Перешкоди в рейкової мережі

Перешкоди в рейкової мережі з боку тягового електропостачання

Пристрої, що забезпечують безпеку руху поїздів і з'єднані з рейковими ланцюгами, піддаються постійному впливу перешкод з боку тягового електропостачання.

Джерелами впливу, які слід брати до уваги при розгляді даного питання, є генератори перешкод і процеси підсумовування їх від декількох джерел (в тому, числі резонансу в контактній мережі).

Перешкоди, що виникають в контактній мережі, можуть з'явитися на вході приймачів пристроїв СЦБ гальванічним шляхом або індуктивно.

Слід зазначити, що передача сигналів АЛС відбувається в специфічних, властивих тільки їй умовах. По-перше, сигнал в кожній рейкового кола передається тільки від власного джерела та його рівень у рейках по мірі руху поїзда безперервно зростає. По-друге, перехід локомотива з одного рейкового кола на іншу супроводжується короткочасним перервою в прийомі сигналів з ​​шляху і різким зменшенням сигнального струму у рейках. До того ж, рейкові ланцюги, що зв'язують рухомий локомотив з передавачем сигналів, одночасно використовують як у системі автоблокування, так і на електрифікованих залізницях та метрополітенах для пропуску тягового струму. Отже, існує велика кількість можливих впливів на прийом сигналів АЛС.

Одним з основних параметрів, який визначає стійку передачу сигналів, є номінальний струм АЛС у рейках на початку рейкової лінії. Струм в рейках визначається за напругою, індукованих їм у прийомних котушках і виміряним на виході локомотивного фільтра з тим, щоб сторонні струми іншої частоти не спотворили результати [2].

Метою досліджень є аналіз роботи пристроїв АЛС-АРС на підставі оцінки параметрів кодових сигналів та визначення джерел імпульсних і гармонійних перешкод, що впливають на коди АЛС.

Оцінимо параметри кодових сигналів системи АЛС-АРС, отримані в результаті вимірювальної поїздки в метро.

Відомо, що в системі АЛС-АРС використовуються безперервні кодові сигнали частотою 75, 125, 175, 225 і 275 Гц, які відповідають допустимим швидкостям руху потягу 80, 70, 60, 40 і 0 км / ч. Відсутність сигнальних частот розцінюється як сигнал зупинки, тобто як сигнал частотою 275 Гц. Інформація про допустиму швидкість руху відтворюється у вигляді цифрової індикації на локомотивному покажчику в кабіні машиніста. Сигнальний струм АЛС-АРС передається по рейкового кола паралельним накладенням.

У метрополітені використовуються як стикові, так і безстикові рейкові кола. У безстикових рейкових ланцюгах для передачі інформації використовують сигнали 725 і 775 Гц з частотами модуляції 8 і 12 Гц. Крім того, в якості допоміжного, застосовується несуча частота 575 Гц з тими ж частотами модуляції.

Величина сигналу кожної частоти повинна знаходитись в межах 370 -700 мВ [3].

На рис. 1 зображено сигнал, знятий з котушок АЛС-АРС, для однієї з рейкових кіл тривалістю 8,6 с. На початку рейкового кола виміряна напруга на котушках АЛС було одно 250 мВ, а в кінці - 750 мВ. Таким чином, сигнал збільшився від початку до кінця лінії в 3 рази. На інших ділянках струм збільшується в 5-6 разів. Часу t = 8,2 с відповідає момент переходу поїзда з одного рейкового кола на іншу. У даному випадку перерва у прийомі сигналу є настільки коротким, що не може послужити причиною зупинки поїзда. Також на рис. 1 показаний спектр сигналу даної рейкового кола.

На рис. 2. представлений фрагмент сигналу, знятого з котушок АЛС при русі поїзда по іншій рейкового кола. У даній рейкового кола використовуються сигнали частотою 175, 225 і 325 Гц. Основними є частоти 175 і 225 Гц. Більш низька частота (175 Гц) несе інформацію про поточний значенні допустимої швидкості на ділянці, а більш висока (225 Гц) - попереджувальну інформацію про очікувану допустимої швидкості на наступному ділянці шляху по ходу руху. Комбінація частот 225 і 325 Гц використовується в кодовому сигналі напрямку руху і несе основну інформацію про очікувану допустимої швидкості руху 40 км / ч.

Було отримано, що щільності ймовірностей кодових сигналів, знятих з котушок АЛС, розподіляються за експоненціальним законом. Спектральна щільність кодових сигналів АЛС-АРС відповідає формі, описаною в роботі [4]. В якості прикладу на рис. 3 представлено розподіл щільності ймовірності сигналу частотою 175 Гц і його статистичні характеристики. Коливання частоти кодових сигналів АЛС не перевищує ± 4,5%, що є допустимим при смузі пропускання фільтра 12 Гц.

На передачу сигналів АЛС-АРС в першу чергу впливають імпульсні і гармонійні перешкоди. Проаналізуємо джерела гармонійних перешкод.

Джерелами гармонійних перешкод у метрополітені є тягові мережі постійного струму і струми рейкових ланцюгів з відмінною сигнальної частотою.

В даний час широко застосовуються шестіпульсовие випрямлячі, хоча слід зазначити перспективність дванадцяти-і двадцатічетирехпульсових випрямлячів. У таблиці наведені величини амплітуд гармонічних складових в кривій випрямленої напруги в режимі холостого ходу випрямляча при симетричному синусоїдальному первинній напрузі для шести-, дванадцяти-і двадцатічетирехпульсових випрямлячів.

Таблиця. Величини амплітуд гармонічних складових в кривій випрямленої напруги в режимі холостого ходу випрямляча

При несиметричних несинусоїдних первинних напругах, крім канонічних (парних) гармонік, кратних 300 Гц для шестіпульсових випрямлячів, 600 Гц - для двенадцатіпульсових і 1200 Гц - для двадцатічетирехпульсових, в кривій випрямленої напруги присутні і неканонічні (непарні), кратні 50 Гц (50, 100 , 150 Гц і т.д.). Величини неканонічних гармонійних складових залежать від кутів комутації і запізнювання при несиметрії напруги живлення керованих випрямлячів. Так, при вугіллі запізнювання 60 ⁰ і кутах комутації від 0 до 10 ⁰ вони можуть досягати для шостої гармоніки 25% від випрямленої напруги, дванадцятої - 11,5%, вісімнадцятої і двадцять четвертої - 6%, чотирнадцятої, шістнадцятої, двадцятою і двадцять другого - 1,5%. При великих кутах комутації величина амплітуди гармоніки знижується [5].

Тяговий струм протікає по двох рейковим лініях. ЕРС, індуковані в прийомних котушках, спрямовані зустрічно і взаємно складаються. Тому, заважає вплив тягових струмів і їх гармонік на пристрої АЛС виявляється лише тоді, коли струми в рейках виявляються нерівними між собою або в прийомних котушках рівні струми індукують нерівні ЕРС [2].

Результати досліду показали присутність гармоніки 300 Гц в рейкових ланцюгах метрополітену поблизу фідерів зворотного струму. На рис. 4 показана щільність розподілу ймовірності гармоніки 300 Гц. Вірогідність, отримані за результатами експериментальних даних, позначені крапками. Апроксимувати крива проведена лінією. Максимум гармоніки 300 Гц склав 379 мВ, мінімум - 100 мВ, математичне сподівання - 177 мВ, середньоквадратичне відхилення - 74 мВ. Наявність цієї гармоніки говорить про неправильну роботу згладжуючих пристроїв на тяговій підстанції. Ця гармоніка не може вплинути на роботу системи АЛС-АРС.

Проаналізуємо причини появи імпульсних перешкод.

Імпульсні перешкоди виникають, як правило, в результаті різких змін значень тягового струму в рейках, на локомотиві, а також намагнічіваемості рейок. Як вказується в роботі [2], тривалість періоду проходження різнополярних імпульсів перешкод залежить від відстані між магнітними полюсами намагнічує місця і швидкості руху поїзда. Приблизно при швидкості руху поїзда 120 км / год тривалість періоду імпульсу збігається з періодом коливань сигнальної частоти 25 Гц для АЛС електрифікованих залізниць змінного струму. При проведенні експериментальних досліджень у метро такий гармоніки виявлено не було.

Джерела імпульсних перешкод - комутаційні процеси при струмозніманні, в колекторах машин, перетворювальних установках та інших елементах електричної схеми локомотива.

Перешкоди, викликані роботою колекторного генератора постійного струму, обумовлені дискретністю будови магнітної системи і обмотки якоря. Частота основної гармоніки, викликаної комутаціями (інакше, коротким замиканням секцій якоря щіткою), визначається із співвідношення

,

де р - число пар полюсів електричної машини; n - частота обертання якоря, хв ^-1.

Частота основної гармоніки змінної складової дорівнює 30 Гц. Тут найбільш вагомими є гармоніки від 0 до 350 Гц.

Пазові і зубцевие перешкоди викликані поперечними і поздовжніми пульсаціями магнітного потоку і залежать від частоти обертання якоря n та кількості пазів z.

Частота зубцевих f _зп і пазових f _пп перешкод

;

при z / p парних і

при z / p непарних.

Найбільш вагомими тут є гармоніки 0 -350 і 850 - 1000 Гц, а пазових - 0 - 150, 400 - 500, 600 - 900 Гц [6].

Також спостерігаються випадкові імпульсні перешкоди, що виникають при процесах комутації в електричних апаратах, тривалістю до 10 мкс.

За результатами експерименту можна зробити висновок про наявність наступних імпульсних перешкод, що виникають у процесі роботи локомотива: 275 Гц і 320 Гц амплітудою до 150 мВ, 550 Гц - до 250 мВ, 650 Гц - 160 мВ, 720 Гц - до 250 мВ. Гармоніки частотою 275, 550 і 720 Гц можуть бути сприйняті пристроями АЛС і рейкових кіл як корисний сигнал і надати заважає або небезпечну дію на роботу системи АЛС-АРС в залежності від їх тривалості та амплітуди.

Для дослідження сигналів, знятих з котушок АЛС, була розроблена спеціальна програма в середовищі Matlab, що дозволяє визначати спектри, амплітуди і фази частот.

Список літератури

1. К.М. Махмутов. Пристрої інтервального регулювання руху поїздів на метрополітені. - М.: Транспорт, 1986. - 351 с.

2. А.А. Леонов. Технічне обслуговування автоматичної локомотивної сигналізації. М: Транспорт, 1982. - 255 с.

3. Технічний опис системи інтервального регулювання руху поїздів на метрополітені «Дніпро» .- К., 1992. - 30 с.

4. Ю.В. Соболєв. Шляхові перетворювачі автоматизованих систем управління залізничного транспорту. - Харків: ХФІ «Транспорт Україна», 1999. - 200 с.

5. М.Д. Трейвас. Вищі гармонійні випрямленої напруги і їх зниження на тягових підстанціях постійного струму. М: Транспорт, 1964. - 100 с.

6. О.М. Муха. Завадостійкість релейної апаратури електрорухомого складу, побудованої із застосуванням сучасної елементної бази. / / Транспорт. СБ наук. тр. Дніпропетр. держ. техн. ун-ту ж. д. трансп. - 2001.-вип.7. - С. 79-85.