Раннее обнаружение гололедно-изморозевых образований в электротяговых сетях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Кубкина, Ольга Владимировна

• Кубкина, Ольга Владимировна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кубкина, Ольга Владимировна

Введение.

Содержание

1 Постановка вопроса и задачи исследования.

1.1 Способы обнаружения и борьбы с гололедно-изморозевыми образованиями.

1.2 Требования, предъявляемые к системе раннего обнаружения голо-ледно-изморозевых образований на контактной подвеске.

1.3 Цели и задачи диссертации.

2 Теоретические основы обнаружения и контроля процесса гололедооб-разования на проводах контактной подвески.

2.1 Общие положения.

2.2 Процесс гололедообразования как объект контроля.

2.3 Исследование возможности раннего обнаружения гололеда на контактной сети по изменению положения анкерных грузов компенсирующих устройств

2.3.1 Общие положения.

2.3.2 Определение расчетных нагрузок, действующих на провода контактной подвески при гололеде.

2.3.3 Определение перемещения анкерных грузов компенсирующих устройств несущего троса при появлении гололеда.

2.4 Емкостной способ контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на проводах контактной подвески.

2.4.1 Общие положения.

2.4.2 Теоретические основы модели емкости планарного конденсатора, в поле которого находиться провод.

2.4.3 Описание модели емкости планарного конденсатора, в поле которого находиться провод.

2.4.4 Оценка достоверности математической модели.

2.5 Выводы.

3 Принципы построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной подвески электрических железных дорог.

3.1 Функциональный состав и структурная схема системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах контактной подвески.

3.2 Топология системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах контактной подвески.

3.3 Компоновка системы.

3.4 Выводы.

4 Принципы построения технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.

4.1 Принципы построения технических средств системы.

4.1.1 Основные требования и структура технических средств.

4.1.2 Блок-схема технических средств.

4.2 Анализ коммуникационной'подсистемы.

4.2.1 Варианты реализации коммуникационной подсистемы.

4.2.2 Оценка применимости вариантов реализации.

4.3 Формирование базового состава технических средств.

4.3.1 Оценка возможности применения компонентов линейной информационно-контролирующей системы.

4.3.2 Выбор источника питания линейной информационно-контролирующей системы.

4.3.3 Принципиальная схема линейной информационно-контролирующей системы.

4.4 Принципы построения программно-алгоритмического и информационного обеспечения.

4.4.1 Основные требования к разработке программных средств.

4.4.2 Программно - алгоритмическое обеспечения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.

4.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Раннее обнаружение гололедно-изморозевых образований в электротяговых сетях»

Актуальность проблемы своевременного получения информации о начале гололедообразования на проводах и тросах контактной сети обосновывается значительными эксплуатационными издержками, связанными с этим явлением.

Появление гололедно-изморозевых образований оказывает неблагоприятное воздействие на работу контактной сети. При образовании гололеда возможен обрыв проводов контактной сети, падение опор. Гололед снижает качество токосъема. При проходе токоприемника электровоза по проводу, покрытому гололедом, возникает искрение, приводящее к повышенному износу контактного провода и накладок токоприемника. Также появление гололеда или изморози нарушают правильную форму сечения проводов и в совокупности с воздействием ветра сравнительно небольшой скорости (6—10 м/с), направленного под углом близким к прямому по отношению к проводам, приводит к автоколебаниям контактной подвески, вызывающим нарушения работы электрифицированного участка, повреждения проводов, токоприемников и поддерживающих устройств.

Основной целью создания и внедрения систем раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети электрических железных дорог является своевременное принятие мер, обеспечивающих снижение, или исключение издержек технического и экономического характера, возникающих при образовании гололеда на проводах и тросах подвески.

В настоящее время при эксплуатации контактной сети железных дорог применяется система визуального контроля процесса гололедообразования работниками дистанций контактной сети и машинистами электровозов. Подобная система имеет ряд недостатков, таких как:

- неоптимальное, с точки зрения обнаружения начальных гололедно-изморозевых образований, размещение точек контроля (гололедных стендов);

- значительная зависимость от человеческого фактора;

- зависимость от интенсивности движения поездов на участках, подверженных гол о ледообразованию.

Многие теоретические и практические вопросы контроля гололедно> изморозевых образований освещены 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. [1-23].

Диссертация посвящена разработке системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети электрических железных дорог. В работе используются: методы расчета цепных контактных подвесок, методы обработки и оценки статистических данных, метод предварительного расчета электростатического поля при наличии неоднородной среды.

В работе решены следующие научно-технические задачи:

- разработаны теоретические основы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований в электротяговых сетях, ориентированные на современную аппаратуру, системы контроля и управления электроснабжением;

- разработана математическая модель измерительной части системы;

- разработана функционально-логическая структура системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований (СРОГ);

- формализована логика функционирования СРОГ;

- разработаны принципы построения топологии, технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Кубкина, Ольга Владимировна

Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Произведен анализ известных систем обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах линий электропередач и контактной подвески электрических железных дорог. Подтверждена целесообразность разработки системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований. Сформулированы требования, предъявляемые к системе раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований, в соответствии с поставленными целями.

2. Разработаны теоретические основы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований в электротяговых сетях, ориентированные на современную аппаратуру, системы контроля и управления электроснабжением. Рассмотрен процесс гололедообразования на проводах и тросах контактной подвески как объект контроля, выделены признаки, позволяющие идентифицировать наличие гололеда.

3. Проведена оценка возможности применения способа обнаружения и контроля процесса гололедообразования на контактной сети, основанного на контроле изменения положения грузов компенсирующих устройств, установлены зависимости вертикального перемещения анкерных грузов компенсирующих устройств несущего троса от длины пролета анкерного участка при различных значениях толщины стенки гололеда на проводах контактной сети. Сделан вывод о сложности практической реализации способа.

4. Исследован емкостной способ контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований. Разработана математическая модель, позволяющая исследовать изменение емкости планарного конденсатора, в поле которого находится провод при наличии, либо отсутствии гололедно-изморозевых образований на нем, в зависимости от ряда параметров.

5. Проведены лабораторные испытания, подтвердившие корректность разработанной математической модели и соответствие технических характеристик серийно выпускаемых емкостных датчиков приближения требованиям, предъявляемым к техническим средствам линейной информационно-контролирующей системы СРОГ.

6. Разработаны принципы построения и функциональный состав системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной подвески электрических железных дорог. Разработаны функционально-технологические структуры линейной информационно-контролирующей системы и информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта. Разработана конфигурация технических и программных средств системы. Классифицированы факторы, влияющие на процесс гололедообразования, что позволило сформулировать принципы построения топологии СРОГ. Предложены два варианта компоновки технических средств СРОГ.

7. Определены структура и принципы построения технических средств, программно-алгоритмического и информационного обеспечения СРОГ. Разработаны блок-схемы линейной информационно-контролирующей системы и информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта.

8. Разработана принципиальная схема ЛИКС. Рассмотрены возможные варианты реализации коммуникационной подсистемы СРОГ. Разработаны режимы работы системы, обеспечивающие минимизацию энергопотребления. Сформирован базовый состав технических средств СРОГ. Разработаны информационное обеспечение и блок-схемы алгоритмов функционирования ЛИКС и ИКСДП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кубкина, Ольга Владимировна, 2009 год

1. Бойко Т. А. Исследование сигнализатора гололеда. Материалы научно-технической конференции секции Дор НТО Северо-Кавказского Ордена Ленина железной дороги и кафедр института. Ростов-на-Дону.: РИИЖТ,1971.

2. Бойко Т. А. К расчету датчиков гололеда. Ростов-на-Дону.: РИИЖТ,1972, вып. 85.

3. Бойко Т. А. Разработка и исследование сигнализаторов гололеда для электротяговых сетей, линий ДПР и ВЛ автоблокировки. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ростов-на-Дону.: РИИЖТ, 1972.

4. Бойко Т. А. Применение сигнализаторов гололеда для контактной сети, линий ДПР и воздушных линий автоблокировки. Доклады научно-технической конференции по вопросам надежности и долговечности транспортных и путевых машин Ростов-на-Дону.: РИИЖТ, 1969.

5. Бойко Т. А. К вопросу о контроле наличия гололеда на контактной сети, линиях ДПР и воздушных линиях автоблокировки. Материалы научно-технической конференции молодых ученых железнодорожного транспорта. — Ростов-на-Дону.: РИИЖТ, 1970.

6. Бойко Т. А. Выбор параметров пружин датчиков гололеда. Доклады научно-технической конференции по вопросам надежности и долговечности транспортных и путевых машин-Ростов-на-Дону.: РИИЖТ, 1969.

7. Жарков Ю.И., Семенов Ю.Г. Основы алгоритма распознавания нарушений токосъема на фидерных зонах автоматизированной системой контроля. Ростов-на-Дону.: Вестник РГУ ПС, №3, 2004. - с. 105-108.

8. Купцов Ю. Е. Беседы о токосъеме, его надежности, экономичности и о путях совершенствования. М.: «Модерн-А», 2001 — 256 с

9. Левченко И. И, Сацук Е. И. Программное обеспечение информационной системы раннего обнаружения и борьбы с гололедом на высоковольтных линиях. -М.: Информационно аналитический журнал «Энерго-инфо», 1998.

10. Левченко И. И, Сацук Е. И, Засыпкин А. С., Аллилуев А. А. Диагностика, реконструкция и эксплуатация воздушных линий электропередач в гололедных районах. М.: Издат. дом МЭИ, 2007. - 200 с.

11. Дьяков А. Ф., Левченко И. И. опыт борьбы с гололедом на линиях электропередач.- М.: Электрические станции, 1978. №1.

12. Левченко И. И. Плавка гололеда на проводах и тросах воздушных линий высокого напряжения М.: Издат. дом МЭИ, 1998. - 124 с.

13. Левченко И. И., Аллилуев А. А., Лубенец А. В., Дьяков А. Ф. Система телеизмерения гололедных нагрузок на воздушных линиях электропередачи 6-35 кВ.-М.- М.: Электрические станции, 1999. №8.

14. Левченко И. И. Система телеизмерения гололедных нагрузок на воздушных линиях электропередачи 330 — 500 кВ.-М.: Электрические станции, 1999. -№12.

15. Пат. №2139618 (РФ). Засыпкин А. С, Аллилуев А. А, Левченко И. И. Устройство для контроля гололедной нагрузки и сопротивления изоляции линии электропередачи. Бюл. №28, 1999.

16. Пат. №2145118 (РФ). Левченко И. И., Засыпкин А. С, Аллилуев А. А, Лубенец А. В. Устройство для контроля гололедной нагрузки линии электропередачи. Бюл. №3, 2000.

17. Пат. №2145119 (РФ). Левченко И. И., Засыпкин А. С, Аллилуев А. А, Лубенец А. В. Устройство для контроля гололедной нагрузки на воздушных линиях электропередачи. Бюл. №3, 2000.

18. Пат. №2145758 (РФ). Левченко И. И., Засыпкин А. С, Аллилуев А. А, Лубенец А. В. Устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи. Бюл. №5, 2000.

19. Свидетельство на полезную модель №15151 (РФ). Дьяков А. Ф., Левченко И. И., Засыпкин А. С, Аллилуев А. А. Датчик гололедной нагрузки. Бюл. №26, 2000.

20. Дьяков А. Ф., Засыпкин А. С, Левченко И. И. Предотвращение и ликвидация гололедных аварий в электрических сетях энергосистем. Пятигорск: издательство РП «Южэнерготехнадзор», 2000. — 284 с.

21. Михеев В. П. Контактные сети и линии электропередач: учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта М.: Маршрут, 2003. - 415 с.

22. Сидоров О.А., Ступаков С.А., Кутькин А.Н. Применение методов трибофатики при оценке ресурсных возможностей устройств токосъема электрического транспорта. Вестник ростовского государственного университета путей сообщения. 2007. - №3. - с. 96.

23. Савченко В. А., Счастный Е. Н. Совершенствование узлов и эксплуатация контактной сети. — М.: Транспорт, 1980. — 63 с.

24. Коптев А. А. Устойчивость систем электроснабжения в аварийных и чрезвычайных ситуациях. М.: Маршрут, 2006. - 400 с.

25. Парцепан А. А., Павлов И. В., Неганов А. А. Борьба с гололедом на электрифицированных железных дорогах. М.: Транспорт, 1970. - 151 с.

26. Сердинов С. М. Повышение надежности устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1985. - 301 с.

27. Хабибуллин М.С. Опыт усовершенствования и разработки новых принципов телеизмерений гололедных нагрузок на проводах ВЛ-110 500 кВ. Вторая научно-технической конференция молодых специалистов электроэнергетики.-Москва, 1999.

28. Дехтяренко К.И., Муллугалямов Р.Э. Система передачи информации по грозотросу. Вторая научно-технической конференция молодых специалистов электроэнергетики.- Москва, 1999.

29. Методические указания по применению сигнализаторов гололеда и прогнозированию гололедоопасной обстановки на ВЛ. РД 34.20.510., 1999.

30. Кузнецов П. А. Автоматизированная система мониторинга контактной сети.- Саратов.: Саратовский технический университет, 2008.

31. Тюняев Г. А. Система передачи сигналов по линии электроснабжения для определения предельных гололедных отложений на проводах. Материалы 4 Всероссийской конференции «прогрессивные технологии в обучении и производстве». Волгоград: КТИ Волг. ГТУ, 2006.

32. Башкевич В. Я., Угаров Г. Г. Мониторинг гололедно-ветровых и температурных нагрузок воздушных линий электропередач. Материалы международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации». Томск: ТГУ, 2004.

33. Переяслов Ю. Т. Способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи. Материалы 4 Всероссийской конференции «прогрессивные технологии в обучении и производстве». — Волгоград: КТИ Волг. ГТУ, 2006.

34. Пат. №2309540 (РФ). Тюняев Г. А., Переяслов Ю. Т. Система передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных образований на проводах. Бюл. №4, 2003.

35. Пат. №2402495 (РФ). Минуллин Р. Г., Фардиев И. Ш., Петрушенко Ю. Я., Губаев Д. Ф., Мезиков А. К., Коровин А. В. Способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи., 2006

36. Инструкция о порядке использования токоприемников электроподвижного состава при различных условиях эксплуатации №ЦТ-ЦЭ-844, 2001.

37. Инструкция по обеспечению надежности работы устройств электроснабжения железных дорог в зимних условиях №ЦЭ-713, 2006.

38. Фрайфельд А. В., Бондарев Н. А., Марков А. С. Устройство, сооружение и эксплуатация контактной сети и воздушных линий. М.: Транспорт, 1987.-336 с.

39. Вологин В. А. Взаимодействие токоприемников и контактной сети. М.: Интекст, 2006. - 256 с.

40. Беляев И. А., Вологин В. А. Взаимодействие токоприемников и контактной сети. -М.: Транспорт, 1983. 192 с.

41. Жарков Ю. И., Семенов Ю. Г., Лысенко О. В. Структура системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований. Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт 2006», май 2006г. в 3-х ч. Ч.З, Ростов н/Д: РГУПС, 2006.- с. 136-137.

42. Кубкина О. В. Моделирование емкости планарного конденсатора. Вестник ростовского государственного университета путей сообщения. -2008. №2.- с. 95-100.

43. Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология климатология. 4-е изд. М.: Изд-во Московского университета, 1994. - 455 с.

44. Методические указания по борьбе с гололедом и автоколебаниями на контактной сети, линиях ДПР, автоблокировки и продольного электроснабжения. Книга 1. ОАО «РЖД» (Департамент электрификации и электроснабжения), 2004.

45. Фрайфельд А. В, Брод Г. Н. Проектирование контактной сети. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1991. - 335 с.

46. Горошков Ю. И., Бондарев Н. А. Контактная сеть. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1990. - 399 с.

47. Нормы проектирования контактной сети СТН ЦЭ 141-99. Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. М., Трансиздат, 2001. - 176 с.

48. Соколов Н. JT. Контактная сеть: учебное иллюстрированное пособие для техникумов, колледжей ж.-д. транспорта. М.: Маршрут, 2003. - 50 с.

49. Контактная сеть и воздушные линии: нормативно методическая документация по эксплуатации контактной сети и высоковольтным воздушным линиям М.: Трансиздат, 2001. — 511 с.

50. Панфиль JL С. Эксплуатация и ремонт контактной сети электрифицированных железных дорог.- М.: Транспорт, 1972. 238 с.

51. Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники. Том 2. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоиздат, 1981. - 416 с.

52. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. 9-е изд. М.: Гардарики, 2001. - 316 с.

53. Башарин С. А., Федоров В. В Теоретические основы электротехники. Теория электрических цепей и электромагнитного поля. — М.: Академия, 2004.-304 с.

54. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. 7-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 2001. - 495 с.

55. Вендик О. Г., Зубко С. П., Никольский М. А. Моделирование и расчет емкости планарного конденсатора, содержащего тонкий стой сегнето-электрика. М.: Журнал технической физики, 1999. - том 69, выпуск 4.

56. Вендик О. Г., Никольский М. А. Моделирование характеристик многослойного планарного конденсатора. — М.: Журнал технической физики, 2001. том 71, выпуск 1.

57. Каталог продукции компании «Сенсор», емкостные датчики. Москва, 2008.

58. Мокров Е.А., Лебедев Д.В., Селифанова В.В. Емкостные датчики постоянного тока. Журнал «Датчики и системы», 2001.- №7.

59. Каган Б. М. Электронные вычислительные машины и системы. Учеб. Пособие для ВУЗов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1991.-592 с.

60. Жарков Ю. И., Овласюк В. Я., Сергеев Н. Г., Сухопрудский Н. Д., Шилов А. С. Автоматизация систем электроснабжения. Учебник для ВУЗов ж. д. транспорта. -М.: Транспорт, 1990.

61. Семейство микроконтроллеров MSP430xlxx. Руководство пользователя: пер. с англ. М.: Серия «Библиотека Компэла», ЗАО «Компэл», 2004. -368 с.

62. Алексей Сигаев. Микроконтроллеры фирмы Hitachi. М.: журнал «Компоненты и технологии», 2000.

63. Ульрих В.А. Микроконтроллеры PIC 16Х7ХХ. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Наука и техника, 2002. - 320 с.

64. ГОСТ Р 50030.52 (IEC 60947-5-2)

65. ГОСТ 14254 - 96. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP).

66. Каталог оборудования компании «Siemens». GSM-модули. Москва,2008.

67. Слюняев А. Н. Перспективы развития систем электросвязи на железных дорогах ОАО «РЖД» на основе применения спутниковых технологий. Журнал «CONNECT. Мир связи», 2008. №4.

68. Сибуя М., Ямамото Т. Алгоритмы обработки данных: пер. с япон. -М.: Мир, 1986.-218 с.

69. Бек JI. Введение в структурное программирование: пер. с англ. — М.: Мир, 1988.-448 с.

70. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах -М.: Мир, 1980.

71. Длина пролетов анкерного участка, м

72. Длина пролетов анкерного участка, мх о.1. V it XЯ