Моделювання розповсюдження гармонійних завад від електрорухомого складу у несиметричній рейковій лінії
Loading...
Date
2018
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UK: Дослідження поширення гармонійних завад від електрорухомого складу в рейковій лінії і їх вплив на роботу апаратури рейкових кіл є важливою складовою загальної проблеми забезпечення електромагнітної сумісності тягового електропостачання з пристроями сигналізації та зв'язку на залізничному транспорті. Ця проблема зберігає свою актуальність в даний час у зв'язку з широким впровадженням нових типів рухомого складу з імпульсними перетворювачами електричної енергії, а також з підвищенням швидкості руху поїздів. Моделювання поширення гармонійних завад в тягової мережі, поряд з вимірами їх значень в процесі приймальних тестових випробувань електрорухомого складу і в процесі подальшої його експлуатації необхідно для аналізу і визначення причин появи наднормативних завад в рейкових ланцюгах і прийняття рішень щодо усунення їх шкідливого впливу на пристрої сигналізації. Запропоновані в літературі моделі стосуються, головним чином, поширенню тягового струму або його гармонійних складових в рейках, в той час як на функціональну безпеку рейкових кіл впливає в першу чергу різницевий струм в рейках. Запропоновані в літературі аналітичні рішення рівнянь для несиметричної рейкової лінії отримані при певних припущеннях і є громіздкими, що ускладнює їх практичне застосування. Метою роботи є розробка моделі пощирення гармонійних завад від електрорухомого складу в несиметричній рейковій лінії з використанням спрощених виразів для струму в рейках, що є можливим при незначних (порівнянних з нормативними) коефіцієнтах асиметрії рейкової лінії, і проведення на основі розробленої моделі моделювання впливу поздовжньої і поперечної асиметрії рейкової лінії на розподіл в ній різницевих струмів гармонійних завад від електрорухомого складу.
Для апробації розробленої моделі проведено моделювання розподілу коефіцієнта асиметрії гармоніки тягового струму частотою 25 Гц по довжині рейкової лінії. В результаті моделювання показано, що коефіцієнт асиметрії по току збільшується при збільшенні коефіцієнтів поздовжньої і поперечної асиметрії рейкової лінії і відстані від електропоїзда. Спостережуване збільшення коефіцієнта асиметрії частково пов'язано зі зменшенням загального значення гармонійної завади в двох рейках при видаленні від поїзда. Зі збільшенням відстані до поїзда різницевий струм завади також збільшується. При одночасному перевищенні імпедансу і провідності баласту однієї рейки в порівнянні з іншою рейкою, коефіцієнт асиметрії в ряді випадків може значно перевищувати нормативні значення.
RU: Исследование распространения гармонических помех от электроподвижного состава в рельсовой линии и их влияние на работу аппаратуры рельсовых цепей является важной составляющей общей проблемы обеспечения электромагнитной совместимости тягового электроснабжения с устройствами сигнализации и связи на железнодорожном транспорте. Эта проблема сохраняет свою актуальность в настоящее время в связи с широким внедрением новых типов подвижного состава с импульсными преобразователями электрической энергии, а также с повышением скорости движения поездов. Моделирование распространения гармонических помех в тяговой сети, наряду с измерениями их значений в процессе приемочных тестовых испытаний электроподвижного состава и в процессе дальнейшей его эксплуатации необходимо для анализа и определения причин появления сверхнормативных помех в рельсовых цепях и принятия решений по устранению их вредного воздействия на устройства сигнализации. Предложенные в литературе модели касаются, главным образом, распространению тягового тока или его гармонических составляющих в рельсах, в то время как на функциональную безопасность рельсовых цепей влияет в первую очередь разностный ток в рельсах. Предложенные в литературе аналитические решения уравнений для несимметричной рельсовой линии получены при определенных допущениях и являются громоздкими, что усложняет их практическое применение. Целью работы является разработка модели распространения гармонических помех от электроподвижного состава в несимметричной рельсовой линии с использованием упрощенных выражений для тока в рельсах, что является возможным при незначительных (сопоставимых с нормативными) коэффициентах асимметрии рельсовой линии, и проведения на основе разработанной модели моделирования влияния продольной и поперечной асимметрии рельсовой линии на распределение в ней разностных токов гармонических помех от электроподвижного состава. Для апробации разработанной модели проведено моделирование распределения коэффициента асимметрии гармоники тягового тока частотой 25 Гц по длине рельсовой линии. В результате моделирования показано, что коэффициент асимметрии по току увеличивается при увеличении коэффициентов продольной и поперечной асимметрии рельсовой линии и расстояния от электропоезда. Наблюдаемое увеличение коэффициента асимметрии частично связано с уменьшением общего значения гармонической помехи в двух рельсах при удалении от поезда. С увеличением расстояния до поезда разностный ток помехи также увеличивается. При одновременном превышении импеданса и проводимости балласта одного рельса по сравнению с другим рельсом, коэффициент асимметрии в ряде случаев может значительно превышать нормативные значения.
EN: The investigation of the traction current harmonic distribution in rails from electrical rolling stock and their influence on the operation of track circuit's equipment is an important component of the general problem of ensuring electromagnetic compatibility of traction power supply system with signalling and communication lines at a railway transport. This problem retains its relevance at present due to the wide introduction of new types of rolling stock with pulsed converters of electrical energy, as well as with an increase in the speed of trains. Simulation of the propagation of harmonic interference in the traction network, along with measurements of their values during acceptance tests of electric rolling stock and in its further operation, is necessary for analyzing and determining the causes of the occurrence of excessive interference in track circuits and making decisions to eliminate their harmful effects on signalling systems. The models proposed in the literature are concerned mainly to the distribution of the traction current or its harmonic components in the rails, while the functional safety of track circuits is primarily affected by the difference current in the rails. Analytical solutions proposed in the literature for equations that describes voltages and currents in asymmetric rail line were obtained under certain assumptions and are cumbersome, that complicates their practical application. The aim of the work is to develop a model for traction current harmonic distribution in asymmetric rail line from electric rolling stock that using simplified expressions for the current in the rails, which is possible with minor rail line asymmetry , and simulation based on the developed model the effects of longitudinal and transverse asymmetry of the rail line on the distribution of the difference harmonic interference currents in rails. To test the developed model, the asymmetry coefficient of the traction current harmonic with a frequency of 25 Hz along the rails have been simulated. As a result , it was shown that the current asymmetry coefficient increases with increasing longitudinal and transverse asymmetries of the rail line and with distance from the electric train. The observed increase in the asymmetry coefficient is partly due to the decrease in the total harmonic noise in the two rails with distance from train. As the distance to the train increases, the differential noise current also increases. With a simultaneous excess of the impedance and conductivity of the ballast of one rail compared to another rail, the asymmetry coefficient in some cases can significantly exceed the normative values.
RU: Исследование распространения гармонических помех от электроподвижного состава в рельсовой линии и их влияние на работу аппаратуры рельсовых цепей является важной составляющей общей проблемы обеспечения электромагнитной совместимости тягового электроснабжения с устройствами сигнализации и связи на железнодорожном транспорте. Эта проблема сохраняет свою актуальность в настоящее время в связи с широким внедрением новых типов подвижного состава с импульсными преобразователями электрической энергии, а также с повышением скорости движения поездов. Моделирование распространения гармонических помех в тяговой сети, наряду с измерениями их значений в процессе приемочных тестовых испытаний электроподвижного состава и в процессе дальнейшей его эксплуатации необходимо для анализа и определения причин появления сверхнормативных помех в рельсовых цепях и принятия решений по устранению их вредного воздействия на устройства сигнализации. Предложенные в литературе модели касаются, главным образом, распространению тягового тока или его гармонических составляющих в рельсах, в то время как на функциональную безопасность рельсовых цепей влияет в первую очередь разностный ток в рельсах. Предложенные в литературе аналитические решения уравнений для несимметричной рельсовой линии получены при определенных допущениях и являются громоздкими, что усложняет их практическое применение. Целью работы является разработка модели распространения гармонических помех от электроподвижного состава в несимметричной рельсовой линии с использованием упрощенных выражений для тока в рельсах, что является возможным при незначительных (сопоставимых с нормативными) коэффициентах асимметрии рельсовой линии, и проведения на основе разработанной модели моделирования влияния продольной и поперечной асимметрии рельсовой линии на распределение в ней разностных токов гармонических помех от электроподвижного состава. Для апробации разработанной модели проведено моделирование распределения коэффициента асимметрии гармоники тягового тока частотой 25 Гц по длине рельсовой линии. В результате моделирования показано, что коэффициент асимметрии по току увеличивается при увеличении коэффициентов продольной и поперечной асимметрии рельсовой линии и расстояния от электропоезда. Наблюдаемое увеличение коэффициента асимметрии частично связано с уменьшением общего значения гармонической помехи в двух рельсах при удалении от поезда. С увеличением расстояния до поезда разностный ток помехи также увеличивается. При одновременном превышении импеданса и проводимости балласта одного рельса по сравнению с другим рельсом, коэффициент асимметрии в ряде случаев может значительно превышать нормативные значения.
EN: The investigation of the traction current harmonic distribution in rails from electrical rolling stock and their influence on the operation of track circuit's equipment is an important component of the general problem of ensuring electromagnetic compatibility of traction power supply system with signalling and communication lines at a railway transport. This problem retains its relevance at present due to the wide introduction of new types of rolling stock with pulsed converters of electrical energy, as well as with an increase in the speed of trains. Simulation of the propagation of harmonic interference in the traction network, along with measurements of their values during acceptance tests of electric rolling stock and in its further operation, is necessary for analyzing and determining the causes of the occurrence of excessive interference in track circuits and making decisions to eliminate their harmful effects on signalling systems. The models proposed in the literature are concerned mainly to the distribution of the traction current or its harmonic components in the rails, while the functional safety of track circuits is primarily affected by the difference current in the rails. Analytical solutions proposed in the literature for equations that describes voltages and currents in asymmetric rail line were obtained under certain assumptions and are cumbersome, that complicates their practical application. The aim of the work is to develop a model for traction current harmonic distribution in asymmetric rail line from electric rolling stock that using simplified expressions for the current in the rails, which is possible with minor rail line asymmetry , and simulation based on the developed model the effects of longitudinal and transverse asymmetry of the rail line on the distribution of the difference harmonic interference currents in rails. To test the developed model, the asymmetry coefficient of the traction current harmonic with a frequency of 25 Hz along the rails have been simulated. As a result , it was shown that the current asymmetry coefficient increases with increasing longitudinal and transverse asymmetries of the rail line and with distance from the electric train. The observed increase in the asymmetry coefficient is partly due to the decrease in the total harmonic noise in the two rails with distance from train. As the distance to the train increases, the differential noise current also increases. With a simultaneous excess of the impedance and conductivity of the ballast of one rail compared to another rail, the asymmetry coefficient in some cases can significantly exceed the normative values.
Description
В. Гаврилюк: ОRCID 0000-0001-9954-4478
Keywords
електромагнітна сумісність, рейкові кола, рухомий склад, тяговий струм, электромагнитная совместимость, рельсовые цепи, подвижной состав, тяговый ток, electromagnetic compatibility, track circuits, rolling stock, traction current, КАТ
Citation
Гаврилюк, В. І. Моделювання розповсюдження гармонійних завад від електрорухомого складу у несиметричній рейковій лінії // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті.– 2018. – № 16. – С. 24–31. – DOI: 10.15802/ecsrt2018/172535.