Введение к работе
Актуальность проблемы. Метрополитены, являясь основным звеном в транспортном комплексе крупных городов, предназначены для решения проблемы массовых пассажирских перевозок. Эти предприятия имеют высокую стоимость строительства, большой нормативный срок службы и являются мощными энергоёмкими потребителями, специфику которому придаёт система электроснабжения подвижного состава с неизбежным наличием токов утечки с рельсов и в силу этого с возможными электрокоррозионными воздействиями их на металлоконструкции основных сооружений.
И развитие бети метрополитенов и сетей подземных коммуникаций городов выдвигают проблему зашиты этих сооружений от коррозии вообще и от электрокоррозии блуждающими токвми в частности в число важнейших народохозяйственных задач. Поэтому, для решения этой проблег.м действуют отраслевые и межотраслевые программы' на различных уровнях управления, постановления Совета министров республик, а также городских хозяйств, что подчёркивает должную заботу хозяйства за сохранность огромных материальных и трудовых.затрат, вложенных в подземные транспортные -и технические коммуникации.
Задача обеспечения надёжной работы метрополитенов и повышения долговечности их сооружений тесно связана с разработкой технических мероприятий по организации защиты от разрушительного воздействия блуждающих токов. А качественная разработка защитных мероприя-тип невозможна без должных исследований режимов работы' элементов системы, включённых в этот процесс.
[моделированию путей протекания блуждающих токов и расчётам . распределения токов и потенциалов в системе "рельс-обделка-земля-прчземное сооружение" посвящены работы ряда учёных России^ стран ближнего и дальнего зарубежья. Однако, некоторые актуальные зада-
чи б этой области не решены.
Так, не разработана методика расчёта и моделирования систем, включающих в себя такие элементы, как рельо, обделка, земля, подземное сооружение применительно к современным, удобным и быстродействующим вычислительным комплексам, не отработаны приёмы по расчёту токов и потенциалов е этих элементах, составляющих единую сложную пространственно-электрическую систему. Не достаточно исследованы различные схемы замещения этих систем с неоднородными параметрами, систем для двух линий метрополитенов с соединительной веткой мевду ними, влияние режима рекуперации поезда на распределение токов и потенциалов в элементах этой системы.
Не в полной мере решены вопросы локальных электрокоррозионных повреждений отдельных конструктивных элементов, которые специфичны для разных метрополитенов.
ртсуігстЕ^ет. совершенное приборное обеспечение по контролю за электрокоррозионным состоянием в постоянной эксплуатационной деятельности на метрополитенах.
Эти научно-технические задачи, решаемые в диссертации, являются взаимосвязанными в проблеме повышения эффективности защиты от блуждающих токов на метрополитенах.
Целью диссертационной работы является разработка вычислительного комплекса и программ, проведете на их основе исследований распределения токов и потенциалов в элементах системы "рельс-обделка-земля", значительно расширяющих представление о токорасп-ределении в них, подверженности электрокоррозионной опасности и эффективности защиты от коррозионных процессов на метрополитенах.
Методика исследование. Для достижения поставленной цели используется комплексний подход, включающий анализ построении схем замещения системі "рельс-обделка-земля", разработку внчислнтоль-» [гей процедури расчёта их параметров и исследования гжпг:ов рабо-
ты элементов этой системы метрополитена и связанных с ним коммуникаций.
Построение схем замещения основано на применении электрических сеточных моделей, составляговдх взаимосвязанную совокупность элементов системы "рельс-обделка-земля-подземное сооружение".
Разработка вычислительного комплекса заполнена для современных персональных ЭЕ?.! с применением метода узловых потенциалов.
Дана сравнительная оценка расчёта параметров схем замещения методом физического моделирования и при помощи вычислительного комплекса.
Исследование режимов работы элементов системи РОЗ провода-лись по расчётным результатам выходных табуляграмм, а также по натурным измерениям на метрополитенах.
Научная новизна состої:1'" в:
разработке на оснозе метода узловых потенциалов и математических итерациошшх методов расчёта матричных структур вычислительного комплекса, базирующегося на современных персональных ЭВМ, для выявления распределения токов и потенциалов в элементах системы "рельс-обделка-земля-подземное сооружение";
получении возможности математического моделирования посредством сеточных структур систем типа РОЗ для метрополитенов
и подобных им в других отраслях с последующим расчётом их параметров;
получении результатов распределения токов и потенциалов при наличии локальных неоднородностеЯ во всех элементах системы;
подтверждении рекомендации по выполнению1 секционирования по ходовым рельсам сети отсоса мегду линиями метрополитенов, про-
ходяплх в различных уровнях;
- разработке роготенд/іціШ по обеспечение повышения эп^ек-
тивности защиты от блуждающих токов при использовании режима рекуперации движения поездов на метрополитенах;
разработке средств измерений по контролю за основными параметрами элементов" обратной тяговой сети метрополитенов в части защиты металлоконструкций от-блуждающих токов;
разработке рекомендаций по включению в технические требования для рельсовых прокладок метрополитенов их электрического сопротивления и химического состава.
Практическая значимость внедрения результатов работы.
Разработанный вычислительный комплекс программ МЕТРО для персональных ЭШ передан в эксплуатацию во ВНИИНТ для исследовательских' работ, опробован на Московском метрополитене при выполнении расчётов токораспределения в системе взаимного расположения линий метрополитена и трамвая, на Минском метрополитене для определения потерь электроэнергии от токов утечки в элементах рельсовой сети.
Комплекс МЕТРО позволяет проводить научные исследования и инженерные расчёты токораспределения в системах РОЗС и ей подобных ка|с с однородными, так и с неоднородными параметрами, что значительно расширяет возможности решения аналогичных задач не только .для систем метрополитенов.
Выполнение секционирования по ходовым рельсам на соединительных ветках между взаимно пересекающимися линиями метрополитена создаёт условия ограничения растекания токов утечки и выноса потенциалов на тоннельную обделку смежных линий, чем обеспечивается защита её от блуждающих токов. Кроме того, данное секционирование косвенно повышает надёжность работы рельсовых цепєіі СПБ. Рекомендации по гальваническому разделению ходовой рельсовой сети смежных линий метрополитенов использованы в нормативних
документах и практически реализованы на линиях всех метрополитенов.
Повышению эффективности запиты от блуждающих токов на метрополитене г. Шшска всецело способствует разработка набора измерительной аппаратур;!, применяемой в эксплуатационно:! практике.
Замена полимерных прокладок на резиновые резко снизило число коррозпонпих повреждений ходовых рельсов И'деталей рельсовых скреплений на экспериментальном перегоне Минского метрополитена.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты доложены на научно-технической конференции "Запита от влияния блуждающих токов на электрифицированном рельсовом транспорте" (г. Челябинск, 1991 г.), на технических советах Минского метрополитена (1990 - 1992 г.г.О, на научно-технических совещаниях отделения электрификации ВНЖГг '. IS9I - 1992 г. г.).
Публикации. По глатериалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объём работа. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе, списка использованной литературы и прилояений. Работа содержит 163 страницы основного текс-та, 46 рисунков, II таблиц, 86 наименог '.ній использованной литературы и двух приложений.
Научно-методическую помочь в проведении исследований оказали кандидат технических наук Терентьев.В.Н. и инженер Варта-I нян U,А., в проведении серий измерении на метрополитенах - и»-кенерн Власов Е.А., Вартанян М.А., Уткин В.А., Акулич С.Ф.