СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ И ТОКОПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА Российский патент 2005 года по МПК B60M1/12 

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться для непрерывного контроля качества взаимодействия контактной подвески и токоприемников электроподвижного состава путем регистрации и анализа высокочастотных излучений, возникающих при искрении из-за отрыва токоприемников от контактного провода контактной подвески.

Контактная подвеска во взаимодействии с токоприемниками электроподвижного состава должна обеспечить бесперебойный токосъем при движении поездов с установленной скоростью [1]. При нарушениях токосъема образуется искрение (дуговые вспышки) между полозом токоприемника электроподвижного состава и контактным проводом контактной подвески. Нарушение токосъема возникает по следующим причинам: неисправность контактной подвески (нарушение регулировки, жесткие точки и др.), появление на контактной сети гололеда, неисправности токоприемников электроподвижного состава (нерасчетное нажатие, износ, трещины, сколы токосъемных пластин и др.).

Известны устройства для регистрации искрения токоприемника [2, 3], основанные на способе регистрации светового излучения от искрения при помощи оптической системы и фотоприемников. Для повышения помехоустойчивости в устройстве [2] отфильтровывают верхние частоты, а в устройстве [3], кроме того, определяют порядок чередования положительных и отрицательных импульсов. Недостатком известных технических решений [2, 3] является невозможность разграничить причины, вызывающие искрение.

Известно устройство для регистрации отрывов токоприемника [4], основанное на улавливании энергии высокочастотного электромагнитного излучения от искрения на токоприемнике при его отрыве от контактного провода.

Устройство [4] содержит направленную антенну, расположенную на электроподвижном составе, ось максимальной чувствительности которой направлена на токоприемник, усилитель, узкополосные фильтры, пороговый элемент и регистрирующее устройство. Способ, который реализует данное устройство, можно сформулировать следующим образом: “Способ регистрации отрывов токоприемника путем улавливания энергии высокочастотного излучения от искрения на токоприемнике при его отрыве от контактного провода с помощью направленной антенны, размещенной внутри экрана с калиброванной щелью, усилителя и регистрирующего механизма, расположенных на электроподвижном составе, отличающийся тем, что из усиленного высокочастотного и широкополосного сигнала антенны, возникающего при искрении на токоприемнике, выделяют узкополосный сигнал с помощью первого узкополосного фильтра, сравнивают уровень узкополосного сигнала с заданным уровнем и при его превышении формируют низкочастотные импульсы с фиксированной частотой, из которых отфильтровывают помехи с помощью второго узкополосного фильтра, и регистрируют число низкочастотных импульсов при каждом отрыве токоприемника”.

Недостатками известного технического решения [4] является невозможность установить причину нарушения токосъема и невозможность обеспечить непрерывный контроль качества токосъема при обращении на данном направлении электроподвижного состава, часть токоприемников которого или все из них не оборудованы устройствами [4].

Техническим результатом изобретения является обеспечение непрерывного контроля качества взаимодействия секции контактной подвески всех без исключения токоприемников электроподвижного состава, обращающегося на данном направлении, а также установление в каждом конкретном случае нарушения токосъема причины этого нарушения.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что с использованием антенны, улавливающей энергию высокочастотных радиоизлучений от каждого искрения между токоприемником и контактной подвеской, формируют контрольный сигнал с помощью детектирования упомянутых излучений, последующей их фильтрацией узкополосным фильтром и ограничения по нижнему уровню, при этом в качестве антенны используют изолированный протяженный проводник из цветного металла, расположенный вдоль секции контактной подвески, в контрольном сигнале за определенный промежуток времени Т_р фиксируют пики импульсов, измеряют интервалы времени между следующими друг за другом пиками импульсов и фиксируют каждую одиночную дуговую вспышку, если число непрерывно следующих друг за другом пиков импульсов с интервалом времени менее заданного превышает первое установленное значение, определяют промежутки времени t_i, t_i+1, t_i+2, t_i+3, ... между следующими друг за другом одиночными дуговыми вспышками, подсчитывают общее число одиночных дуговых вспышек, измеряют температуру окружающего воздуха и определяют первое условие - наличие гололеда на контактной сети, если общее число одиночных дуговых вспышек превышает второе установленное значение, а температура окружающего воздуха при этом находится в заданных пределах, определяют второе условие - наличие неисправного токоприемника электроподвижного состава, если не выполняется первое условие, а отношение промежутков времени между каждыми двумя следующими друг за другом зафиксированными одиночными дуговыми вспышками находится в пределах a≤ t_i/t_i+1≤_{b; a≤ ti+1/ti+2≤b; a≤ ti+2/ti+3≤b; ... , где а и b - постоянные величины, и повторяется число раз не менее третьего установленного значения, определяют третье условие - неисправность контактной подвески, если зафиксированы одиночные дуговые вспышки и не выполняются первое и второе условия.}

В качестве антенны при этом используются волноводные провода, известные цепи воздушных линий связи, цветные или сталеалюминиевые провода трехфазных линий два провода - рельс продольного электроснабжения, питающие провода системы электрификации переменного тока системы 2× 25 кВ. При этом принимают первое установленное значение пиков импульсов равным не менее трех, второе установленное значение числа одиночных дуговых вспышек равным более T_p·_{f, но менее Tp·2f, где f - частота переменного тока, третье установленное значение принимают равным не менее трех, а постоянные величины принимают равными: a=0,75; b=1,3.}

Способ поясняется чертежом, на котором изображена осциллограмма контрольного сигнала, полученного после детектирования, фильтрации узкополосным фильтром и ограничения по нижнему уровню высокочастотных радиоизлучений, улавливаемых антенной. Уровень сигнала обозначен Е, текущее время обозначено t.

Контрольный сигнал состоит из отдельных пикообразных фрагментов - импульсов. Пиковые значения контрольного сигнала обозначены арабскими цифрами 1, 2,... , 10, а интервалы времени между следующими друг за другом пиками импульсов обозначены t_1,2, t_2,3,..._{, t9,10. Величина заданного интервала времени обозначена tзад, например 0,8-1,2 мс, и показана на чертеже.}

Осциллограмма, показанная на фиг.1, содержит две одиночные дуговые вспышки и две помехи. Первая одиночная дуговая вспышка содержит пики импульсов 1, 2, 3 и 4, вторая одиночная дуговая вспышка содержит пики импульсов 8, 9 и 10. Первая помеха содержит пики 5 и 6, вторая помеха содержит пик 7.

Определение одиночных дуговых вспышек осуществляется на основе следующей последовательности операций. Фиксируются пики импульсов 1, 2, 3,... , измеряются интервалы времени t_1,2, t_2,3, t_3,4,..._{между следующими друг за другом пиками импульсов, каждый измеренный интервал времени t1,2, t2,3, t3,4,... - сравнивается с заданным интервалом tзад. Если каждый из n измеренных подряд интервалов времени меньше или равен tзад, а число n при этом не менее заданного числа, например трех, то делается вывод, что все эти n интервалов принадлежат одной одиночной дуговой вспышке. Если последнее условие не выполняется, то соответствующие пики относятся к помехам и далее не учитываются.}

Так, каждый из интервалов времени t_1,2, t_2,3, t_3,4, идущих подряд, меньше заданного значения t_зад, при этом число пиков 1, 2, 3, 4 (всего 4) больше заданного значения, например 3. Интервал времени t_4,5 больше заданного значения t_зад. Следовательно, интервалы t_1,2, t_2,3 и t_3,4 относятся к одной одиночной дуговой вспышке.

Интервалы времени t_4,5, t_6,7 и t_7,8 больше заданного интервала t_зад. Поэтому сигналы с пиками 5, 6 и сигнал с пиком 7 относятся к разным импульсам. Поскольку в каждом из них число пиков 5, 6 и 7 меньше заданного, например 3, то эти импульсы не относятся к одиночным дуговым вспышкам, а квалифицируются как помехи.

Следующий одиночный импульс содержит пики 8, 9 и 10, интервалы времени t_8,9 и t_9,10, между которыми меньше заданного значения t_зад, а число пиков, соответствующих этим идущим друг за другом интервалам, равно заданному числу, например 3. Поэтому интервалы t_8,9 и f_9,10 относятся ко второй дуговой вспышке.

Промежуток времени между первой и второй дуговыми вспышками на чертеже обозначен t_i.

Признаки, по которым возможно различить характер радиосигналов, улавливаемых антенной, при гололеде, неисправности токоприемника электроподвижного состава и неисправности контактной подвески, обусловлены следующими объективными факторами. При гололеде наблюдаются сплошное длительное искрение между контактным проводом и полозом токоприемника. При этом гололед возможен только в том случае, если температура окружающего воздуха находится в заданных пределах (как правило, от +1 до -10° С). Если имеется неисправность токоприемника, например скол или выщерблина на токосъемной пластине, то из-за зигзага контактного провода будут иметь место регулярные одиночные искрения в каждом пролете (между смежными опорами) контактной сети.

Наконец, при неисправности на контактной сети искрение возникает в одном месте только при проходе электровоза. Повторяемость дуговых вспышек при этом значительно реже, чем в двух первых случаях.

Реализация предложенного способа осуществляется с помощью следующей последовательности операций.

1) Вдоль секции контактной подвески прокладывается изолированный протяженный проводник из цветного металла, используемый в качестве антенны. Под секцией контактной подвески в данном случае понимается определенное расстояние железнодорожного пути, например расстояние между соседними станциями.

2) Из радиоизлучений, улавливаемых антенной, формируется контрольный сигнал с помощью детектирования с последующей фильтрацией узкополосным фильтром и ограничением по нижнему уровню.

3) В контрольном сигнале за определенный промежуток времени Т_р фиксируют пики импульсов.

4) Измеряют интервалы времени между следующими друг за другом пиками импульсов.

5) Сравнивают каждый интервал времени с заданным значением t_зад.

6) Фиксируют каждую одиночную дуговую вспышку, если число непрерывно следующих друг за другом пиков импульсов с интервалами менее заданного t_зад превышает первое установленное значение.

7) Определяют промежутки времени t_i, t_i+1, t_i+2, t_i+3 между следующими друг за другом одиночными дуговыми вспышками.

8) Измеряют температуру окружающего воздуха.

9) Подсчитывают общее число одиночных дуговых вспышек за заданный интервал времени Т_р.

10) Сравнивают общее число одиночных дуговых вспышек со вторым установленным значением, а температуру окружающего воздуха с заданными пределами.

11) Делают вывод о наличии гололеда, если общее число одиночных дуговых вспышек превышает второе установленное значение, а температура окружающего воздуха при этом находится в заданных пределах.

12) Определяют отношение промежутков времени t_i/t_i+1, t_i+1/t_i+2, t_i+2/t_i+3 между каждыми двумя следующими друг за другом зафиксированными одиночными дуговыми вспышками.

13) Делают вывод о неисправности токоприемника электроподвижного состава, если не выполняется условие 11), если отношение промежутков времени между одиночным дуговыми вспышками находится в пределах a≤ t_i/t_i+1≤_{b; a≤ ti+1/ti+2≤b; a≤ ti+2/ti+3≤b и если такое отношение повторяется подряд число раз не менее третьего установленного значения.}

14) Делают вывод о неисправности контактной подвески, если зафиксированы одиночные дуговые вспышки и не выполняются условия 11) и 13).

Операция 2) известна, остальные операции по сравнению с аналогами являются новыми.

Предлагаемый способ выполняется с помощью известных технических средств. В качестве антенны можно использовать радиопроводный канал поездной радиосвязи. Радиопроводный канал может быть выполнен в виде волноводного провода, цветной цепи воздушных линий связи, цветного или сталеалюминиевого провода трехфазных линий или линий два провода - рельс продольного электроснабжения, питающего провода системы электрификации переменного тока системы 2× 25 кВ.

Реализация операций 3)... 14) осуществляется с помощью цифровой техники.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. МПС России. - М.: Интекс, 1997. - с.78.

2. Авт. св. СССР № 815501. Устройство для регистрации искрения токоприемника./ Ю.Г.Семенов, Е.П.Фигурнов. Кл. G 01 D 9/00, В 60 L 5/00. №2771563/18-10. Заявка 17.05.79, опубл. 23.03.81, Бюл. № 11.

3. Авт. св. СССР № 1050927. Устройство для регистрации искрения токоприемника./ Ю.Г.Семенов, Е.П.Фигурнов. Кл. В 60 L 5/00. № 3448343/24-11. Заявка 09.06.82, опубл. 30.10.83, Бюл. № 40.

4. Авт. св. СССР № 829459. Устройство для регистрации отрывов токоприемника./ Е.П.Фигурнов, Ю.Г.Семенов. Кл. В 60 L 5/00. № 2777913/24-11. Заявка 23.04.79, опубл. 15.05.81, Бюл. № 18.

Изобретение относится к технике контроля качества взаимодействия контактного провода и токоприемников электроподвижного состава. Вдоль контактной подвески прокладывают изолированный протяженный проводник из цветного металла, используемый в качестве антенны, улавливающей энергию высокочастотных колебаний от каждого искрения между контактным проводом и токоприемником. Радиоизлучения детектируют, фильтруют и ограничивают по нижнему уровню. Полученный контрольный сигнал подвергают анализу по числу пиковых значений за заданный интервал времени и по промежуткам времени между пиковыми значениями, на основании которых фиксируют одиночные дуговые вспышки и помехи. Далее проводят анализ числа дуговых вспышек и интервалов времени между ними и с учетом температуры окружающего воздуха осуществляют разграничение причин нарушения токосъема. Изобретение позволяет осуществлять непрерывный контроль качества взаимодействия контактной подвески и токоприемников и выявлять причины нарушения токосъема. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Способ контроля качества взаимодействия контактной подвески и токоприемников электроподвижного состава с использованием улавливания антенной энергии высокочастотных радиоизлучений от каждого искрения между токоприемником и контактным проводом контактной подвески, формирования контрольного сигнала с помощью детектирования упомянутых излучений, последующей их фильтрации узкополосным фильтром и ограничения по нижнему уровню, отличающийся тем, что в качестве антенны используют изолированный протяженный проводник из цветного металла, расположенный вдоль секции контактной подвески, в контрольном сигнале за промежуток времени Т_р фиксируют пики импульсов, измеряют интервалы времени между следующими друг за другом пиками импульсов и фиксируют каждую дуговую вспышку, если число непрерывно следующих друг за другом пиков импульсов с интервалами времени менее заданного превышает первое установленное значение, определяют промежутки времени t_i, t_i+1, t_i+2, t_i+3 ... между следующими друг за другом одиночными дуговыми вспышками, подсчитывают общее число одиночных дуговых вспышек, измеряют температуру окружающего воздуха и определяют первое условие нарушения токосъема, выражающееся в наличии гололеда на контактной сети, если общее число одиночных дуговых вспышек превышает второе установленное значение, а температура окружающего воздуха при этом находится в заданных пределах, определяют второе условие нарушения токосъема, выражающееся в наличии неисправного токоприемника электроподвижного состава, если не выполняется первое условие, а отношение промежутков времени между каждыми двумя следующими друг за другом зафиксированными одиночными дуговыми вспышками находится в пределах а≤ t_i/t_i+1≤_{b; a≤ ti+1/ti+2≤b; a≤ ti+2/ti+3≤b;... , где а и b - постоянные величины, и повторяется подряд число раз не менее третьего установленного значения, определяют третье условие нарушения токосъема, выражающееся в неисправности контактной подвески, если зафиксированы одиночные дуговые вспышки и не выполняются первое и второе условия.}2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве антенны используют волноводные провода, цветные цепи воздушных линий связи, цветные или сталеалюминиевые провода трехфазных линий или линий два провода - рельс продольного электроснабжения, питающие провода системы электрификации переменного тока 2· 25 кВ.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первое установленное значение принимают для числа пиков импульсов равным не менее трех, второе установленное значение принимают для числа одиночных вспышек, превышающим T_p·_{f, но меньшим Тp·2f, где f - частота переменного тока, третье установленное значение для упомянутых отношений промежутков времени принимают равным не менее трех, а постоянные величины принимают равными: а=0,75; b=1,3.}