CC BY
35
on»]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka - Scientific problems of transport in Siberia and the Far East, 2008, no. 1, pp. 282 - 286.
2. Kandaev V. A. Sovershenstvovanie expluatacionnogo kontrolya korrosionnogo sostoyaniya pod-zemnih sooruzheniy system electrosnabzheniya zheleznodorozhnogo transporta: Monografiia (Improvement of corrosion state operating control for underground devices of railway power supply system: Monograph). Omsk, 2003, 198 p.
3. Skorchelletti V.A. Teoreticheskaia elektrokhimiia (Theoretical Electrochemistry). Moscow, 1969, 608 p.
УДК 621.311.4: 621.331
А. А. Кузнецов, А. Ю. Кузьменко
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДИСТАНЦИОННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
В статье приведены результаты моделирования и натурного испытания прибора для дистанционного контроля изоляторов контактной сети железнодорожного транспорта. Рассмотрены основные причины пробоя изоляторов. Приведена статистика отказов изоляторов контактной сети. Участок контактной сети представлен в виде модели линии с распределенными параметрами. Для создания виртуальной модели устройства и линии была выбрана программа Multisim 12.0. Описана структурная схема прибора для дистанционного контроля изоляторов контактной сети. Представлена схема проведения эксперимента на участке контактной сети полигона ОмГУПСа. Выбрана форма диагностирующих импульсов для определения возможного места положения неисправного изолятора.
Наибольшее количество событий, связанных с нарушением безопасности движения поездов в хозяйстве электрификации и электроснабжения, происходит из-за отказов в работе устройств контактной сети. В 2013 г. в результате отказов устройств контактной сети допущено 129 транспортных событий (92,8 %), электроснабжения СЦБ и тяговых подстанций -по пять (по 3,6 %) [1].
Определяющими причинами отказов контактной сети, влияющими на безопасность движения в хозяйстве электрификации и электроснабжения, являются перекрытие и разрушения изоляторов контактной сети (21 %), обрывы и пережоги проводов (19 %), разрушение зажимов (11 %), нарушение регулировки контактной сети (10 %), обрывы струн (7 %) [1].
Повреждения изолирующих элементов приводят к сбою движения поездов, а в некоторых случаях и к большим перерывам, необходимым для восстановления поврежденных конструкций. В общем объеме повреждений изоляторов преобладающими являются механические. Подобные разрушения изоляторов наиболее часто происходят при неблагоприятных метеорологических условиях (в период сильных ветров и автоколебаний проводов, при низкой температуре) в тех узлах контактной сети, где на изоляторы воздействуют высокие механические нагрузки.
Основные причины разрушения изоляторов: низкая механическая прочность при ударных нагрузках; быстрое старение в эксплуатации, особенно при низкой температуре недостатки конструкций, фиксирующих узлов; нарушение норм содержания; случаи, не связанные с эксплуатацией.
Недостаточная механическая прочность изоляторов при их защемлении и воздействии ударных нагрузок приводит к разрушению фарфора. Снижение механической прочности некоторых изоляторов при длительной эксплуатации обычно происходит из-за возникновения значительных напряжений в месте сопряжения фарфора, цементной заделки и металлической арматуры в связи с разными коэффициентами температурного расширения этих материалов. В таких местах в фарфоре возникают микро- и макротрещины, со временем развивающиеся и снижающие механическую прочность всего изолятора. Максимальная потеря прочности происходит при низкой температуре [2].
Прочность изолятора уменьшается также из-за постоянных ударных нагрузок, передающихся на них при эксплуатации. В таких случаях в фарфоре возникают также скрытые трещины, которые затем развиваются. Скрытость дефектов, которые нельзя обнаружить ни визуально, ни электрическими испытаниями, наиболее опасна в эксплуатации.
Среди известных аналогов преобладают приборы, принцип действия которых основан на анализе схем с сосредоточенными параметрами [3]. На основе предложенного метода в работе [4] разработан опытный образец переносного устройства для диагностирования изоляторов контактной сети железнодорожного транспорта. Структурная схема измерительного комплекса представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структурная схема измерительного комплекса: ПК - персональный компьютер;
ФГ - функциональный генератор; ВБ - высоковольтный блок; ОД - обьект диагностирования;
ИП - измерительный преобразователь; ЦО - цифровой осциллограф
Контактную сеть постоянного тока с изолирующими элементами принято рассматривать в виде линии с распределенными параметрами. Для решения задачи контроля изолирующих элементов и оперативного определения места их повреждения необходимо использовать современное программное обеспечение. Для создания виртуальной модели устройства и сравнения с данными измерительного эксперимента была выбрана программа Multisim 12.0. Схема прибора контроля изоляции, созданная в программе Multisim, приведена на рисунке 2. От источника подается переменное напряжение 100 В на схему умножителя напряжения. С генератора прямоугольных импульсов подается сигнал на реле частотой 1 Гц. Выход IO1 подключается к контактной сети. Выход IO2 соединен с рельсом.
Ю1 ; ;
Рисунок 2 - Схема переносного прибора диагностирования изоляторов в программе МиШБт
В качестве тестовых воздействий выбраны прямоугольные импульсы, имеющие непрерывный спектр высших гармоник. Поскольку объект диагностирования представлен комплексным сопротивлением, каждая из составляющих гармоник входного напряжения будет по-разному влиять на форму выходного сигнала. Схема измерительного эксперимента, реализованного в программе Ми1й81ш, представлена на рисунке 3. Каждый изолятор представ-
лен в виде параллельно соединенных активного и емкостного сопротивлений. Каждый изолятор по очереди становился потенциально неисправным (его сопротивление уменьшалось до 500 кОм). Каждый пролет имел длину 50 м и комплексное сопротивление 0,03 Ом [5].
НВ1
Рисунок 3 - Схема измерительного эксперимента на линии с исправными изоляторами в программе МиШБт
Последовательность прямоугольных импульсов характеризуется длительностью, амплитудой и периодом следования единичного импульса. Осциллограмма исправной линии приведена на рисунке 4. Все изоляторы имеют активное сопротивление 500 МОм и суммарную емкость 50 пФ [6]. При прохождении импульса через линию происходит заряд с последующим разрядом изоляторов.
Рисунок 4 - Осциллограмма выходного сигнала исправной линии в программе МиШБт
На рисунке 5 представлены результаты моделирования с поврежденным изолятором в различных точках линии: 1 - неисправный изолятор находится в начале линии, 2 - в середине, 3 - в конце линии. Как видно из осциллограмм на рисунках 4, 5, чем дальше находится неисправный изолятор, тем выше амплитуда измеряемого сигнала и тем сильнее спад заднего фронта импульса. Кроме того, при наличии в линии неисправного изолятора, возникают пульсации высокого уровня выходного импульса напряжения. Сигнал, поступающий в ли-
нию, шунтируется неисправным изолятором, сопротивление которого значительно (в тысячу раз) меньше, чем у исправных изоляторов.
Рисунок 5 - Осциллограммы выходного сигнала линии в трех режимах
На рисунке 6 представлена схема проведения эксперимента (по диагностированию изоляторов) на участке контактной сети учебного полигона ОмГУПСа. Неисправный изолятор (НИ) соединялся с контактной сетью и рельсовым заземлением в положениях 1 - 3, как показано на рисунке 6. Подключение прибора контроля изоляторов (ПКИ) к контактной сети осуществлялось при помощи измерительной штанги (ИШ) Для эксперимента были выбраны подвесные фарфоровые тарельчатые изоляторы типа ПФ-70 [7].
РЕЛЬС
Рисунок 6 - Схема проведения эксперимента по диагностированию изоляторов на участке контактной сети
На рисунке 7 приведена осциллограмма выходного сигнала исправного участка. Неисправный изолятор не включен в линию (режим холостого хода).
Как видно из приведенной на рисунке 7 осциллограммы, на реальном участке также происходит разряд эквивалентной емкости на входные цепи измерительного делителя напряжения. Это видно по характерному спаду заднего фронта импульса.
На рисунке 8 показаны наложенные осциллограммы диагностирующих импульсов при расположении неисправного изолятора в положениях 1 - 3 участка контактной сети (см. рисунок 6).
При подключении неисправного изолятора в положения 1 - 3, как и при моделировании, наблюдается увеличение разряда, которое можно объяснить уменьшением эквивалентного
активного сопротивления реального участка. Как видно из осциллограммы на рисунке 7, наличие на участке неисправного изолятора приводит к увеличению спада заднего фронта импульса, что объясняется интенсивным разрядом его внутренней емкости. Кроме того, при размещении неисправного изолятора на близком расстоянии от начала линии наблюдалось уменьшение амплитуды прямоугольных импульсов. Это можно объяснить тем, что внутреннее сопротивление неисправного изолятора (КНИ = 500 кОм) шунтирует входную цепь измерителя. По мере удаления от места проведения измерений амплитуда сигнала увеличивается.
Рисунок 7 - Осциллограмма выходного сигнала исправного участка
0.2V 1$
2 ' Л ß г
I г ' lWl — \\ \ г ч\Г \ г
\ \S | чЛ V \
1
Рисунок 8 - Осциллограммы выходного сигнала участка с неисправным изолятором в трех режимах
Таким образом, наличие на участке неисправных изоляторов сопровождается изменением формы диагностирующих импульсов, а расстояние до неисправного изолятора определяется изменением амплитуды сигнала.
Данный метод диагностирования позволяет выявить наличие и местоположение дефектных изоляторов, поврежденных в результате механического воздействия на них (сколы, трещины, деформации). Рекомендуемым способом выявления наличия неисправного изолятора на участке контактной сети является накопление и последующее сравнение образцовых и измеренных сигналов. Работы, выполняемые по предложенной технологии, позволяют сократить время на поиск и устранение неисправностей изоляции контактной сети железных дорог. Диагностирование состояния изоляции контактной сети можно будет проводить с помощью дополнительного оборудования, установленного в вагоне-лаборатории контактной сети (ВИКС) или непосредственно на тяговых подстанциях.
Список литературы
1. Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2013 г. [Текст]. - М., 2014. - 100 с.
2. Михеев, В. П. Контактные сети и линии электропередачи: Учебник для вузов [Текст] / В. П. Михеев. - М.: Маршрут, 2003. - 416 с.
3. Нормативно-методическая документация по эксплуатации контактной сети и высоковольтных воздушных линий: Справочник. ЦЭ МПС [Текст]. - М.: Транспорт, 2001. - 512 с.
4. Кузнецов, А. А. Разработка технических средств и методики контроля состояния изоляторов контактной сети постоянного тока [Текст] / А. А. Кузнецов, Е. А. Кротенко, А. Ю. Кузьменко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2012. -№ 4. - С 110 - 116.
5. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: Учебник [Текст] / К. Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.
6. Резевиг, Д. В. Техника высоких напряжений: Учебник [Текст] / Д. В. Резевиг. -М.: Энергия, 1976. - 488 с.
7. Каталог изоляторов для контактной сети и ВЛ электрифицированных железных дорог [Текст]. - М.: Трансиздат, 2000.
References
1. Analiz raboty khoziaistva elektrifikatsii i elektrosnabzheniia v 2013 g. (Analysis of the farm electrification and power supply in 2013). Moskow, 2014, 100 s.
2. Mikheev V. P. Kontaktnye seti i linii elektroperedachi (Contact network and power lines). Moscow: Marshrut, 2003, 416 p.
3. Normativno - metodicheskaia dokumentatsiia po ekspluatatsii kontaktnoi seti i vyso-kovol'tnykh vozdushnykh linii. Spravochnik (Normative - methodical literature concerning the operation of contact network and high-voltage transmission overhead lines. Directory). Moscow: Transport, 2001, 512 p.
4. Kuznetsov A. A., Krotenko E. A., Kuz'menko A. Iu. Development of technical means and methods of monitoring the status of iso-lators catenary DC [Razrabotka tekhnicheskikh sredstv i metodiki kontrolia sostoianiia izo-liatorov kontaktnoi seti postoiannogo toka]. Izvestiia Transsiba -The Trans-Siberian Bulletin, 2012, no. 4. pp 110 - 116.
5. Markvardt K. G. Elektrosnabzhenie elektrifitsirovannykh zheleznykh dorog (Power supply of electrified railways). Moscow: Transport, 1982, 528 p.
6. Rezevig D. V. Tekhnika vysokikh napriazhenii (High Voltage Equipment). Moscow: Ener-giia, 1976, 488 p.
7. Katalog izoliatorov dlia kontaktnoi seti i VL elektrifitsirovannykh zheleznykh dorog (Product insulators for overhead lines and contact network of electrified railways). Moscow: Transizdat, 2000.
УДК 621.315.65
Т. А. Несенюк, Б. С. Сергеев, А. П. Сухогузов МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ ВЛ 6 - 10 кВ
В связи с негативными последствиями, вызываемыми неисправностью изоляторов в воздушных линиях 6 -10 кВ, предложено контролировать состояние штыревого изолятора устройством, срабатывающим при прохождении через изолятор тока пробоя. Описана работа устройства для определения дефектов изоляторов. Приведены схемы замещения подключения сигнального устройства к изолятору ВЛ. Рассмотрены основные
