CC BY
105
УДК 656.259.12
А. Д. Манаков, А. Г. Кабецкий, А. А. Трошин, Ю. М. Пашаев
АСИММЕТРИЯ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ С РЕЛЕ ДСШ-2
Дата поступления: 20.02.2017 Решение о публикации: 24.04.2017
Аннотация
Цель: Рассмотреть причины возникновения и способы снижения провалов напряжения на путевых реле резонансных рельсовых цепей с реле ДСШ-2. Методы: Анализ причин возникновения провалов напряжения на путевом реле свободной от подвижного состава рельсовой цепи проводился методом натурных экспериментов с осциллографированием и анализом напряжения на путевых реле, а также измерением сопротивления изоляции рельсовой линии и индуктивностей основных обмоток дроссель-трансформаторов. Результаты: Определено, что одной из причин возникновения провалов напряжения на путевом реле являются поперечная асимметрия сопротивления рельсовой линии, создаваемая металлической крошкой, генерируемой токоприемником электропоезда при прохождении не перекрываемого промежутка на подходе к станции. Выявлено влияние на провалы напряжения продольной асимметрии сопротивления рельсовой линии, которая образуется разбросом параметров индуктивностей секций основной обмотки дроссель-трансформатора. Исследовано влияние на величину провалов напряжения режимов ведения электропоезда и места отключения тяги электропоезда. Практическая значимость: Предложено правило подключения к рельсам секций основных обмоток дроссель-трансформаторов для снижения влияния разброса параметров суммарной индуктивности секций дроссель-трансформаторов на продольную асимметрию сопротивления рельсовой линии. Проведенные исследования позволили определить причины возникновения и способы снижения провалов напряжения на путевых реле резонансных рельсовых цепей с реле ДСШ-2.
Ключевые слова: Асимметрия тягового тока, поперечная асимметрия сопротивления рельсовой линии, продольная асимметрия сопротивления рельсовой линии, резонансная рельсовая цепь, провалы напряжения.
*Alexander D. Manakov, D. Sci., CRTC senior researcher, manakoff_2@mail.ru; Andrey G. Kabetskiy, engineer, kabeckiy@gmail.com; Alexander A. Troshin, engineer, tralexalex@yandex.ru; Yuriy M. Pashaev, postgraduate student, prime-16@yandex.ru (Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University) ASYMMETRY OF RAIL CIRCUITS WITH DSH-2 RELAY
Summary
Objective: To consider the causes and ways to reduce voltage sags on resonant track relays of track circuits with dssh-2 relays. Methods: Analysis of voltage depressions causes on a track relay with track circuit, free of rolling stock on rails, was carried out by means of natural experiments with oscillography and voltage on a track relay analysis, as well as measurement of insulation resistance of rail lines and the inductances of the main windings of transformers. Results: It was determined that one of the causes of voltage depressions on road relays were the transverse asymmetry of the resistance of rail lines caused by metal chips generated by pantograph trains when passing a nonoverlayable interval on the approach to the station. The impact of longitudinal spin asymmetry of rail line resistance on voltage sags, which is formed by a variation in inductance of the primary winding sections of an impedance bond. The relationship of voltage sags and the methods of rolling stock handling as well as places of electric power
cut-offs' was studied. Practical importance: The rule of connecting the main windings of transformers to the rails of sections was proposed, in order to reduce the impact of the variation in total inductance of transformers' sections on the longitudinal asymmetry of rail line resistance. The conducted research made it possible to determine the causes and ways to reduce voltage dips on the resonant track relays of track circuits with dssh-2 relays.
Keywords: Asymmetry of traction current, lateral asymmetry of rail line resistance, longitudinal asymmetry of rail line resistance, resonant rail chain, voltage sags.
Рельсовые цепи служат средством регулирования и обеспечения безопасности движения поездов. Основным их видом при электрической тяге поездов как на магистральных линиях железных дорог России, так и на линиях метро являются двухниточные рельсовые цепи. В таких рельсовых цепях обратный тяговый ток возвращается на тяговую подстанцию по двум рельсам. Для прохождения обратного тягового тока через изолирующие стыки используются дроссели или дроссель-трансформаторы (ДТ).
Схема участка Петербургского метрополитена показана на рис. 1, где СТП - совмещенная тяговопонизительная подстанция, В - выпрямитель, ТД - тяговый двигатель электропоезда, ДТ1-ДТ6 - ДТ типа ДТМ-0,17-1000 (ДТМ-0,17-1000М), ИС - изолирующий стык, РЦ - рельсовая цепь, ПКРЦ - комплект аппаратуры питающего конца рельсовой цепи,
РКРЦ - комплект аппаратуры релейного конца рельсовой цепи, ю - угловая частота вращения оси ТД, /П - прямой тяговый ток, i0 -обратный тяговый ток, ОТТ - отсос тягового тока, КП - колесная пара последнего вагона электропоезда, НД - направление движения электропоезда.
Осциллограммы напряжений на путевых реле рельсовых цепей 205РЦ (205ПР) и 207РЦ (207ПР) представлены на рис. 2. Состояние путевых реле 205ПР и 207ПР соответствуют положению подвижного состава, показанному на рис. 1. При этом электропоезд освободил 205РЦ, что показано на осциллограмме (см. рис. 2, луч 1) высоким напряжением на путевом реле 205ПР, а рельсовая цепь 207РЦ в течение 6,5 с, после освобождения 205РЦ, остается занятой подвижным составом, что отвечает низкому напряжению на путевом реле 207ПР (см. рис. 2, луч 2). Затем 207РЦ
СТП
Ф
-иВ
Контактный рельс
НД 207аРЦ
ПКРЦ РКРЦ ПКРЦ РКРЦ
Рис. 1. Схема участка Петербургского метрополитена
Рис. 2. Напряжение на путевых элементах путевых реле: луч 1 - 205ПР, (Д1:10); луч 2 - 207ПР, (Д1:10)
освобождается, что соответствует на осциллограмме повышению напряжения на путевом реле 207ПР.
Из осциллограмм на рис. 2 следует, что после освобождения 205РЦ и при движении поезда по 207РЦ на путевом реле 205ПР возникает провал напряжения, который приводит к размыканию контактов путевого реле 205ПР, что говорит о ложной занятости рельсовой цепи 205РЦ. Это ведет к нарушению работы систем автоматической локомотивной сигнализации и автоматического регулирования скорости (АЛС-АРС) движения поездов и, как следствие, к задержкам поездов.
Исследование работы рельсовых цепей с реле ДСШ-2
Резонансные рельсовые цепи с реле ДСШ-2 получили широкое распространение в государственном унитарном предприятии «Петербургский метрополитен».
Схема резонансной рельсовой цепи с реле ДСШ-2 и централизованным размещением аппаратуры на посту электрической централизации представлена на рис. 3, где 205СТП -
трансформатор питания рельсовой цепи типа ПОБС-5А; ¿205ТФ - индуктивность типа РОБС-3А, исключает замыкание сигнальных токов АЛС-АРС через питающий трансформатор 205СТП; С205ТФ - емкость 30 мкФ, настраивает питающий конец рельсовой цепи в резонанс на частоте 50 Гц и ограничивает ток трансформатора 205СТП при шунтировании рельсовой цепи поездом; 205ПТ - согласующий трансформатор типа ПОБС-2А, включенный по автотрансформаторной схеме с коэффициентом трансформации п205ПТ = 1,7; ЯШ1, ^КП2, Ят, ЯКР2 - сопротивления жил кабеля на питающем и релейном концах рельсовой цепи; ДТМ-0,17-1000М и ДТМ-0,17-1000 -ДТ с коэффициентом трансформации пДТ = 40 для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков; А1-А2 - выводы основной обмотки ДТ; Б1-Б2 - выводы дополнительной обмотки ДТ; К - средний вывод основной обмотки ДТ; А1-К - левая (выводы направлены на наблюдателя) секция основной обмотки ДТ; А2-К - правая секция основной обмотки ДТ; 205КР - емкость, равная 16 мкФ для коротких рельсовых цепей и 12 мкФ при длине рельсовой цепи выше 200 м, регулирует фазовые соотношения между током путевого эле-
Рис. 3. Схема резонансной рельсовой цепи
мента и напряжением на местном элементе реле ДСШ-2, номинальный угол сдвига фаз -20±5° [1]; 205 П-1 и 205 П-2 - путевые реле ДСШ-2; ПЭ - путевой элемент реле; МЭ -местный элемент реле; Г-АЛСМ-66 - генератор сигналов АЛС-АРС; ^205Ф - индуктивность в виде реактора РОБС-3А; С205Ф - емкость 70 мкФ; Ф - фильтр, настроенный на частоту 50 Гц, исключает утечки тока 50 Гц через выход генератора Г-АЛСМ-66; Я - резистор сопротивлением 40 Ом, ограничивает ток генератора при шунтировании рельсовой цепи на питающем конце [2].
Условием резонанса напряжений на питающем конце рельсовой цепи является равенство [2]
UC205 ТФ UL205 ТФ + U205 ПТ(12-14) +
+ U
в котором U,
С205ТФ
205 ПТ (II1-II4)'
напряжение на емкости
С205ТФ; Ц^05ТФ - напряжение на индуктивности
^205ТФ; и205ПТ (12-14) и ^ПТ (П1-П4) - напряжения на
обмотках (12 - 14) и (111 - 114) трансформатора 205ПТ.
Были проведены измерения электрических характеристик рельсовой цепи 205РЦ. Результаты измерений представлены в табл. 1. Реле ДСШ-2 имеет следующие характеристики [2]: напряжение нормальной работы на путевом элементе - 60 В, напряжение отпускания сектора - 20 В, идеальное соотношение фаз, при котором ток путевого элемента опережает по фазе напряжение на местном элементе, равно углу 20°.
ТАБЛИЦА 1. Электрические характеристики рельсовой цепи 205РЦ
Режим работы 205РЦ Напряжения, В Ток, А Фазовый угол между напряжением на местном элементе и током в путевом элементе, град
Ui U2 U3 U4 I
Нормальный 223 44 158 96 1,63 26
Шунтовой 222 43 70 33 1,0 37
Из табл. 1 следует, что напряжение на путевом элементе путевого реле выше нормы на 60 %. Увеличение напряжения на путевом элементе путевого реле исключает влияние провалов напряжения на работу резонансной рельсовой цепи, но при этом нарушаются условия выполнения шунтового и контрольного режимов работы рельсовой цепи, что приводит к снижению безопасности движения поездов. Для повышения безопасности движения поездов требуется определить и исключить причины возникновения провалов напряжения на путевых реле рельсовых цепей с реле ДСШ-2 в Петербургском метрополитене.
Обследование поперечной асимметрии сопротивлений рельсовых линий
Известно, что влияние тягового тока на устройства рельсовых цепей (РЦ) и автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) связано с неравномерным распределением тягового тока между рельсовыми нитями рельсовой линии. Его причинами являются продольная и поперечная асимметрии сопротивлений рельсовых нитей. Поперечная асимметрия, или асимметрия по утечкам, - это следствие присоединения к одной из тяговых нитей заземлений контактных опор и других металлических сооружений. Продольная асимметрия, или асимметрия по сопротивлению, возникает из-за нарушения целостности рельса, одного или нескольких стыковых соединителей на одной из рельсовых нитей рельсовой линии [3].
Исследованию влияния асимметрии тягового тока в рельсовой линии на работу РЦ и АЛС посвящены работы [4-14].
Электромагнитная совместимость электроподвижного состава с устройствами РЦ и АЛС обеспечивается тем, что электродвижущие силы помех, создаваемых тяговыми токами на входах аппаратуры этих устройств, направлены встречно [4, 5].
В работе [6] представлены коэффициенты асимметрии переменного тягового тока для однородной рельсовой линии при наличии только поперечной, поперечной и продольной или только продольной асимметрии.
Методика расчета асимметрии тягового тока в рельсовых линиях двухпутных перегонов разработана в статье [7]. Показано, что на асимметрию тягового тока влияют не только повреждения и старения стыковых соединителей и дроссельных перемычек, сопротивление шпал и рельсов по отношению к земле, входные сопротивления цепей заземления опор контактной сети, но и токи в рельсовых нитях своего и соседнего путей, контактные провода соседних путей, высоковольтные провода линии электроснабжения, расположенные на опорах контактной сети. В математической модели рельсовой линии, разработанной в [7], комплексные сопротивления секций основных обмоток ДТ для тягового тока представлены равными величинами.
Влияние на продольную асимметрию сопротивления рельсовой линии: удельных параметров элементов рельсовой линии (сплошные рельсы; активное и индуктивное сопротивления стыковых соединителей, не скрепленных с рельсами; индуктивные сопротивления основных обмоток ДТ), явления электрохимической
коррозии и условий эксплуатации токопрово-дящих стыков изучены в работе [8].
Вопросы влияния продольной и поперечной асимметрии тягового тока на работу кодовой рельсовой цепи переменного тока частотой 25 Гц рассмотрены в [9]. Исследования проведены на математической модели, разработанной в среде электронного моделирования Ми11Мт 11.0.
В работе [10] на математической модели системы тягового электроснабжения двухпутного участка железной дороги проведены исследования магнитного влияния соседнего пути на работу рельсовых цепей переменного тока частотой 50 Гц с учетом продольной и поперечной асимметрии рельсовой линии.
Для участков с электрической тягой поездов на переменном токе разработана методика математического моделирования процессов генерации помех в обратной тяговой рельсовой сети, с учетом варьирования сопротивлений «рельс-земля» и величин продольной и поперечной асимметрии сопротивлений рельсовой линии [11].
Исследования фазочувствительной рельсовой цепи 25 Гц с реле ДСШ-16 для участков с электротягой на переменном токе в работе [12] показали, что при асимметрии тягового тока, равной 15 А, помехи тягового тока приводят к уменьшению вращающего момента сектора реле ДСШ-16 на 15 %. В работе предлагается на участках с повышенным обратным тяговым переменным током исключить применение рельсовых цепей с реле ДСШ-16.
В работах [13, 14] приведены результаты исследований влияния тяжеловесных поездов на работу устройств РЦ и автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН). Показано, что при пропуске тяжеловесных поездов возрастают тяговые токи по секциям основных обмоток ДТ и разность тяговых токов в этих секциях. В результате нелинейности характеристик ДТ увеличиваются помехи от тягового тока в путевых приемниках РЦ и приемниках АЛСН.
В приведенных публикациях рассматривается асимметрия тяговых сетей при элек-
трической тяге поездов на переменном токе и не изучаются процессы влияния асимметрии постоянного тягового тока на работу резонансных РЦ, применяемых в метрополитенах. В описанных математических моделях не учитывается влияние разброса параметров индуктивностей секций основных обмоток ДТ на продольную асимметрию рельсовых линий. В настоящей статье рассматриваются процессы влияния асимметрии постоянного тягового тока на работу резонансных РЦ с реле ДСШ-2, применяемых в Петербургском метрополитене. Были проведены обследования поперечной асимметрии сопротивлений рельсовых линий. Они проводились в зоне расположения рельсовых цепей 205РЦ и 207РЦ (см. рис. 1) и состояли в визуальном осмотре, регистрации напряжений на аппаратуре РЦ и проведении измерений [15].
Были определены сопротивления изолированных рельсов 205РЦ и 207РЦ относительно контура заземления метро при помощи омметра МЯи-101 № 121724/03 (фирма 8опе1) -измерителя сопротивления заземляющих устройств.
Правый (по ходу движения электропоезда) рельс 205РЦ (см. рис. 1) имеет значительную неравномерность сопротивления изоляции на релейном (18,6 кОм) и на питающем (12,6 кОм) концах, равную 32 %; левый рельс 205РЦ - соответственно 4,11 и 3,76 кОм. Разница значений сопротивлений изоляции на релейном и питающем концах левого рельса составляет 8,5 %. На релейном конце 205РЦ сопротивление изоляции левого рельса 205РЦ в 4,5 раза меньше сопротивления изоляции правого рельса.
Сопротивление изоляции правого по ходу движения рельса 207РЦ имеет изоляции на релейном конце - 6,12 кОм, а на питающем -6,09 кОм; левого рельса - на релейном конце 0,465 кОм, а на питающем - 0,463 кОм. На релейном конце 207РЦ сопротивление изоляции левого рельса в 13 раз меньше, чем правого рельса 207РЦ.
На рис. 4 показана схема заземления металлических оснований ДТ рельсовых цепей
14 м
Контактный рельс
Шина заземления метро
OCHg
ОП 3 Шина заземления 1
Левый рельс
"Ï—О
□=□=±1 207РЦ 1-Щ=П 207аРЦ
Основания ДТ Правый рельс Основания ДТ
-г-Е-
□ '
Шина заземления 2
205РЦ
ОС
Основания
ДТ ЬООО
Нв209
Рис. 4. Схема заземления оснований ДТ
205РЦ, 207РЦ и 207аРЦ. Шины заземления 1 и 2 оснований ДТ проходят под левым рельсом на расстоянии 10 см от рельсовых подкладок и лежат непосредственно на бетоне.
У входного светофора Нв209 (см. рис. 4) расположен неперекрываемый воздушный промежуток контактного рельса протяженностью 14 м. Обследования показали, что при проходе электропоездом таких промежутков в режиме тяги, в момент схода токоприемника электропоезда с контактного рельса возникает дуга и на поверхности контактного рельса образуются неровности, которые приводят к механическому износу токоприемника на вагонах электропоезда с образованием металлической крошки. При движении электропоезда металлическая крошка разносится потоком воздуха и снижает сопротивление изоляционных промежутков между подошвой рельсов и шинами заземления оснований ДТ. Предположительные зоны понижения сопротивления изоляции, приводящие к асимметрии тягового тока, обведены овалами на рис. 4. Это утверждение согласуется с измерениями сопротивлений изоляции рельсов 205РЦ и 207РЦ, в которых сопротивления левых рельсов в 4,5 и 13 раз меньше, чем правых, соответственно.
Из рис. 4 следует, что через сниженное сопротивление изоляции шины заземления 1 и шины заземления 2 ДТ параллельно левому
рельсу 207РЦ включена шина заземления метро. Данный вывод подтверждает осциллограмма на рис. 2 (луч 2), на которой показаны всплески напряжения до 50 В на путевом реле 207ПР рельсовой цепи 207РЦ, свидетельствующие об асимметрии тягового тока при проследовании последнего вагона электропоезда по цепи.
В районе входного светофора Нв209 со стороны левого рельса 205РЦ расположен электромеханический автостоп (ОП3), который также заземлен на шину заземления метро. Можно предположить, что часть тягового тока, сошедшего с левого рельса 207РЦ на шину заземления метрополитена, возвращается к тяговому отсосу, находящемуся у входного светофора Нв209 (см. рис. 4), через изоляционный промежуток, покрытый металлической крошкой, в районе автостопа ОП3 и приводит к асимметрии тягового тока в рельсовой цепи 205РЦ.
Влияние ДТ на продольную асимметрию сопротивлений рельсовых линий
Предположим, что продольная асимметрия, или асимметрия по сопротивлению, при условии целостности рельсов, исправности стыковых соединителей и равенстве по длине
дроссельных перемычек может возникать при различии параметров индуктивностей секций основной обмотки ДТ. При этом она будет оказывать мешающее влияние на устройства РЦ, так как из-за различия величин сопротивлений секций ДТ на них будут создаваться разные падения напряжения. Разница напряжений будет трансформироваться в дополнительную обмотку ДТ с учетом коэффициента трансформации и оказывать влияние на резонанс напряжений на питающем конце рельсовой цепи.
С помощью измерительного прибора Е7-15, а также с использованием метода амперметра-вольтметра на частоте 50 Гц были определены индуктивности секций основной обмотки ДТМ-0,17-1000М. Результаты измерений сведены в табл. 2. Например, на частоте сигнала измерения 50 Гц (строки 1, 2 и 3) разбросы
параметров индуктивностей секций основной обмотки соответственно составляют 13,3, 14,3 и 13,4 % по отношению к наибольшему значению индуктивности секции основной обмотки. В среднем индуктивность левой секции основной обмотки ДТ больше, чем правой секции, на 13,6 %.
Сравнение средних величин индуктивно-стей секций основной обмотки ДТ, измеренных на частотах сигнального тока 50 и 100 Гц, показывает, что с увеличением частоты сигнального тока в 2 раза индуктивность секций ДТ уменьшилась на 30 %, и зависимость индуктивности от частоты нелинейная.
Из приведенных в табл. 2 данных следует, что для всех ДТ индуктивность левой секции основной обмотки больше, чем правой, и это является конструктивной особенностью ДТ. Такую особенность ДТ можно объяснить
ТАБЛИЦА 2. Значения индуктивностей секций ДТМ-0,17-1000 М
Строка Заводской номер ДТМ-0.17-1000М Индуктивность, измеренная прибором Е7-15, мкГн Индуктивность, измеренная методом амперметра-вольтметра, мкГн
Частота сигнала измерения, Гц
100 1000 50
Левая секция Правая секция Левая секция Правая секция Левая секция Правая секция
1 8231 107 94 95,8 87,4 150 130
2 8242 104 93 93,7 85,1 154 132
3 8279 106 92 93,8 84,7 149 129
4 8277 107 94 95,5 86,3 154 132
5 8283 103 90 91,8 82,4 142 121
6 8282 103 91 91,6 83,1 154 133
7 8276 103 91 92,3 82,9 151 132
8 8244 106 93 93,9 85,1 152 133
9 8230 105 93 94,1 85,6 151 126
10 8241 107 95 95,8 87,1 152 132
11 8271 103 91 91,9 83,1 154 134
12 8234 106 92 93,5 84,6 146 128
Средние величины 105 92,4 93,6 84,8 150,7 130,2
различной длиной выводов секций ДТ. Вертикальное расположение основной обмотки ДТ приводит к тому, что вывод левой секции поднимается от основания корпуса ДТ, а вывод правой секции связан непосредственно с обмоткой. Разная длина выводов левой и правой секций создает асимметрию по параметру индуктивности в основной обмотке ДТ.
Для исключения влияния разброса параметров индуктивностей секций основной обмотки ДТ на работу рельсовой цепи на питающем и релейном концах одной рельсовой цепи к каждому рельсу необходимо подключать разные секции основных обмоток, тем самым компенсируя разброс параметров ДТ. Например, если на месте ДТ3 (см. рис. 1) включен ДТ № 8231 (см. табл. 2), а на месте ДТ2 включен ДТ № 8242 (см. табл. 2), то суммарная индуктивность секций ДТ в правом рельсе рельсовой цепи 205РЦ на частоте 50 Гц равна 282 мкГн, а в левом рельсе - 284 мкГн. При этом разброс параметров индуктивностей секций основной обмотки ДТ в рельсовой цепи 205РЦ на частоте 50 Гц равен 2 мкГн, на частоте 100 Гц - 2 мкГн, а на частоте 1000 Гц -0,2 мкГн.
Компенсация разброса параметров ин-дуктивностей секций основной обмотки ДТ выполняется автоматически, если ДТ одной рельсовой цепи устанавливаются в междупутье рельсовой линии.
Согласно существующим правилам проектирования, при условии установки первого ДТ рельсовой цепи в междупутье, а второго ДТ этой же рельсовой цепи - у стены тоннеля, ближний, по отношению к рельсам, вывод основной обмотки ДТ подключается к ближнему рельсу, а дальний - к дальнему. Например, если на месте ДТ3, который размещен в междупутье (см. рис. 1), включен ДТ № 8231 (см. табл. 1), а на месте ДТ2, который находится у стены тоннеля, - ДТ № 8242 (см. табл. 1), то суммарная индуктивность секций ДТ в правом рельсе рельсовой цепи 205РЦ на частоте 50 Гц равна 304 мкГн, а в левом -262 мкГн. При этом разброс параметров ин-дуктивностей секций основной обмотки ДТ в
205РЦ на частоте 50 Гц составляет 42 мкГн, на частоте 100 Гц - 24 мкГн, а на частоте 1000 Гц - 17 мкГн.
Неравномерное распределение параметров индуктивностей секций основных обмоток ДТ по левому и правому рельсам одной рельсовой цепи приводит к мешающему влиянию тягового тока на работу резонансных рельсовых цепей. При проектировании рельсовых цепей требуется выполнять правило, при котором к одному рельсу рельсовой цепи должны подключаться различные секции двух ДТ с целью компенсации разброса параметров суммарной индуктивности секций ДТ в правом и левом рельсах рельсовой цепи.
Влияние переноса места отключения тяги электропоездов на работу резонансной рельсовой цепи
Обследования рельсовых цепей показали, что влияние тягового тока на работу резонансных рельсовых цепей происходит в момент коммутации тягового тока. Были проведены исследования по влиянию переноса места отключения тяги и режима ведения электропоезда на работу резонансной рельсовой цепи.
Степень влияния переноса места отключения тяги электропоезда на работу резонансной рельсовой цепи определялся методом натурного эксперимента, который состоял в регистрации напряжений на элементах рельсовых цепей при изменении места отключения тяги электропоездов на 10, 20 и 30 м по ходу движения от знака «отключить тяговые двигатели». Запись напряжений производилась регистратором параметров рельсовых цепей Участка надежности и контроля (УН и К) Службы сигнализации, централизации и блокировки (Ш) Петербургского метрополитена.
Схема эксперимента приведена на рис. 5, где места расположения электропоездов в разные моменты времени отмечаются как номер позиции. В позиции 1 электропоезд стоит на платформе перед выходным светофором Нв211М.
Позиция 5
Выравнивающая перемычка
I Позиция 4 обратного
тягового тока
Отсос тягового тока (ОТТ)
дтм- дтм-
0,17- 0,17-1000 1000М
ДТМ- дтм-
0,17- 0,17-1000 1000
ДТМ- дтм-
0,17- 0,17-1000 1000
ДТМ- дтм-
0,17- 0,17-1000 1000
Сигнал «отключить
тяговые двигатели»
Нв209
1-000
Нв211М
1-000
ДТМ- дтм-
0,17- 0,17-1000 1000
Рис. 5. Схема станции Петербургского метрополитена
В позиции 2 тяга электропоездов по существующей инструкции ведения электропоездов отключается у знака «отключить тяговые двигатели». Это происходит на расстоянии 15 м за выходным светофором Нв211М. В данной позиции поезд находится на расстоянии 53 м от точки подключения выравнивающей перемычки обратного тягового тока.
На рис. 6 показаны осциллограммы напряжений, где 205 СТП1- напряжение на первичной обмотке трансформатора питания рельсовой цепи 205РЦ; 205СТП2 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора питания рельсовой цепи 205РЦ; П205, П207, П207а, П207с - напряжения на путевых элементах путевых реле ДСШ-2 рельсовых цепей 205РЦ, 207РЦ, 207аРЦ, 207сРЦ соответственно; 205ПТвы - напряжение на выходе путевого трансформатора питания рельсовой цепи 205РЦ (напряжение на дополнительной обмотке питающего ДТ). Осциллограммы на
рис. 6, расположенные сверху вниз, соответствуют обозначениям, показанным с правой стороны.
Момент времени снижения напряжения на путевом реле рельсовой цепи 205РЦ (П205) (см. рис. 6, время 16 мин 44 с) совпадает с таковым на трансформаторе питания рельсовой цепи 205РЦ (205ПТвы). Из осциллограммы напряжения 205ПТвы видно, что после резкого падения напряжения на питающем конце рельсовой цепи 205РЦ происходит медленное его восстановление, что соответствует срыву колебаний в резонансном контуре с последующим восстановлением колебаний.
Понижение напряжения на питающем конце 205РЦ можно объяснить влиянием разностного тока в секциях основной обмотки ДТ на питающем конце. Наводимая разностным током электродвижущая сила (ЭДС) в дополнительной обмотке ДТ вычитается из напряжения сигнального тока и расстраивает резонанс
03.06.2010 13:34:08 Реле
lllllllllllllllllllNllllllllllllllllllllllllilllllllRIIIIIIIIIIIIIIIIMIIIMIIIIIIIIIIIIIIMIIIIIIIIIKHIIIIIIIIIIIINIIRIII
ШИШ ilium ||||||aiiiiiiiiiiiiiiiiiiiMiiiiûi«iiÉitiiit«iiiMÉiÉiibiMiiiiiiiiii
щ гагат штат лш -
9 205СПТ1
9 205СПТ2
Э П205
И П207
9 П207а
« П207с
О 205ПТвы
•
16:34.794 1 6:38.000 1 6:40.000 1 6:42.000 1 6:44.000 1 6:46.000 1 6:48.000 16:50.000 16:52.000 1 6:54.000 16:56.000 16:56.000 16:53,733
Рис. 6. Осциллограммы напряжений: отключение тяги происходит у знака «отключить тяговые двигатели» на ПК123+90
напряжений на питающем конце рельсовой цепи 205РЦ. Уменьшение напряжения на путевом реле рельсовой цепи 205РЦ (П205) является следствием снижения напряжения на питающем конце рельсовой цепи (205ПТвы) (см. рис. 6).
В позиции 3 (см. рис. 5) отключение тяги электропоезда осуществлялось на 10 м дальше по ходу движения от знака «отключить тяговые двигатели». Провалы напряжения на питающем конце рельсовой цепи 205РЦ и их глубина сохранились.
В позиции 4 тяга электропоезда отключалась на 20 м дальше по ходу движения от знака «отключить тяговые двигатели». Провалы напряжения на путевом реле рельсовой цепи 205РЦ существенно снизились (рис. 7, а) по сравнению с отключениями тяги электропоезда в позициях 2 и 3.
В позиции 5 отключение тяги электропоезда осуществлялось на 30 м дальше по ходу движения от знака «отключить тяговые двигатели» (см. рис. 5). Результаты эксперимента приведены на рис. 7, б. Из осциллограмм вытекает, что провалы напряжения не существенно отличаются от отключения тяговых двигателей на расстоянии 20 м от знака «отключить тяговые двигатели» (см. рис. 7, а). Это можно объяснить тем, что головной вагон электропоезда приблизился к точке подключения выравнивающей перемычки обратного тягового тока на расстояние 23 м (см. рис. 5). Здесь происходит перераспределение обратного тягового тока между отсосом у входного светофора Нв209 и выравнивающей перемычкой на рельсовой цепи 209РЦ.
Другой причиной понижения влияния обратного тягового тока на работу рельсовой цепи 205РЦ следует признать то, что на дополнительном расстоянии в 30 м электропоезд развивает установленную скорость, при этом снижается тяговый ток, потребляемый электропоездом, тяга отключается на более низком токе и соответственно с меньшим влиянием на работу рельсовой цепи 205РЦ.
Эксперименты по переносу места отключения тяги поездов показали, что провалы
напряжения на путевом реле рельсовой цепи 205РЦ уменьшаются. Однако условие переноса места отключения тяги не всегда выполнимо, например при наличии крутых уклонов тоннеля метро.
Влияние режима ведения электропоезда на работу резонансной рельсовой цепи
Как видно на схеме (см. рис. 5), в позиции 1 электропоезд стоит на платформе перед выходным светофором Нв211М. Эксперимент состоял в регистрации напряжений на элементах рельсовых цепей при отправлении электропоездов со станции в разных режимах ведения электропоезда: «Ход 1», «Ход 2» и «Ход 3». Наибольшее потребление мощности электропоездом осуществляется в режиме «Ход 3», при этом происходит разгон электропоезда за минимальное время.
При режиме «Ход 1» отключение тяги производилось после полного освобождения поездом приемоотправочного пути. Во время движения электропоездов в режимах «Ход 2» и «Ход 3» отключение тяги проходило у знака «отключить тяговые двигатели», на расстоянии 15 м за выходным светофором Нв211М. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.
На рис. 8, а-в приведены осциллограммы напряжений: 205спт1 - напряжение на первичной обмотке питающего трансформатора рельсовой цепи 205РЦ; 205спт2 - напряжение на вторичной обмотке питающего трансформатора рельсовой цепи 205РЦ; 205рц, 207рц, 207а рц, 207с рц - напряжения на путевых элементах путевых реле ДСШ-2 рельсовых цепей 205РЦ, 207РЦ, 207аРЦ, 207сРЦ соответственно; 205пт - напряжение на выходе путевого трансформатора питания рельсовой цепи 205РЦ (напряжение на дополнительной обмотке питающего ДТ).
Из осциллограмм на рис. 8, а (205рц) вытекает, что в режиме «Ход 1» напряжение на путевых реле 205РЦ остается стабильным. При
Рис. 7. Осциллограммы напряжений: отключение тяги происходит на 20 (а) и 30 м (б) дальше по ходу от знака «отключить тяговые двигатели»
а
б
ТАБЛИЦА 3. Наличие провалов напряжения на путевых реле рельсовой цепи 205РЦ в зависимости от режима ведения электропоезда
Номер эксперимента Маршрут поезда Время начала движения Режим ведения поезда Провалы напряжения на путевых реле 205РЦ
1 201 11ч 11 мин «Ход 1», поезд 1 Нет
2 214 11ч 22 мин «Ход 1», поезд 2 Нет
3 202 11ч 25 мин «Ход 1», поезд 3 Нет
4 239 11ч 28 мин «Ход 2», поезд 1 Да
5 248 11ч 32 мин «Ход 2», поезд 2 Да
6 235 11ч 35 мин «Ход 2», поезд 3 Да
7 237 11ч 37 мин «Ход 3», поезд 1 Да
8 238 11ч 40 мин «Ход 3», поезд 2 Да
9 236 11ч 43 мин «Ход 3», поезд 3 Да
Рис. 8. Осциллограммы напряжений в режимах «Ход 1», поезд 1 (а), «Ход 2», поезд 3 (б), «Ход 3», поезд 3 (в)
а
Окончание рис. 8
б
в
этом в моменты коммутации электропоездов напряжение на путевом трансформаторе питания 205пт рельсовой цепи 205РЦ резко возрастает, но срыва колебаний в резонансном контуре на питающем конце цепи нет. Причиной отсутствия провалов напряжения на путевых реле 205РЦ следует признать низкие уровни токов коммутации и их производных в режиме «Ход 1».
В режиме «Ход 2» (см. рис. 8, б) напряжение 205пт на питающем конце рельсовой цепи 205РЦ в границах временного интервала 18 мин 51,4 с - 18 мин 57 с повышенное. Остаточное напряжение на путевом реле 207рц в шунтовом режиме работы рельсовой цепи 207РЦ на этом интервале времени показывает, что идет большой отбор мощности подвижным составом от СТП. Начало и окончание разгона электропоезда связаны с возникновением провалов напряжений 205пт в рельсовой цепи 205РЦ.
Осциллограммы напряжений в режиме «Ход 3» (см. рис. 8, в) эквивалентны осциллограммам напряжений в режиме «Ход 2» (см. рис. 8, б).
Проведенные испытания показали, что искажения питающего напряжения резонансных рельсовых цепей вызваны ведением электропоездов в режимах «Ход 2» и «Ход 3» при разгоне электропоезда, когда происходит отбор максимальной мощности, и при отключении тяги электропоезда, когда возникают высокие производные изменения тягового тока.
На участках высокой интенсивности движения поездов переход с требуемого режима ведения электропоезда «Ход 3» на режим «Ход 1», с целью снижения провалов напряжения на путевых реле, является недопустимым методом, так как приведет к сбою графика движения поездов.
Заключение
Резонансные рельсовые цепи широко применяются в государственном унитарном предприятии «Петербургский метрополитен».
Опыт эксплуатации показал появление сбоев в работе резонансных рельсовых цепей, которые состоят в том, что после освобождения рельсовой цепи и в моменты коммутации тягового тока при разгоне электропоезда по соседней рельсовой цепи или отключении тяги происходит провал напряжения на освобожденной рельсовой цепи. Это приводит к кратковременной ложной занятости рельсовой цепи и нарушению работы систем автоматической локомотивной сигнализации и автоматического регулирования скорости движения поездов и, как следствие, к задержкам поездов.
Проведено обследование рельсовых цепей по определению причины возникновения поперечной асимметрии сопротивления рельсовой линии, которая связана с образованием металлической крошки, образуемой при прохождении токосъемников электропоезда через не перекрываемый изолирующий промежуток контактного рельса, и со снижением сопротивления рельсов по отношению к шине заземления метро.
Выявлена роль разброса параметров ин-дуктивностей секций основной обмотки ДТ на продольную асимметрию сопротивления рельсовой линии. Показано, что при условии установки первого ДТ рельсовой цепи в междупутье, а второго ДТ этой же рельсовой цепи - у стены тоннеля необходимо выполнять правило, при котором к одному рельсу рельсовой цепи должны подключаться различные секции основных обмоток двух ДТ с целью компенсации разброса параметров суммарной индуктивности секций ДТ в различных рельсах рельсовой цепи.
Эксперименты по влиянию места отключения тяги электропоездов на величины провалов напряжения в резонансной рельсовой цепи показали, что происходит уменьшение провалов напряжения на путевых реле рельсовой цепи. Однако условие переноса места отключения тяги не всегда выполнимо, например при наличии крутых уклонов тоннеля метро.
Было изучено влияние режимов ведения электропоездов на величины провалов напря-
жения на путевом реле резонансной рельсовой цепи. При движении электропоезда в режиме «Ход 1» провалы напряжения отсутствовали. На участках с высокой интенсивностью движения поездов переход с требуемого режима ведения электропоезда «Ход 3» на режим «Ход 1» для снижения провалов напряжения на путевых реле недопустим, так как ведет к сбою графика движения поездов.
Проведенные исследования позволили исключить провалы напряжения на путевых реле резонансных рельсовых цепей путем снижения продольной асимметрии рельсовой линии за счет компенсации разброса параметров индуктивностей секций основных обмоток ДТ, подключенных к рельсам одной рельсовой цепи, а также путем понижения влияния металлической крошки на поперечную асимметрию сопротивления нитей рельсовой линии.
Библиографический список
1. Сороко В. И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики : справочник. Кн. 1 / В. И. Сороко, В. А. Милюков. - М. : НПФ Планета, 2000. - 961 с.
2. Махмутов К. М. Устройства интервального регулирования движения поездов на метрополитене / К. М. Махмутов. - М. : Транспорт, 1986. -351 с.
3. Аркатов В. С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание / В. С. Аркатов, Ю. А. Кравцов, Б. М. Степенский. - М. : Транспорт, 1990. - 295 с.
4. Шаманов В. И. Электромагнитная совместимость систем железнодорожной автоматики и телемеханики : учеб. пособие / В. И. Шаманов. - М. : ФГБОУ «Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте», 2013. - 244 с.
5. Шаманов В. И. Процесс формирования асимметрии тягового тока в рельсовых линиях / В. И. Шаманов // Электротехника. - 2014. - № 8. - С. 34-38.
6. Шаманов В. И. Асимметрия тяговых токов под катушками АЛС / В. И. Шаманов, Ю. А. Трофимов // Автоматика. Связь. Информатика. - 2008. -№ 11. - С. 37-39.
7. Шаманов В. И. Динамика асимметрии переменного тягового тока в рельсовых линиях на двухпутных перегонах / В. И. Шаманов // Электротехника. - 2016. - № 10. - С. 74-79.
8. Шаманов В. И. Магнитные свойства рельсовых линий и уровень помех на аппаратуру автоматики и телемеханики / В. И. Шаманов // Электротехника. - 2015. - № 9. - С. 50-54.
9. Урцева В. С. Влияние асимметрии тягового тока на работу рельсовых цепей / В. С. Урцева, Н. В. Стадухина, К. В. Менакер // Современные проблемы транспортного комплекса России. - 2011. -№ 1. - С. 188-197.
10. Завгородний А. В. Моделирование электромагнитных процессов в системе тягового электроснабжения / А. В. Завгородний, В. И. Гаврилюк // Наука и прогресс транспорта. Вестн. Днепропетровск. ун-та ж.-д. транспорта. - 2005. - Вып. 6. - С. 11-15.
11. Трофимов Ю. А. Обеспечение электромагнитной совместимости рельсовых цепей и устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью переменного тока : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Ю. А. Трофимов. - Иркутск : ИрГУПС, 2006. - 23 с.
12. Шаманов В. И. Помехи от тяговых токов в фазочувствительных рельсовых цепях / В. И. Шаманов, Г. С. Березовский, Ю. А. Трофимов // Автоматика. Связь. Информатика. - 2007. - № 1. -С.30-32.
13. Шевердин И. Н. Влияние тяжеловесных поездов на рельсовые цепи и АЛС / И. Н. Шевердин, В. И. Шаманов, Ю. А. Трофимов // Автоматика. Связь. Информатика. - 2004. - № 8. - С. 24-29.
14. Шевердин И. Н. Влияние тяжеловесных поездов на рельсовые цепи и АЛС / И. Н. Шевердин, В. И. Шаманов, Ю. А. Трофимов // Автоматика. Связь. Информатика. - 2006. - № 10. - С. 16-19.
15. Обследование работы рельсовых цепей с учетом влияния обратного тягового тока : отчет по работе согласно договору № 248/09 (заключительный). - СПб. : ПГУПС, 2010. - 104 с.
References
1. Soroko V. I. & Mylyukov V. A. Apparatura zheleznodorozhnoy avtomatyky i telemekhanyky [Equipment of railway automatics and telemechanics].
Book 1. Moscow, NPF Planeta Publ., 2000, 961 p. (In Russian)
2. Makhmutov K. M. Ustroistva intervalnogo re-gulyrovaniya dvyzheniya poyezdov na metropolytene [Movement of trains collision avoidance equipment in a subway]. Moscow, Transport Publ., 1986, 351 p. (In Russian)
3. Arkatov V. S., Kravtsov Y. A. & Stepenskiy B. M. Relsoviye tsepy. Analyz raboty i tekhnicheskoye ob-sluzhivaniye [Track circuits. Functioning analysis and maintenance support]. Moscow, Transport Publ., 1990, 295 p. (In Russian)
4. Shamanov V. I. Elektromagnitnaya sovmestymost system zheleznodorozhnoy avtomatyky i telemekhanyky [Electromagnetic compatibility of railway automatics and telemechanics systems]. Moscow, Learning and teaching educational centre of railway transport Publ., 2013, 244 p. (In Russian)
5. Shamanov V. I. Protsess formyrovaniya as-symetrii tyagovogo toka v relsovykh liniyakh [Traction current asymmetry formation in railway lines]. Electrical engineering, 2014, no. 8, pp. 34-38. (In Russian)
6. Shamanov V. I. & Trofimov Y. A. Assymetriya tya-govykh tokov pod katushkamy ALS [Traction current asymmetry under ALSS coils]. Automatics. Connection. Informatics, 2008, no. 11, pp. 37-39. (In Russian)
7. Shamanov V. I. Dynamika asymmetrii peremen-nogo toka v relsovykh lyniyakh na dvuputnykh regio-nov [Traction current asymmetry dynamics in railway lines on double-track running lines]. Electrical engineering, 2016, no. 10, pp. 74-79. (In Russian)
8. Shamanov V. I. Magnytniye svoistva relsovykh liniy i uroven pomekh na apparaturu avtomatyky i telemekhaniky [Magnetic properties of railway lines and interference level on automatics and telemechanics equipment]. Electrical engineering, 2015, no. 9, pp. 50-54. (In Russian)
9. Urtseva V. S., Stadukhina N. S., Stadukhina N. V. & Menaker K. V. Vliyaniye asymmetrii tyagovogo toka na rabotu relsovykh tsepey [The influence of traction current asymmetry on track circuits functioning]. Mo-
dern issues of transport system of the Russian Federation, 2011, no. 1, pp. 188-197. (In Russian)
10. Zavgorodniy A. V. & Gavrylyuk V. I. Modelyro-vaniye elektromagnitnykh protsessov v systeme tyago-vogo elektrosnabzheniya [Electromagnetic processes modeling in traction energy system]. Nauka i progress transporta. Vestnyk Dnepropetrovskogo univesiteta zheleznodorozhnogo transporta [Science and progress of transport. Dnepropetrovsk railway transport university], 2005, issue 6, pp. 11-15. (In Russian)
11. Trofimov Y. A. Obespecheniye elektromagnit-noy sovmestymosty relsovykh tsepey i ustroistv avtoma-ticheskoy lokomativnoy sygnalizatsii s tyagovoy setyu peremennogo toka [Electromagnetic compatibility of track circuits provision and automatic cab signalling with electric traction network of alternating current]. Abstract Cand. Diss. Irkutsk, IrGUPS, 2006, 23 p. (In Russian)
12. Shamanov V. I., Berezovskiy G. S. & Trofi-mov Y.A. Pomekhy ot tyagovykh tokov v fazochuvst-vytelnykh relsovykh tsepyakh [Traction current disturbance in phase-sensitive track circuits]. Automatics. Connection. Informatics, 2007, no. 1, pp. 30-32. (In Russian)
13. Sheverdyn I. N., Shamanov V. I. & Trofimov Y.A. Vliyaniye tyazhelovesnykh poyezdov na relsoviye tsepy i ALS [Heavy-tonnage trains impact on track circuits and ALSS]. Automatics. Connection. Informatics, 2004, no. 8, pp. 24-29. (In Russian)
14. Sheverdyn I. N., Shamanov V. I. & Trofimov Y.A. Vliyaniye tyazhelovesnykh poyezdov na relsoviye tsepy i ALS [Heavy-tonnage trains impact on track circuits and ALSS]. Automatics. Connection. Informatics, 2006, no. 10, pp. 16-19. (In Russian)
15. Obsledovaniye raboty relsovykh tsepey s uche-tom vliyaniya obratnogo tyagovogo toka: otchet po rabote soglasno dogovoru no. 248/09 (zakluchitelniy) [Examination of track circuit functioning taking into account reverse traction current impact: report on performance as per contract no. 248/09 (final)].Saint Petersburg, Petersburg State Transport University Publ., 2010, 104 p. (In Russian)
*МАНАКОВ Александр Демьянович - доктор техн. наук, старший научный сотрудник ЦКЖТ, manakoif_2@mail.ru; КАБЕЦКИЙ Андрей Геннадьевич - инженер, kabeckiy@gmail.com; ТРОШИН Александр Александрович - инженер, tralexalex@yandex.ru; ПАШАЕВ Юрий Михайлович -аспирант, prime-16@yandex.ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
