CC BY
32
УДК 656.25 : 621.318
А. П. РАЗГОНОВ, К. I. ЯЩУК (Д11Т)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОБОТИ РЕЙКОВИХ К1Л ТА СИСТЕМИ АВТОБЛОКУВАННЯ НА ПЕРЕВАЛЬНИХ Д1ЛЯНКАХ 3 КРУТИМ ПРОФ1ЛЕМ
В CTarri проведено дослщження роботи рейкових юл та системи автоблокування на перевальнш дшянщ з крутим профшем. Проведено тягов! розрахунки, здшснено оцшку теплових режим1в роботи дросель-трансформатор1в, розраховано режими роботи рейкових юл при встановленш двох дросель-трансформатор1в на живлячому та релейному юнцях.
Ключовi слова: рейкове коло, дросель-трансформатор, теплов1 режими
В статье проведено исследование работы рельсовых цепей и системы автоблокировки на перевальном участке с крутым профилем. Были проведены тяговые расчеты, произведена оценка тепловых режимов работы дроссель-трансформаторов, рассчитаны режимы работы рельсовых цепей при установке двух дроссель-трансформаторов на питающем и релейном концах.
Ключевые слова: рельсовая цепь, дроссель-трансформатор, тепловые режимы
Functioning of the track circuits and automatic block system on a pass section with a steep profile has been investigated. The traction calculations, the thermal operating modes of choke transformers, the operating regimes of track circuits with installing two choke transformers on supply and relay ends have been determined.
Keywords: track circuit, choke transformer, thermal modes
Вступ
На сьогодшшнш день зал1зничний транспорт Украши зазнае модершзацп та вдоскона-лення. Внаслщок розвитку економши шдвищу-еться вантажообн, зростають швидкосп, зб> льшуеться пропускна здатшсть, тому висува-ються бшьш жорстю вимоги щодо безпеки руху. Модершзащя е прюритетним напрямком в забезпеченш високоефективного функцюну-вання зал!знищ в цшому.
Та на цьому шляху в окремих випадках по-стають труднощ1, яю пов'язаш з роботою за-старшо! елементно! бази або з проблемами за-безпечення електромагштно! сумюносп при-стро!в СЦБ та зв'язку з пристроями тягового електропостачання [1].
Постановка задач!
Не днвлячнсь на стр1мкнй стрибок науково-техшчного прогресу та впровадження нов!тшх технологш, юнують дшянки дорп, де питания безпеки руху дос1 залишаються вщкритими. Використання рейок для пропуску зворотного тягового струму висувае вимоги щодо забез-печення безвщмовно! роботи пристро!в зал1з-нично1 автоматики. До основних фактор1в, що впливають на роботу рейкових кш, вщносять-ся терм!чш, заважаюч1, пошкоджуюч! та пара-метричш. Рейков! кола (РК) е самими ненадш-ними елементами зал!знично! автоматики \ водночас вщ !хньо! справно! роботи залежить
забезпечення технолопчного процесу переве-зення вантажв \ пасажир1в.
На перевальних прських дшянках з крутим профшем робота РК дуже ускладнюеться \ е досить проблематичною, адже для створення достатнього для руху потягу тягового зусилля потр1бно, як правило, декшька локомотив1в. Це, у свою чергу, призводить до споживання рухо-мим складом великих тягових струм1в, яю здш-снюватимуть терм1чний вплив на апаратуру СЦБ, вщповщно, на режими роботи РК.
Питания впливу тягового струму на роботу РК дослщжувалися в 70-х роках науковцями ВНИЖТу, зокрема М. В. Пенкшим. Вченими було розроблено методику розрахунку дросель-трансформатор1в (ДТ). Та даш розрахунки сто-сувалися застарших ДТ, що на сьогодшшнш день не використовуються на зал1знищ. Тому постала проблема дослщження теплових режи-м1в роботи ДТ, що на даний час мають широке застосування на зал1знищ. Проблема е актуль-ною 1 потребуе детального дослщження.
Метою роботи е дослщження роботи РК та системи автоблокування на перевальнш дшянщ з крутим профшем.
В робот! ведеться дослщження терм1чного впливу, якого в значнш м1р1 зазнае апаратура РК. Основними елементами, що зазнають тер-м1чного впливу, е дросель-трансформатори (ДТ), дросельш перемички (ДП) та стиков! з'еднувач! (СЗ). Вище приведен! елементи по-винш волод1ти високою електропровщшстю та
© Разгонов А. П., Ящук К. I., 2011
терм1чною стшюстю для забезпечення корект-но1 роботи РК.
Було розглянуто перевальну дшянку Лаво-чне - Бескид - Скотарське, що знаходиться в Карпатах. Дшянка е дуже проблематичною, адже знаходиться на шдйом1 30,4 %о 1 для того, щоб розвинути достатне для такого шдйому тягове зусилля, використовуеться чотири ло-комотиви типу ВЛ-11. Пщ час проведения тя-гових розрахунюв силу тяги, що потр1бна одному електровозу на розрахунковому шдйом1 було визначено за формулою:
F =
kPTT
q(W"+ip)+iw:+ip)
4
(1)
де ¥, - сила тяги, кгс;
кел
Q - фактична маса потягу, т;
/р - питомий ошр на розрахунковому шд-йом1, кг/т;
Ж0" - основний питомий ошр рухов1 електровозу ВЛ-11;
Ж0 - основний питомий ошр рухов1 чоти-рьох основних вагошв на роликових шдшип-никах;
Р - вага електровозу ВЛ-11.
Внаслщок проведеного тягового розрахун-ку було встановлено, що сила тяги одного еле-ктровоза дор1внюе = 38154 кгс, р1вш тяго-
вих струм1в складають 7200 А. Цей показник е дуже великим, адже в РК звичайних дшянок з електричною тягою постшного струму за нормально! роботи такий струм майже не спосте-рпаеться. Тому вщразу постае питания терм1-чного впливу на РК, а саме на ДП, СЗ та ДТ. Призначенням ДТ е пропуск зворотного тягового струму в обхщ ¿золюючих стиюв та узго-дження низькоомного опору рейково! лшп з високоомним опором живлячого кшця (ЖК) 1 релейного кшця (РК) [2].
На перегон!, що розглядаеться, встановлеш дросель-трансформатори тишв ДТ-0,6-1000 на ЖК та ДТ-0,2-1000 на РК. ДТ таких тишв мо-жуть пропускати по кожнш з нашвобмоток струм 1000 А, а через дросельну перемичку -2000 А [3]. Приварш стиков1 мщш з'еднувач1 пропускають вщ 70 до 90 % струму при ослаб-ленш затяжки болт1в, а допустима величина струму, який пропускае мщний стиковий з'еднувач при тяз1 постшного струму складае 1100 А, для сталевого з'еднувача цей показник сягатиме 800 А. Для мщних та сталевих пере-мичок допустим! струми будуть розподшятися вщповщно 1100 А та 1400 А. В процес1 руху електровозу в середин! м1жшдстанцшно1 зони
струм розтшатиметься в обох напрямках i роз-дшятиметься приблизно на piBHi частини (по двом рейкам), тому виходячи з отриманих внаслщок тягових розрахунюв даних по кожнш з рейок протшатиме максимальний струм порядку 1800 А. Ближче до шдстанцп струм буде вище u,iei величини. Пор1внюючи цей показник з вищенаведеними допустимими нормами струм1в, можна з упевнешстю стверджу-вати, що робота ДТ, ДП, СЗ порушувати-меться.
Теплов1 режими роботи дросель-трансформатор1в
Якщо розглянути особливост1 теплового режиму роботи колшного дроселя, то нагр1ван-ня обмотки та сталевого осердя ДТ вщ сигнального струму е досить малим i ним можна знехтувати. Нагр1вання викликане головним чином проходженням тягового струму по обмоткам ДТ [5] .
Рух потягу вздовж перегону супроводжуеть-ся постшною змшою потужносп, що спожива-еться з контактно! мережа Це викликано нер1в-ном1ршстю ведения локомотиву. Внаслщок цього р1вень тягового струму, що споживаеться з контактно! мереж1, постшно р1знитиметься i, у свою чергу, буде визначати струм в рейках та струм через ДТ зокрема [4]. Таким чином ДТ знаходиться шд впливом струму, р1вень якого постшно змшюеться в процес1 руху локомотива i саме вш визначатиме стушнь нагр1вання ДТ.
Мюцем видшення тепла в ДТ е обмотка, вщ не! тепло передаеться маслу, а вщ масла - до стшок ДТ, яю видшятимуть тепло у навколиш-не середовище шляхом випромшювання та конвекцп. Оскшьки по обмотках ДТ протшае струм, що майже у два рази перевищуе допустим! норми, що не передбачено конструкщею ДТ, то робота ДТ порушуеться.
Було проведено теоретичне дослщження теплових режишв роботи ДТ при протшанш розрахованих тягових струм1в [5].
(
t = -т- ln-
1 -il
0
A
(2)
ml /
де ^ - час, за який ДТ перегр1ваеться до тем-ператури 115 °С;
х - стала часу;
01 - допустима температура перегр1ву масла по вщношенню до пов1тря навколишнього середовища, град;
0т1 - конструктивний параметр, що зале-жить вщ потужносп ДТ, конструкцп та коеф1-щента теплопередач1 вщ масла до пов1тря.
Було отримано графш, що показуе, за який час температура перегр1ву ДТ досягатиме 115 °С за вщповщних величин тягових струм1в (рис. 1). На даиому графшу: 1 - крива для ДТ-0,2-1000, 2 крива для - ДТ-0,6-1000.
При бшьш високш температур! бпумна ма-спка в мюцях виводу ДТ може розплавитися, а також спостерпатиметься розгерметизащя корпусу. При тяговому струш 1800 А, що протша-тиме по кожнш з нашвобмоток дроселя, ДТ-0,6-1000 та ДТ-0,2-1000 нагр1ватимуться до критично! температури вщповщно за 4.5 хв та 7 хв. Але це виконуватиметься за умови, що рухомий склад, споживаючи максимальний струм, весь час знаходитиметься в точщ шд-ключення ДТ. В процес1 руху потягу частина тягового струму протшатиме через землю 1 тя-говий струм в точщ шдключення ДТ буде зм1-нюватися та досягатиме свого максимуму тшь-ки при про!зд1 рухомим складом ординати ДТ. иод.
Рис. 1. Графж залежносл часу, за який ДТ перегрь еться до температури 115 °С, ввд величини тягового струму:
1 - крива перегршу ДТ-0,2-1000; 2 - крива перегр1ву ДТ-0,6-1000
М1ж станщями Лавочне - Бескид - Скотар-ське вщсташ складають не бшьше 5 км, то припустивши, що локомотиви рухатимуться ¿з се-редньою швидюстю 30 км/год, можна ствер-джувати, що загальний час руху по перегону даного рухомого складу - менше 10 хв.
Оскшьки потяг рухатиметься, поширення тягових струм1в залежатиме не тшьки вщ мю-цезнаходження рухомого складу, а й вщ розм> щення тягових шдстанцш. За деяких обставин може спостерпатися перегр1в ДТ, ДП та СЗ. Внаслщок чого порушуватиметься нормальне функцюнування РК.
Якщо взяти до уваги такий важливий параметр, як коефщ1ент асиметрп, то його граничне значения за техшчними умовами дор1внюе ка = 0,12. В такому випадку р1зниця струм1в у рейках дор1внюватиме Д/ = 432 А . В дшсносп коефщент асиметрп може досягти значень вщ 20 до 30 %. Внаслщок протшання великих тягових струм1в через ДТ виникае таке явище, як насичення осердя ДТ, в результат! чого вхщний ошр ДТ сигнальному струму значно знизиться, це може призвести до зниження напруги на ко-лшному приймач1 до значения напруги непри-тягання якоря реле. Тобто рют струму асиметрп може викликати параметричну вщмову рейко-вого кола.
Як альтернативне виршення проблеми названия ДТ внаслщок протшання великих тягових струм1в пропонуеться дублювання ДТ вщповщно на ЖК та РК (рис. 2). Як зазначалося вище, ДТ призначеш для пропуску зворотного тягового струму, тому в даному випадку ДТ будуть виконувати не тшьки свою основну фу-нкщю, а й додаткову - знижуватимуть велию навантаження, що мають мюце за встановлення по одному ДТ на ЖК та РК. Це допоможе ви-ршити проблему нагр1вання ДТ.
Рис. 2. Схема паралельного подключения двох ДТ на релейному та живлячому шнцях
До РК висуваються вимоги, яю за будь-яких умов повинш виконуватися. До цих ви-мог в першу чергу належить передача шфор-мацп про вшьшсть РК за вщсутносп рухомого складу та шформащя про зайнятють РК за на-явносп хоча би одше! колюно! пари рухомого складу або при пошкодженш рейки [3]. Вихо-дячи з цього, при розрахуиках та дослщжен-иях розр1зняють режими роботи РК. Проведено розрахуиок роботи РК з двома ДТ у на-ступиих режимах: нормальному, шунтовому, контрольному та АЛСН. Кожному з вище при-ведених режим1в роботи вщповщае певна схема замщення, в якост1 яко! застосовуеться каскад-на схема з трьома чотирьохполюсиками: Н -початку, РЛ - рейково! лшп, К - кшця. Чоти-рьохполюсник Н включае апаратуру живлячого кшця: дросель - трансформатори, узгоджуюч1 трансформатори, обмежувач1 та ш. [7] Чотири-полюсник К включае всю апаратуру релейного кшця та колшний приймач. Ус1 коефщ1енти чотирьохполюсниюв Н та К беруться незмш-ними. В розрахунках для дросель-трансфор-матора типу ДТ-0,6-1000 було взято коефщ1ент трансформацп п = 15, для ДТ-0,2-1000 - п = 17. При паралельному з'еднанш двох однакових чотириполюсниюв застосовуються додатков1 перетворення, що полягають спочатку у переход! до 7-форми:
"ill Y12' Y11 Y' 1 Y12 Py " Y"! Y12
Y21 Y y22 _ Y' _ 21 Y' y22 _ Y" _ 21 Y" y22 _
2D _2 ~Б ~Б
_2 2A
Б Б
(3)
де A, Б, D - коефщенти чотириполюсниюв, яю паралельно з'еднуються;
Yii, Yi2, Y2'l5 Y22, YZ, Y"2, Y2", Y2" - коефщх-енти чотириполюсниюв, що утворилися внасл1-док Y-перетворення;
Yjj, Y12, Y21, Y22 - результуюча матриця су-ми перетворених чотириполюсниюв.
Дат здшснюеться перехщ до А-форми:
(4)
де Ay - детермшант результуючо! матриц! су-
ми перетворених чотириполюсниюв;
A', Б', C', D' - коефщенти результуючо! матриц! А-форми.
Y Y 22 1
A' Б'" Y21 ~ Y21
C' D' A y Y11
. Y21 Y21
Розрахунок режимв роботи рейкових кш (РК) з двома ДТ на ЖК та РК показав, що режими роботи рейкових кш вщповщають норма-тивним [5]. Особливу увагу слщ придшити шунтовому режиму роботи, який повинен виконуватися за найпрших умов [2]. Шунтовий режим в значнш Mipi залежить вщ того, де на РЛ зна-ходиться шунт. Якщо шунт знаходиться в мющ мшмально! шунтово! чутливосп, то cnocTepi-гатимуться найнесприятлив1ш1 умови для шун-тового режиму. Внаслщок дослщження шунто-вого режиму роботи, за якого було визначено коефщенти шунтово! чутливосп на ЖК та РК, виявилося, що вш е критичним за умови знахо-дження шунта на РК. Це можна пояснити зни-женням опору на ЖК та РК. Тому паралельно обмотщ ДТ пропонуеться встановити емнють, налаштовану в резонанс. Саме така схемна реа-л1защя, як показали розрахунки, забезпечуе шунтовий режим роботи рейкових кш зпдно нормативним.
Водночас запропонований cnoci6 виршення проблеми нагр1вання ДТ мае суттевий недолш. BiH полягае у тому, що встановлення двох ДТ на ЖК та РК не е економ1чно ефективним вна-слщок високо1 вартосп. Тому розглядаеться вар1ант встановлення тональних рейкових кш (ТРК), яю з часом знаходять все бшьше засто-сування. До основних переваг ТРК належать: шдвищення завадостшкосп та зниження взаем-ного впливу м1ж рейковими колами внаслщок використання сигнального струму тонального д1апазону, вщсутшсть ¿золюючих стиюв, завдя-ки чому забезпечуеться безперервнють кола повернення тягового струму та зниження кшь-кост1 дросель-трансформатор1в, яю встановлю-ватимуться тшьки для вир1внювання потенща-л1в в рейках.
Висновки
В робот1 було проведено дослщження роботи РК та системи автоблокування на перева-льнш дшянщ Лавочне - Бескид - Скотарське з крутим профшем. В результат! тягових розра-хунюв було визначено piBHi тягових струм1в. Було проведено дослщження терм1чного впливу зворотного тягового струму на ДТ, ДП та СЗ. Побудовано залежшсть часу neperpiBy ДТ до температури 115 °С при тягового струму. Запропоновано схемне виршення проблеми нагр1вання ДТ, що реал1зоване у вигляд1 дуб-лювання ДТ на ЖК та РК. Проведено розрахунок режишв роботи рейкових кш з двома ДТ вщповщно вимог, що 1м висуваються. Внасл1-док проведеного анал1зу розрахунку запропо-
новано та розраховано схемне виршення проблемы зниження вхщного опору РК ¿, як насл1-док, суттеве покращення шунтового режиму роботп. В перспектив! розглядаеться вар1ант переобладнання перегону тональними рейко-вими колами.
Б1БЛ10ГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Наумов, А. В. Критерии выбора параметров обратной тяговой (рельсовой) сети при пропуске поездов повышенной массы и длины [Текст] / А. В. Наумов, А. А. Наумов // Автоматика, связь, информатика. - Вып. 2. - М., 2002. -638 с.
2. Аркатов, В. С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание [Текст] / В. С. Аркатов, Ю. А. Кравцов, Б. М. Степенский. - М.: Транспорт, 1990. - С. 295.
3. Котляренко, Н. Ф. Электрические рельсовые цепи [Текст] / Н. Ф. Котляренко. - М.: Транс -желдориздат, 1961. - 327 с.
4. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог [Текст] : учебник
для вузов ж.-д. трансп. - 4-е изд., перераб. и доп. / К. Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. -528 с.
5. Разгонов, А. П. Дослвдження систем автоблоку-вання на перевальних дшянках з крутим профь лем [Текст] / А. П. Разгонов, К. I. Ящук // Мате-р1али Ш-1 М1жн. наук.-практ. конф. «Електро-магштна сумюшсть та безпека на зал1зничному транспорт!». - Д.: Вид-во ДНУЗТ 1м. акад. В. Лазаряна, 2010.
6. Вплив тягового струму асиметрп на роботу рей-кових шл [Текст] / А. П. Разгонов [та ш.] // Ма-тер1али IV-! М1жн. наук.-практ. конф. «Елект-ромагн1тна сум1сн1сть та безпека на зал1знич-ному транспорт!». - Д.: Вид-во ДНУЗТ ш. акад. В. Лазаряна, 2011.
7. Рельсовые цепи магистральных железных дорог [Текст] / В. С. Аркатов [и др.]. - М.: Транспорт, 1982. - 364 с.
Надшшла до редколегп 24.01.2011.
Прийнята до друку 27.01.2011.
