Устройство для снижения электромагнитных влияний электрических железных дорог на линии связи

Устройство относится к области электрифицированных железных дорог и может быть использовано для снижения влияния электрифицированных железных дорог на смежные линии связи. Устройство содержит датчик гармонических составляющих тягового тока, узел обработки сигнала с n-звенным селектором тягового тока, канал обратной связи, второй канал обратной связи, регулируемый источник тока, связанный управляющим входом с выходом смесителя. Дополнительно устройство снабжено блоком управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения, дополнительным регулируемым источником компенсирующего инверсного напряжения, блоком управления подключением и отключением заземляющего контура, заземляющим контуром, блоком отключения канала компенсации тягового тока при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне. Техническим результатом изобретения является увеличение надежности в работе и повышение эффективности компенсации наведенной в смежной линии помехи. 1 ил.

 

Устройство относится к области электрифицированных дорог и может быть использовано для уменьшения влияния электротяговой сети на смежные линии связи.

Известно устройство для снижения электромагнитных влияний электрических железных дорог на линии проводной связи [1].

Оно содержит датчик напряжения, создающий управляющий сигнал, «представляющий собой все линейные и фазные напряжения, связанные с амплитудными и фазными изменениями напряжений питания контактной сети». Этот сигнал регулятором фазы сдвигается на 180 эл. град. по отношению к наведенному напряжению в линии связи. Затем сигнал усиливается в регулируемом источнике по амплитуде до величины, равной наведенному напряжению в линии связи. Кроме того, в регулируемом источнике его индуктивное внутреннее сопротивление регулируется блоком, с целью создания с «естественной» емкостью линии резонанса, при котором полное сопротивление относительно земли «будет равно бесконечности», что является «обрывом цепи» по отношению к земле. Далее полученное напряжение через дифференциальный трансформатор компенсирует наведенное в линии связи напряжение контактной сети. Кроме того, как заявляют авторы, данное устройство подключается непосредственно к защищаемой линии связи через существующие дифференциальные трансформаторы и создает режим обрыва от земли с обеих сторон. И, таким образом, в результате использования устройства повышается «защищенность» линий связи от мешающих и опасных влияний со стороны контактной сети.

Известное устройство-аналог имеет следующие недостатки.

В отношении снижения опасных влияний устройством-аналогом необходимо отметить следующее. Как известно, если в контактной сети ток не протекает, то остается только электрическое влияние за счет рабочего напряжения влияющей линии. Наиболее опасным режимом является режим, когда оба конца смежной линии изолированы от земли. В этом случае в смежной линии связи наводится максимальное напряжение. По описанию авторов, устройством компенсации (в этом заключается сущность устройства-аналога) предусмотрен режим, когда за счет создания параллельного резонанса на частоте напряжения, питающего тяговую сеть, защищаемую линию связи переводят в режим изоляции от земли по обоим ее концам. Необходимо отметить, что в обычном режиме работы линии связи, подверженной влиянию при заземленных средних точках дифференциальных трансформаторов, наведенное напряжение определяется напряжением от емкостных токов напряжения питающей сети основной частоты. Таким образом, изолируя от земли защищаемую линию связи относительно питающего напряжения основной частоты путем параллельного резонанса, т.е. путем создания тока основной частоты большого входного сопротивления, защищаемая линия связи переводится в наиболее тяжелый режим, когда оба ее конца изолированы от земли. Необходимо также отметить, что выходные цепи устройства являются входными цепями защищаемой линии и в переходном режиме, в процессе настройки фазы в компенсирующем устройстве, к защищаемой линии будет прикладываться напряжение, превышающее допустимое, поскольку никаких ограничивающих его блоков в устройстве не предусмотренно, а в течение времени переходного процесса сумма наведенного и компенсирующего напряжений будет зависить от случайного фактора. Далее необходимо отметить, что эффективность процесса компенсации зависит от надежности самого устройства, и в случае нарушения его работы защищаемая линия также переводится в режим, степень опасности которого зависит от случайного фактора, поскольку при работе устройства отсутствует контроль за его режимными параметрами и за самим процессом компенсации, по крайней мере в описании и в формуле изобретения об этом ничего не сказано. Рассмотрим теперь работу устройства-аналога в режиме, когда на фидерной зоне появляется нагрузка.

При появлении на фидерной зоне нагрузки в тяговой сети появляется ток. Следовательно, в смежной линии появляется наведенная эдс индукции от протекания тягового тока в контактной сети. Наведенная эдс от тока основной частоты сложится с компенсирующим напряжением в силу того, что сопротивление тяговой сети имеет активно-реактивный характер. Кроме того, в линии, подверженной влиянию, будет наводиться весь спектр нескомпенсированных гармоник, составляющих спектр тягового тока. Это произойдет потому, что наведенные в смежной с тяговой сетью линии связи электромагнитным путем гармонические составляющие пропорциональны не напряжению, как в устройстве-аналоге, а тяговому току, следовательно, форма напряжения в датчике напряжения устройства и форма тока в тяговой сети отличны. Следовательно, управляющий сигнал в устройстве, зависящий от питающего напряжения тяговой сети, не может скомпенсировать гармонические составляющие тока тяговой сети. Такая компенсация невозможна еще и потому, что резонанс возникает в отдельный момент времени только на одной выбранной определенной гармонике, в то время как остальные беспрепятственно проникают в смежную линию. Кроме всего прочего, эти гармоники сдвигаются на разные углы благодаря наличию в устройстве цепочки последовательно соединенных трансформаторов, каждый из которых сдвигает каждую гармонику в спектре управляющего напряжения на дополнительный угол. Нельзя забывать и о том, что в некоторых критических режимах сердечники трансформаторов могут стать источником гармоник. Для целей компенсации гармонических составляющих, содержащихся в тяговом токе контактной сети, кроме того, что как уже было сказано выше, необходимо иметь датчик тока (чтобы форма и, следовательно, гармонический состав компенсирующего тока соответствовали форме и, следовательно, гармоническому составу тягового тока), необходимо в составе устройства компенсации иметь селективные фильтры, с целью выделения гармоник, оказывающих наибольшее псофометрическое воздействие, а также блоки компенсации амплитудных и фазовых искажений гармонических составляющих вследствие искажения сигнала самим устройством. Такие блоки в устройстве-аналоге отсутствуют. Необходимо также отметить, что при такой структуре устройства в силу приведенных выше причин необходимо предусмотреть в нем блок, запирающий работу устройства при появлении на фидерной зоне тяговой нагрузки. Такой блок в устройстве отсутствует. Кроме того, эффективная работа устройства компенсации возможна при наличии в нем цепи обратной связи, стабилизирующей работу устройства компенсации в процессе компенсации наведенной в смежной линии помехи. Необходимо также отметить, что устройство-аналог, как известно, пассивно защищает смежную линию, что ограничевает его финкциональные возможности.

Следовательно, устройство-аналог имеет недостаточную эффективность в отношении снижения им как опасных, так и мешающих влияний со стороны тяговой сети.

В качестве устройства-прототипа принято устройство [2], в котором из сигнала, пропорционального тяговому току контактной сети, выделяют ряд высших гармонических составляющих, оказывающих наибольшее псофометрическое воздействие, которые затем, после дальнейшей обработки, т.е. коррекции каждой в отдельности гармоники по фазе и амплитуде в блоке, преобразуют в сигнал компенсирующего воздействия в блоке, который усиливают усилителем мощности, и подают в защитный провод. Мощность компенсирующего сигнала в экранирующем проводе определяют в зависимости от фактического уровня сигнала помехи, который выделяют и измеряют в блоке обработки помехи. С помощью блока обработки сигнала компенсации стабилизируют процесс компенсации электромагнитной помехи при различных сбоях в работе системы при осуществлении способа.

Известное устройство-прототип, как показали испытания, имеет недостатки, заключающиеся в следующем.

Устройство-прототип эффективно в отношении снижения электромагнитных влияний в смежных линиях связи при протекании в тяговой сети влияющего тока. Однако следует отметить, что при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне, как известно, магнитного влияния на смежную линию нет, и обе линии, и влияющая, и подверженная влиянию из-за емкостной связи между ними, находятся в режиме электрического влияния за счет рабочего напряжения влияющей линии. Наиболее тяжелым, как известно, этот режим является в случае, когда подверженная влиянию линия изолирована от земли.

Задача, решаемая изобретением, - увеличение надежности в работе и повышение эффективности компенсации наведенной в смежной линии помехи за счет компенсации электрической составляющей электромагнитного поля тяговой сети, при отсутствии нагрузки на фидерной зоне. Это достигается введением в устройство-прототип блока управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения, дополнительного регулируемого источника компенсирующего напряжения, зависимого от питающего напряжения тяговой сети, блока управления подключением и отключением заземляющего контура, блока отключения системы компенсации при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне, а заземление обратного провода выделено в самостоятельный блок.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что дополнительно включает блок управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения, дополнительный регулируемый источник компенсирующего напряжения, зависимый от питающего напряжения тяговой сети, блок управления подключением и отключением заземляющего контура, блок отключения системы компенсации при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне, заземляющий контур. Необходимо отметить, что в связи с необходимостью периодически отключать обратный провод от земли, его заземление выделено в отдельный блок.

Заявляемое устройство содержит датчик 2 гармонических составляющих тягового тока, подключенного одним из своих выходов к входу n-звенного селектора тягового тока 4, а другим, управляющим, - к управляемым входам блока управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения 22, блока управления подключением и отключением заземляющего контура 24 и блока отключения системы компенсации при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне 23, выходы которых подключены соответственно к дополнительному проводу 15, заземляющему контуру 25 и обратному проводу 15, причем вход блока управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения 22 подключен к выходу дополнительного источника компенсирующего инверсного напряжения 21, который зависим от питающего напряжения тяговой сети 1, а блоки управления подключением и отключением заземляющего контура 24 и отключения системы компенсации при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне 23 включены соответственно - первый в рассечку между заземляющим контуром 25 и самим обратным проводом 15, а второй своим входом подключен к выходу регулируемого источника тока 9, а своим выходом блок 23 подключен к обратному проводу 15, узел обработки сигнала 3 с n-звенным селектором тягового тока 4, подключенным к выходу упомянутого датчика 2, первым n-звенным блоком фазосдвигающих элементов 5, подключенным информационными входами к соответствующим выходам селектора тягового тока 4, а первой группой управляющих входов - к соответствующим выходам первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы 6, первым n-звенным блоком масштабных усилителей 7 с коэффициентами масштабирования Км(комп), подключенным информационными входами к соответствующим выходам первого блока фазосдвигающих элементов 5, и смесителем 8, подключенным первой группой входов к соответствующим выходам первого блока масштабных усилителей 7, канал обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 11 и n-звенным селектором компенсирующего тока 12, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам второго блока фазосдвигающих элементов 13, вторым n-звенным блоком регуляторов сдвига фазы 14, подключенным выходами к соответствующим управляющим входам второго блока фазосдвигающих элементов 13, выходы которого через второй n-звенный блок масштабных усилителей 15 с коэффициентами масштабирования Км(ос), выбранными в соответствии с соотношением Км(комп)-Км(ос)=1, подключены к соответствующим входам второй группы входов смесителя 8, а также регулируемый источник тока 9, связанный управляющим входом с выходом смесителя 8 и подключенный своим выходом ко входу блока отключения системы компенсации при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне 23, выход которого соединен с обратным проводом, находящимся между контактной сетью и подверженной влиянию линией, второй канал обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих наведенной помехи 18, n-звенным селектором помехи 19 и n-звенным блоком измерения амплитуд гармонических составляющих помехи 20 и выявления их отклонений от заданных, при этом выходы последнего соеденены со второй группой соответствующих управляющих входов первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов 5 и с управляющими входами первого n-звенного блока масштабных усилителей 7.

По сравнению с устройством-прототипом заявляемое устройство дополнительно содержит блок управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения 22, дополнительный регулируемый источник компенсирующего инверсного напряжения 21, зависимый от питающего напряжения тяговой сети, блок управления подключением и отключением заземляющего контура 24, блок отключения системы компенсации при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне 23, заземляющий контур 25, причем в заземляющий контур как отдельный блок, заземление обратного провода выделено в связи с тем, что обратный провод периодически переводится в режим, когда он изолирован от земли.

Устройство работает следующим образом. В режиме, когда тяговая нагрузка находится на фидерной зоне, датчик гармонических составляющих тягового тока 2, расположенный между контактной сетью и экранирующим проводом, трансформирует и подает в блок 3 сигнал, соответствующий форме создающего электромагнитную помеху току контактной сети. Из сигнала, полученного таким образом, n-звенный селектор 4 выделяет высшие гармонические составляющие, оказывающие наибольшее псофометрическое воздействие на линию 18. Каждая выделенная гармоника корректируется по фазе и амплитуде в n-звенных блоках 5 и 7 соответственно. Вторым датчиком 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 15 сигнал, пропорциональный компенсирующему току в обратном проводе, трансформируется и подается в блок 12, где отделяется от помехи и разделяется на гармонические составляющие, которые корректируются по фазе и амплитуде в блоках 13, 14, 15. При этом сигнал компенсирующего тока полностью зависит от фактического уровня помехи в смежной линии связи. Это достигается с помощью дополнительной обратной связи 17 по фактическому уровню помехи в смежной линии связи, посредством введения цепочки, состоящей из блоков 18, 19 и 20. При отклонении уровня сигнала помехи от наперед заданного блоком 20 вырабатывается сигнал ошибки (рассогласования), отдельно по каждой гармонике сигнала помехи. В зависимости от этого корректируется фаза и амплитуда соответствующих гармоник в блоках 5 и 7 соответственно и в конечном итоге в компенсирующем токе. Таким образом, стабилизируется режим компенсации электромагнитной помехи при любом расположении нагрузок на фидерной зоне.

Когда тяговая нагрузка удаляется с фидерной зоны, т.е. в режиме отсутствия тяговой нагрузки на фидерной зоне, датчик тягового тока 2 вырабатывает сигнал отсутствия нагрузки, который поступает на управляющие входы блока управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения 22, блока управления подключением и отключением заземляющего контура 24 и блока отключения 23, канала компенсации тягового тока при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне. При этом блок управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения 22 подключает дополнительный регулируемый источник компенсирующего инверсного напряжения 21, зависимый от питающего напряжения тяговой сети, таким образом, что сдвиг фазы между ним и питающим напряжением тяговой сети равен 180 эл. градусов.

В качестве дополнительного регулируемого источника компенсирующего напряжения 21 может быть использована дополнительная обмотка тягового трансформатора с коэффициентом трансформации, равным 1. Обмотка должна включаться таким образом, чтобы сдвиг фазы между напряжением в ней и напряжением тяговой сети был равен 180 эл. град.

В это же время, по сигналу с датчика 2, блоком отключения заземляющего контура 24 обратный провод переводится в режим, когда он изолирован от земли, т.е. отключается заземляющий контур 25. По сигналу от датчика 2, блоком отключения системы компенсации тягового тока при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне производится также отключение канала компенсации тягового тока, с целью защитить ее выход от повреждения компенсирующим напряжением. Таким образом, в результате всех операций, производимых над системой компенсации электромагнитных влияний со стороны тяговой сети, в режиме отсутствия нагрузки на фидерной зоне, электрическое влияние со стороны тяговой сети от ее питающего напряжения компенсируется напряжением дополнительного регулируемого источника напряжения, смещенного относительно первого на угол 180 эл. град. При появлении нагрузки на фидерной зоне датчик 2 снимает управляющий сигнал с блоков 22, 23 и 24. В результате этого обратный провод заземляется на заземляющий контур 25, работа дополнительного регулируемого источника компенсирующего инверсного напряжения 21 блокируется путем его отключения от обратного провода 15, к которому подключается канал компенсации электромагнитной помехи, возникающей в смежной линии связи в результате протекания в контактном проводе тягового тока. Таким образом, завляемое устройство устраняет как электромагнитную помеху от тягового тока, так и электрическое влияние со стороны питающего напряжения тяговой сети, обусловленное емкостными связями, при отсутствии на фидерной зоне тяговой нагрузки.

Положительный эффект по сравнению с устройством-прототипом заключается в повышении защитного действия путем компенсации электрических влияний, обусловленных емкостной связью между тяговой сетью и проводной линией связи, при отсутствии в тяговой сети нагрузок.

Источники информации

1. Патент РФ №2251495, опубл. 05.10.2005, М. Кл. 7 В60М 3/00.

2. Патент РФ №2248281, бюл. №8, 20.03.2005. В60М 3/00, Н02J 3/20.

Устройство для снижения электромагнитных влияний электрических железных дорог на линии связи, содержащее датчик гармонических составляющих тягового тока, расположенный на влияющей контактной сети, узел обработки сигнала с n-звенным селектором тягового тока, подключенным к выходу упомянутого датчика, первым n-звенным блоком фазосдвигающих элементов, подключенным информационными входами к соответствующим выходам селектора тягового тока, а первой группой управляющих входов - к соответствующим выходам первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы, первым n-звенным блоком масштабных усилителей с коэффициентами масштабирования Км(комп), подключенным информационными входами к соответствующим выходам первого блока фазосдвигающих элементов, и смесителем, подключенным первой группой входов к соответствующим выходам первого блока масштабных усилителей, канал обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода и n-звенным селектором компенсирующего тока, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам второго блока фазосдвигающих элементов, вторым n-звенным блоком регуляторов сдвига фазы, подключенным выходами к соответствующим управляющим входам второго блока фазосдвигающих элементов, выходы которого через второй n-звенный блок масштабных усилителей с коэффициентами масштабирования Км(ос), выбранными в соответствии с соотношением Км(комп)-Км(ос)=1 подключены к соответствующим входам второй группы входов смесителя, второй канал обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих наведенной помехи, n-звенным селектором помехи и n-звенным блоком измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных, выходы которого соединены со второй группой соответствующих управляющих входов первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов и с управляющими входами первого n-звенного блока масштабных усилителей, а также регулируемый источник тока, связанный управляющим входом с выходом смесителя, отличающееся тем, что оно снабжено блоком управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения, дополнительным регулируемым источником компенсирующего инверсного напряжения, зависимого от питающего напряжения тяговой сети, блоком управления подключением и отключением заземляющего контура, заземляющим контуром, блоком отключения канала компенсации тягового тока при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне, при этом блок управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения и дополнительный регулируемый источник компенсирующего инверсного напряжения включены последовательно, причем вход блока управления подключением и отключением канала компенсирующего напряжения, соединен с источником питающего напряжения тяговой сети, а его управляемый вход соединен с управляющим выходом датчика тягового тока, к которому также подключены управляемые входы блока управления подключением и отключением заземляющего контура и блока отключения канала компенсации тягового тока при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне, а выход дополнительного регулируемого источника компенсирующего инверсного напряжения подключен к обратному проводу, второй конец которого через блок управления подключением и отключением заземляющего контура соединен с заземляющим контуром, блок отключения канала компенсации тягового тока при отсутствии тяговой нагрузки на фидерной зоне подключен своим входом к выходу регулируемого источника тока, а выходом к обратному проводу, причем датчик тягового тока имеет дополнительный управляющий выход, а заземление обратного провода выделено в заземляющий контур.