными и стальными стыковыми соединителями на главных путях электрифицированных участков переменного тока Восточно-Сибирской дороги изменяется обычно в пределах, соответствующих сопротивлениям отрезка рельса от 1,2 до 5,5 м. Проблема продольной асимметрии рельсовых линий в последнее время обострилась в связи с участившимися кражами медных рельсовых стыковых соединителей.

Изолирующие стыки также влияют на продольное сопротивление рельсовой нити. Их минимально допустимое сопротивление равно 30 Ом. Изолирующие стыки подключены параллельно половинам основных обмоток дроссель-трансформаторов. Если их сопротивление становится меньше установленного предела, начинает снижаться входное сопротивление рельсовой нити с этим стыком.

Расчеты показывают, что в РЦ с дроссель-трансформаторами типа ДТ-1-150 коэффициент асимметрии входного сопротивления рельсовой линии достигает 4 % при сопротивлении одного из изолирующих стыков порядка 10 Ом, когда второй исправен. При снижении сопротивления одного из стыков до 15... 12 Ом якорь или сектор путевого реле отпускается.

Следовательно, само по себе уменьшение сопротивления одного из изолирующих стыков в реальных границах при отсутствии других факторов, увеличивающих разность тяговых токов в рельсовых нитях, не должно заметно сказываться на устойчивости работы АЛСН. Однако при совместном действии с другими факторами изолирующие стыки могут ухудшать устойчивость.

Таким образом, повышенный уровень разности тяговых токов в рельсовых нитях чаще всего возникает при высокой поперечной асимметрии сопротивления рельсовой линии. Наиболее неблагоприятным для однопроводных линий «рельс — земля» будет случай, когда меньшее продольное сопротивление имеет внешняя рельсовая нить, к которой подключают цепи заземления опор контактной сети и других конструкций, а сопротивление всей рельсовой петли не будет превышать допустимой нормы.

К причинам неустойчивой работы РЦ и АЛСН относятся также искажения формы обратного тягового тока или напряжения, питающего устройства СЦБ. Они могут возникать при тиристорном управлении тяговыми двигателями локомотивов рождаться в системах электроснабжения или быть следствием нелинейности характеристик устройств СЦБ.

Влияние токов в силовых цепях электровозов на устойчивость работы АЛСН подтверждает следующий пример. На перевальных участках, где используется рекуперативное торможение, вызывающее повышение уровня гармоник примерно на 20 %, интенсивность сбоев АЛСН при движении поезда по спуску в среднем в полтора раза выше, чем при движении на подъем.

На участках переменного тока используют дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 и ДТ-1-300, магнитопровод которых не имеет воздушного промежутка. При малых токах в обмотках такие устройства ведут себя как линейные элементы, а при больших их вебер-амперная характеристика становится нелинейной, симметричной. Проведенные на специальном стенде исследования показали что нелинейность характеристик данных дроссель-трансформаторов становится заметной уже при разности тяговых токов в секциях их основных обмоток 10 А, тогда как верхний допускаемый предел равен 15 А.

В РЦ частотой 25 Гц такая нелинейность вызывает проявление эффекта селективного выпрямления. Оно называется так потому, что возникает только тогда, когда на нелинейный элемент с симметричной характеристикой подаются два синусоидальных напряжения с вполне определенным соотношением частот, например, 1:2. (Это условие как раз выполняется в РЦ частотой 25 Гц при тяговом токе частотой 50 Гц.)

Искажение формы кривой сигнального тока снижает устойчивость работы РЦ и АЛСН. Первая причина —уменьшение доли основной гармоники в сигнальном токе, на которую реагируют путевой и локомотивный приемники. Вторая заключается в том, что в РЦ с реле ДСШ путевой фильтр ослабляет в путевой обмотке уровень тока, в основном, с частотой 50 Гц. Высшие гармоники и субгармоники сигнального и тягового токов проходят на путевую обмотку реле, уменьшая момент вращения. Повышенный уровень помех в локомотивном приемнике ухудшает устойчивость работы аппаратуры АЛСН.

При регулировке и проверке уровней напряжения и тока сигнальной частоты применяют чаще всего комбинированные измерительные приборы Ц4380 или им подобные, предназначенные для измерений в цепях с синусоидальными токами и напряжениями. В таких приборах используется измерительный механизм магнитоэлектрической системы, рассчитанный на номинальные частоты 45... 60 Гц. Он реагирует на действующее значение тока или напряжения синусоидальной формы. Измерение сигнальных токов и напряжений частотой 25 Гц данными устройствами, когда в сигналах содержатся высшие гармонические составляющие, приводит к появлению больших погрешностей.

В локомотивной аппаратуре АЛСН и схемах многих РЦ частотой 25 Гц сигнал, принимаемый из рельсовой линии, проходит через фильтры, настроенные на 25 Гц. Они ослабляют сигналы помех частотой 50 Гц и помех с более высокими частотами.

В рельсовых цепях, где в качестве путевого приемника применяются фазочувствительные двухэлементные секторные реле типа ДСШ, в качестве фильтра используют защитный блок типа ЗБ-ДСШ. Его схема представляет собой последовательное соединение индуктивности и емкости. Фильтр настраивается в резонанс на частоте 50 Гц и практически без ослабления пропускает на путевую обмотку реле ДСШ все мешающие высшие гармоники переменного тягового тока.

Чтобы уменьшить асимметрию тяговых токов в рельсовых нитях, необходимо свести к минимуму продольную и поперечную асимметрии сопротивления рельсовых линий. Асимметрия сопротивления рельсовых нитей пути по отношению к «земле» может быть снижена, прежде всего, подключением к рельсам только через искровые промежутки конструкций, сопротивление цепей заземления которых меньше 100 Ом. Для групповых заземлений опор лучшим решением является их подсоединение к средним точкам дроссель-трансформаторов

В местах с повышенными тяговыми токами в обратной рельсовой тяговой сети при росте интенсивности сбоев АЛСН или проявлении неустойчивости работы путевых приемников РЦ обязательно измеряют величину асимметрии тягового тока.

Режимы ведения поездов в зонах подключения к рельсам аппаратуры РЦ и АЛСН не должны сопровождаться резким увеличением нагрузки на тяговые двигатели, особенно в зимнее время и в местах подключения к обратной тяговой рельсовой сети отсасывающих линий тяговых подстанций. Кроме того, следует снижать искажения синусоидальности как тяговых токов, так и напряжений, питающих устройства автоматики.

Точнее оценивать состояние устройств автоматики и выявлять истинные причины их сбоев и отказов можно только при обеспечении обслуживающего персонала современными средствами измерений, которые могут фиксировать токи и напряжения в узком диапазоне частот. Для контроля формы сигнального тока и помех на наиболее неблагоприятных участках должны применяться современные недорогие переносные осциллографы с автономным питанием, способные записывать в цифровой форме сигналы для их последующего анализа с применением компьютерных технологий.

Д-р техн. наук В.И. ШАМАНОВ, заведующий кафедрой Иркутского государственного университета путей сообщения, В.А. ДРАНИЦА, начальник службы электрификации Восточно-Сибирской дороги, Д.Я. КИРИЧЕНКО, начальник дорожной электротехнической лаборатории, И.И. РЫНДИН, заместитель начальника дорожной электротехнической лаборатории

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin