Раннее обнаружение гололедно-изморозевых образований в электротяговых сетях
На правах рукописи
Кубкина Ольга Владимировна
РАННЕЕ ОБНАРУЖЕНИЕ
ГОЛОЛЕДНО-ИЗМОРОЗЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ СЕТЯХ
Специальность: 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ростов-на-Дону
2009
Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы электроснабжения» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС)
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Жарков Юрий Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Сидоров Олег Алексеевич;
кандидат технических наук, доцент
Осипов Владимир Александрович
Ведущая организация: Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС)
Защита диссертации состоится «28» апреля 2009 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового полка народного ополчения, 2, РГУПС, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке РГУПС.
Автореферат разослан «27» марта 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д 218.010.01, доктор технических
наук, профессор В.А. Соломин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований
Контактная сеть является важнейшей, нерезервированной частью системы электроснабжения электрических железных дорог. В процессе эксплуатации она подвержена различным климатическим воздействиям, наиболее опасными из которых являются гололедно-изморозевые образования. Появление гололедно-изморозевых образований оказывает неблагоприятное воздействие на работу контактной сети. При образовании гололеда с соответствующей толщиной стенки возможны обрыв проводов контактной сети, падение опор. Гололед снижает качество токосъема. При проходе токоприемника электровоза по проводу, покрытому льдом, возникает искрение, возрастает износ накладок токоприемника. Появление гололеда или изморози нарушает правильную форму сечения проводов и, в совокупности с воздействием ветра сравнительно небольшой скорости, приводит к автоколебаниям контактной сети, вызывающим нарушения работы электрифицированного участка. При сильных автоколебаниях затрудняется токосъем, возрастает вероятность повреждения проводов, токоприемников и поддерживающих устройств.
Несвоевременное обнаружение гололедно-изморозевых образований и, как следствие, неэффективная борьба с ними приводят к значительным издержкам технического и экономического характера.
Теоретическим и практическим исследованиям, направленным на повышение надежности функционирования контактной сети в условиях гололедообразования, посвящено значительное количество работ. Особое место занимает направление исследований, решающее задачу обнаружения гололеда на ранней стадии возникновения, с толщиной его стенки 1 – 1,5 миллиметра.
Известные методы и средства обнаружения гололеда базируются на применении следующих признаков контроля: изменение веса проводов; электромагнитное излучение при проходе токоприемника; условия распространения высокочастотного сигнала по проводам подвески и другое. При этом для принятия решения о наличии гололеда необходим учет и анализ в режиме реального времени значительного количества взаимосвязанных факторов, влияющих на процесс гололедообразования, что, с учетом конструктивных особенностей контактной сети электрических железных дорог, затрудняет практическую реализацию и снижает действенность этих методов и средств.
Тенденция к усилению централизации управления устройствами электроснабжения железных дорог, сокращению численности персонала при сохранении высоких требований к надежности функционирования, качеству и оперативности управления обуславливает необходимость решения вопросов автоматизации непрерывного, в режиме реального времени контроля гололедообразования, повышения эффективности применения электрических методов борьбы, накопления информации и обеспечения ею соответствующих уровней управления.
Требование повышения эффективности борьбы с гололедом на проводах контактной сети ставит задачу создания теоретических основ, технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований (СРОГ), ориентированных на применение в составе автоматизированных и автоматических информационно-управляющих систем железных дорог.
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является повышение надежности и безопасности электроснабжения тяговых потребителей электрических железных дорог, на основе повышения надежности контактной подвески электротяговой сети за счет создания и внедрения методов и средств раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.
Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:
1. Исследование возможности раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований в электротяговых сетях по перемещению анкерных грузов компенсирующих устройств (метод контроля изменения веса проводов и тросов) и емкостным способом (метод контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований), ориентированных на современную аппаратуру, системы контроля и управления электроснабжением;
2. Разработка принципов построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной сети электрических железных дорог на основе применения емкостного способа контроля толщины стенки гололеда;
3. Разработка принципов построения технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использовались: методы расчета цепных контактных подвесок, метод расчета электростатического поля при наличии неоднородной среды, методы обработки и оценки статистических данных. Результаты теоретических исследований проверялись экспериментально в лабораторных условиях.
Научная новизна работы
1. Исследована возможность применения способа обнаружения и контроля процесса гололедообразования на контактной сети по изменению положения анкерных грузов компенсирующих устройств.
2. Разработан метод контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети, основанный на емкостном способе измерения, позволяющий осуществлять непрерывный автоматический контроль раннего появления гололеда.
3. Разработана математическая модель изменения емкости планарного конденсатора, в поле которого находится провод, при наличии либо отсутствии на нем гололеда, положенная в основу предложенного способа контроля гололедно-изморозевых образований.
4. Разработаны принципы построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети емкостным способом, ее технических средств и программного обеспечения.
Достоверность научных положений и выводов
Достоверность разработанной математической модели подтверждена строгостью теоретического обоснования и сравнением полученных результатов моделирования с экспериментальными данными.
Практическая ценность работы
Практическая ценность работы заключается:
-в создании методов и средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети электрических железных дорог;
-в повышении надежности функционирования контактной сети и, как следствие, повышении надежности и безопасности электроснабжения тяговых потребителей электрических железных дорог;
-в повышении оперативности управления устройствами электроснабжения в связи с регистрацией ранней стадии гололедообразования и представления информации на соответствующий уровень управления в режиме реального времени;
-в повышении эффективности борьбы с гололедно-изморозевыми образованиями.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы представлялись, обсуждались и были одобрены на:
- Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2006", (Ростов-на-Дону, 2006 г.);
- Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2007", (Ростов-на-Дону, 2007 г.);
- Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2008", (Ростов-на-Дону, 2008 г.);
Публикации
По результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 75 наименований и приложений. Работа изложена на 159 страницах текста, в том числе 8 страниц списка использованной литературы и 9 страниц приложений, иллюстрирована 44 рисунками и 11 таблицами.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе выполнен анализ известных методов и средств обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах линий электропередач и контактной сети электрических железных дорог. Теоретические и практические вопросы контроля гололедно-изморозевых образований рассмотрены в работах Аллилуева А.А., Бойко Т. А., Дьякова А. Ф., Жаркова Ю.И., Засыпкина А.С., Купцова Ю.Е., Левченко И.И., Лубенец А. В., Михеева В. П., Сацук Е.И., Семенова Ю.Г., Сидорова О.А., и др.
По результатам анализа сделано заключение о необходимости разработки системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети электрических железных дорог, обеспечивающей непрерывный, в режиме реального времени автоматический контроль, регистрацию информации и предоставление ее соответствующему уровню управления.
Поставлена задача создания теоретических основ, технических и программных средств системы раннего обнаружения гололеда, разработки функционально-логической структуры и принципов построения топологии системы.
Сформулированы требования, предъявляемые к системе раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети, в соответствии с поставленными целями.
Во второй главе рассмотрены теоретические основы обнаружения и контроля процесса гололедообразования на проводах контактной сети. Проведен анализ процесса гололедообразования как объекта контроля и диагностирования.
Исследована возможность обнаружения и контроля процесса гололедообразования на контактной сети по изменению положения анкерных грузов компенсирующих устройств. С этой целью в среде Microsoft Excel автором разработана программа, позволяющая определять величину перемещения анкерных грузов компенсирующих устройств несущего троса при появлении гололеда для различных типов компенсированных контактных подвесок. Результаты расчетов для подвески М-120+МФ-100 приведены на рис.1. В общем случае перемещение анкерных грузов при появлении гололеда с толщиной стенки 1 мм, длине пролета анкерного участка 60 метров и различных типах компенсаторов составляет 7 – 14 мм. Полученные результаты подтверждают теоретическую возможность раннего обнаружения гололеда по перемещению анкерных грузов. Вместе с тем имеет место ряд факторов, требующих учета при принятии решения о наличии гололеда, что затрудняет практическую реализацию рассматриваемого способа. Наиболее существенным при этом является необходимость учета воздействия ветровых нагрузок и изменений температуры окружающей среды в режиме реального времени, неоднородности контактной подвески на протяжении анкерного участка, неравномерности образования гололеда вдоль анкерного участка, воздействия токоприемника электроподвижного состава на контактную сеть и необходимость обеспечения работоспособного состояния компенсаторов, в том числе при образовании гололеда.
Рис. 1. Вертикальное перемещение анкерных грузов несущего троса для компенсированной подвески М-120+МФ-100 при различных значениях толщины стенки гололеда (bг) при трехблочном компенсаторе
Автором предложен и исследован емкостной способ контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на контактном проводе. В основе способа лежат свойства конденсатора, в поле которого находится контролируемый провод. При появлении гололеда на проводе происходит изменение диэлектрической проницаемости воздушного промежутка между обкладками конденсатора, вследствие чего изменяется его емкость. Величина изменения емкости конденсатора определяет чувствительность способа (
) и, в конечном итоге, возможность его практического применения.
В дальнейшем принимаем коэффициент чувствительности способа:
, (1)
где 
- емкость планарного конденсатора в безгололедном режиме;
- емкость планарного конденсатора при наличии гололеда на контактном проводе.
Разработана математическая модель, позволяющая определить изменение емкости планарного конденсатора, в поле которого находится провод при наличии, либо отсутствии гололедно-изморозевых образований на нем. В соответствии с целями и задачами модели, при ее разработке не учитывались:
- влияние провода на поле конденсатора;
- влияние влажности воздуха;
- наличие фасок на контактном проводе.
Расчет значения заряда, сконцентрированного на плюсовой пластине конденсатора, производится по усредненному значению напряженности поля.
На рисунке 2 показано поле исследуемого конденсатора. Пробные поверхности проведены по границе раздела сред с различной диэлектрической проницаемостью и делят поле на зоны. Поле конденсатора разбито на три участка: "воздух" (
), "воздух – лед – воздух" (
) и "воздух – лед – провод – лед - воздух" (
). Емкость конденсатора представлена в виде совокупности емкостей.
Рис. 2. Поле планарного конденсатора
Потенциалы определены согласно формулам:
- на участке "воздух"
; (2)
- на участке "воздух – лед – воздух"
;
;
; (3)
- на участке "воздух – лед – провод – лед - воздух"
;
;
;
. (4)
Граничные условия имеют вид:
- на участке "воздух"
, 
;
, 
; (5)
- на участке "воздух – лед – воздух"
, 
;
, 
, при 
;
, 
, при 
;
, 
; (6)
- на участке "воздух – лед – провод – лед - воздух"
, 
;
, 
, при 
;
, 
, 
;
, 
, при 
;
, 
, (7)
где 
- угол между плюсовой пластиной конденсатора и пробной поверхностью;
- угол между пластинами конденсатора;
- диэлектрическая проницаемость гололедно-изморозевых образований.
; (8)
; (9)
; (10)
, (11)
где 
- толщина стенки гололедно-изморозевых образований;
- ширина поперечного сечения провода в поле конденсатора;
- длина обкладки конденсатора (размер пластины в поперечном направлении относительно провода).
Напряженность зоны поля определена как
, (12)
где 
- длина пластины конденсатора, приходящаяся на участок;
- напряжение конденсатора.
Заряд равен:
, (13)
где 
- ширина обкладки конденсатора (размер пластины в продольном направлении относительно провода).
Емкость определяется как:
; (14)
. (15)
Итоговая емкость планарного конденсатора:
. (16)
Совокупность приведенных систем уравнений и уравнений представляют собой математическую модель, позволяющую определить зависимость изменения емкости планарного конденсатора от толщины стенки гололедно-изморозевых образований на контактном проводе (bг=0,2 мм – 2 мм), при различных значениях:
- угла между обкладками конденсатора (
=1,74 рад – 3,14 рад);
-физико-химических свойств гололедно-изморозевых образований (
=80 - 90);
- расстояния между обкладками конденсатора и контактным проводом (
,
=9 мм – 12 мм);
- размера обкладок конденсатора (
);
- напряжения конденсатора (U).
Модель реализована в виде компьютерной программы, позволяющей исследовать указанные выше зависимости. В качестве примера на рис. 3 приведена зависимость изменения емкости планарного конденсатора от расстояния между проводом и обкладками конденсатора при толщине стенки гололеда (bг) 0,5 мм, 1 мм и 1,5 мм при следующих заданных условиях: площадь пластин 24 мм2, угол между пластинами конденсатора 
=3,14 рад, диэлектрическая проницаемость льда 
=80, напряжение конденсатора U=10 В. Способ обеспечивает чувствительность контроля, определяемую изменением емкости конденсатора, 6% и более (рис. 3).
Результаты проведенного исследования доказывают возможность применения емкостного способа контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на контактном проводе.
Рис. 3 – Изменение емкости планарного конденсатора при различных значениях толщины стенки гололеда (bг) в зависимости от расстояния между проводом и обкладками конденсатора
Достоверность результатов оценки чувствительности предложенного способа контроля, полученных с помощью математической модели, проверена в ходе лабораторных испытаний измерительной части линейной информационно-контролирующей системы СРОГ.
Проведенные лабораторные испытания:
- подтвердили корректность математической модели с учетом принятых допущений;
- позволяют сделать заключение о возможности применения емкостного способа для обнаружения гололедно-изморозевых образований с толщиной стенки 1мм и более.
Данный способ положен в основу разработанной системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной подвески электрических железных дорог.
Третья глава посвящена разработке принципов построения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной сети электрических железных дорог на основе применения емкостного способа контроля толщины стенки гололеда. Автором предложена иерархическая распределено-централизованная структура СРОГ, представленная на рисунке 4.
Система представляет собой комплекс линейных информационно-контролирующих систем (ЛИКС), установленных в местах наиболее вероятного образования гололеда, рассредоточенных вдоль контактной сети и объединенных посредством канала связи с центральной информационно-контролирующей системой диспетчерского пункта (ИКСДП).
Функциональная схема линейной информационно-контролирующей системы, основным назначением которой является идентификация начальной стадии процесса гололедообразования и передача технологической информации на диспетчерский пункт, включает в себя:
- подсистему сбора информации;
- интерфейс ввода-вывода информации;
- подсистему программного контроля и логического управления;
- коммуникационную подсистему;
- подсистем питания и энергосбережения.
Функциональная схема информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта включает:
- коммуникационную подсистему;
- интерфейс ввода-вывода;
- подсистему программной обработки информации;
- подсистему регистрации и представления информации.
Определены назначение и состав функций, реализуемых подсистемами.
Требования, предъявляемые к системе раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети, обуславливают значимость и необходимость разработки и обоснования принципов формирования топологии системы. Автором предложена классификация климатических и геофизических факторов, влияющих на процесс гололедообразования. В общем случае все они могут быть классифицированы по характеру их образования на постоянные, условно-постоянные, то есть зависящие от постоянных в той или иной степени, и переменные. Наличие в приведенной классификации постоянных и условно-постоянных факторов позволяет предположить наличие участков дороги, являющихся критическими с точки зрения процесса гололедообразования. Организация контроля гололедно-изморозевых образований на этих участках позволит прогнозировать состояние процесса на всем протяжении контактной сети. Формирование рекомендаций по объективной оценке конкретного участка дороги с учетом наличия или отсутствия перечисленных факторов, степени их влияния затруднено в связи со сложностью рассматриваемых процессов и является предметом дальнейших исследований. Представляется, что корректное решение данной задачи возможно путем статистического анализа эксплуатационных данных. Реализация предложенных принципов построения топологии системы контроля осуществлена на примере Северо-Кавказской железной дороги (СКЖД).
Эффективность системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований в значительной степени определяется ее способностью распознавать максимальное число форм гололедообразования с учетом степени опасности их влияния на нормальную эксплуатацию контактной сети, возможностью адаптации системы к работе в соответствующем гололедном районе и настройки на идентификацию гололеда заданной толщины. Предложены варианты компоновки СРОГ, предусматривающие установку основных блоков ЛИКС, как на контактном проводе, так и на несущем тросе.
Линейная информационно-контролирующая система представляет собой два, конструктивно обособленных, блока:
- измерительный блок (ИБ), включающий в себя датчик контроля толщины стенки гололеда;
- блок контроля и управления (БКУ), включающий в себя все остальные функциональные подсистемы ЛИКС.
При образовании гололеда на контактном проводе, по мере увеличения его толщины, лед, попадая в зону чувствительности измерительного блока, вызывает срабатывание емкостного датчика. При этом блок коммутации включает или отключает ток нагрузки, формируя тем самым входной сигнал подсистемы сбора информации.
С целью обеспечения возможности формирования состава технических средств измерительного блока системы раннего обнаружения гололеда, базирующегося на емкостном датчике приближения, анализа возможности адаптации системы к конкретному гололедному району и ее настройки, рассмотрены термины и определения, в соответствии с ГОСТТ 15150-69. В соответствии с этим предложены варианты размещения датчиков гололеда, отличающиеся их числом и ориентацией активной поверхности относительно контактного провода. Предусматривается возможность включения в состав ЛИКС до 4 датчиков гололеда, настроенных на срабатывание при различной толщине стенки гололеда. Это позволяет идентифицировать максимально возможное число форм гололеда, обеспечивая контроль толщины стенки гололеда на верхней и боковых поверхностях контактного провода, и также динамику процесса гололедообразования в совокупности с процессами профилактического подогрева и плавки гололеда. Наличие резервированных устройств, помимо прямого повышения надежности функционирования, обеспечивает возможность самодиагностирования системы.
В четвертой главе определены принципы построения технических и программных средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований.
В соответствии с целями и задачами системы, принципами ее построения, изложенными в главах 1 и 3, сформулированы основные требования к техническим средствам:
-иметь унифицированный состав и номенклатуру изделий;
-обеспечивать гибкость изменения конфигурации, возможность поэтапного развития структуры системы, ее функциональных возможностей, путем модульного наращивания технических средств с соблюдением преемственности на всех этапах создания и развития;
-обеспечивать круглосуточный режим работы без обслуживающего персонала, быстроту поиска и устранения неисправностей, удобство проведения ремонтных и планово-профилактических работ;
-иметь удобные конструктивные и компоновочные структуры, обеспечивающие защиту функциональных блоков от электромагнитных помех, тепловых и механических воздействий;
-ориентироваться на использование в качестве базовых компонентов системы серийно выпускаемых, сертифицированных устройств, технические характеристики которых соответствуют условиям применения;
-ориентироваться на применение стандартных протоколов, интерфейсов и оконечных устройств.
С учетом эксплуатации линейных информационно-контролирующих систем на открытом воздухе, их подверженности влиянию электроподвижного состава, механических средств борьбы с гололедом, технические средства ЛИКС должны соответствовать по пыле- и влагозащищенности требованиям ГОСТ 14254-96 (IP 55), по виброустойчивости требованиям ГОСТ Р 50030.5.2-99 (МЭК 60947-5-2-97). Кроме того, технические средства должны обеспечивать автономную работу линейной системы в течение периода времени возможного гололедообразования.
Структура технических средств системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований включает в себя технические средства линейной информационно-контролирующей системы и информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта.
Исходя из целей и задач системы, характеристики процесса гололедно-изморозевых образований как объекта контроля, основных принципов построения СРОГ, функционально-технологического состава разработана блок-схема технических средств линейной информационно-контролирующей системы, представленная на рисунке 5. Основные компоненты блок-схемы: микропроцессорный контроллер (МПК) малого энергопотребления; датчик гололеда (ДГ); датчик температуры; приемо-передающее устройство (ППУ - радио МОДЕМ, GSM модуль, модуль спутниковой связи); аккумуляторная батарея (АК); блок коммутации (программно управляемый исполнительный блок (ИБ), осуществляющий коммутацию цепей питания и управления.
Рис. 5. Блок-схема технических средств ЛИКС
Блок-схема технических средств центральной информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта представлена на рисунке 6:
- ПУУ - программируемое устройство управления, осуществляющее организацию взаимодействия и управление работой компонентов системы диспетчерского пункта, а также сбор, регистрацию и обработку вторичной технологической информации, поступающей от линейных информационно-контролирующих систем. Для реализации функций ПУУ могут быть использованы вычислительные ресурсы автоматизированного рабочего места диспетчера, либо специализированного персонального компьютера или контроллера;
- ППУ - приемо-передающее устройство, поддерживающее дуплексный канал связи между центральной информационно-контролирующей системой диспетчерского пункта и линейными информационно-контролирующими системами СРОГ. Приемо-передающее устройство соединено с ПУУ посредством стандартного последовательного порта. В качестве приемо-передающего устройства предлагается к использованию GSM-модуль.
Проанализированы варианты реализации коммуникационной подсистемы СРОГ, предусматривающие применение различных каналов связи, дана оценка их применимости.
Рис. 6. Блок-схема технических средств ИКСДП
В главе сформирован базовый состав технических средств системы, приведены характеристики устройств, позволяющие оценить возможность их применения в качестве компонентов СРОГ. При этом, помимо требования функциональной полноты, наиболее сложной представляется реализация непрерывного контроля в режиме реального времени без обслуживания линейной информационно-контролирующей системы в течении гололедоопасного периода. Основополагающим, при решении данной проблемы, является правильный выбор аккумуляторных батарей. Рассмотрим этот вопрос. Классификация режимов работы ЛИКС, проведенная в соответствии с общим алгоритмом функционирования системы, позволяет определить время нахождения системы в каждом характерном режиме в зависимости от климатических характеристик региона (местности) эксплуатации СРОГ.
Примем следующие обозначения:
(час) - длительность периода возможного гололедообразования. (
=4320 часов);
(час) - длительность периода наличия критической температуры окружающей среды. 
=2880 часов (значение получено автором по результатам анализа данных метеорологической службы Северо-Кавказского региона);
(час) - длительность периода наличия гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети. Принимается 
;
(час) - время нахождения системы в i-ом режиме работы;
- коэффициент инициализации i-го режима, равен числу инициализаций базового, по отношению к i-му, режима работы ЛИКС. Базовым считается режим, число инициализаций которого определяет период инициализации i-го режима;
(час) - время программной обработки i-го режима.
Тогда, времена нахождения линейной информационно-контролирующей системы в соответствующих режимах работы могут быть определены следующим образом:
; (17)
; (18)
; (19)
; (20)
, (21)
где 
- время нахождения системы в первом режиме в течение периода 
(час);
- время нахождения системы в первом режиме в течение периода 
(час);
- время нахождения системы в первом режиме в течение периода 
.(час);
; (22)
; (23)
. (24)
Приведенные зависимости позволяют определить тип и требуемую емкость аккумуляторных батарей линейной информационно-контролирующей системы.
В соответствии с базовым составом технических средств разработана принципиальная схема линейной информационно-контролирующей системы.
В главе также определены принципы построения и требования к программно-алгоритмическому и информационному обеспечению СРОГ. Приведены блок-схемы алгоритмов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сформулированы следующим образом:
1. Произведен анализ существующих систем обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах линий электропередач и контактной сети электрических железных дорог. Сформулированы требования, предъявляемые к системе раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на контактной сети, в соответствии с поставленными целями.
2. Исследован процесс гололедообразования на проводах и тросах контактной сети как объект контроля, выделены признаки, позволяющие идентифицировать наличие гололеда.
3. Исследована возможность раннего обнаружения и контроля гололеда на контактной сети по изменению положения грузов компенсирующих устройств, установлены зависимости вертикального перемещения анкерных грузов компенсирующих устройств несущего троса от длин пролетов анкерного участка при различных значениях толщины стенки гололеда на контактной сети.
4. Разработан и исследован емкостной способ контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований, основанный на изменении емкости планарного конденсатора, в поле которого находится контактный провод при наличии либо отсутствии на нем гололеда. Разработана математическая модель, устанавливающая зависимость изменения емкости планарного конденсатора от ряда параметров: толщины стенки гололедно-изморозевых образований, угла между обкладками конденсатора, физико-химических свойств гололедно-изморозевых образований, расстояния между обкладками конденсатора и контактным проводом, размера обкладок конденсатора, напряжения конденсатора. Проведены лабораторные испытания, подтверждающие корректность разработанной математической модели с учетом принятых допущений.
5. Разработаны принципы построения и функциональный состав системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образования на проводах контактной сети электрических железных дорог. Разработаны функционально-технологические структуры линейной информационно-контролирующей системы и информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта.
6. Определены структура и принципы построения технических средств, программно-алгоритмического и информационного обеспечения системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах контактной сети. Разработана принципиальная схема линейной информационно-контролирующей системы. Рассмотрены возможные варианты реализации коммуникационной подсистемы системы раннего обнаружения гололеда. Предложены и исследованы режимы работы этой системы, обеспечивающие минимизацию энергопотребления. Сформирован базовый состав технических средств данной системы. Разработаны информационное обеспечение и блок-схемы алгоритмов функционирования линейной информационно-контролирующей системы и информационно-контролирующей системы диспетчерского пункта.
Автор выражает благодарность за научные консультации при работе над диссертацией к.т.н., доценту Семенову Ю. Г.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Жарков, Ю. И. Структура системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006». Ч. 2. Рост. гос. ун-т путей сообщения / Ю. И. Жарков, Ю. Г. Семенов, О. В. Лысенко. - Ростов н/Д, 2006. – С. 136-137.
2. Лысенко, В. Г. Влияние режимов работы тяговой сети на перемещение анкерных грузов компенсирующих устройств. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006». Ч. 3. Рост. гос. ун-т путей сообщения / В. Г. Лысенко, О.В. Лысенко. - Ростов н/Д, 2006. – С. 138-139.
3. Кубкина, О. В. Методы обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах контактной подвески и высоковольтных линиях электропередач. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008». Ч. 3. Рост. гос. ун-т путей сообщения / О.В. Кубкина.- Ростов н/Д, 2008. – С. 208-210.
4. Кубкина, О. В.Функционально-технологическая структура системы раннего обнаружения гололедно-изморозевых образований на проводах и тросах контактной подвески электрических железных дорог. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008». Ч. 3. Рост. гос. ун-т путей сообщения / О.В. Кубкина. - Ростов н/Д, 2008. – С. 211-212.
5. Кубкина, О. В. Исследование возможности применения емкостного способа контроля толщины стенки гололедно-изморозевых образований на проводах. Математическая модель емкости планарного конденсатора / О.В. Кубкина.- Вестник ростовского государственного университета путей сообщения, 2008. - №2.- С. 95-100.
Кубкина Ольга Владимировна
РАННЕЕ ОБНАРУЖЕНИЕ
ГОЛОЛЕДНО-ИЗМОРОЗЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
В ЭЛЕКТРОТЯГОВЫХ СЕТЯХ
Специальность: 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Подписано к печати __________г. Формат бумаги 60
84/16
Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1
Уч-изд. л. 1. Тираж 100. Заказ №
Ростовский государственный университет путей сообщения. Ризография РГУПС
Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового
полка народного ополчения, 2
