Диагностика контактной сети Назначение и структура контактной сети

Диагностика контактной сети

Назначение и структура контактной сети Контактные сети электрического транспорта предназначены для питания ЭПС и в зависимости от типа транспортных средств могут быть выполнены в виде воздушной эластичной контактной подвески с одинарным или двойным контактным проводом верхнего расположения (электрифицированные железные дороги, трамвай, промышленный транспорт); В зависимости от наибольшей скорости движения принимаются следующие системы подвески проводов: простая подвеска. Простой контактной подвеской называется подвеска, состоящая из одного или нескольких параллельных контактных проводов, закреплённых непосредственно на поддерживающих устройствах, расположенных на расстоянии 30—40 м друг от друга. Ее используют на передвижных путях карьеров и отвалов и на особых участках стационарных путей (под бункерами, погрузочными люками, внутри цехов и т. п.), в искусственных сооружениях (тоннелях) железных дорог, где скорость движения не превышает 35—40 км/ч, а также в трамвайных и троллейбусных сетях.

простая компенсированная подвеска. Простой компенсированной подвеской называется простая подвеска, в которой натяжение контактного провода поддерживается постоянным с помощью грузовых компенсаторов. Используется на всех постоянных путях при скорости движения не более 50 км/ч. цепная полукомпенсированная подвеска. Используется при скоростях движения более 50 км/ч. На электрифицированных железных дорогах магистрального типа получила почти исключительное применение именно цепная контактная подвеска, обеспечивающая значительно лучшие условия токоснимания. При цепной подвеске контактный провод посредством лёгких подвесок (струн) подвешивается к несущему тросу, расположенному над контактным проводом и крепящемуся через изоляторы к консолям или поперечным тросам поддерживающих опор. Контактный провод подвешивается таким образом, чтобы его расположение было близким к беспровесному, т. е. чтобы провод находился по всей длине пролёта примерно на одной высоте от головки рельса. Это достигается изменением длин струн, которые получаются более короткими в средних частях пролёта и более длинными у опор.

Несущий трос (НТ) подвески крепится через гирлянду изоляторов (ГИ) к консоли (К), закрепленной на опоре (О). Контактный провод (КП) с помощью струнок (С) подвешивается к несущему тросу. Конструкция струнок вместе с другими устройствами должна обеспечить беспровесное положение контактного провода. С помощью фиксаторов (Ф) контактный провод фиксируется на консолях опор. Улучшить работу подвески можно путем замены обычных струн у опор на рессорные (PC). При этом струны вверху крепят не к несущему тросу, а к отрезку вспомогательного троса (ВТ) длиной 12—14 м, закрепленному на несущем тросе на расстоянии 6—7 м с каждой стороны опоры, и располагают их с обеих сторон консоли симметрично. Пересечения линий электропередачи и контактной сети осуществляется в середине пролета. При этом расстояние между несущим тросом и проводами ЛЭП должно составлять 2—5 м в зависимости от напряжения.

От расположения контактного провода в плане по длине пролета зависит как ветроустойчивость контактной подвески, так и срок службы контактных пластин (вставок) полозов токоприемника э.п.с. При этом чем ближе расположен контактный провод к оси пути во всем пролете, тем ветроустойчивее контактная подвеска. Это положение находится в противоречии с вопросом увеличения срока службы контактных пластин из спеченных материалов (металлокерамических) и особенно угольных вставок пантографа, поскольку чем больше смещен контактный провод относительно оси пути у опор и чем это смещение равномернее по длине пролета, тем больше срок службы контактных пластин и вставок токоприемников. Поэтому контактный провод (или провода) на прямых участках располагают зигзагообразно относительно оси пути, т.е. с поочередным смещением в ту и другую сторону.

На российских электрифицированных железных дорогах нормальный размер зигзагов контактного провода 1 от оси при расчетном беспровесном положении принят 300 мм. Зигзаги направленные от опор, называют плюсовыми, а к опорам – минусовыми. На кривых участках пути контактный провод у опор смещен с помощью фиксаторов во внешнюю сторону кривой – ему дают зигзаг относительно оси (середины полоза) пантогрофа. Нормальный зигзаг контактного провода у опор на кривых принимают равным 400 мм. Таким образом, провода вертикальной цепной подвески нас кривых участках цепи располагают по хордам. Поэтому такую подвеску иногда называют хордовой. В отдельных случаях допускается увеличивать зигзаг контактного провода: до 400 мм – на воздушных стрелках и до 500 мм – на кривых. При двойном контактном проводе размер зигзагов принимают по отношению к наружному от оси токоприемника проводу. Отклонения от установленных зигзагов контактного провода при расчетном беспровесном его положении не должны превышать ± 30 мм. Зигзаг контактного провода на прямых участках пути в зарубежных странах принимают в пределах 150 – 500 мм у каждой опоры или через несколько опор. Наибольший зигзаг контактного провода у опор на кривых участках пути составляет 240 – 400 мм.

После проведенной диагностики все снятые параметры сравниваются с оптимальными (расчетными) значениями зигзагов контактного провода, которые определяются в зависимости от длинны пролета и радиуса кривой для всех ветровых районов и условий трассы. При необходимости отклонения от оптимальных значений следует руководствоваться таблицами допустимых взаимных зигзагов у смежных опор с учетом ветрового района, условия трассы и длинны пролета. Если фактические длины пролетов отличаются от приведенных в таблицах, следует округлять их до данных таблиц в большую сторону. Округление размеров зигзагов а1 до указанных в таблицах значений следует производить в меньшую сторону. Допускаются следующие отклонения от размеров указанных в таблицах и схемах: Длинна пролета…………………………………………………………+1 м; Зигзаг контактного провода………………………………………….±3 см;

Зигзаг в кривом участке пути

Условия трасс и скорости ветра в ветровых районах

Зона регулировки двойного контактного провода

Допустимые зигзаги в ветровых районах ΙΙΙ – ΙV

Подвеску разбивают на отдельные анкерные участки длиной 1200—1600 м, контактные провода которых механически не связаны между собой. Контактный провод в конце каждого участка закрепляют (анкеруют) на анкерных опорах, несущие тросы могут анкероваться через 7 км. При некоторой средней температуре КП располагается беспровесно и обеспечивает хороший токосъем.

Декомпозиция контактной сети

Требования, предъявляемые к контактной сети Расстояние от оси пути до внутренней грани опоры

Высота подвески проводов контактной сети

Длина пролетов подвески контактного провода на электрифицируемых путях постоянного тока.

Основные технические требования

Методы диагностирования контактной сети Применительно к контактной сети можно выделить три группы методов диагностирования, получивших наиболее широкое применение на практике: методы диагностики по параметрам рабочих процессов, которые непосредственно характеризуют состояние контактной сети; методы диагностики по параметрам сопутствующих процессов, косвенно характеризующих состояние контактной сети; методы диагностики по структурным параметрам непосредственно характеризующим состояние отдельных элементов и узлов контактной сети. Первые две группы методов можно отнести к динамическим, т.к. они применимы только к функционирующему объекту. Третья группа относится к статическим методам.

Методы измерения высоты подвешивания контактного провода Ручные Автоматизированные: Метод, основанный на измерении поворота главного вала токоприемника Метод, основанный на измерении расстояния между верхним шарниром и элементами кузова

К ручным методам относятся измерения с помощью изолированной штанги с земли или автовышки. Эти методы при всей их простоте и доступности очень трудоемки и недостаточно точны. Ручные методы

Измерения при помощи изолирующей штанги Завешивают вертикально на контактный провод, устанавливается шаблон на головки рельса. Вынос контактного провода определяется на пересечение шкалы шаблона с осью изолирующей штанги. Высоту контактного провода определяют по измерительной линейке на изолирующей штанге

Измерения при помощи изолирующей штанги

Измерение рейкой с изолирующей съемной вышки До замеров определяют высоту съемной вышки от уровня головки рельса до ограждения рабочей площадки. Угольник сдвигают по измерительной рейке до касания контактного провода. Вынос контактного провода определяют по рейке, а высоту по угольнику.

Измерение рейкой с изолирующей съемной вышки

Автоматизированные методы основаны на использовании специального измерительного токоприемника. Измерение высоты контактного провода в этом случае производится косвенным методом по изменению положения элементов токоприемника: γ, , h’, h, h’’, относительно друг друга или относительно крыши вагона. Автоматизированные методы

Метод, основанный на измерении поворота главного вала токоприемника Примером конкретной реализации этого метода может служить устройство измерения высоты контактного провода, на вагоне Национального общества железных дорог Франции. Устройство работает следующим образом: вертикальные перемещения верхнего шарнира подвижных рам преобразуется в перемещение движка линейного потенциометра, включенного в диагональ моста с помощью пантографного редуктора. Ток разбаланса, возникающий при смещении движка, поступает на вход усилителя, к выходу которого подключен серводвигатель балансировочного потенциометра. Перемещения движка балансировочного потенциометра фиксируются регистрирующим прибором, воспроизводящем вертикальные перемещения верхнего шарнира подвижных рам.

В устройстве предусмотрена автоматическая компенсация погрешностей, вызываемых вертикальными перемещениями кузова относительно неподрессоренных масс, для чего в цепи моста включено два линейных потенциометра, установленных с обеих сторон кузова в створе с измерительной лыжей токоприемника.

1 - пантографный редуктор; 2 - компенсатор вертикальных перемещений; 3 - запись измерений; 4 - серводвигатель; 5 - усилитель; 6 - линейный потенциометр; 7 - балансировочный потенциометр.

Метод, основанный на измерении расстояния между верхним шарниром и элементами кузова Данный метод впервые был использован в вагоне –лаборатории Шведских железных дорог. Запись высоты контактного провода в данном устройстве производится механическим способом - перо, укрепленное в патроне, перемещается вдоль винта, приводимого во вращение шнуром, соединенным с полозом токоприемника и натянутым моторным натяжным устройством. Близкое по конструкции устройство использовано и в вагоне-сетеизмерителе Киевского ТТУ. Устройство работает следующим образом: при изменении положения верхнего шарнира токоприемника, трос 1 приводит во вращение систему шкивов 2, что вызывает смещение движка 3 линейного потенциометра, включенного по схеме делителя напряжения. Сигнал с делителя поступает на вход регистрирующего прибора 6. Натяжение тросика осуществляется грузом 5.

Устройства измерения высоты контактного провода КТТУ

Методы измерения положения (зигзага) контактного провода С целью увеличения срока службы контактных вставок токоприемника ЭПС контактный провод подвешивается с поочередным отклонением от оси пути - зигзагом. Нарушение положения контактного провода в плане, такие как: отсутствие зигзага, выносы (предельное смещение провода относительно оси пути), односторонний зигзаг приводят к преждевременному местному износу контактной вставки и, как следствие, ее разрушению, что, как правило, влечет за собой разрушение токоприемника и контактной подвески.

Метод контактного дискретного измерения положения контактного провода Наибольшее распространение получил метод контактного дискретного измерения положения контактного провода в плане с использованием ламельных, клавишных и индукционных датчиков. Принцип действия датчика замера зигзага контактного провода, основанного на электроконтактном способе измерения: на полозе измерительного токоприемника установлены сплошная и секционированная (измерительная) ламели. Электрическая связь между ними осуществляется контактным проводом. К секциям измерительной ламели подключены исполнительные элементы ИЭ1- ИЭ6, вторые выводы которых соединены с отрицательным полюсом источника питания. Положительный полюс соединен со сплошной ламелью. Контактный провод, двигаясь вдоль измерительной лыжи, замыкает через расположенные на ней измерительные ламели цепи питания соответствующих исполнительных элементов.

Исполнительные элементы замыкают свои контакты в цепях электромагнитов системы записи. На бумажной ленте производится дискретная запись положения провода относительно нулевой отметки.

В ходе эксплуатации были выявлены существенные недостатки данной конструкции. Во- первых, система дает низкое качество измерений. При отрывах токоприемника, наличии снега, грязи на измерительной лыже отдельные исполнительные элементы не срабатывают. В результате искажается общая оценка состояния контактной сети. Во-вторых, надежность отдельных узлов, а, следовательно, всей системы в целом, остается сравнительно низкой. При проходе вагоном изолированных сопряжений измерительная лыжа попадает под разность потенциалов соседних участков, которая может достигать значительных величин. К исполнительным элементам прикладывается повышенное напряжение, вследствие чего они выходят из строя.

Оптический метод измерения положения контактного провода Положение контактного провода и его износ бесконтактно определяются триангуляционным методом. Для этого использованы четыре строчные камеры с высоким разрешением, которые вместе с прожекторами размещены на жесткой несущей балке, образуя модуль, в готовом виде монтируемый на крыше измерительного вагона, электропоезда или локомотива. При дневном освещении контактный провод будет восприниматься как темный объект на светлом фоне, а ночью или в тоннелях благодаря подсветке — как светлый на темном. В качестве источника света можно использовать прожектор, лазер или спектральные лампы.

Камеры помещают так, чтобы их оптические оси были перпендикулярны контактному проводу и охватывали измерительное поле. Разрешающая способность каждой камеры определяется углом зрения α, под которым будет виден контактный провод из точки ее установки. По этим углам и длине измерительной базы из известных тригонометрических соотношений в координатах измерительной базы определяют положение контактного провода. Две дополнительные камеры повышают надежность определения положения контактного провода при сбоях. Если выходной сигнал одной из камер непригоден для дальнейшей обработки, например, из-за превышения яркости солнечного излучения или помех от каких-либо объектов (деревьев или кустарников), то по сигналам других камер все же можно индентифицировать положение контактного провода. Данный метод дает возможность получить качественные результаты. В то же время, аппаратура требует квалифицированного обслуживания. Экономические затраты гораздо выше, чем в других системах.

Вагон-лаборатория испытаний (ВИКС ЦЭ) контактной сети выполняет следующие диагностические функции: 1. Бесконтактные измерения с погрешностью не более ±10 мм из-под крыши вагона высоты подвески и положения в плане от одного до четырех контактных проводов, включая отходящие, с помощью стереотелевизионной системы. Измерения этих параметров обеспечиваются при движении со скоростью, ограничиваемой только допустимой скоростью вагона-носителя, при любой погоде, кроме условий, исключающих визуальную видимость объектов наблюдения. Средством измерения является стереотелевизионная система (СТВС), использующая три цифровые линейные телекамеры с встроенными сигнальными микропроцессорами, в которых выполняются алгоритмы отстройки от фона, выделения интересующих объектов и определения их угловых положений. Данные о положении объекта с каждой из камер передаются в компьютер, рассчитывающий высоту и смещение контактного провода.

ТЕПЛОВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИК - КАМЕРЫ ТН7102 НА БАЗЕ ВИКС ЦЭ

Система предназначена для проведения автоматизированных тепловизионных обследований контактной сети (КС) электрифицированных железных дорог на базе ВИКС ЦЭ. Система состоит из следующих основных компонентов: 1. Тепловизионной камеры ТН7102 с цифровым портом IEEE1394. 2. Персонального компьютера Pt IV с контроллером IEEE1394. 3. Кронштейна с ИК – прозрачным иллюминатором для установки камеры на вышке ВИКС ЦЭ. 4. Видеомагнитофона и TV – монитора. 5. Пакета программ цифровой записи ИК – изображений в режиме реального времени и первичной обработки тепловизионных портретов КС. Система устанавливается на вышке вагона, подключается по СОМ порту к ИВК ВИКС и бортовой сети питания.

Данная система в действие Данный вид диагностирования контактной сети основан на использовании тепловизоров которые улавливают тепловое излучение от арматуры контактной сети в случае превышения установленных параметров на мониторе появляется метка с показанием превышения температуры. Все данные сравниваются через команду привязки с тепловизионным паспортом диагностироваемого участка Кс.

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ НА БАЗЕ ВИКС Рабочее место оператора и вид дефекта на мониторе компьютера. Внешний вид УФ камера DayCorII

Программный модуль UFAnalyser входит в состав программно-аппаратного комплекса контроля контактной сети и изоляторов, и предназначен для биспектрального ультрафиолетового диагностирования состояния изоляторов контактной сети на базе ВИКС. Вид главного окна модуля представлен на рисунке Процесс контроля осуществляется на основе ранее созданных файлов, содержащих последовательности цветных биспектральных изображений, созданных с помощью бесконтактной ультрафиолетовой камеры DayCorII, путем микширования ультрафиолетового и видеоизображения.

Внешний вид УФ – системы диагностирования изоляторов, установленной на вышке ВИКС: а – камера DayCorII, установленная на кронштейне иллюминатора; б – компьютер УФ системы с программным обеспечением Pinnacle Studio, с модулем скоростного АЦП и линиями связи УФ системы Данный метод обследования изоляторов получил широкое распространение отличные отзывы, т.к., данная система позволяет производить работы при плохих погодных условиях с высокой точностью измерений. Разработана Данная система в Израиле, широко используется при выявлении дефектов на ЛЭП при работе с вертолета.

Работа системы с пешим осмотром состояния К/С

Стереотелевизионная система для измерения положения контактного провода

2. Измерения высоты основных стержней фиксаторов с погрешностью ±10 мм осуществляются датчиками, размещенными вдоль бортов вагона Средством измерения высоты основных стержней фиксаторов являются две дальнометрические системы с двумя линейными цифровыми телекамерами. Поля зрения камер ориентированы вдоль оси пути. Камеры имеют встроенные системы адаптации к изменяющимся условиям освещенности и работают с негативным сигналом днем и позитивным ночью. Для работы в ночном режиме используется подсветка с помощью осветителя с галогенными лампами накаливания. Датчик измерения высоты фиксаторов

3. Измерения силы нажатия токоприемника на контактный провод в пределах 40-400 Н с погрешностью не более ± 5%. Средства измерений - датчики нажатия (на основе тензочувствительных элементов), расположенные под специальным измерительным полозом. Усилие нажатия передается на тензочувствительные элементы через дополнительный измерительный полоз. 4. Измерения вертикальных ускорений для учета массы измерительного полоза токоприемника при измерениях нажатия (два акселерометра расположены по краям полоза) и продольных ускорений в горизонтальной плоскости для регистрации ударов и подбоев (один акселерометр расположен в середине полоза).

5. Контроль положения дополнительного стержня фиксатора, контроль сопряжения воздушных стрелок. Первичными преобразователями являются электромеханические датчики подхватов, расположенные на измерительном токоприемнике Измерительный токоприемник используется для измерения нажатия и напряжения на контактном проводе, для контроля высоты дополнительного стержня фиксатора и сопряжений воздушных стрелок, для фиксации ударов токоприемника. Измерительный токоприемник

6. Измерения напряжения на контактном проводе (3,3 кВ постоянного и 27 кВ переменного тока с погрешностью не более ±1%). Первичный измерительный преобразователь – универсальный резистивный компенсированный делитель напряжения. 7. Тепловизионный контроль состояния контактной сети. Тепловизионный контроль состояния контактной сети осуществляется с помощью высокочувствительной, быстродействующей, компьютеризированной системы. 8.Измерения скорости движения вагона в пределах 0 - 200 км/ч и пройденного им пути с погрешностью не более ±1%. Средство измерений – устройство с датчиками ЭДС Холла, устанавливаемое на буксе колесной пары. 9. Измерения перемещений кузова вагона относительно уровня головки рельса в пределах 0-150 мм с погрешностью не более ±2%. Средство измерений – датчики с вращающимися трансформаторами с тросовым приводом и встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).

11. Измерения возвышения головки наружного рельса в пределах 0-200 мм с погрешностью не более ±1%. 12. Измерения температуры окружающей среды (электронный термометр). 13. Фиксация визуальных показателей с помощью специальной клавиатуры с регистрацией в компьютере.