Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті

Аналіз статистики відмов та збоїв у роботі автоматичної локомотивної сигналізації

O.O. Гололобова — 2023-05-01

Мета. Безпека на залізничному транспорті та його безперебійна робота значно залежить від надійності роботи засобів залізничної автоматики та зв’язку. При цьому особлива роль у забезпеченні безперервності перевізного процесу залізниць належить системам інтервального регулювання руху поїздів, а також автоматичній локомотивній сигналізації у поєднанні з системами контролю пильності машиніста та автостопом. Тому необхідно постійно досліджувати та робити детальний аналіз надійності роботи даних систем, щоб мати змогу на базі отриманої інформації корегувати методики обслуговування та вдосконалювати експлуатаційну роботу персоналу. Методика. Для попереджування збоїв та відмов у роботі пристроїв автоматичної локомотивної сигналізації проаналізовано статистику відмов всіх пристроїв залізничної автоматики, які можуть призвести до порушень у її роботі. Визначено найбільш відповідальні пристрої, контроль яких значно вплине на працездатність системи та підвищить надійність роботи в цілому. Результати. Аналіз статистичних даних показав що, основними об'єктами, що призводять до порушень дії системи автоматичної локомотивної сигналізації, є несправність дешифраторів, підсилювачів і локомотивних фільтрів, а основною причиною, що обумовлює несправності, залишається зношеність апаратури. Наукова новизна. Результати розробок, що направлені на підвищення ефективності та надійності роботи залізничних пристроїв, постійно впроваджуються в експлуатаційну роботу, автоматизуючи велику кількість технологічних процесів та підвищуючи ймовірність безвідмовної роботи апаратури. Проте, незважаючи на це, аналіз роботи залізничних пристроїв за дослідні 2013-2017 роки показав, що людський фактор, а саме порушення технології виконання робіт, недотримання вимог технологічних карт та керівництв з експлуатації, неякісний ремонт та перевірка приладів в ремонтно-технологічних ділянках, залишається суттєво високим в надійності роботи залізничної апаратури в цілому і в системах локомотивної сигналізації зокрема. Практична значимість. Проведений аналіз показав, що актуальним залишається питання вдосконалення як безпосередньо самих систем та пристроїв залізничної автоматики, так і методів їх перевірки, експлуатації та обслуговування, що підвищить рівень безпеки та надійності перевезень.

Комплексна система автоматичної ідентифікації рухомого складу

K.B. Гончаров — 2023-05-01

Впровадження систем автоматичної ідентифікації рухомого складу дозволяє підвищити достовірність і оперативність звітності про стан вагонних і локомотивних парків, зменшити штат співробітників, підвищити рівень інформаційного сервісу у внутрішніх і транзитних міжнародних перевезеннях. Системи радіочастотної ідентифікації забезпечують високу достовірність даних. Проте технологія RFID потребує розміщення на кожному вагоні додаткового пристрою – кодового бортового датчика, що вимагає значних матеріальних та часових ресурсів. Головним недоліком оптичних систем є залежність від погодних умов, забруднень і вібрації поверхні вагона. В роботі розглядається комплексна система автоматичної ідентифікації рухомого складу, в якій поєднуються технології радіочастотної та оптичної ідентифікації. Запропонована структура та загальні принципи побудови такої системи. Запропоновано також алгоритм оптичного розпізнавання номерів вагонів із застосуванням штучної нейронної мережі, працездатність якого підтверджується результатами імітаційного моделювання

Сучасні підходи до діагностики струмоприймачів електрорухомого складу

Мохаммад Аль Саид Ахмад — 2023-05-01

У статті наведено результати аналізу сучасних підходів до діагностики вузла струмознімання електрорухомого складу. Для вирішення завдання підтримки вузла струмознімання в робочому стані важливим є контроль і діагностика його стану в процесі експлуатації. Висунуто припущення, що системи діагностики технічного стану струмоприймача, засновані на принципі аналізу візуальних даних, здатні забезпечити виконання всіх вимог і є перспективним напрямком для вирішення таких завдань.

Визначення періодів відновлення корпусної ізоляції ТЕД ЕД-118А за спостереженнями зворотної напруги

В. В. Лагута — 2023-05-01

Мета. Визначення найкращого ресурсу корпусної ізоляції і відповідних моментів її відновлення для тягового електродвигуна (ТЕД) ЕД-118А. Критерієм в задачі служить мінімум питомих витрат на виконання ПР-3 і КР-1 протягом циклу експлуатації КР2 - КР2. Методика. Моделювання ресурсу ізоляції, періоду відновлення ПР-3 і періоду відновлення КР-1 засноване на даних спостереження про зворотну напругу. Процедура оптимізації враховує ступінь відновлення корпусної ізоляції, обмеження по величині зворотної напруги при виконанні ПР-3 і виконанні КР-1. Як показник стану ізоляції взято інтегральне оцінювання кривої зворотної напруги. Дослідження проводилися на основі процедури оптимізації з обмеженнями із застосуванням методів теорії відновлення.Результати. В ході дослідження проведено оптимізацію витрат на відновлення корпусної ізоляції з урахуванням ступеня відновлення при виконанні ПР-3 і КР-1. Для корпусної ізоляції визначено період відновлення для проведення ПР-3 і період відновлення для проведення КР1,визначено відповідні моменти відновлення.Новизна. Запропоновано метод прогнозування ресурсу (пробіг) корпусної ізоляції з визначенням відповідних моментів її відновлення з урахуванням коефіцієнта відновлення при виконанні ПР-3 і виконанні КР-1 за даними спостережень за зворотною напругою.Практична значимість. Дослідження проводилися відповідно до «Державної програми стратегічного розвитку залізниць України», що підготовлена Державним науково-дослідним центром залізничного транспорту України спільно з фахівцями «Укрзалізниця» та Програмою оновлення залізничного рухомого складу на період до 2020 року, де зазначено на необхідність створення сучасних систем технічного обслуговування і ремонту тягового рухомого складу нового покоління і розробку відповідних нормативних документів. Запропонована методика дає можливість локомотивному депо вибирати технологію відновлення корпусної ізоляції ТЕД.

Застосування штучних нейронних мереж для визначення лінійної координати поїзда

К. В. ГОНЧАРОВ — 2023-05-01

В сучасних локомотивних пристроях безпеки визначається лінійна залізнична координата поїзда, що дозволяє знайти відстань до перешкоди та розрахувати криву гальмування. Для вирішення таких задач використовується локомотивний модуль супутникової навігації та електронна карта, до якої записуються географічні та відповідні лінійні координати опорних точок, в якості яких, як правило, використовуються кілометрові стовпчики. За допомогою модуля супутникової навігації визначаються поточні географічні координати поїзда (довгота та широта), далі виконується пошук двох найближчих опорних точок в електронній карті та виконується розрахунок поточної лінійної координати поїзда.При цьому не враховується кривизна та профіль колії. Було встановлено, що похибка такого метода визначення лінійної координати поїзда складає десятки метрів, а в деяких випадках може перевищувати 100 метрів. Для зменшення похибки запропоновано проводити апроксимацію залізничних кривих за допомогою штучної нейронної мережі, а також записувати в електронну карту в якості опорних точок не лише кілометрові, але і пікетні стовпчики.В результаті моделювання було встановлено, що для різних тестових залізничних ділянок нейронна мережа визначала лінійну координату поїзда з похибкою не більше трьох метрів.Таким чином, запропонований метод є достатньо ефективним і може бути використаним для удосконалення алгоритму роботи локомотивних пристроїв безпеки.

Моделювання впливу гармонійних завад на приймач тонального рейкового кола

B. І. Гаврилюк — 2023-05-01

У роботі досліджено вплив гармонійних завад на приймач тонального рейкового кола на основі розробленої математичної та комп'ютерної моделі, що описує поширення електромагнітних завад у рейках від електрорухомого складу до колійного приймача, а також їх вплив на приймач. Модель враховує тип і конкретні параметри рейкового кола, схему каналізації тягового струму, коефіцієнт асиметрії рейкової лінії, опір ізоляції баласту, координати рухомого складу, спектральний склад зворотного тягового струму.

Вплив гармонійних завад на колійний приймач тонального рейкового кола проілюстровано шляхом знаходження сумарного струму на вході приймача у вигляді суми сигнального струму для нормального, шунтового і контрольного режимів роботи рейкового кола в найбільш несприятливих для цих режимів роботи умовах і максимально допустимому струму завад.

Значення сигнального струму в пропонованій моделі визначається через напругу генератора і коефіцієнт передачі струму, який згідно з відомими формулами знаходиться через матриці чотириполюсників загальної еквівалентної схеми рейкового кола. Середнє квадратичне значення сумарного струму завад на вході колійного приймача від усіх одиниць електрорухомого складу в межах фідерної зони моделі визначається за запропонованою методикою з урахуванням коефіцієнта передачі апаратури кінця рейкового кола.

Адекватність розробленої моделі була експериментально перевірена шляхом порівняння результатів моделювання з експериментальними результатами, отриманими при реєстрації струму на вході колійного приймача при подачі на нього сигнального струму від генератора ГПУ та гармонійної завади від керованого генератора.

Для моделювання струму на вході колійного приймача в нормальному режимі граничні значення струмів на його вході взяті з технічної документації, а саме: середньоквадратичне значення сигнального струму на вході приймача взято на рівні 3 мА; серед-неквадратичне значення завад взято на рівні 0,55 і 0,7 мА. З аналізу отриманих результатів можна зробити висновок, що завади на вході приймача з частотою в смузі ±(0..0,5) Гц щодо частоти сигнального струму викликають появу періодичних змін струму нижче рівня його надійного спрацьовування з тривалістю більше 0,6 с, що може призвести до збою в роботі рейкового кола у нормальному режимі.

Для моделювання струму на вході колійного приймача у шунтовому та контрольному режимах граничні значення струму на його вході прийняті такими: залишкове напруга на вході приймача 0,23 В; середньоквадратичне значення гармонійної завади – 0,4 мА. В результаті зроблено висновок, що завади на вході приймача з частотою в смузі ±(0…0,5) Гц щодо частоти сигнального струму викликають підвищення струму на його вході вище за рівень надійного відпускання приймача з тривалістю більше 0,6 с, що може призвести до збою в роботі ТРК у шунтовому та контрольному режимах.

Вплив електромагнітних завад на тягову мережу: математична модель тягової мережі

Хоссейн Тагізаде Ансарі — 2023-05-01

В Україні електрифіковано майже половину залізничних ліній. У мережі залізниць є автоматичні пристрої, за допомогою яких регулюється рух поїздів та безпека на залізниці. Однак у цих автоматичних пристроях є деякі несправності, які можуть поставити під загрозу безпеку пасажирів та залізничної системи. Основними джерелами цих пошкоджень є наявність паразитних струмів, гармонік та електромагнітних перешкод. Для дослідження цих несправностей важливо мати точну модель залізничної мережі. Тож тема дослідження зараз актуальна.

Основна мета даної статті – вивчити поширення гармонік тягового струму у фідерній зоні (ділянці між підстанціями) та визначити вплив кодового струму, що протікає у залізничних лініях. Таким чином необхідно провести математичну модель тягового живлення. Також було проведено наукові роботи з визначення складу спектру тягового струму та найбільш небезпечних гармонік для роботи тягових підстанцій.

У цій статті представлена математична модель залізничної мережі, яка може бути корисною під час аналізу впливу цих несправностей на залізничну мережу. Він вважався 8-полюсним для одноколійної залізничної тяги.

Як згадувалося раніше, одним із основних кроків щодо дослідження впливу електромагнітних перешкод на автоматичні пристрої залізничної системи є створення точної моделі тягової мережі. Пропонована модель може бути використана, коли струм електровоза ділиться на два різні струми, що протікають у тягових магістралях. Крім того, була написана система диференціальних рівнянь щодо запропонованої моделі та введено рішення цієї системи. Всі струми в рейках і зворотний струм можна розрахувати за допомогою наведеного вище рішення. Отже, можна досліджувати вплив електромагнітних перешкод цей струм.

Застосування суперконденсаторів для підвищення якості електроенергії в електричних мережах з розподіленою генерацією

О. В. Горпинич — 2023-05-01

Наведено результати експериментальних досліджень суперконденсаторів як засобів згладжування відхилень та коливань напруги. Розглянуто імітаційні моделі еквівалентних схем заміщення суперконденсатору та експериментальної установки із сонячною панеллю, розроблені у середовищі PSCAD (Канада). Методика.Щоби отримати криві заряду та розряду суперконденсаторів, було розроблена та випробувана в реальних умовах експлуатації експериментальна установка із сонячною панеллю. Вона складається з сонячної панелі потужністю 10 Вт, суперконденсаторів з номінальною напругою 2,7 В та ємністю 100 Ф кожний, перетворювачів напруги та навантаження у вигляді лампи розжарювання потужністю 4 Вт напругою 12 В. Для вимірювання і реєстрації напруг в різних точках експериментальної установки були використані цифровий мультиметрSanwa типа PC 510a та програма PC Link (Японія). Окрім експериментальних досліджень з використанням цифрового мультиметруSanwa та програми PC Link, було виконано імітаційне моделювання у середовищі PSCAD з метою отримання кривої заряду суперконденсаторів. Результати.Продемонстрована експериментальна установка для моніторингу і аналізу електромагнітних перехідних процесів в електричних мережах із сонячними панелями. Наведені так звана «однодіодна модель» (еквівалентна схема заміщення сонячної панелі) та рівняння, що описує вольт-амперну характеристику реальної фотоелектричної установки, яка складається з низки з'єднаних комірок. Отримані аналітичні вирази, які дозволяють визначити параметри еквівалентної схеми заміщення сонячної панелі, що, як правило, в паспортних даних виробниками не наводяться.Наукова новизна.За допомогою експериментальних досліджень підтверджена ефективність застосування суперконденсаторівяк засобів згладжування відхилень та коливань напруги, що виникають під час роботи сонячних панелей.Практична значимість.Представлена у роботі експериментальна установка використовується у навчальному процесі ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет» під час проведення лабораторних робіт з дисципліни «Альтернативні джерела електроенергії».

Збереження угруповань тягових двигунів при імпульсному регулюванні напруги

Д. С. Білухін — 2023-05-01

Однією з проблем при впровадженні імпульсного регулювання на електрорухомому складі є втрати енергії в елементах перетворювача і пульсація струму в колі тягових двигунів. В роботі запропонований варіант модернізації електровозів постійного струму, заснований на застосуванні імпульсного регулювання напруги на тягових двигунах.Методика.Виконано аналіз втрат енергії для кіл електровозів ЧС2 і ВЛ8 в режимі пуску. Розрахунки втрат робилися для двох можливих режимів. Перший режим – через кола існуючих реостатів. Другий режим – від імпульсного перетворювача напруги, розрахованого за типовими методиками. Розглянуто варіанти пуску електровоза від перетворювача з використанням з’єднань тягових двигунів і при живленні всіх груп двигунів паралельно.Результати.Аналіз втрат показав, що при розгоні пасажирського поїзда на розрахунковій ділянці втрати в реостатах для електровоза ЧС2 становлять до 76 кВт год. При розгоні на паралельному з’єднанні втрати в елементах перетворювача до 1,4 кВт г, при розгоні з використанням перегрупувань до 1 кВт год. Для електровоза ВЛ8 з поїздом вагою 3400 т і розгоні в тому ж напрямку відповідні втрати розподілилися: 126, 2,4 та 2 кВт∙год. Т. т. плавне регулювання з наявністю угруповань тягових двигунів дає деяку перевагу в порівнянні з розгоном на паралельному з'єднанні. Збереження угруповань тягових двигунів при впровадженні імпульсного регулювання дозволяє отримати проміжні рівні швидкостей, характерних угрупованням (послідовна, послідовно-паралельна) з відключеним регуляторної-тором, додатково знизити втрати і нагрів перетворювача. Для 6-вісних електровозів знизити до 11% пульсації струму або знизити габарити реакторів.Практична значимість.Результати розрахунків, запропоновані в роботі, можуть бути використані при дослідженні шляхів з модернізації електрорухомого складу.

Випробування асинхронних трифазних двигунів

О. С. Шаповалов — 2023-05-01

Проведено огляд методів післяремонтної перевірки трифазних асинхронних двигунів в умовах ремонтних цехів локомотивних депо підкреслює необхідність впровадження спеціалізованих стендів для проведення післяремонтних випробувань з метою підвищення якості проведення ремонту, зменшення кількості відмов в роботі допоміжного обладнання, і за рахунок цього підвищення безпеки руху залізничного транспорту в цілому.

Проаналізовано сучасний стан розвитку напівпровідникової та мікропроцесорної техніки, який дозволяє реалізувати живлення випробовуваного асинхронного двигуна в широкому діапазоні живлячих частот, що в свою чергу дозволяє побудувати універсальні стенди для випробування трифазних асинхронних двигунів. Вартість перетворювачів частоти знаходиться на економічно прийнятному рівні.

Виконаний аналітичний огляд можливих схем взаємного навантаження при випробовуванні трифазних асинхронних двигунів. Схеми можуть бути побудовані як з використанням статичного перетворювача частоти, так і без нього. Подано коротку характеристику кожної моделі, із зазначенням як переваг так і недоліків кожної окремої схеми. Як видно з характеристики, схеми з використанням статичних перетворювачів частоти вирізняються вищою енергоефективністю, дозволяють проводити випробування в широкому діапазоні живлячих частот, в свою чергу вартість стенду з використанням статичного перетворювача буде вищою. Схеми без перетворювача частоти вирізняються низькою вартість, але й низькою енергоефективністю, можливістю проводити випробування лише на частоті живлення мережі та високим рівнем споживання реактивної потужності.

Пропонується прийняти до уваги викладений матеріал при проектуванні стендів взаємного навантаження трифазних асинхронних електродвигунів з подальшим техніко-економічним обґрунтуванням вибраної схеми.

Лінеаризування математичної моделі тягового електроприводу постійного струму

М. М. Кедря — 2023-05-01

В статті розглядається електровоз постійного струму з індивідуальним тяговим приводом послідовного збудження. Такий привід можна представити у вигляді одновимірної електромеханічної системи, в якій керованою величиною є дотична сила тяги на ободі колісної пари. Керуючим впливом на привід буде напруга живлення двигуна. Режим управління приводом залежить від швидкості руху електровоза і струму двигуна. Оскільки зараз намітилася тенденція до підвищення швидкостей руху та впровадження нових типів рухомого складу з новою системою керування, дослідження роботи двигунів постійного струму є актуальною задачею.

Метою наукової роботи є розробка математичної моделі тягового електроприводу електровозу постійного струму для дослідження впливу зміни напруги в контактній мережі на тяговий електропривод.

Для досягнення поставленої мети виконано:

- визначені та лінеаризовані основні рівняння та залежності, що описують процес роботи електропривода – тягового двигуна електровоза ДЕ1;

- розроблена та проаналізована динамічна структура за системою лінеаризованих рівнянь;

- побудовані частотні характеристики роботи тягового електропривода;

- проведено моделювання перехідних процесів в електроприводі при раптовій зміні напруги та буксуванні колісної пари.

Основні результати полягають у наступному:

- створено математичну модель тягового електропривода електровоза ДЕ-1, яка дозволяє досліджувати динамічні режими роботи, обумовлені допущеннями моделі;

- математична модель складається з трьох форм: перша форма – лінеаризовані диференційні рівняння; друга – структурні схеми та передаточні функції; третя – частотні характеристики.

Запропонована математична модель може бути використана для будь-якого виду тягового електроприводу постійного струму з урахуванням його особливостей.

Аналіз роботи систем залізничного зв’язку

Ботнаревская Р. В. — 2023-05-01

Актуальність. Технічний прогрес, який стрімко увірвався в наше життя, диктує свої правила. Необхідно модернізувати залізничну інфраструктуру, яка у своєму нинішньому оснащенні, збудованому у 70-80 роках минулого століття, морально та технічно застаріла. Враховуючи величезні обсяги майбутніх робіт, приходимо до розуміння, що провести таку модернізацію за короткий термін, як з фінансової, так і з технічної точки зору, неможливо. Протягом тривалого часу доведеться проводити вимірювання з одночасною роботою як нового, так і старого обладнання та забезпечувати їхнє безперебійне функціонування. Нове електронне обладнання, яке впроваджується у різні області, вимагає ретельного тестування на електромагнітну сумісність. Від цього залежить забезпечення безпеки під час перевезення пасажирів та вантажів. Отже, наукова робота, присвячена аналізу роботи систем залізничного сполучення, є актуальною.

Об’єктом дослідження є канали систем залізничного зв’язку.

Основною метою є оцінка якості різних видів залізничного зв’язку та причин виникнення шумів та перешкод у цих системах.

У статті було зроблено наступне:

- проаналізовано причини появи перешкод у каналах телекомунікації (радіо та провідний зв’язок);

- оцінено основні несправності повітряних ліній зв’язку та їх вплив на якість зв’язку;

- досліджено електромагнітні перешкоди в лініях зв’язку та їх частотний діапазон;

- описано подальші шляхи дослідження та моделювання впливу тягових та нетягових систем електропостачання на канали зв’язку.

Наукова новизна полягає у пропозиції використовувати CST-моделювання для дослідження електромагнітного впливу систем тягового та нетягового електропостачання на канали зв’язку за допомогою 8-полюсного математичного моделювання. Дослідження також проводитимуться методом прямих вимірювань на діючому обладнанні та із збиранням статистичних даних. Наприкінці наукового дослідження будуть зроблені висновки про електромагнітну сумісність старого та нового обладнання систем зв’язку, і можна сказати, що питання не втрачає своєї актуальності у зв’язку із запровадженням нових типів рухомого складу, модернізацією тягових підстанцій.