Мобильное устройство автоматизации контроля контактной сети электрифицированных железных дорог

Предлагаемое техническое решение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при создании высококачественных систем автоматизации контроля при эксплуатации электрического подвижного состава и контактных сетей электрифицированных железных дорог.
В транспортной системе РФ ведущим видом является железнодорожный транспорт. Контактная сеть - это сложное техническое сооружение электрифицированных железных дорог, контактная сеть практически не имеет резерва, поэтому стремятся к ее более высокой надежности в условиях эксплуатации. Контактная сеть должна обеспечивать бесперебойный токосъем при высоких скоростях движения электропоездов, при любых атмосферных условиях. Является наиболее уязвимым объектом в системе тягового электроснабжения, именно ее ненадежная работа в большинстве случаев является причиной браков (задержек поездов по времени более установленного) [1].
На данный момент в мире не существует единой системы, способной осуществлять автоматический контроль состояния контактной сети. Создание автоматической системы контроля позволит выявлять отклонения от нормального рабочего состояния контактной сети в реальном времени, прогнозировать возможные отказы, тем самым избежать огромных затрат, связанных с простоем на ремонт, увеличит безопасность железнодорожных перевозок [2,3].
Предлагаемое мобильное устройство автоматизации контроля контактной сети электрифицированных железных дорог основано на реализации способа непрерывного контроля скользящего контактного соединения между пантографом и контактным проводом, подверженного воздействию электрического тягового тока, внешних природных факторов, технических неисправностей, вызывающих искрение, образования электрической дуги, значительных изменений сопротивления контакта, возникающих в процессе движения электрического подвижного состава, дающего оценку скользящего контакта, а, следовательно, интегральную оценку функционирования пантографа и контактной сети [4].
В предлагаемом устройстве задача контроля контактной сети решается с помощью реализации алгоритма контроля скользящего контакта, представленного в патенте [4]. Тяговый электрический ток, проходящий через скользящий контакт между пантографом и контактным проводом, раскладывается в ряд Фурье в реальном масштабе времени. Полученный спектр тягового тока характеризует работу скользящего контакта и силового электрооборудования подвижного состава. Из полученного спектра тягового электрического тока вычитаются гармоники, связанные с нормальной работой силового электро-оборудования электровоза. При нормальной работе скользящего контакта полученный в результате вычитания спектр практически будет нулевым. В противном случае, не нулевые гармоники спектра будут характеризовать отклонения от нормальной работы скользящего контакта. Сравнение полученного спектра с эталонным спектром тягового электрического тока, характеризующего нормальную работу скользящего контакта, позволяет дать оценку характерным неисправностям пантографа и контактного провода.
Для реализации алгоритма способа [4] на практике требуемое цифровое оборудование устанавливается на электровозе. Расчеты по приведенному алгоритму на установленном цифровом оборудовании проводятся в реальном масштабе времени, затем передаются по поездной радиосвязи энергодиспетчеру. На оборудовании предусмотрено согласование с местом положения электровоза относительно железнодорожного пути и, следовательно, относительно контактного провода.
При реализации алгоритма способа на многих единицах электроподвижного состава появляется возможность автоматизировать процесс контроля контактного провода при нормальной работе пантографа, а также обнаруживать отклонения от нормальной работы пантографа при хорошем состоянии контактного провода, что делает контроль по конечному результату работы оборудования оперативным, достоверным, повышает надежность и безопасность движения поездов [4].
Предлагаемое мобильное устройство автоматизации контроля контактной сети электрифицированных железных дорог устанавливается на электровозе. Блок-схема мобильного устройства автоматизации контроля контактной сети электрифицированных железных дорог показаны на рис. 1.
На блок-схеме рис. 1 аналоговый датчик тока (ДТ) производит измерение тягового тока, поступающего с контактной сети через скользящий контакт в электровоз. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) производит преобразование сигнала в цифровой вид и передает его на вычислительный блок. Вычислительный блок (ВЧБ) обрабатывает полученный сигнал и производит его разложение в спектр, используя метод преобразования Фурье. После преобразования сигнал, несущий в себе информацию о спектре тока, передается на блок шифрования. Блок шифрования (кодер) производит кодирование сигнала и передает его на возимую поездную радиостанцию (ПРС). Блок бесперебойного питания (ББП) обеспечивает устройство контроля состояния контактной сети бесперебойным питанием необходимым для работы остальных блоков. Алгоритм работы программы контроля состояния контактной сети состоит из реализации следующих процедур. Информация, попадающая в сеть связи энергодиспетчера, подается на электронно-вычислительную машину (ЭВМ), обладающую устройствами ввода-вывода. Специальное программное обеспечение, установленное на ЭВМ, проводит обработку полученной информации: синхронизирует полученный спектр с местоположением электровоза передавшего информацию; информация о местонахождение электровоза может передаваться двумя путями, спутником через систему ГЛОНАС, установленную в поездной радиостанции, или с меньшей точностью от поездного диспетчера по средствам определения блок-участка, на котором находится электровоз; выполняет операции сравнения посредством вычитания полученного спектра гармоник из нормального спектра гармонических колебаний, предварительно занесенных в программу; все результаты вычисления спектров отклонений больше заданных предельных значений, вместе с информацией о координате электровоза, величинах отклонений заносится в реестр отклонений с последующей их визуализацией. По всем отклонениям ведется база данных на контролируемом участке, по информации анализируется динамика развития негативных процессов, ведущих к отказам в контактной сети.
Информационные источники
1. Горошков, Ю.И. Контактная сеть. / Ю.И. Горошков, Н.А. Бондрев - М.: Транспорт, 2011 - 400 с.
2. Магидин, Ф.А. Устройство и эксплуатация контактной сети / Ф. А. Магидин - М.: Маршрут, 2006. -62 с.
3. Беляев, И.А. Устройство и обслуживание контактной сети при высокоскоростном движении / И.А. Беляев. -М.: Транспорт, 1989.
4. Пат. №2713575 Российская Федерация, RU2713575 С1, МПК G01R 31/01 (2006.01), B60L 5/4 (2006.01), В60М (2006.01). Способ контроля состояния скользящего контактного соединения пантографа с контактным проводом в процессе движения электрического подвижного состава железных дорог / А.П. Степанов, М.А. Степанов, Е.М. Степанов; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. -№20191214372, заяв. 07.05.2019 опубл. 05.02.2020, Бюл. №4.