СПОСОБ КОНТРОЛЯ СВОБОДНОГО СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОЙ ЛИНИИ Российский патент 2006 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к железнодорожной технике, а именно к железнодорожной автоматике и телемеханике для регулирования движения поездов.

Известен способ контроля свободного состояния рельсовой линии (РЛ), заключающийся в том, что значение текущего напряжения на входе приемника сравнивают с пороговыми значениями занятия и освобождения. Превышение значения текущего напряжения над пороговым напряжением освобождения фиксируют как свободное состояние РЛ, превышение порогового значения занятия над текущим значением напряжения - как занятое состояние РЛ [1].

Недостатком этого способа является то, что при пониженном сопротивлении изоляции возможен ложный контроль состояния рельсовой цепи (РЦ).

Известен также способ контроля свободного состояния рельсовой линии, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном конце подают переменное напряжение, а на другом конце контролируют изменение напряжения в зависимости от координаты поездного шунта и по характеру изменения напряжения и его величине фиксируют состояние РЛ [2].

Недостатком этого способа является то, что при интенсивном выпадении осадков может быть зафиксирована ложная занятость.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Технический результат достигается тем, что способ контроля свободного состояния рельсовой линии, заключающийся в том, (в прототипе →) что в рельсовую линию на одном конце подают напряжение переменного тока, а на другом конце контролируют изменение напряжения в зависимости от координаты поездного шунта, после занятия предыдущей рельсовой линии (на фиг.2, 3 и 4 предыдущая рельсовая линия РЛ2) и истечении заданного интервала времени t фиксируют опорное напряжение U_ОР, которое соответствует напряжению на входе приемника U_Р (приемник рельсовой линии РЛ3), опорное напряжение умножают на коэффициент занятия К_З (0,5÷0,1, зависит от величины опорного напряжения, с увеличением опорного напряжения значение коэффициента К_З снижается не линейно) и получают пороговое напряжение занятия U_Z, а затем - на коэффициент освобождения К_O (0,6÷0,2, зависит от величины опорного напряжения, с увеличением опорного напряжения значение коэффициента К_O снижается не линейно) и получают пороговое напряжение освобождения U_O, (новое в предложенном →) изменяют значения входных сопротивлений по концам РЛ, придавая им комплексный характер с емкостной составляющей (0,4·е^-J60° Ом), и изменяют алгоритм определения опорного напряжения следующим образом: при приближении поездного шунта к рассматриваемой рельсовой линии (РЛ3) происходит всплеск (нарастание с последующим уменьшением, на фиг.2 этому всплеску соответствует ломаная линия ACD) напряжения на входе приемника, аналогичный всплеск наблюдают и при удалении поездного шунта от РЛ (ломаная линия O₁GH), упомянутые всплески используют для переопределения опорного напряжения, первое циклическое (с интервалом времени, например, 0,1 с) переопределение опорного напряжения осуществляют до момента истечения заданного интервала времени t, которое проходит после занятия предыдущей рельсовой линии РЛ2, при этом значение опорного напряжения получают перемножением текущего напряжения на входе приемника на коэффициент всплеска К_B (1,1÷1,01, зависит от величины опорного напряжения, с увеличением опорного напряжения значение коэффициента К_З возрастает не линейно), второе разовое (однократное) переопределение опорного напряжения осуществляют после фиксации всплеска напряжения перед занятием рассматриваемой рельсовой линии РЛ3 (в точке D), при этом значение опорного напряжения соответствует максимуму напряжения при всплеске (напряжение в точке С), третье разовое переопределение опорного напряжения осуществляют после фиксации всплеска напряжения при освобождении РЛ (в точке Н), при этом значение опорного напряжения соответствует максимуму напряжения при всплеске (напряжение в точке G, четвертое циклическое переопределение опорного напряжения осуществляют после фиксации всплеска напряжения при удалении поездного шунта от РЛ, при этом значение опорного напряжения получают перемножением текущего напряжения на входе приемника на коэффициент всплеска (четвертое переопределение по мере перемещения поездного шунта переходит в первое переопределение), пятое разовое переопределение опорного напряжения осуществляют только при интенсивном выпадении осадков и занятой предыдущей рельсовой линии РЛ2, при этом значение опорного напряжения получают путем перемножения прежнего опорного напряжения, которое было зафиксировано в момент истечения заданного интервала времени t после занятия предыдущей рельсовой линии РЛ2, на коэффициент снижения напряжения при интенсивном выпадении осадков К_ОС (0,3÷0,7, определяется экспериментально), при фиксации фактического занятия РЛ отцепившейся частью состава или фиктивного (ложного) занятия из-за резкого понижения сопротивления балласта при интенсивном выпадении осадков, контроль реального состояния рельсовой линии РЛ3 и восстановление алгоритма определения опорного напряжения (при занятой, даже ложно, рассматриваемой рельсовой линии РЛ3 переопределение опорного напряжения не происходит) осуществляется следующим образом: перед пропуском следующего поезда (следует по красному сигналу) в память (приемника) записывают значение напряжения на входе приемника рассматриваемой рельсовой линии РЛ3, отслеживают занятие и последующее освобождение предыдущей рельсовой линии РЛ2, а затем - занятие и освобождение последующей рельсовой линии РЛ4 (фиксируется действительное проследования поезда по рельсовой линии РЛ3) и сравнивают напряжение, записанное в память, с текущим напряжением на входе приемника рассматриваемой рельсовой линии РЛ3 после прохода следующего поезда, если упомянутые напряжения отличаются несущественно (не более ±10%), то рельсовую линию РЛ3 фиксируют свободной, в противном случае занятой (из-за оставшейся на рельсовой линии РЛ3 части второго поезда).

На фиг.1 изображена схема РЦ. На фиг.2, 3 и 4 приведены графики изменения напряжения на приемном конце рельсовой линии РЛ3 5, опорного напряжения и пороговых напряжений соответственно при неизменном состоянии балласта, слабом и интенсивном намокании балласта (снижение сопротивления балласта). По вертикальной оси откладывают напряжение U_Р на входе приемника рассматриваемой рельсовой цепи РЦ3 (приемник 16 на фиг.1) в процентах от перегрузки (100% соответствует допустимой перегрузке, например, 1 V), а по горизонтальной - координату поездного шунта (графики приведены для точечного шунта с нормативным сопротивлением) Х_Ш.

На фиг.1 представлены генератор (ПГ) 1, ограничитель тока питающего конца с учетом сопротивления кабеля (R₁) 2, трансформатор питающего конца (T₁) 3, смежные рельсовые линии (РЛ2 - предыдущая) 4 и (РЛ3 - рассматриваемая) 5, рельсовая линия (РЛ1) 6, трансформатор первого приемного конца (Т₂) 7, резистор - эквивалент сопротивления кабеля (R₂) 8, фильтры (Ф1) 9 и (Ф2) 10, приемники (П1) 11 и (П2) 12, рельсовая линия (РЛ4 - последующая) 13, трансформатор второго приемного конца (Т₃) 7, резистор - эквивалент сопротивления кабеля (R₃) 15, фильтры (Ф3) 16 и (Ф4) 17, приемники (ПЗ) 18 и (П4) 19.

Схема РЦ работает следующим образом. От генератора 1 через резистор 2, трансформатор 3, рельсовую линию 4, трансформатор 7, резистор 8 и фильтр 10 (фильтр 10 для частоты генератора ПГ 1 имеет незначительное затухание) питание поступает на вход фильтра 9, а через него - на вход приемника 11. От этого же генератора 1 питание поступает и на вход приемника 18 посредством рельсовой линии РЛ4. Приемники 12 и 19 принимают сигналы с рельсовых линий 6 и 13 соответственно. Особо следует отметить, что входные сопротивления по концам РЛ являются комплексными с емкостной составляющей (0,4·е^-J60° Ом). Это достигается за счет соответствующих входных сопротивлений приемников 11, 12, 18, 19 с учетом сопротивления кабеля (резисторы 7 и 15). Упомянутые приемники осуществляют цифровую обработку сигнала по заданному алгоритму.

Линии на фиг.2, 3 и 4 (обозначены одинаково) отображают следующие зависимости. Линия, проходящая через точки ATBCDZ₁O₁GHK - текущее напряжение на входе приемника третьей рельсовой линии РЛ3 5 (U_P), линия ОР - опорное напряжение (U_ОР), линия Z - пороговое напряжение занятия (U_Z), линия О - пороговое напряжение освобождения (U_O).

Точки на фиг.2, 3 и 4 (обозначены одинаково) отображают следующее:

А - значение текущего напряжения на входе приемника рельсовой линии 5 (РЛ3) в момент перемещения поездного шунта (прохода головы поезда) места (точки) подключения трансформатора 7 (фиг.1) (граница РЛ4 и 6);

В - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода головы поезда) точки, в которой начинает сказываться влияние шунта (точка В определяет заданный временной интервал t, t - это время хода поезда от точки А до точки В при максимально возможной скорости движения поезда на участке),

С - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода головы поезда) точки с максимальным значением напряжения всплеска при подходе поезда к рассматриваемой РЛ,

D - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода головы поезда) точки, где переопределяется опорное напряжение после всплеска при подходе поездного шунта к рассматриваемой РЛ (в этот момент опорное напряжение устанавливается равным максимальному значению напряжению всплеска, т.е. значению напряжения в точке С, а координата точки D определяется по уровню напряжения, т.е. напряжение в точке D-U_D равно отношению напряжения в точке С-U_C к коэффициенту всплеска К_в, т.е. U_D=U_C/К_в),

Z1 - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода головы поезда) точки, где фиксируется занятие рельсовой линии,

O1 - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода хвоста поезда) точки, где фиксируется освобождение рельсовой линии,

G - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода хвоста поезда) точки максимального значения напряжения всплеска при уходе поезда к рассматриваемой РЛ,

Н - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода хвоста поезда) точки, где переопределяется опорное напряжение после всплеска при выхода поезда с рассматриваемой РЛ (в этот момент опорное напряжение устанавливается равным максимальному значению напряжению всплеска, т.е. значению напряжения в точке G, а координата точки определяется по уровню напряжения, т.е. напряжение в точке Н-U_H равно отношению напряжения в точке G-U_G к коэффициенту всплеска К_в, т.е. U_D=U_C/К_в),

К - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ в момент перемещения поездного шунта (прохода хвоста поезда) точки подключения трансформатора 14 (граница РЛ5 и 13),

Т - значение текущего напряжения на входе приемника той же РЛ при перемещении поездного шунта по рельсовой линии РЛ2 4 в течение времени t при скорости движения меньшей, чем максимально допустимая.

Коэффициент всплеска К_в - это отношение напряжения в точке С к напряжению в точке D или отношение напряжения в точке G к напряжению в точке Н. Коэффициент всплеска К_в является функцией напряжения на входе приемника. С увеличением напряжения коэффициент К_в растет.

Алгоритм контроля состояния рельсовой линии содержит три ступени: во-первых, определяют опорное напряжение, которое зависит от состояния балласта, во-вторых, определяют пороговые напряжения, которые также являются функциями состояния балласта, в-третьих, текущее напряжение на входе приемника сравнивают с пороговыми напряжениями, и на основании проведенного сравнения определяют состояние (свободность/занятость) рельсовой линии. При фиксации занятия РЛ, которая может возникнуть при интенсивном выпадении осадков или за счет отцепившейся части подвижного состава на РЛ, осуществляют дополнительный контроль фактического состояния РЛ после проследования следующего поезда (поезд проследовал участок при красном огне светофора). Такой контроль выполняют следующим образом. Если рельсовая цепь РЦ3 продолжает оставаться занятой в ситуации, когда следующая рельсовая цепь РЦ4 освободилась после занятия, в память (приемника РЦ3) записывают значение напряжения на входе приемника занятой (ложно или фактически) рельсовой цепи. После прохода следующего поезда (проход поезда фиксируют после освобождения последующей рельсовой линии РЛ4 при условии, что предыдущая рельсовая линия РЛ2 занималась и освобождалась, и последующая рельсовая линия РЛ4 так же занималась и освободилась) напряжение, хранящееся в памяти, сравнивают с текущим напряжением на входе приемника рассматриваемой рельсовой цепи РЦ3. Если разница сравниваемых напряжений не существенна, т.е. не превышает 10%, то фиксируют освобождение рельсовой линии РЛ3, и, следовательно, становится возможным переопределять опорное напряжение.

Опорное напряжение определяют следующим одним образом. Во-первых, при свободном состоянии рассматриваемой (РЦ3) и следующей рельсовой линии (РЦ4) до момента истечения заданного интервала времени t, которое отсчитывают с момента занятия предыдущей РЦ, опорное напряжение определяют умножением текущего напряжения U_P на входе путевого приемника на коэффициент всплеска K_B (пунктирная линия левее точки T₁). Следует отметить, что заданный интервал времени соответствует времени хода поезда при максимально возможной скорости на этом участке от момента вступления поезда (головы поезда) на предыдущую рельсовую линию РЛ2 (на фиг.1 этой рельсовой линии соответствует рельсовая линия РЛ2 4) до точки пути, где начинается ощутимое (на 2÷3%) изменение напряжения на входе приемника рассматриваемой рельсовой цепи РЦ3 5. Таким образом, при свободном состоянии рельсовых линий РЛ2, РЛ3, РЛ4, или при занятой рельсовой линии РЛ2, но до истечения времени t, опорное напряжение определяют умножением текущего напряжения на коэффициент всплеска. Последнему переопределению соответствует стрелка BB₁ на фиг.2. Если скорость поезда меньше максимальной, то последнее переопределение происходит раньше, т.е. по стрелке TT₁. Некоторое время, до перемещения поездного шунта в точку D, опорное напряжение остается неизменным. Во-вторых, опорное напряжение переопределяют при нахождении поездного шунта (головы поезда) в точке D. При этом опорное напряжение становится равным напряжению на входе приемника, которое было зафиксировано при всплеске (точка С). В-третьих, разовое переопределение опорного напряжения производят при перемещении поездного шунта (уходе хвоста поезда) с рельсовой линии, когда шунт находится в точке Н. При этом опорное напряжение становится равным напряжению, которое было зафиксировано при втором всплеске в тоске G. Этому переопределению соответствует стрелка HH₁. В-четвертых, циклическое переопределение опорного напряжения производят при перемещении шунта за точку Н, при этом опорное напряжение, как и в первом случае, определяют произведением текущего напряжения U_P на входе путевого приемника на коэффициент всплеска К_B (пунктирная линия правее точки H₁). В алгоритме контроля состояния рельсовой линии предусмотрены ограничения на реализацию третьего и четвертого переопределения опорного напряжения до перемещения впереди расположенного поездного шунта (до ухода хвоста поезда) за точку Н. Сближение поездных шунтов (поездов) в упомянутой ситуации возможно, если машинист второго поезда проследовал красный огонь светофора (машинисту разрешено проследовать красный огонь проходного светофора после остановки поезда со скоростью до 20 км/ч). Ограничение наложено потому, что впереди идущий поезд может влиять на напряжение на входе приемника рельсовой линии РЛ3 и, таким образом, искажать текущее и, следовательно, опорное напряжение. В связи с тем, что на фиг.2 представлена зависимость текущего напряжения на входе приемника при неизменном состоянии балласта, то и все переопределения опорного напряжения приводят к тому, что эти напряжения в течение всего времени перемещения поездного шунта имеют постоянную величину (линия T₁P₁).

По величине опорного напряжения определяют значения пороговых напряжений. Значение опорного напряжения умножают на коэффициент занятия К_З (0,5÷0,1, зависит от величины опорного напряжения, с увеличением опорного напряжения значение коэффициента К_З снижается не линейно) и получают пороговое напряжение занятия U_Z (линия Z), значение опорного напряжения умножают на коэффициент освобождения К_O (0,6÷0,2, зависит от величины опорного напряжения, с увеличением опорного напряжения значение коэффициента К_O снижается не линейно) и получают пороговое напряжение освобождения U_O (линия О). При снижении текущего напряжения ниже порогового напряжения занятия (линия Z) фиксируют занятие рельсовой линии (точка Z₁). При повышении текущего напряжения выше порогового напряжения освобождения (линия О) фиксируют освобождение рельсовой линии (точка O₁).

На фиг.3 приведены линии текущего опорного и пороговых напряжений при намокании балласта. Опорное напряжение частично зависит от скорости движения поезда. Так, например, при малой скорости движения переопределение опорного напряжения происходит в точке Т (стрелка TT₁), a при максимальной - в точке В (стрелка BB₁). При этом значения опорных напряжений отличаются друг от друга (точки T₁ и B₁). Следующие разовые переопределения производят в точках D и Н, а затем циклические переопределения - после прохода точки Н по аналогии с тем, как было представлено при описании фиг.2.

На фиг.4 приведены линии текущего, опорного и пороговых напряжений при интенсивном намокании балласта. В отличие от предыдущего случая точка D (координата переопределения опорного напряжения) по координате шунта (в горизонтальном направлении) совмещена с точкой Z₁ (точка где фиксируется занятие РЛ), поэтому опорное напряжение переопределяется в момент фиксации занятия рельсовой линии. Это вызвано тем, что из-за интенсивного выпадения осадков резко снижается сопротивление балласта и всплеск текущего напряжения при приближении шунта к рельсовой линии не фиксируется. Значение опорного напряжения определяется за счет коэффициента снижения напряжения при выпадении осадков К_OC, зафиксированное ранее опорное напряжение умножают на коэффициент К_OC. Это позволяет в условиях неопределенности (при отсутствии всплеска принятые методы фиксации опорного напряжения не действуют) получить (приближенное) значение опорного напряжения. Коэффициент К_OC может принимать значения от 0,3 до 0,7, его определяют экспериментально. При высокой скорости перемещения поездного шунта опорное напряжение показано ломаной линией B₁D₃D₁K₁ (линия ОР), при низкой скорости - линией Т₁D₄D₂К₂ (линия OP₁). При перемещении поездного шунта (хвост поезда) в точку К опорное напряжение переопределяется методом, который был использован в первом и четвертом случаях. Опорное напряжение в этой точке принимает значение соответствующее точке К₃ не зависимо от того, каким оно было К₂ или K₁. Затем (шунт правее точки К) происходит циклическое переопределение опорного напряжения,

На фиг.4 пороговые напряжения представлены только для опорного напряжения отображенного линией ОР (для линии OP₁ не представлены).

Анализ работы РЦ на ЭВМ показал, что предлагаемый способ позволит контролировать состояние путевых участков даже при снижении сопротивления изоляции ниже 0,06 Ом·км, что существенно повышает безопасность движения поездов (достоверность контроля состояния рельсовой линии).

Источники информации

1. Котляренко Н.Ф. Путевая блокировка и авторегулировка. - М.: Транспорт, 1983 г. (аналог на стр.37-38).

2. Положительное решение по заявке «Способ контроля свободности путевых участков» №2002129074 от 11.05.04. Авторы Полевой Ю.И., Полевая Л.В., Яковлев В.Н., Смышляев В.А., Гуменников В.Б.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и предназначено для использования при интервальном регулировании движения поездов. В основу способа положен принцип сравнения текущего напряжения на входе путевого приемника и пороговых значений, которые определяют посредством опорного напряжения. Опорное напряжение представляет собой скорректированное напряжение на входе приемника, записанное в память до вступления поезда на рельсовую линию (РЛ) или после ее освобождения. При фиксации занятия РЛ, которая может возникнуть при интенсивном выпадении осадков или за счет отцепившейся части подвижного состава на РЛ, осуществляют дополнительный контроль фактического состояния РЛ после проследования следующего поезда. Предложенный способ позволяет повысить достоверность контроля и, в частности, обеспечивает контроль состояния путевых участков даже при снижении сопротивления изоляции ниже 0,06 Ом·км. Это положительно сказывается на безопасности движения поездов. 4 ил.

Способ контроля свободного состояния рельсовой линии (РЛ), заключающийся в том, что в РЛ на одном конце подают напряжение переменного тока, а на другом конце контролируют изменение напряжения в зависимости от координаты поездного шунта, после занятия предыдущей РЛ и истечения заданного интервала времени фиксируют опорное напряжение - напряжение на входе приемника, опорное напряжение умножают на коэффициент занятия и определяют пороговое напряжение занятия, а затем - на коэффициент освобождения и определяют пороговое напряжение освобождения, отличающийся тем, что входным сопротивлениям по концам рельсовой линии задают комплексный характер с емкостной составляющей, при этом всплески напряжения на входе приемника, вызываемые при приближении поездного шунта к рассматриваемой РЛ и при удалении поездного шунта, используют для переопределения опорного напряжения, первое циклическое переопределение опорного напряжения осуществляют до момента истечения заданного интервала времени после занятия предыдущей РЛ, причем значение опорного напряжения получают умножением текущего напряжения на входе приемника на коэффициент всплеска, второе разовое переопределение опорного напряжения осуществляют после фиксации всплеска напряжения перед занятием РЛ, причем значению опорного напряжения придают значение максимума напряжения при всплеске, третье циклическое переопределение опорного напряжения осуществляют после фиксации всплеска напряжения при освобождении РЛ, причем значение опорного напряжения устанавливают соответствующим максимуму напряжения при всплеске, четвертое циклическое переопределение опорного напряжения осуществляют после фиксации всплеска напряжения при удалении поездного шунта от РЛ, причем значение опорного напряжения получают умножением текущего напряжения на входе приемника на коэффициент всплеска, пятое разовое переопределение опорного напряжения осуществляют только при интенсивном выпадении осадков и занятой предыдущей РЛ, причем значение опорного напряжения получают умножением прежнего опорного напряжения, которое было зафиксировано в момент истечения заданного интервала времени после занятия предыдущей РЛ, на коэффициент снижения напряжения при интенсивном выпадении осадков, при освобождении следующей РЛ производят циклическое переопределение опорного напряжения, как в первом случае, при фиксации занятия РЛ отцепившейся частью состава или фиктивного (ложного) занятия из-за резкого понижения сопротивления балласта и интенсивном выпадении осадков, в процессе контроля фактического состояния РЛ перед пропуском следующего поезда в память записывают значение напряжения на входе приемника рассматриваемой РЛ, отслеживают занятие и последующее освобождение предыдущей РЛ, а затем - занятие и освобождение последующей РЛ и сравнивают напряжение, записанное в память, с текущим напряжением на входе приемника рассматриваемой РЛ после прохода следующего поезда, если упомянутые напряжения отличаются не более чем на 10%, то РЛ фиксируется свободной, а в противном случае - занятой оставшейся частью второго поезда.