Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

Моделирование режимов однофазных замыканий в системах электроснабжения нетяговых потребителей

Андрей Васильевич Крюков — 2024-08-05

Ежегодно из-за аварий на сетях, обеспечивающих электропитание сигнальных точек, возникают задержки в движении нескольких тысяч поездов. Значительная доля от общего числа отказов приходится на однофазные замыкания на землю. Особенность данного вида неисправностей заключается в небольших токах, что серьезно усложняет обнаружение мест их возникновения. Поврежденные линии электрических передач не отключаются релейной защитой, при этом в длительных режимах однофазных замыканий на землю может происходить разрушение структуры железобетонных опор при протекании через них тока однофазных замыканий на землю. Кроме этого, увеличение напряжения здоровых фаз относительно земли до линейных значений может приводить к пробою изоляции и возникновению двухфазных замыканий. Режимы однофазных замыканий на землю в сетях общего назначения подробно рассмотрены во многих отечественных и зарубежных публикациях. Однако задача определения таких режимов в технологических линиях электрических передач на железнодорожном транспорте, находящихся в зонах повышенных электромагнитных влияний тяговых сетей, остается актуальной. Для ее решения могут эффективно использоваться методы моделирования режимов систем электроснабжения железнодорожного транспорта, разработанные в Иркутском государственном университете путей сообщения и реализованные в программном комплексе Fazonord. В статье описана модель системы объектов железнодорожного транспорта, включающая воздушную линию продольного электроснабжения, смонтированную на опорах контактной сети, представлены результаты определения режимов однофазных замыканий на землю, сделаны выводы о влиянии тяговой сети на токи замыканий. Цифровые модели, описанные в работе, позволяют получить полную информацию о режимах однофазных замыканий на землю на основной частоте и на частотах высших гармоник. Данные модели могут найти практическое применение при решении задач настройки устройств, обеспечивающих идентификацию однофазных замыканий на землю, а также для разработки методов локализации мест их возникновения в сетях, подверженных электромагнитным влияниям.

Анализ прочности и модернизация конструкции области шкворневой балки главной рамы специального подвижного состава

Михаил Савельев — 2024-08-05

Данная статья представляет собой исследование конструкции области шкворневой балки главной рамы специального подвижного состава. В основе работы лежит анализ технических характеристик указанной области с целью выявления потенциальных уязвимостей и проблем, которые могут привести к снижению прочности и безопасности транспортного средства. С помощью современных методов инженерного анализа, включая конечно-элементное моделирование и инженерные расчеты, проведен подробный обзор текущего состояния конструкции и ее поведения под нормативными нагрузками. В соответствии с результатами исследования обозначены потенциальные дефекты и уязвимые места в области шкворневой балки, что является ключевым шагом для разработки эффективных стратегий модернизации. На основе полученных данных выработаны рекомендации по улучшению конструкции, сформулированы предложения относительно применения новых материалов, технологий сборки и методов усиления. Эти предложения направлены на максимизацию прочности области шкворневой балки главной рамы специального подвижного состава, что будет способствовать повышению безопасности и надежности работы транспортного средства. Исследование имеет практическое значение для инженеров, работающих в сфере транспортной инфраструктуры, а также для специалистов, занимающихся техническим обслуживанием и модернизацией транспортных средств. В целом статья вносит значимый вклад в развитие инженерных решений, направленных на интенсификацию безопасности и надежности подвижных составов, что является важным аспектом в современной транспортной индустрии.

Гидравлическая стабилизация крена вагона

Олег Львович Маломыжев — 2024-08-05

В процессе движения железнодорожного вагона неизбежно возникают боковые силы, обусловленные движением в кривой, наличием бокового ветра, рысканием тележки вагона и т.д. Такие силы вызывают крен или боковую качку вагона, что влияет на его устойчивость, приводят к циклически изменяющимся по величине нагрузкам на все элементы, могут перемещать расположенный в вагоне груз, а также вызывать дискомфорт у пассажиров. Наиболее выражены описанные проявления у скоростных поездов и двухэтажных пассажирских вагонов. В настоящее время для снижения крена и боковой качки используют торсионные стабилизаторы поперечной устойчивости, обеспечивающие в достаточной мере поставленные перед ними задачи. При этом торсионные стабилизаторы не лишены недостатков, к основным из которых следует отнести упругую закрутку торсиона, неизбежно вызывающую возникновение частичного крена вагона под действием боковой силы, а также невозможность регулирования момента сопротивления крену в зависимости от степени загрузки вагона. Современная тенденция роста скоростей движения пассажирских и грузовых поездов требует повышения уровня стабилизации крена с допустимостью регулирования стабилизатора. В статье рассматривается альтернативная торсионной гидравлическая система стабилизации крена вагона, обеспечивающая большую эффективность, позволяющая автоматически изменять момент сопротивления крену вагона с учетом его загрузки. Дополнительные возможности гидравлической стабилизации крена вагона создают предпосылки для ее применения на современных скоростных поездах.

Причины снижения маршрутизации порожних полувагонов на Восточном полигоне железных дорог и пути их устранения

Василий Васильевич Горшков — 2024-08-05

В работе авторами проведен анализ технологии грузопотока на инфраструктурном комплексе Транссибирской магистрали, который показал, что барьерными местами при продвижении грузов к морским портам Дальнего Востока являются именно сортировочные комплексы. Большинство сортировочных станций не выполняют свои плановые показатели. Некоторые из них превратились в своего рода накопительные комплексы, в результате чего увеличивается время простоя транзитных вагонов, ограничиваются пропускные и перерабатывающие мощности Восточного полигона железных дорог и морских портов. Проведен анализ установленного порядка следования груженых вагонов под операции выгрузки на Дальневосточную железную дорогу. По итогам сформированы наиболее значимые причины снижения маршрутизации порожних полувагонов на Восточном полигоне железных дорог. Поставлен вопрос взаимодействия с клиентурой железнодорожного транспорта, представлены рекомендации по улучшению технологических процессов. Определено, что для разработки оптимального варианта работы Восточного полигона железных дорог без капитальных вложений в развитие инфраструктурного комплекса силами научных организаций ОАО «РЖД» необходимо произвести комплексный факторный анализ фактически реализуемой технологии организации выгрузки вагонов на путях необщего пользования, выявить причины недоработки со стороны ОАО «РЖД» и пользователей услугами перевозки и с использованием методов математического моделирования разработать предложения по устранению недостатков. Нужно также учитывать, что одним из целевых направлений оптимизации работы железных дорог в мире является надежность всего перевозочного процесса, которая в первую очередь зависит от развития сортировочных комплексов, их слаженной работы. Строительство на Восточном полигоне железных дорог новой сортировочной станции, основной задачей которой будет переработка нечетного вагонопотока, по мнению авторов, – стратегическая миссия ОАО «РЖД», реализация которой возможна на основе частного партнерства с вложением денежных средств операторов подвижного состава, грузоотправителей и грузополучателей.

Анализ объемных и качественных показателей работы Восточно-Сибирского территориального Центра фирменного транспортного обслуживания с целью совершенствования качества предоставления услуг клиентам железнодорожного транспорта

Наталья Васильевна Власова — 2024-08-05

Авторами проведен факторный анализ объемных и качественных показателей функционирования территориального Центра фирменного транспортного обслуживания ОАО «РЖД» с целью улучшения качества предоставления услуг клиентам железнодорожного транспорта в новых экономических условиях. Рассмотрены основные базовые принципы корпоративной системы организации внутреннего и внешнего клиентоориентирования. В настоящее время доктрина в сфере предоставления качественной услуги заключается в удовлетворенности потребителей транспортных услуг в грузовых перевозках, совершенствовании эффективности деятельности за счет сбалансированности коммерческой и клиентоориентированной политики в данной области, повышения качества транспортно-экспедиционного обслуживания с учетом предпосылок создания особых требований к стабильности, эффективности и безопасности организации перевозочного процесса. В числе приоритетных задач ОАО «РЖД» – повышение объемов грузов, перевозимых по железной дороге и, как следствие, рост доходов компании. Для осуществления этой цели требуется, в первую очередь, комплексное развитие транспортной инфраструктуры и улучшение качества работы обслуживающего сервиса. Достичь этого можно за счет внедрения передовых технологий, общей оптимизации перевозочного процесса, расширения списка предоставляемых услуг, модернизации 3PL- и 4PL-услуг, создания оптимальных сквозных транспортно-логистических услуг «от двери до двери», предоставления экономически обоснованных продуктов в формате «единого окна», интеграции глобальных цепей поставок, создания IT-плацдарма и формирования компетенций для подготовки к выходу продуктов в спектр 5PL-услуг. Значимость включения клиентоориентированного подхода в процессы компаний цифрового маркетинга напрямую связана с изменением роли клиента в парадигме реализации бизнес-услуг на уровне создания ценностного предложения, что улучшит систему сбыта услуг, увеличит доходы предприятия, обеспечит государственные и социальные задачи. Таким образом, для оценки клиентоориентированности транспортной компании может быть использован широкий спектр методов, которые предполагают расчет количественных и качественных показателей, а также позволяют характеризовать результативность выстраивания долгосрочных отношений с клиентами с разных сторон на основе внедрения сквозной системы управления (планирования) в сфере мультимодальных перевозок для формирования гарантированной грузовой базы и проактивного планирования инфраструктурных мероприятий, обеспечивающих потребности транспортно-логистических услуг.

Повышение надежности работы устройств дистанционного управления и мачтовых разъединителей

Елена Юрьевна Пузина — 2024-08-05

В процессе эксплуатации устройств управления объектами систем тягового электроснабжения приходится сталкиваться с их отказами вследствие возникновения аварийных режимов в виде короткого замыкания в контактной сети и удара молнии в оборудование, близко расположенное к устройствам управления. Как следствие, происходят повреждения устройств теледистанционного управления и «самоходы» мачтовых разъединителей контактной сети и воздушных линий. Анализ статистики отказов названных устройств, выполненный для одной из дирекций «Трансэнерго», показал, что две трети приводов мачтовых разъединителей имеют риск повреждения цепей их дистанционного управления, поэтому данная проблема является актуальной как для обследуемой дирекции отдельной железной дороги, так и для всей сети ОАО «Российские железные дороги». С целью уточнения величины напряжения, под действием которого повреждается изоляция цепей вторичной коммутации приводов, разработана модель короткого замыкания в контактной сети в программном комплексе Fazonord. Результаты моделирования подтвердили высокую опасность возникающих при этом напряжений в рельсовых цепях. В связи с этим разработаны меры по защите устройств теледистанционного управления и мачтовых разъединителей от «самохода». К таковым относятся: усиление цепей вторичной изоляцией; изоляция конструкций разъединителей и приводов от низкоомных опор; применение защиты от перенапряжений в цепях дистанционного управления; перенос стоек теледистанционного управления и пультов дистанционного управления на минимальное безопасное расстояние к приводам и использование схемных решений по заземлению приводов на рельсовые цепи. При исследовании задействовались следующие методы: статистический анализ информации о состоянии цепей теледистанционного управления и мачтовых разъединителей; имитационное моделирование в программном вычислительном комплексе «Кортэс» режима короткого замыкания в контактной сети; компьютерное моделирование в программном вычислительном комплексе Fazonord с целью расчета напряжения в рельсовой цепи при коротком замыкании в контактной сети.

Способ диагностирования гидравлических гасителей колебаний на тяговом подвижном составе

Олег Валерьевич Мельниченко — 2024-08-05

В статье описывается важность улучшения характеристик подвижного состава для повышения эффективности железнодорожного транспорта и достижения такой стратегической цели, как увеличение грузооборота. От состояния рессорного подвешивания тягового подвижного состава зависят динамическая нагруженность, износ и повреждаемость его экипажной части, затраты на ремонт и техническое обслуживание, виброзащищенность машинистов. Гидравлический гаситель колебаний является ответственным узлом в подвеске тягового подвижного состава, а наличие дефектного гидравлического гасителя колебаний может привести к сходу тягового подвижного состава, а также способствует повышению износа его элементов, отрицательно воздействует на путь и вызывает необходимость снижения скорости. В работе представлена конструкция рессорного подвешивания первой и второй ступеней, описывается ее назначение и принцип работы гидравлических гасителей колебаний на электровозе серии 3ЭС5К. Приведены существующие методы и способы диагностирования гидравлических гасителей колебаний. С помощью программы MSC Adams произведены расчет и моделирование электровоза серии 3ЭС5К. С учетом полученных результатов можно предположить, что происходит при исправном и неисправном состояниях гидравлических гасителей колебаний. В исследовании также приводится новый метод диагностирования технического состояния гидравлических гасителей колебаний на тяговом подвижном составе с помощью установки датчиков виброускорения на подвижной состав в определенные места по предложенной схеме.

Применение LSTM-моделей в задачах моделирования и прогнозирования геометрии рельсовой колеи

Валерия Олеговна Шарова — 2024-08-05

В статье описаны актуальные задачи, связанные с диагностикой и безопасностью движения на железнодорожном транспорте, в особенности на железнодорожном пути. Они касаются ускоренных темпов цифровизации железнодорожного транспорта, а также роста экономики и множественных предпосылок представления дополнительных методов оценки состояния пути для принятия более эффективных управленческих решений. Приведены краткие обзоры различных вариантов моделирования в качестве дополнительных методов для решения поставленных задач. Показаны перспективные методы использования нейронных сетей, рассмотрены классы задач, в которых могут быть задействованы нейронные сети, обозначена проблема их применения, а именно отсутствие методологической базы, стандартизирующей работу с нейронными сетями. Отмечено главное условие для использования нейронных сетей – достоверная обучающая выборка. Для примера применения нейронной сети в задаче моделирования геометрии рельсовой колеи выбрана LSTM-модель, описана архитектура данной модели. Смоделированы фактические вертикальные неровности на выбранном участке железнодорожного пути, рассчитаны среднеквадратичные ошибки моделирования. Подчеркнуты целесообразность и высокое качество моделирования с помощью LSTM-модели, а также рост значения среднеквадратичной ошибки с увеличением шагов для прогнозирования, что может быть обусловлено недостатком данных для обучающей выборки. В последующих исследованиях планируется сократить количество ошибок и повысить точность модели, а также попробовать в действии другие нейронные сети различной архитектуры для решения аналогичной задачи с последующим сравнением с LSTM-моделью.

Автоматизация процесса устранения неисправностей электровозов в пути следования

Евгений Александрович Третьяков — 2024-08-05

Одним из направлений совершенствования электрических подвижных составов является внедрение на них передовых цифровых, аппаратно-программных и интеллектуальных технологий, способных повысить их производительность, эксплуатационную надежность и обеспечить безопасность движения. Современные электровозы должны оснащаться информационно-управляющими бортовыми комплексами, поддерживающими подключение дополнительных управляющих и контрольно-измерительных систем и приборов. К числу таких интеллектуальных инструментов можно отнести системы поддержки принятия решений машинистом, обеспечивающие повышение оперативности действий работников локомотивной бригады в различных ситуациях, в том числе и в нештатных. В статье представлены результаты исследования возможности автоматизации процесса устранения неисправностей электровозов в пути следования. На основании анализа инструктивных документов, устанавливающих порядок действий локомотивной бригады при возникновении поломки в пути следования и устранении ее последствий, определены основные виды наиболее вероятных повреждений. Разработана классификация методов устранения неисправностей, позволяющая систематизировать отдельные операции в процессе ликвидации неполадок по месту их возникновения, по виду применяемого оборудования, по целевому назначению. В соответствии с разработанной классификацией определена перспектива автоматизации разных операций, выполняемых в настоящее время локомотивной бригадой вручную, и установлено влияние ее на продолжительность восстановления работоспособности электровоза в пути следования. Предложены три уровня автоматизации систем поддержки принятия решений машиниста, для каждого из которых выработаны требования к техническому оснащению электровоза. Полная автоматизация процесса устранения неисправностей в пути следования требует внесения принципиальных изменений в конструкцию и систему управления электрическим, механическим и пневматическим оборудованием локомотива.

Повышение энергоэффективности железнодорожного транспорта путем применения мобильных устройств поперечной емкостной компенсации

Кирилл Дмитриевич Рубцов — 2024-08-05

Авторы статьи предлагают использовать мобильные устройства поперечной емкостной компенсации реактивной мощности для повышения энергоэффективности железнодорожного транспорта. В работе рассмотрена возможность сокращения существующих межпоездных интервалов движения тяжеловесных поездов по участку железной дороги Ачинск-I – Чернореченская Ачинской дистанции электроснабжения при применении поперечной емкостной компенсации реактивной мощности на посту секционирования Тарутино для увеличения наличной пропускной способности рассматриваемого железнодорожного участка. Проверка расчетов выполнена в программном комплексе «КОРТЭС». Проведенный расчет показывает, что при использовании мобильных устройств поперечной емкостной компенсации реактивной мощности на Красноярской железной дороге возможно повысить энергоэффективность расчетного участка Ачинской дистанции электроснабжения Ачинск-I – Чернореченская и увеличить его пропускную способность. Применение указанных мобильных устройств позволяет поднять уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава на 1,05–1,33 кВ и обеспечить движение грузовых поездов повышенной массы (до 7 100 т) в четном направлении при межпоездном интервале 14 мин. При включении второго силового трансформатора на тяговых подстанциях Ачинск-I и Чернореченская напряжение на токоприемнике электроподвижного состава увеличивается на 2,43–2,65 кВ, а межпоездной интервал уменьшается до 8–9 мин. Авторы считают, что результаты представленного расчета могут быть полезны для оптимизации работы железнодорожных систем и повышения их эффективности в целом.

Моделирование и анализ токов короткого замыкания системы тягового электроснабжения 1×25 кВ в программе SimInTech на различных ступенях регулирования напряжения устройства РПН

Игорь Анатольевич Худоногов — 2024-08-05

Расчеты токов короткого замыкания в системах тягового электроснабжения выполняют для правильного подбора характеристик оборудования как контактной сети, так и тяговых подстанций. Такие расчеты также необходимы для правильного выбора и настройки устройств релейной защиты. Поэтому моделирование режима короткого замыкания актуально. Короткое замыкание – аварийный режим, представляющий опасность для оборудования, и неправильный подбор характеристик влечет моментальный выход из строя устройств при первом же коротком замыкании. Важно выполнять расчет режима короткого замыкания наиболее точно, учитывая множество факторов и аппаратов, которые могут повлиять на протекающие токи. Одним из таких аппаратов является устройство регулирования напряжения под нагрузкой, позволяющее регулировать напряжение на обмотке низшего напряжения тягового трансформатора без вывода его из работы. Для моделирования режима короткого замыкания с учетом возможного изменяемого напряжения была выбрана среда динамического моделирования SimInTech. Данная программа помогает создавать комбинированные модели, учитывающие большое количество факторов, в том числе переходные процессы, которые могут возникать при коротких замыканиях. В результате проведенного моделирования получены осциллограммы токов в точке короткого замыкания на вводах высшего напряжения тягового трансформатора, фидерах контактной сети и непосредственно в точке короткого замыкания. В статье дается оценка программы как среды для моделирования систем тягового электроснабжения, анализируется влияние регулирования напряжения под нагрузкой на токи короткого замыкания и действие токов короткого замыкания на устройства регулирования напряжения под нагрузкой.

Верификация разработанных математических моделей и созданного программного обеспечения на тестовых моделях пластин и академических рабочих колесах осевых турбомашин

Олег Владимирович Репецкий — 2024-08-05

Определение динамических характеристик (собственных частот и форм колебаний) – важная научная задача, позволяющая решать проблему устранения явления резонанса (например, путем изменения формы деталей), а, следовательно, и повышения ресурса деталей турбомашин под действием различных факторов – вращение, температура расстройки параметров и т.д. Сегодня с помощью мощных компьютеров и за счет развития цифровых методов можно значительно сократить время, затрачиваемое на решение подобных задач, а также сэкономить финансовые средства. Однако в процессе разработки математических моделей и численных методов исследования необходимо верифицировать имеющиеся результаты другими методами, например, сравнением с аналитическим решением или экспериментальными данными. В настоящей работе представлены результаты определения и верификации динамических характеристик колебаний, полученных с помощью разработанных математических моделей и программного обеспечения на тестовых моделях пластин и академических рабочих колесах осевых турбомашин. Установлено, что численные расчеты собственных частот колебаний исследуемых конструкций хорошо согласуются с экспериментальными данными авторов и другими исследованиями, а также с аналитическими решениями. Дополнительно изучено изменение связанности колебаний лопаток за счет увеличения толщины диска рабочего колеса. При этом преобразуются как формы колебаний, так и спектр собственных частот колебаний исходной конструкции. Значительное увеличение толщины диска приводит к локализации форм колебаний лопаток как единичных конструкций. Данный вариант является одним из видов введения расстройки параметров и верификации исследования колебаний колес с неидентичными лопатками.

Обобщенное прогнозирование оборота вагона по комплексной модели, учитывающей статистическую и экспертную информацию

Юрий Мечеславович Краковский — 2024-08-05

В статье предложена и апробирована технология обобщенного прогнозирования оборота вагона с использованием статистической и экспертной информации с учетом сценарного подхода. Оборот вагона – это один из важных показателей для оценки эффективности перевозочного процесса, так как при его сокращении увеличивается объем перевозки грузов. Этот показатель оценивает среднее время в сутках по использованию вагона от погрузки до следующей погрузки. Обобщенное прогнозирование основано на трех значениях оборота вагона с различными весами: а) значение, полученное по трехфакторной модели, зависящей от значимых факторов (значимыми факторами являются грузооборот, производительность вагона, участковая скорость); б) значение, полученное по трендовой модели; в) точечное экспертное суждение. Весовые коэффициенты получены с помощью метода анализа иерархий, использующего экспертные суждения. Дополнительно введены три критерия, что повысило точность весовых коэффициентов. Для этого экспертами-практиками и авторами статьи созданы четыре матрицы суждений. Для каждой матрицы получены значения отношения согласованности, а это позволило убедиться в непротиворечивости суждений созданных матриц. В результате обработки матриц получены итоговые весовые коэффициенты для комплексного критерия. Авторами предложены три сценария развития перевозочного процесса для обобщенного прогнозирования оборота вагона. Для его реализации потребовалось создать 12 трендовых моделей. Показана хорошая практическая точность этого прогнозирования по всем трем предложенным сценариям, хотя сами модели прогнозирования дают заметную погрешность. Из трех рассмотренных сценариев наиболее близкое значение показал третий сценарий. Итоговое прогнозное значение равно 7,01 сут., а фактическое – 6,61 сут. Относительная погрешность равна 6,0 %. Тем самым показано, что и в условиях неопределенности перевозочного процесса обобщенное прогнозирование, основанное на комплексном критерии, дает хорошие практические результаты.

Анализ основных показателей работы схемы электроснабжения распределительных электрических сетей г. Чита

Сергей Юрьевич Елпашев — 2024-08-05

В статье рассматривается район электроснабжения г. Чита, где реализуется три вида устройств: по производству электрической энергии (электрические станции), по передаче и распределению электроэнергии (электрические сети) и по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах (приемники электроэнергии). С учетом того, что электрические сети в городах являются очень обширными и сложными, к ним предъявляют определенные технико-экономические требования: надежность, эффективность и энергоэффективность. В связи с этим важно обеспечить безопасность эксплуатации и обслуживания электрических сетей, чтобы избежать аварийных ситуаций и гарантировать бесперебойное электроснабжение городских жителей. Для организации эффективного функционирования электрических сетей необходимо проводить регулярное техническое обслуживание и модернизацию оборудования. Также нужно постоянно внедрять современные технологии управления и мониторинга сетей, чтобы повысить их надежность и производительность. Кроме того, для оптимизации работы электрических сетей требуется также учитывать специфику городской застройки и потребления электроэнергии, разрабатывать гибкие схемы распределения электроэнергии и проводить оценку нагрузки для ее балансировки и предотвращения перегрузок сетей. В целом обеспечение эффективного функционирования электрических сетей в городах требует комплексного подхода, включающего в себя технические, организационные и экономические меры, а также учет специфики городской среды и потребления электроэнергии. В связи с этим автором предложено снизить технологические потери электроэнергии в городских условиях.