Электромагнитная совместимость тягового подвижного состава с устройствами интервального регулирования движения поездов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.08, кандидат технических наук Горенбейн, Евгений Вячеславович

• Горенбейн, Евгений Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горенбейн, Евгений Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ; СОВМЕСТИМОСТИ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С УСТРОЙСТВАМИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ И АЛС.

1.1 Определение первичных параметров рельсовой^ линии.

1.1.1 Расчёт электрического сопротивления рельсов.

1.1.2 Определение сопротивления изоляции рельсовой линии.

1.1.3 Измерение первичных параметров рельсовой линии.

1.2 Расчёт распределения гармонических составляющих тягового тока<в рельсовой линии.

1.2.1 Расчёт распределения при электрической тяге постоянного тока.

1.2.2 Расчёт распределения при электрической тяге переменного тока.62"

1.2.3 Экспериментальная проверка распределения гармонических составляющих тягового тока в рельсовой линии.

1.3 Определение коэффициентов асимметрии рельсовой линии для тягового тока и его гармонических составляющих.

1.3.1 Расчёт коэффициентов продольной асимметрии

1.3.2 Расчёт коэффициентов поперечной асимметрии.

1.3.3 Определение коэффициентов асимметрии для рельсовых цепей и устройств АЛС.

1.3.4 Оценка воздействия асимметрии обратного тягового тока на работу рельсовых цепей и устройств АЛС.:.

1.3.5 Измерение асимметрии обратного тягового тока в,условиях эксплуатации.

1.4 Выводы.:.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ И АЛС.

2.1 Обзор эксплуатируемых рельсовых цепей и систем АЛС.

2.2 Оценка допустимых уровней гармонических составляющих тягового тока в рельсовой линии.

2.2.1 Оценка допустимых уровней помех в рельсовой линии для рельсовых цепей при электрической тяге постоянного тока.

2.2.2 Оценка допустимых уровней помех в рельсовой линии для рельсовых цепей при электрической тяге переменного тока.

2.2.3 Оценка допустимых уровней помех в рельсовой линии для устройств AJICH и AJIC-EH.

2.2.4 Оценка допустимых уровней помех в рельсовой линии с использованием вероятностных методов.

2.3 Выводы.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКА ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

3.1 Определение выражений для расчёта допустимых значений гармонических составляющих тока подвижного состава.

3.1.1 Вывод формул для двухниточных рельсовых цепей и АЛС.

3.1.2 Вывод формул для однониточных рельсовых цепей.

3.2 Определение нормативов ЭМС.

3.2.1 Определение нормативов ЭМС для тягового подвижного состава при электрической тяге постоянного тока.

3.2.2 Определение нормативов ЭМС для тягового подвижного состава при электрической тяге переменного тока.

3.3 Особенности воздействия гармонических составляющих тока тягового подвижного состава на устройства автоматической локомотивной сигнализации и анализ сбоев в работе системы АЛС.

3.4 Методика измерений параметров электромагнитной совместимости при испытаниях тягового подвижного состава.

3.5 Выводы.

4 ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ И ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ВАГОНОВ.

4.1 Принципы построения систем централизованного электроснабжения вагонов пассажирских поездов.

4.2 Определение параметров системы централизованного электроснабжения вагонов.

4.3 Компьютерное моделирование двухпроводной системы централизованного электроснабжения с заземлённой цепью канализации обратного тока.

4.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электромагнитная совместимость тягового подвижного состава с устройствами интервального регулирования движения поездов»

Системы регулирования движения поездов на железнодорожном транспорте используются как на перегонах, так и на станциях. Эти системы обеспечивают безопасность движения и оперативное руководство перевозочным процессом, позволяют увеличить пропускную и провозную способность железных дорог, эффективность использования всех технических средств железнодорожного транспорта, особенно локомотивов и вагонов, а также улучшить условия труда работников, связанных с движением поездов. От надёжности работы этих устройств во многом зависит безопасность и бесперебойность движения поездов.

Значительный вклад в развитие теории систем интервального регулирования движения поездов (ИРДП) с помощью средств автоматики и телемеханики внесли известные учёные И.В. Беляков, П.Ф. Бестемьянов, A.M. Брылеев, И.Е. Дмитренко, B.C. Дмитриев, И.М. Кокурин, Н.Ф. Котляренко, Ю.А. Кравцов, В.М. Лисенков, В.А. Минин, Б.Д. Никифоров, Н.Ф. Пенкин, A.C. Переборов, E.H. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю.В. Соболев, Н.М. Фонарёв, Д.В. Шалягин, В.И. Шаманов, В.И. Шелухин, О.И. Шелухин, A.B. Шишляков, A.A. Явна и другие.

Основными системами регулирования движения поездов являются автоблокировка, электрическая и диспетчерская централизация, автоматическая локомотивная сигнализация, переездная сигнализация, а также устройства автоматики сортировочных горок. Системы ИРДП непрерывно развиваются и совершенствуются на основе использования современных достижений науки и техники. На железнодорожном транспорте внедряются современные высокопроизводительные технические средства на новой элементной базе, повышается эффективность использования технических средств, совершенствуются технология обслуживания и организация перевозочного процесса.

Основным элементом всех перечисленных систем железнодорожной автоматики являются рельсовые цепи (РЦ). РЦ в значительной степени определяют надёжность работы систем регулирования и безопасность движения поездов. Отказы в работе РЦ приводят к значительным сбоям в движении поездов, усложняют работу работникам службы движения, способствуют возникновению аварийных ситуаций.

Нормально замкнутые рельсовые цепи впервые были разработаны и применены в 1872 году, и вот уже более 130 лет продолжается их внедрение и эксплуатация на железных дорогах различных стран мира. Многочисленные попытки заменить рельсовую цепь другим средством определения движущего подвижного состава до настоящего времени не дали ожидаемых результатов.

Рельсовые цепи выполняют ответственные функции в системах регулирования движения поездов: обеспечивают непрерывный контроль свободности и занятости путевых участков на станциях и перегонах, автоматический контроль электрической целостности рельсовых нитей, используются в качестве телемеханического канала связи между путевыми устройствами и между путевыми и локомотивными устройствами, обеспечивают связь между показаниями путевых и локомотивных светофоров, исключают перевод стрелок под составом и др. Различные условия работы и широкие возможности использования РЦ в системах железнодорожной автоматики и телемеханики привели к тому, что в настоящее время на сети магистральных железных дорог России применяют более 30 типов и 800 разновидностей РЦ. Общее количество эксплуатируемых РЦ в России превышает 250 000 [1, 2, 3].

Вместе с тем, рельсовые цепи имеют ряд недостатков, снижающих их эксплуатационно-техническую эффективность. Основными недостатками в работе РЦ являются: зависимость их работы от состояния верхнего строения пути (балласта, шпал, рельсовых соединителей, перемычек и других элементов) и климатических условий; ухудшение шунтового эффекта при загрязнении поверхности рельсов и колёсных пар; значительные затраты на обслуживание.

С возрастанием скоростей и интенсивности движения поездов повышаются требования к рельсовым цепям. Широкое внедрение электрической тяги, повышение тяговых токов при движении тяжеловесных и высокоскоростных поездов, применение нового типа подвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями, повышенные уровни помех от электроподвижного состава (ЭПС), необходимость заземления металлических конструкций на рельсовую сеть, снижение сопротивления изоляции рельсовых нитей относительно земли и ряд других факторов существенно усложнили условия работы рельсовых цепей. Поэтому ведутся работы по совершенствованию схем РЦ и созданию таких устройств, которые могли бы заменить рельсовые цепи [1, 4, 5, 6].

Работа рельсовых цепей основана на передаче сигнального тока от передатчика (генератора) к приёмнику по рельсовой линии. В то же время, на электрифицированных участках железных дорог рельсы являются проводником обратного тягового тока от электроподвижного состава к тяговым подстанциям. На участках с автономной тягой по рельсам может осуществляться возврат обратного тока централизованного электроснабжения» (ЦЭС) пассажирских вагонов от тепловоза. Присутствующие в обратном токе, протекающем по рельсам, гармонические составляющие в рабочих полосах частот могут оказывать мешающее и опасное влияние на аппаратуру рельсовых цепей.

Мешающее влияние связано с явлением «ложной занятости» РЦ при её фактическом свободном от подвижного состава состоянии, что приводит к невозможности автоматического перевода стрелок и открытия сигналов, перекрытию светофоров на запрещающее показание, т.е. возникают сбои в движении поездов, влияющие на пропускную способность железнодорожных линий. Опасное влияние связано с явлением «ложной свободности» РЦ при её фактической занятости или наличии обрыва рельсовой нити, что приводит к нарушению условий безопасности движения и возникновению аварийных ситуаций (в частности, к крушению поездов, возможности перевода стрелки под составом, открытию светофора на занятый путь).

Вопросы электромагнитной совместимости тягового подвижного состава с устройствами ИРДП являются актуальной проблемой с точки зрения устойчивости и безопасности функционирования устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) и, в первую очередь, устройств, непосредственно контактирующих с цепями канализации обратного тягового тока, к которым относятся рельсовые цепи.

Согласно статистическим данным, за один год на сети железных дорог России в среднем происходит до 15 ООО отказов в работе рельсовых цепей. Доля отказов рельсовых цепей от общего количества нарушений нормальной работы устройств ЖАТ достигает 40-50% [3]. Статистика отказов рельсовых цепей по причине воздействия помех от тягового подвижного состава отсутствует, однако следует иметь ввиду, что наиболее характерные отказы (такие как обрыв стыковых соединителей, неисправность дроссельных перемычек и др.) приводят к значительному усилению воздействия помех от тягового подвижного состава на аппаратуру рельсовых цепей вследствие увеличения асимметрии тягового тока.

Исследованию вопросов обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) тягового подвижного состава и рельсовых цепей посвящены работы учёных М.П. Бадёра, И.В. Белякова, К.А. Бочкова, А.Н. Костроминова, A.B. Котельникова, Ю.А. Кравцова, В.Б. Леушина, В.М. Лисенкова, Н.Ф. Пенкина, А.П. Разгонова, В.И. Шаманова, А.П. Шишлякова, Е.Г. Щербины и других. Вопросам повышения работоспособности рельсовых цепей и систем автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) в условиях воздействия помех от тягового тока и его гармонических составляющих посвящены диссертационные работы [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15] и многие другие.

Наиболее остро вопросы ЭМС встали в последние годы в связи с разработкой и внедрением на сети железных дорог перспективных типов электроподвижного состава с современными видами тяговых преобразователей, таких как грузовые электровозы переменного тока ВЛ80ТК и 2ЭС5К «Ермак», пригородные электропоезда постоянного тока ЭТ2А, ЭМ4 «Спутник», ЭМ2И,

ЭД6, электровозы двойного питания ЭП10, односистемные и двухсистемные высокоскоростные электропоезда ЭВС1 и ЭВС2 «Сапсан» и др.

В настоящее время на железных дорогах Российской Федерации действуют нормативы, изложенные в разделах «Электромагнитная совместимость с устройствами сигнализации и связи» Норм безопасности на железнодорожном транспорте, разработанных ВНИИЖТ и введённых в действие указанием МГТС России в 1998 году [16, 17, 18, 19]:

- НБ ЖТ ЦТ 01-98 Дизель-поезда;

- НБ ЖТ ЦТ 02-98 Тепловозы;

- НБ ЖТ ЦТ 03-98 Электропоезда;

- НБ ЖТ ЦТ 04-98 Электровозы.

До внесения изменений № 1 в 2003 году, не затронувших раздел ЭМС, указанные Нормы безопасности именовались как Федеральные требования по сертификации на железнодорожном транспорте соответственно ФТС ЖТ ЦТ 01-98, ФТС ЖТ ЦТ 02-98, ФТС ЖТ ЦТ 03-98 и ФТС ЖТ ЦТ 04-98. Настоящие Нормы безопасности распространяются на весь поставляемый и проектируемый тяговый подвижной состав для сети железных дорог России и используются при проведении сертификации подвижного состава. Требования по ЭМС должны в обязательном порядке включаться в нормативную документацию на подвижной состав, утверждаемую ОАО «РЖД»: Техническое задание, Технические требования и Технические условия. Выполнение установленных требований по ЭМС является необходимым условием обеспечения безопасности движения поездов.

В 2008 году в связи с развитием высокоскоростного движения в России потребовалась переработка и внесение изменений в нормы безопасности НБ ЖТ ЦТ 03-98 на электропоезда. 11 февраля 2009 года приказом Министерства транспорта Российской Федерации № 22 были введены изменения № 2 в НБ ЖТ ЦТ 03-98, в которых регламентируется уровни мешающего влияния электрооборудования электропоезда на рельсовые цепи и путевые устройства сигнализации (Приложение А.38) и определён метод подтверждения соответствия электропоезда предъявляемым требованиям по электромагнитной совместимости.

В соответствии с принятыми изменениями, при проверке соответствия заданным требованиям ЭМС проводятся прямые измерения уровней гармонических составляющих в указанных полосах частот в конфигурации, обеспечивающей максимальную тяговую мощность, во всех эксплуатационных режимах работы электрооборудования, предусмотренных технической документацией на электропоезд.

В НБ ЖТ нормируются допустимые по условиям обеспечения ЭМС с устройствами рельсовых цепей и АЛС эффективные значения гармонических составляющих тока подвижного состава в полосах пропускания приёмных устройств РЦ и АЛС для систем электроснабжения постоянного тока напряжением 3 кВ и переменного тока напряжением 25 кВ с частотой 50 Гц.

При составлении этих нормативов предполагалось, что в рельсовой линии протекает весь обратный тяговый ток и его гармонические составляющие от подвижного состава к тяговой подстанции, а значения коэффициентов асимметрии рельсовой линии при оценке параметров мешающего влияния принимались равными 12%, не учитывалось наличие нескольких воздействующих поездов, одновременно движущихся по фидерной зоне.

Результаты испытаний перспективных видов электроподвижного состава показывают, что в ряде случаев имеют место превышения нормируемых допустимых значений уровней гармонических составляющих токов электровозов и электропоездов при отсутствии зарегистрированных сбоев в работе устройств СЦБ по этой причине. Основное несоответствие подвижного состава условиям ЭМС проявляется в области сигнальных частот фазочувствительных рельсовых цепей 25 и 50 Гц при электротяге постоянного тока и сигнальных частот тональных рельсовых цепей ТРЦ-4 4545 и 5555 Гц при электротяге переменного тока.

Как показывает практика испытаний тягового подвижного состава и отдельных приёмных устройств РЦ и АЛС, требуется уточнение действующих и нормативов, так как могут иметь место как необоснованные ограничения по уровням возможных формируемых подвижным составом гармонических составляющих тока, так и завышенные значения нормируемых уровней помех. Отказы и сбои в работе устройств СЦБ по причинам несоответствия технических средств условиям ЭМС отрицательно сказываются на качестве перевозочного процесса и приводят к значительным нарушениям графика движения поездов, а в ряде случаев и к нарушению безопасных условий движения.

Целью данной диссертационной работы является научное обоснование методов оценки и обеспечения электромагнитной совместимости тягового подвижного состава с устройствами рельсовых цепей и АЛС.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

- разработка методов расчёта и экспериментального определения параметров электромагнитной совместимости тягового подвижного состава с устройствами рельсовых цепей и АЛС;

- экспериментальная проверка в эксплуатационных условиях результатов теоретических расчётов параметров ЭМС;

- определение уровней помехоустойчивости приёмных устройств рельсовых цепей и АЛС;

- разработка методики определения допустимых значений гармонических составляющих тока тягового подвижного состава при электрической тяге постоянного и переменного тока с учётом растекания тягового тока в рельсовой сети и влияния нескольких воздействующих поездов на фидерной зоне;

- анализ условий обеспечения электромагнитной совместимости и электробезопасности тягового подвижного состава с централизованным электроснабжением вагонов.

В работе использованы методы математического и физического моделирования, численные методы расчётов и анализа, экспериментальные исследования. Для решения поставленных задач применялись методы теории электрических цепей, теории многополюсников, теории цифровой обработки сигналов, математического анализа, теории передачи сигналов, имитационного моделирования. Значительная часть результатов получена с использованием прикладных программ Mathcad 14, FlexPro 7.0, Electronics Workbench 5.12.

Достоверность исследований и научных результатов работы обусловлена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований, подтверждена результатами математического моделирования.

Научная новизна состоит в следующем:

- разработаны и экспериментально проверены методы и математические модели для определения параметров ЭМС тягового подвижного состава с устройствами рельсовых цепей и AJIC;

- определены допустимые значения гармонических составляющих тока подвижного состава с учётом возможного наибольшего влияния на устройства ЖАТ и разработана методика испытаний тягового подвижного состава на электромагнитную совместимость с устройствами СЦБ;

- разработаны предложения по нормированию значений токов помех с учётом оснащённости устройствами СЦБ конкретных участков обращения подвижного состава;

- определены и научно обоснованы допустимые значения параметров системы централизованного электроснабжения вагонов для обеспечения условий электромагнитной совместимости и электробезопасности обслуживающего персонала и пассажиров.

Практическая ценность диссертации заключается в том что:

- разработаны научно обоснованные и экспериментально проверенные нормативы- электромагнитной совместимости тягового подвижного состава с эксплуатируемыми устройствами рельсовых цепей и AJIC, позволяющих в ряде случаев исключить необоснованно жёсткие требования, предъявляемые к перспективному подвижному составу;

- разработана методика измерения асимметрии тягового тока в условиях эксплуатации и методическая база для создания норм содержания рельсовых линий по допустимым значениям асимметрии;

- рекомендовано использовать на участках с автономной тягой двухпроводную схему централизованного» электроснабжения вагонов пассажирских поездов от тепловоза с заземлённой цепью обратного тока и определены параметры системы ЦЭС, при которых обеспечивается выполнение условий электромагнитной совместимости с устройствами СЦБ и электробезопасности.

Научные результаты диссертационной работы были использованы:

- при выполнении НИОКР по темам «Анализ электромагнитной совместимости устройств СЦБ с электроподвижным составом», «Разработка технических требований и решений, обеспечивающих электромагнитную совместимость устройств СЦБ, связи, энергоснабжения и тягового подвижного состава» и «Создание современных систем управления движением поездов и обеспечения безопасности движения (КНП-5)»; при разработке Технических требований на совместимую двухпроводную систему централизованного энергоснабжения пассажирских вагонов для эксплуатации на участках тепловозной и электрической тяги, утверждённых Старшим вице-президентом ОАО «РЖД» В.А. Гапановичем;

- при проведении испытаний на электромагнитную совместимость с устройствами СЦБ высокоскоростных электропоездов «Сапсан» на экспериментальном кольце ВНИИЖТ ст. Щербинка и на участках Октябрьской и Горьковской ж.д.

Основные положения диссертационной работы и её результаты докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры, на IV Международной научной студенческой конференции «Тгапз-МесЬ-АЛ-СЬеш» (Москва, 2006 г.), V Международной научно-практической конференции «Наука и современность - 2010» (Новосибирск, 2010 г.), II Международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии»

Липецк, 2010 г.), I Международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика» (Ставрополь, 2010 г.) и опубликованы в десяти печатных работах, в том числе три из них — в рецензируемых изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений.

Заключение диссертации по теме «Управление процессами перевозок», Горенбейн, Евгений Вячеславович

4.4 Выводы

1. Применение типовой системы ЦЭС постоянного тока 3000 В, принятой для электрифицированных участков, на участках с автономной тягой поездов, оснащённых в ряде случаев рельсовыми цепями постоянного тока с непрерывным или импульсным питанием и изолирующими стыками, может привести к возникновению опасных напряжений в зоне изолирующего стыка и между вагонами поезда и не обеспечению условий ЭМС с устройствами рельсовых цепей.

2. На участках с автономной тягой поездов для организации системы централизованного электроснабжения вагонов пассажирского поезда на основании анализа возможных вариантов реализации системы ЦЭС рекомендуется применять двухпроводную систему централизованного электроснабжения с заземлённой цепью канализации обратного тока. Использование данной системы ЦЭС позволяет без дополнительных коммутаций и переключений эксплуатировать вагоны на электрифицированных участках железных дорог с сохранением типовой технологии обслуживания и проверки.

3. Для организации двухпроводной системы ЦЭС с заземлённой цепью обратного тока необходимо оснащение вагонов и тепловоза межвагонным соединением для канализации обратного тока электроснабжения.

4. Для обеспечения условий электробезопасности пассажиров и обслуживающего персонала и электромагнитной совместимости с рельсовыми цепями постоянного тока необходима организация постоянного контроля величины сопротивлений каждого из межвагонных соединений в цепи канализации обратного тока (не более 34-10"4 Ом) или контроля выполнения соотношения токов /О>0,38-Л, на тепловозе и в каждом вагоне поезда. При невыполнении этих условий должно обеспечиваться автоматическое отключение источника напряжения 3000 В от системы ЦЭС.

5. Критерием обеспечения ЭМС с рельсовыми цепями переменного тока является соответствие требованиям ЭМС норм безопасности на тепловозы НБ ЖТ ЦТ 02-98.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование рельсов для пропуска обратного тягового тока от электроподвижного состава к тяговой подстанции требует осуществления комплекса технических, организационных и технологических мероприятий, направленных на обеспечение безотказной работы рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации. Прежде всего, должны быть обеспечены электромагнитная совместимость подвижного состава и устройств СЦБ и электробезопасность обслуживающего персонала.

В рамках диссертационной работы получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Разработаны методы расчёта и экспериментального определения параметров электромагнитной совместимости тягового подвижного состава с устройствами рельсовых цепей и АЛС. Проведена экспериментальная проверка в эксплуатационных условиях математических моделей и результатов теоретических расчётов параметров ЭМС.

2. Проведён расчёт распределения гармонических составляющих тягового тока в рельсовой линии при электрической тяге постоянного и переменного тока и выполнена экспериментальная проверка распределения тягового тока в условиях реальной эксплуатации. Как показали исследования, на условия распространения тягового тока и его гармонических составляющих в рельсах в значительной степени влияют первичные параметры рельсовой линии (сопротивление рельсов и сопротивление изоляции).

Сопротивление рельсов имеет ярко выраженный индуктивный характер, а сопротивление изоляции — емкостной характер. Для решения практических задач на частотах до 1 кГц сопротивление изоляции можно считать чисто активным ввиду малости его аргумента. На участках с железобетонными шпалами имеет место существенное уменьшение величины сопротивления изоляции с ростом частоты.

3. Выполнено определение коэффициентов асимметрии рельсовой линии для тягового тока и его гармонических составляющих для рельсовых цепей и устройств АЛС и проведена оценка воздействия асимметрии тягового тока на работу устройств СЦБ. Установлено, что при нормативной величине асимметрии тягового тока (до 6% при электротяге постоянного тока и до 4% при электротяге переменного тока) величина коэффициентов асимметрии гармонических составляющих тягового тока может достигать до 14% при обоих видах тяги. Имеет место несоответствие между нормируемыми значениями разностного тока и коэффициента асимметрии и максимально возможными значениями обратного тягового тока в реальных условиях эксплуатации.

4. Определены уровни помехоустойчивости приёмных устройств рельсовых цепей и АЛС по условиям мешающего и опасного влияния. Согласно проведённым исследованиям, наибольшему воздействию тягового тока и его гармонических составляющих подвергаются рельсовые цепи, расположенные в месте подключения к рельсовой сети отсасывающего фидера тяговой подстанции.

При оценке допустимых значений токов помех необходимо учитывать параметры применяемых сигналов и технические характеристики приёмных устройств, вид модуляции, временные характеристики, допустимое соотношение сигнал/помеха, рабочую ширину полосы пропускания, затухания сигналов, а также коэффициенты передачи применяемых дроссель-трансформаторов и путевых трансформаторов.

При оценке допустимых уровней помех по условиям опасного влияния следует учитывать максимальный остаточный сигнал рельсовой цепи на приёмном конце при наличии поезда на данной рельсовой цепи.

5. Разработана методика определения допустимых значений гармонических составляющих тока тягового подвижного состава при электрической тяге постоянного и переменного тока с учётом растекания тягового тока в рельсовой сети и влияния нескольких воздействующих поездов на фидерной зоне. Разработаны предложения по нормированию значений токов помех с учётом оснащённости устройствами СЦБ конкретных участков обращения подвижного состава. Применение разработанных нормативов ЭМС позволит в ряде случаев исключить необоснованно жёсткие требования, предъявляемые к перспективному подвижному составу.

Однониточные рельсовые цепи частотой 25 и 50 Гц являются наиболее подверженными влиянию помех. При их исключении из эксплуатации нормативы на этих частотах могут быть существенно увеличены.

6. Проведена оценка влияния гармонических составляющих тягового тока на устройства АЛС и выполнен анализ причин сбоев АЛС. Установлено, что причины сбоев АЛС носят комплексный характер. На устойчивость работы АЛС влияет до трёх десятков различных факторов. Сбой может произойти в результате воздействия одного или нескольких случайных неблагоприятных факторов или их сочетания.

7. Разработана методика испытаний тягового подвижного состава на электромагнитную совместимость с устройствами СЦБ.

8. Выполнен анализ условий обеспечения электромагнитной совместимости и электробезопасности тягового подвижного состава с централизованным электроснабжением вагонов. Установлено, что применение типовой системы ЦЭС постоянного тока 3000 В на участках с автономной тягой может привести к возникновению опасных напряжений в зоне изолирующего стыка и между вагонами поезда и необеспечению условий ЭМС с устройствами рельсовых цепей. Рекомендовано использовать на участках с автономной тягой двухпроводную схему централизованного электроснабжения вагонов пассажирских поездов от тепловоза с заземлённой цепью обратного тока. Определены и научно обоснованы допустимые значения параметров системы централизованного электроснабжения вагонов для обеспечения условий электромагнитной совместимости и электробезопасности обслуживающего персонала и пассажиров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горенбейн, Евгений Вячеславович, 2011 год

1. Кондратьева Л. А., Ромашкова О.Н. Системы регулирования движения на железнодорожном транспорте: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта. -М.: Маршрут, 2003. — 432 с.

2. Аркатов B.C., Кравцов Ю.А., Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. — М.: Транспорт, 1990. — 295 с.

3. Кириленко А.Г., Пельменева H.A. Электрические рельсовые цепи: Учебное пособие. Хабаровск: ДВГУПС, 2006. - 94 с.

4. Власенко C.B., Теег Г. Многообразие рельсовых цепей на железных дорогах мира // Автоматика, связь, информатика. — 2009. — № 6. — С. 42-45.

5. Хромушкин К.Д., Павлов Е.В. Система интервального регулирования на базе радиоканала // Автоматика, связь, информатика. 2009. - № 11. - С. 7-9.

6. Антонов A.A. Повышение работоспособности станционных рельсовых цепей: Дис. канд. техн. наук. -М., 2005. — 204 с.

7. Мащенко П.Е. Повышение работоспособности устройств интервального регулирования движения поездов с учетом уровня электромагнитных помех, создаваемых перспективным электроподвижным составом: Дис. канд. техн. наук. М., 2007. — 207 с.

8. Бочарников Ю.В. Электромагнитная совместимость системы тягового электроснабжения и аппаратуры рельсовых цепей при воздействии через питающие и сигнальные цепи: Дис. канд. техн. наук. — М., 2008. — 176 с.

9. Трофимов Ю.А. Обеспечение электромагнитной совместимости рельсовых цепей и устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью переменного тока: Дис. канд. техн. наук. Иркутск, 2006. — 168 с.

10. И. Лещёв А.И. Обеспечение электромагнитной совместимости электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом в системе электрической тяги постоянного тока: Дис. канд. техн. наук. — М., 2003. -165 с.

11. Наумов A.A. Электромагнитная совместимость тяговых сетей электрифицированных железных дорог с рельсовыми цепями при пропуске поездов повышенного веса и длины: Дис. канд. техн. наук. — М., 2003. -197 с.

12. Скоков Р.Б. Снижение влияния тяговой сети постоянного тока на автоблокировку с тональными рельсовыми цепями: Дис. канд. техн. наук. -Омск, 2004.- 178 с.

13. Ходкевич А.Г. Улучшение условий электромагнитной совместимости тяговой сети переменного тока с рельсовыми цепями автоблокировки на участках бесстыкового пути: Дис. канд. техн. наук. — Омск, 2006. — 152 с.

14. Бялонь А. Обеспечение электромагнитной совместимости электроподвижного состава постоянного тока нового поколения с устройствами железнодорожной автоматики в условиях польских железных дорог: Дис. канд. техн. наук. — Варшава-Москва, 2001. — 195 с.

15. НБ ЖТ ЦТ 01-98 Дизель-поезда. Нормы безопасности на железнодорожном транспорте. М., 2003. - 40 с.

16. НБ ЖТ ЦТ 02-98 Тепловозы. Нормы безопасности на железнодорожном транспорте. М., 2003. - 38 с.

17. НБ ЖТ ЦТ 03-98 Электропоезда. Нормы безопасности на железнодорожном транспорте. — М., 2003. 54 с.

18. НБ ЖТ ЦТ 04-98 Электровозы. Нормы безопасности на железнодорожном транспорте. М., 2003. - 36 с.

19. Брылеев A.M., Кравцов Ю.А., Шишляков A.B. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1978. — 344 с.

20. Путевая блокировка и авторегулировка: Учебник для вузов / Н.Ф. Котляренко, A.B. Шишляков, Ю.В. Соболев и др.; Под ред. Н.Ф. Котляренко. Изд. 3-е, перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1983. — 408 с.

21. НТП СЦБ/МПС-99 Нормы технологического проектирования устройств автоматики и телемеханики на федеральном железнодорожном транспорте / Утверждены МПС РФ 24.06.1999. СПб.: Гипротранссигналсвязь, 1999. -76 с.

22. Устройства СЦБ при электрической тяге переменного тока / М.И. Вахнин, Н.Ф. Пенкин, М.А. Покровский и др. // Труды ВНИИЖТ. Выпуск 126. -М.: Трансжелдориздат, 1956. -220 с.

23. Горенбейн E.B. Определение, методы йзмерения и контроля первичных параметров рельсовой линии // Наука и техника транспорта. — 2010. № 4. - С. 37-47.

24. Измерительно-вычислительные средства в системе автоматизации диагностирования и контроля устройств СЦБ: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Сепетый A.A., Кольцов В.В., Прищепа B.C. и др. — Ростов-на-Дону: РГУПС, 2009. 416 с.

25. Требин В.Я., Ходкевич А.Г. Особенности работы рельсовых цепей автоблокировки на участках бесстыкового пути при электротяге переменного тока // Труды РГУПС. 2005. - № 1. - С. 39-46.

26. Лунёв С.А., Ходкевич А.Г., Сероштанов С.С. Исследование переходного сопротивления «рельс-земля» на бесстыковом пути // Автоматика, связь, информатика. 2008. — № 5. - С. 35-36.

27. Бондаренко A.A. Учёт продольного сопротивления рельсовых плетей протеканию в них тяговых токов // Вестник СамГАПС. — 2006. — № 6. — С. 82-85.

28. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник / B.C. Аркатов, Н.Ф. Котляренко, А.И. Баженов, Т.Л. Лебедева; Под ред. B.C. Аркатова. М.: Транспорт, 1982. — 360 с.

29. Аркатов B.C., Баженов А.И., Котляренко Н.Ф. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1992. 384 с.

30. Устройства СЦБ. Технология обслуживания / Утверждено МПС России 25.12.1997.-М.: Транспорт, 1999.-433 с.

31. Измеритель сопротивления балласта ИСБ-2 / И.С. Кац, М.Б. Гуменик, Г.Н. Грачёв и др. // Автоматика, связь и информатика. — 2006. № 6. - С. 20-21.

32. Брылеев A.M., Шишляков A.B., Кравцов Ю.А. Устройство и работа рельсовых цепей. — М.: Транспорт, 1966. — 264 с.

33. Дмитренко И.Е., Устинский A.A., Цыганков В.И. Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. Изд. 3-е, перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1982. 312 с.

34. Котельников A.B., Наумов A.B., Слободянюк Л.П. Рельсовые цепи в условиях заземляющих устройств. — М.: Транспорт, 1980. — 207 с.

35. Полевой Ю.И. Основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие для вузов. — Самара: СамГАПС, 2006. — 100 с.

36. Тарасов Е.М. Математическое моделирование рельсовых цепей с распредёленными параметрами рельсовых линий: Учебное пособие. — Самара: СамГАПС, 2003. 118 с.

37. Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. ЦЭ-191 / Утверждена МПС РФ 10.06.1993.-М.: МПС, 1993.-68 с.

38. Шаманов В.И. Помехи и помехоустойчивость автоматической локомотивной сигнализации: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. Иркутск: ИрГУПС, 2005. - 236 с.

39. Наумов A.B., Наумов A.A. Выбор параметров и правила построения обратной тяговой рельсовой сети на электрифицированных железных дорогах со скоростным и тяжеловесным движением. — М.: Интекс, 2006. — 143 с.

40. Оценка воздействия асимметрии на работу РЦ / Ю.А. Кравцов, Ю.И. Зенкович, B.C. Антоненко и др. // Автоматика, связь и информатика. — 2007. -№7.-С. 30-32.

41. Шаманов В.И., Трофимов Ю.А. Асимметрия тяговых токов под катушками AJIC // Автоматика, связь, информатика. — 2008. — № 11. — С. 37-39.

42. Горенбейн Е.В. Оценка влияния асимметрии на работу рельсовых цепей и AJIC // Автоматика, связь, информатика. -2010.— № 12.-С.35-38.

43. Сороко В.И., Розенберг E.H. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник / Кн. 1, 3-е изд. — М.: НПФ «Планета», 2000. — 960 с.

44. ГОСТ 9.602-2005 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. М.: Издательство стандартов, 2005. — 55 с.

45. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. ЦЭ-868 / Утверждена МПС РФ 11.12.2001. -М.: Транспорт, 1994. 117 с.

46. Инструкция по защите железнодорожных подземных сооружений от коррозии блуждающими токами. ЦЭ-518 / Утверждена МПС РФ 09.10.1997.-М.: ТрансИздат, 1999. 124 с.

47. Табунщиков А.К., Барышев Ю.А. Оценка причин помех в канале AJICH от тягового тока // Автоматика, связь, информатика. 2009. — № 6. — С. 18-19.

48. Петренко Ф.В., Карнаухов A.C. Причина сбоев AJICH установлена // Автоматика, связь, информатика. 2008. — № 2. — С. 26-28.

49. Инструкция по технической эксплуатации устройств и систем сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). ЦШ-720-09 / Утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 22.10.2009 № 2150р. М., 2009.-94 с.

50. Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / A.A. Устинский, Б.М. Степенский,

51. H.A. Цыбуля и др. М.: Транспорт, 1985. - 439 с.

52. Казаков A.A., Бубнов В.Д., Казаков Е.А. Системы интервального регулирования движения поездов: Учебник для техникумов ж.-д. транспорта. М.: Транспорт, 1986. - 399 с.

53. Швалов Д.В. Приборы автоматики и рельсовые цепи: Учебное пособие. — М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. — 190 с.

54. Эксплуатационные основы автоматики и телемеханики: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Вл.В. Сапожников, И.М. Кокурин, В.А. Кононов и др.; Под ред. Вл.В. Сапожникова. М.: Маршрут, 2006. - 247 с.

55. Сороко В.И., Кайнов В.М., Казиев Г.Д. Автоматика, телемеханика, связь и вычислительная техника на железных дорогах России: Энциклопедия. Том

56. М.: НПФ «Планета», 2006. - 736 с.

57. Дмитриев B.C., Минин В.А. Новые системы автоблокировки. — М.: Транспорт, 1981.-247 с.

58. Дмитриев B.C., Минин В.А. Системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты. — М.: Транспорт, 1992. — 182 с.

59. Дмитриев B.C., Минин В.А. Совершенствование систем автоблокировки. — М.: Транспорт, 1987. 143 с.

60. Фёдоров Н.Е. Современные системы автоблокировки с тональными рельсовыми цепями: Учебное пособие. — Самара: СамГАПС, 2004. — 132 с.

61. Воронин В.А., Коляда В.А., Цукерман Б.Г. Техническое обслуживание тональных рельсовых цепей: Учебное пособие. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 93 с.

62. Кулик П.Д., Ивакин Н.С., Удовиков A.A. Тональные рельсовые цепи в системах ЖАТ: построение, регулировка, обслуживание, поиск и устранение неисправностей, повышение эксплуатационной надежности. — Киев: Издательский дом «Мануфактура», 2004. 288 с.

63. Перникис Б.Д., Ягудин Р.Ш. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1994. - 254 с.

64. Асс Э.Е., Маслов Г.П. Монтаж устройств автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте: Учебник для техникумов ж.-д. транспорта.- М.: Транспорт, 1991. 336 с.

65. Закарюкин В.П. Электромагнитная совместимость устройств электрифицированных железных дорог. — Иркутск: ИрИИТ, 2002. — 107 с.

66. Казаков A.A., Казаков Е.А. Автоблокировка, локомотивная сигнализация и автостопы: Учебник для техникумов ж.-д. транспорта. Изд. 7-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1980. — 360 с.

67. Леонов A.A. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1982. - 255 с.

68. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник для вузов / Ю.А. Кравцов, В.Л. Нестеров, Г.Ф. Лекута и др.; Под ред. Ю.А. Кравцова. М.: Транспорт, 1996. - 400 с.

69. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Х.А. Христов, Д.В. Гавзов; Под ред. Вл.В. Сапожникова. -М.: Транспорт, 1995.- 272 с.

70. Лисенков В.М. Безопасность технических средств в системах управления движением поездов. — М.: Транспорт, 1992. 192 с.

71. Тутевич В.Н. Телемеханика: Учебное пособие для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1985. — 423 с.

72. Косарев А.Б. Основы теории электромагнитной совместимости систем тягового электроснабжения переменного тока. — М.: Интекст, 2004. — 272 с.

73. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. — М.: Транспорт, 1982. 528 с.

74. Почаевец B.C. Введение в специальность Электроснабжение на железнодорожном транспорте: Учебное пособие. — М.: Маршрут, 2005. — 139 с.

75. Электрические железные дороги: Учебник / В.П. Феоктистов, Г.Г. Рябцев, Ю.Е. Просвиров и др.; Под ред. В.П. Феоктистова. — Самара: СамГАПС, 2006.-312 с.

76. Принципы электромагнитной совместимости системы тягового электроснабжения с устройствами ЖАТ / A.B. Наумов, Е.Э. Закиев, Г.Б. Игнатов // Автоматика, связь и информатика. — 2004. — № 11. — С. 15-17.

77. Штолл К., Бечка Й., Надворник Б. Влияние тягового подвижного состава с тиристорным регулированием на устройства СЦБ и связи. Пер. с чеш. — М.: Транспорт, 1989. 199 с.

78. Анализ работы устройств АЛС и САУТ на сети железных дорог РФ в 2007 году. Отчёт Департамента автоматики и телемеханики № ЦШЦ-50/70 от 12.02.2008.-М.: ЦШ ОАО «РЖД», 2008. 35 с.

79. Анализ работы устройств АЛС и САУТ на сети железных дорог РФ в 2009 году. Отчёт Департамента автоматики и телемеханики № ЦШЦ-50/77 от 12.02.2010.-М.: ЦШ ОАО «РЖД», 2010.-48 с.

80. Юкляев В.П., Нарымский Б.В., Торопов Г.Э. Регистратор параметров кодов АЛСН // Автоматика, связь, информатика. — 2005. — № 11. — С. 21-25.

81. Юкляев В.П., Сахно В.Н. Поиск сбоев в работе АЛСН // Автоматика, связь, информатика. 2007. - № 3. - С. 13-16.

82. Игольников A.A. Как повысить надёжность работы АЛСН? // Автоматика, связь, информатика. — 2009. № 3. - С. 17-21.

83. Влияние тяжеловесных поездов на рельсовые цепи и АЛСН / И.Н. Шевердин, В.И. Шаманов, Ю.А. Трофимов, A.B. Пультяков // Автоматика, связь, информатика. — 2006. — № 10. — С. 16-19.

84. Кравченко Е.И., Швалов Д.В. Кодирование рельсовых цепей: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. М.: Маршрут, 2006. - 134 с.

85. ГОСТ 12.1.009-76 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Термины и определения. — М.: Издательство стандартов, 1988. — 5 с.

86. Сороко В.И. Реле железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: НПФ «Планета», 2002. - 696 с.

87. Архипов Е.В., Гуревич В.Н. Справочник электромонтёра СПБ. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 2000. - 351 с.