Способ контроля состояния скользящего контактного соединения пантографа с контактным проводом в процессе движения электрического подвижного состава железных дорог Российский патент 2020 года по МПК G01R31/01 B60L5/24 B60M1/12 

Предполагаемое изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при создании высококачественных систем контроля при эксплуатации электрического подвижного состава и контактных сетей электрифицированных железных дорог.

Скользящий электрический контакт между пантографом и контактным проводом зависит от таких параметров, как удельное сопротивление материала (или материалов), площади контакта, контактного давления, температуры, оксидных пленок и других факторов, связанных с условиями эксплуатации. По мере эксплуатации с течением времени в контактных соединениях происходит ухудшение их эксплуатационных свойств, вплоть до их разрушения, связанное с такими явлениями, как повышенный нагрев, окисление, искрение, образование электрической дуги, разбрызгивание металла. По мере движения электроподвижного состава на разных участках контактной сети указанные явления в скользящем контактном соединении могут встречаться по отдельности, в разных сочетаниях или все вместе, в зависимости от состояния контактного провода, пантографа, других конструктивных и внешних факторов [1, 2].

Скользящее контактное соединение в стадии эксплуатационных отклонений от нормы представляет собой сложный нелинейный электрический элемент, характеризующийся в общем случае не только одним электрическим параметром (активным сопротивлением), но и другими параметрами, более полно определяющими контактное соединение в этом состоянии.

На практике существует несколько способов контроля электрического состояния контактных соединений, которые фактически позволяют измерить или оценить активное сопротивление контакта при пропускании по нему небольшого по величине постоянного тока. Полученное таким образом численное значение активного сопротивления контакта сравнивается с его допустимым значением [2].

Разработан способ контроля состояния контактных соединений электрических цепей [3] на основе теории гармонического анализа [4, 5], на данных представленных в патенте [6], который решает задачи контроля состояния контактного соединения выведенного из рабочего режима при подаче на его вход пробного несинусоидального напряжения с постоянной составляющей.

В нашем случае, в отличии от условий, в которых применяется способ [3], скользящее контактное соединение постоянно находится под электрическим напряжением и движется в пространстве вместе с электроподвижным составом, поэтому требуется оценить состояние контакта под токовой нагрузкой практически мгновенно, чтобы связать отклонение от нормальной работы контакта с местом на контактном проводе, а также сделать оценку работы пантографа на разных участках контактного провода.

Предлагаемый способ решает задачу контроля состояния скользящего электрического контактного соединения пантографа с контактным проводом в процессе движения электроподвижного состава железных дорог.

Поставленная задача решается с использованием результатов и данных патентов [3, 6].

Тяговый электрический ток, проходящий через скользящий контакт между контактным проводом и пантографом, движущегося электроподвижного состава, раскладывается в ряд Фурье в реальном масштабе времени; из полученного спектра электрического тока вычитаются гармоники, связанные с нормальной работой силового электрооборудования электроподвижного состава; оставшиеся гармоники спектра электрического тока характеризуют состояние скользящего электрического контакта; сравнение полученного спектра с эталонным спектром электрического тока характеризующего нормальную работу скользящего контакта, позволяет дать оценку характерным неисправностям пантографа и контактного провода. При этом определяет место пантографа на контактном проводе для полученных спектров.

Практическая реализация способа контроля скользящего контактного соединения проводится с помощью цифрового оборудования, установленного непосредственно на электроподвижном составе, в работе которого предусмотрена синхронизация с местом положения электроподвижного состава относительно железнодорожного пути (контактной сети). В результате контроля при движении электроподвижного состава выявляются проблемные участки контактного провода при нормальной функциональной способности пантографа, а также отклонения от нормальной работы пантографа при хорошем состоянии контактного провода.

Реализация способа на многих единицах электроподвижного состава позволяет автоматизировать процесс контроля на основе цифровой техники, делает контроль оперативным, повышает надежность и безопасность движения поездов на эксплуатируемом участке железной дороги.

Литература

1. Горошков Ю.И. Контактная сеть. / Ю.И. Горошков, Н.А. Бондарев - М.: Транспорт, 2011 - 400 с.

2. Способы контроля состояния контактных соединений в процессе эксплуатации электрических сетей. Интернет ресурс: http://electricalschool.info/main/ekspluat/200-sposoby-kontrolja-stojanija.html.

3. Пат. №2515360 Российская Федерация, RU 2515360 С2, МПК G01R 31/01 (2006.01). Способ контроля состояния контактных соединений электрических цепей / Степанов А.П., Пыхалов А.А., Степанов М.А., Пыхалов Г.А.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. - №2012121740/28, заяв. 25.05.2012 опубл. 10.05.2014, Бюл. №13.

4. Гольдман С. Гармонический анализ, модуляция и шумы / С. Гольдман - М: Издательство иностранной литературы, 1951. - 408 с.

5. Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. - М: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.

6. Пат. №2319586 Российская Федерация, RU 2319586 С2, МПК B23K 9/10 (2006.01). Способ контроля и управление процессом электросварки / Степанов А.П., Милованов А.И., Черняк С.С., Саломатов В.Н., Лопатин М.В., Бутаков В.Ф., Степанов М.А.,; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. - №2005136650/02, заявл. 24.11.2005, опубл. 20.03.2008, Бюл. №8.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при создании высококачественных систем контроля при эксплуатации электрического подвижного состава и контактных сетей электрифицированных железных дорог. Способ заключается в том, что тяговый электрический ток, проходящий через скользящий контакт между контактным проводом и пантографом, раскладывается в ряд Фурье в реальном масштабе времени; из полученного спектра электрического тока вычитаются гармоники тока, связанные с нормальной работой силового электрооборудования электроподвижного состава; оставшиеся гармоники тока характеризуют мгновенное состояние скользящего электрического контакта, зависящего от неисправностей контактного провода и пантографа; сравнение гармоник полученного спектра с гармониками эталонного спектра, характеризующего нормальную работу скользящего контакта, позволяет дать оценку характерным неисправностям пантографа и контактного провода; при этом определяется место контакта пантографа на контактном проводе на участке движения электроподвижного состава. При реализации заявленного решения техническим результатом выступает возможность автоматизировать процесс контроля на основе цифровой техники, делает контроль оперативным и повышает надежность и безопасность движения поездов на эксплуатируемом участке железной дороги.

Способ контроля состояния электрического контактного соединения пантографа с контактным проводом в процессе движения электроподвижного состава железных дорог, учитывающий состояние скользящего контактного соединения по спектру тягового электрического тока, проходящего по скользящему контактному соединению, отличающийся тем, что тяговый электрический ток электроподвижного состава раскладывается в ряд Фурье в реальном масштабе времени; из полученного спектра электрического тока вычитаются гармоники, связанные с нормальной работой силового электрооборудования электроподвижного состава; оставшиеся гармоники спектра электрического тока характеризуют мгновенное состояние скользящего электрического контакта; сравнение гармоник полученного спектра с гармониками эталонного спектра, характеризующего нормальную работу скользящего контакта, позволяет дать оценку характерным неисправностям пантографа и контактного провода; определяет место контакта пантографа на контактном проводе на участке движения электроподвижного состава.