Совершенствование системы обслуживания устройств электроснабжения на основе мониторинга и диагностики

Техника и технологии

103

Библиографический список

1. Оптимизация системы ремонта локомотивов / А. В. Горский, А. А. Воробьев. - М. : Транспорт, 1994. - 208 с.

2. Прикладные задачи динамического программирования / Р. Беллман, С. Дрейфус. - М. : Наука, 1965. - 458 с.

3. Технологические методы повышения показателей безотказности бандажей колесных пар / А. В. Горский, А. А. Воробьев, И. В. Сима-кин и др. // Безопасность движения поездов : тр.

IV Научно-практической конференции. - М. : Моск. ин-т инженеров транспорта, 2003.

4. Определение оптимальных параметров технологического процесса ремонта тягового подвижного состава / И. С. Цихалевский, О. И. Ветлу-гина, М. М. Кудаяров // Вестник Уральского гос. ун-та путей сообщения. - 2011. - Вып. 4 (12). -С.31-38.

5. Методика и алгоритм оптимального распределения локомотивов по ремонтным предприятиям / А. В. Горский, А. В. Скребков, Т О. Чигамбаев, И. С. Цихалевский // Транспорт Урала. - 2008. -Вып. 3 (18). - С. 25-27.

УДК 621.331:621.31 1 Д. В. Барч

Петербургский государственный университет путей сообщения

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ

В соответствии с концепцией развития устройств электроснабжения ОАО РЖД выявлены закономерности отказов электрооборудования и определены условия повышения надежности тягового электроснабжения. На основе комплексного подхода к решению задачи диагностирования определена приоритетность включения в систему мониторинга оборудования для перехода к обслуживанию по фактическому состоянию. Реализация предлагаемой системы направлена на повышение надежности и снижение эксплуатационных расходов на содержание устройств электроснабжения.

автоматизация, устройства электроснабжения (СЦБ), концепция развития, контактная сеть, тяговые подстанции, задачи диагностирования, комплексный подход, мониторинг, обслуживание по состоянию.

Введение

Основные устройства электроснабжения на железнодорожном транспорте следует подразделять на оборудование тяговых подстанций, контактной сети и электроснабжения аппаратуры СЦБ. Обслуживание рассматриваемых устройств электроснабжения в первую очередь ориентировано на выполнение планово-предупредительных работ (ППР), т. е. производство проверок и ревизий оборудования в соответствии с графиком периодичности. Такая давно сложившаяся система обслуживания характеризуется неста-

бильностью выявления предаварийного состояния аппаратуры электроснабжения, что приводит к отказам и соответственно сбоям графика движения поездов, к неплановому отключению потребителей электроэнергии, повреждению дорогостоящего оборудования и другим аварийно-восстановительным издержкам.

1 Отказы устройств электроснабжения

Наиболее опасными в организации движения поездов являются повреждения устройств

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

104

Техника и технологии

контактной сети и СЦБ, поскольку устройства контактной сети не обладают резервом, а работа устройств СЦБ напрямую связана с безопасностью движения и пропускной способностью железнодорожных участков [1]. В качестве примера на рис. 1 показана диаграмма затрат, связанных с отказами устройств электроснабжения за 2009 г на Октябрьской железной дороге по основным видам оборудования контактной сети, электроснабжения устройств СЦБ и тяговых подстанций.

Периодичность серьезных отказов на тяговых подстанциях носит редкий характер, тем не менее материальный ущерб от перебоев электроснабжения потребителей и повреждения силового оборудования может быть достаточно высоким. Например, стоимость одного тягового трансформатора составляет десятки миллионов рублей. Поэтому необходимость диагностики устройств тяговых подстанций занимает особое место в сфере эксплуатации и обслуживания.

По методикам анализа статистических данных [2] отказов по устройствам контакт-

ной сети и электроснабжения нетяговых потребителей, характеризующих наиболее повреждаемое оборудование электроснабжения на Октябрьской железной дороге за 2003-2010 гг., построены диаграммы, представленные на рис. 2-3.

Для построения диаграмм был использован метод Парето, позволяющий разделить факторы, влияющие на возникшую проблему, на важные и не существенные для распределения усилий по ее решению. Диаграммы, построенные по данному принципу, являются разновидностью столбчатого графика с кумулятивной кривой, по которой факторы распределены в порядке уменьшения значимости. В основе диаграмм Парето лежит принцип 80/20, согласно которому 20 % причин приводят к 80 % проблем, поэтому целью построения диаграммы является выявление этих причин для концентрации усилий по их устранению.

На рис. 4 приведены данные анализа отказов устройств тяговых подстанций за пятнадцатилетний период (1994-2009 гг.).

Рис. 1. Диаграмма затрат, связанных с отказами устройств электроснабжения за 2009 г.

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Техника и технологии

105

Рис. 2. Диаграмма отказов устройств контактной сети за 2003-2010 гг.

Рис. 3. Диаграмма отказов устройств электроснабжения нетяговых потребителей за 2003-2010 гг.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

106

Техника и технологии

Рис. 4. Диаграмма отказов устройств тяговых подстанций хозяйства электрификации и электроснабжения железнодорожного транспорта за 1994-2009 гг.

На рассматриваемых диаграммах зона А соответствует устройствам, на долю которых приходится около 60 % от общего количества отказов. Зона С характеризуется устройствами, на долю которых приходится примерно 10-20 % отказов. Наиболее повреждаемыми в контактной сети и системе электроснабжения нетяговых потребителей являются провода и тросы. Для тяговых подстанций наибольшее количество отказов приходится на измерительные трансформаторы, изоляторы, высоковольтные выключатели и разъединители, в том числе отделители и короткоза-мыкатели.

2 Принципы создания

системы контроля устройств электроснабжения

Система контроля устройств электроэнергетики железнодорожного транспорта должна рассматриваться как сегмент «Единой корпоративной автоматизированной системы управления инфраструктурой» (ЕК АСУ -И). Этот сегмент должен быть интегрирован с разделом «Единая система мониторинга и

диагностирования устройств хозяйства электрификации и электроснабжения» (ЕСМД-Э) ЕК АСУ-И. Интегрированный с ЕСМД-Э комплекс должен строиться на основе информации от ранее разработанных элементов мониторинга и диагностики устройств электроснабжения. В основе рассматриваемого комплекса должны быть функции получения и обработки данных по предотказному состоянию объектов железнодорожной электроэнергетики. Верхний уровень системы должен обеспечивать обработку информации, поступающей от устройств диагностики, и выдачу определенных заданий для эксплуатационного персонала на производство работ при обслуживании по состоянию [3].

Диагностику устройств контактной сети следует подразделять на обходы с осмотрами, верховую диагностику, диагностику с использованием систем вагонов испытания контактной сети (ВИКС). Следует расширить функции контроля параметров контактной подвески в том числе и на ВИКС, например, дополнительно применять устройства для определения остаточного ресурса (износа) и внешних дефектов контактных проводов. Одним из приоритетных для применения на

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Техника и технологии

107

ВИКС устройств может стать система «Износ», создаваемая ООО «МСД-Холдинг», которая основана на принципе фиксации формы профиля изношенной части контактных проводов с последующим вычислением остаточной высоты или остаточной площади сечения проводов, а также измерением положения контактных проводов относительно оси токоприемника. В системе «Износ» должна применяться программа обработки данных, позволяющая определять износ контактных проводов и состояние стыковых зажимов, выявлять дефекты подвеса (перевороты проводов, наклоны фиксаторов, отрывы и другие дефекты, связанные с геометрическим расположением контактных проводов). Такими функциями обладает, например, испытательный комплекс Wear assessment 1.0.

Новый подход, дополняющий систему диагностики и мониторинга устройств контактной сети, предложен ООО «Мостовое бюро» (СДУМ КС). В основе данной измерительной системы лежит регистрация частотных характеристик проводов в различных условиях. СДУМ КС должна фиксировать обрыв жил несущего троса; контролировать метрологические показания контактной сети на основе построения математической модели в зависимости от состояния внешней среды; выявлять удары токоприемника по контактным проводам; определять остаточный ресурс несущего троса на основе контроля количества поврежденных и оборванных жил.

Рассматриваемые измерительные системы предназначены для выявления предаварийного состояния самых повреждаемых элементов контактной сети, т. е. контактных проводов и несущих тросов.

В рамках развития диагностики оборудования контактной сети и воздушных линий, расположенных вблизи железнодорожного полотна, значительную долю важной информации о состоянии призвана предоставить система контроля пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта. Такая система на основе лазерного сканирования объектов путевой инфраструктуры должна выдавать данные о соответ-

ствии фактических и нормативных значений геометрии контролируемых устройств. Например, функционал системы должен обеспечить определение нормативных габаритов между токоведущими и заземленными частями контактной сети и воздушных линий, расположенных вблизи железнодорожного полотна и пересекающих железнодорожные пути, проверку габарита опор и других объектов энергоснабжения относительно пути.

Для диагностики устройств электроснабжения нетяговых потребителей существенное значение имеет применение аппаратнопрограммного комплекса диспетчерского контроля (АПК ДК). АПК ДК позволяет заблаговременно выявлять некачественное электроснабжение и предотказные ситуации на постах электрической централизации и в модулях автоблокировки с тональными рельсовыми цепями и централизованным размещением аппаратуры (АБТЦ). В соответствии с данными системы АПК ДК выявляются причины снижения надежности и качества электроснабжения, разрабатываются и реализуются корректирующие мероприятия, например, регулировка уровня напряжения на комплектной трансформаторной подстанции (КТП), замена трансформатора КТП на трансформатор большей мощности и т. д. Для выявления причин низкокачественного электроснабжения, кроме того, используются комплексные измерения. К примеру, выполненные автором данной статьи одновременно на ст. Левашово и на тяговой подстанции Дюны в мае 2011 г. показали прямую зависимость напряжения на питающем фидере поста ЭЦ от уровня напряжения энергосистемы, которое изменяется в зависимости от суточного графика нагрузки.

К основным составляющим диагностики оборудования тяговых подстанций следует отнести: выполнение межремонтных испытаний силового оборудования в соответствии с «Инструкцией по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций электрифицированных железных дорог» ЦЭ-936; осмотры оборудования; использование комплексных передвижных систем диагностики (ЛДТ-1,

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

108

Техника и технологии

ЛИК и т. д.); использование специальных устройств диагностирования (тепловизоров, ультрафиолетовых и ультразвуковых устройств диагностики изоляции, хроматографов, тестеров вакуумных камер выключателей и т. д.); применение комплексных систем мониторинга и диагностики устройств электроснабжения. Среди комплексных стационарных систем мониторинга и диагностики оборудования тяговых подстанций [4] наиболее информативной является программа ООО «НИИЭФА-Энерго». Данная программа ориентирована на контроль ресурса высоковольтных выключателей. Эта функция реализована для быстродействующих (3,3 кВ) постоянного тока и высоковольтных (10 кВ) переменного тока выключателей тяговых подстанций участка Москва -Санкт-Петербург - Бусловская. В качестве источников информации для рассматриваемой программы используются устройства УПТН, ЦЗАФ-3,3 кВ, БМРЗ.

Имеются примеры организации на железнодорожном транспорте систем комплексной диагностики силовых трансформаторов с использованием устройств Tim 9, Hydran, Minitrans и организации диагностики изоляции оборудования РУ-10 кВ с использованием системы SG-Monitor, что, например, было осуществлено на тяговой подстанции «Хрустальная» Свердловской железной дороги.

На основе использования перечисленных устройств уже в настоящее время имеется возможность комплексного развития и внедрения интегрированной системы мониторинга и диагностики для перехода к обслуживанию устройств электроснабжения по состоянию.

3 Организация обслуживания устройств электроснабжения на базе интегрированной системы мониторинга и диагностики

Основополагающим направлением совершенствования системы обслуживания устройств электроснабжения на Октябрьской

железной дороге является создание центра диагностики и мониторинга устройств электроснабжения (ЦДМЭ). В сферу деятельности создаваемого центра должны войти [5]: выявление предотказного состояния и контроль за своевременным устранением причин повреждения устройств электроснабжения для предотвращения отказов и нарушений графика движения поездов; учет и анализ предотказных состояний для разработки корректирующих мер и увеличения срока службы оборудования; контроль за качеством выполнения работ по техническому обслуживанию устройств электроснабжения. Именно дорожный центр мониторинга и диагностики на основе использования систем диагностирования и подсистем ЕК АСУ -И должен стать структурой, обеспечивающей организацию интегрированной модели эксплуатации устройств электроснабжения по техническому состоянию с учетом сокращения объемов выполнения планово-предупредительных работ (ППР). На рис. 5 показана структура интегрированной информационной среды устройств электроснабжения железной дороги.

Среди основных задач, которые необходимо выполнить для реализации интегрированного подхода к организации обслуживания устройств электроснабжения, следует выделить: выявление объема работ для исключения из графика ППР в соответствии с новой системой обслуживания; определение принципа интеграции и объема информации для создания эффективного инструмента организации эксплуатации устройств электроснабжения по состоянию; определение оценки эффективности применения систем мониторинга и диагностики.

Заключение

Современные требования к надежности и качеству работы устройств электроснабжения не могут быть обеспечены только в рамках существующей системы плановопредупредительного обслуживания. К тому же уровень эксплуатационных затрат на

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Техника и технологии

109

Каналообразующая

аппаратура

Канал.

аппаратура

Общие серверные мощности

Центральный сервер системы

Серверные элементы системы верхнего уровня

Пользователь в.у.

Уровень железной дороги

Центр мониторинга и диагностики хозяйства электрификации и электроснабжения

Сеть передачи данных

Каналообразующая

аппаратура

Уровень дистанции электроснабжения Энергодиспетчерская дистанции электроснабжения

Канал.

аппаратура

Сервер с бора данных по объектам ЭЧК

Сервер сбора данных по объектам ЭЧС

Сервер сбора данных по объектам ЭЧК

1 круг

Пользователь ср.у.

Сервер с бора дан ных по объектам ЭЧЭ

Сервер сбора данных по объектам ЭЧС

Сервер сбора

2 круг данных по

объектам ЭЧЭ

Сеть передачи данных

Каналообразующая

аппаратура

Канал.

аппаратура

Сервер с бора данных

Уровень линейных объектов

Т1"

Терминал

защиты

Контроллер

устройства

Аналогичные

устройства

Пользователь н.у.

L

Устройства, контролирующие состояние оборудования тяговой сети, тяговых подстанций, районов электроснабжения

Подразделение, обслуживающее объект Место размещения устройств контроля

Район контактной сети Пост ЭЦ, здание ЭЧК

Тяговая подстанция Тяговая подстанция, ПС, ППС, АТП, ПГП

Район электроснабжения Пост ЭЦ, здание ЭЧС, ТП, ПП, РТП, РП, КТП

Рис. 5. Структура интегрированной информационной среды устройств электроснабжения железной дороги

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

110

Техника и технологии

содержание устройств электроснабжения требует существенного снижения, что невозможно без изменения системы обслуживания устройств железнодорожной электроэнергетики. На сегодняшний день наиболее перспективной является интегрированная организация обслуживания устройств электроснабжения, основанная на применении методов статистического и математического анализа, современных устройств и систем диагностики, а также систем непрерывного мониторинга состояния устройств электроснабжения.

В данной статье указаны основные закономерности распределения отказов электрооборудования, определены условия повышения надежности тягового электроснабжения, описаны современные и перспективные автоматизированные системы диагностики, мониторинга и эксплуатации устройств электроснабжения. На основе комплексного подхода к задаче диагностирования определены перечни и приоритетность включения в систему мониторинга оборудования для перехода к обслуживанию по фактическому состоянию. Определены основные задачи, требующие приоритетного решения для реализации интегрированной модели обслуживания железнодорожной электроэнергетики.

Библиографический список

1. Перспективы автоматизации устройств электроснабжения на Октябрьской железной дороге / Д. В. Барч // Шаг в будущее. Неделя науки. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. - C. 86-89.

2. Анализ работы и повышение надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог / С. М. Сердинов. - М. : Транспорт, 1975. - 369 с.

3. Комплексный подход к задаче диагностирования оборудования и управления тяговыми подстанциями постоянного и переменного тока / В. Ф. Грачев // Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте : материалы Пятого Международного симпозиума «Элтранс» 20-23 октября 2009 г. -СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010.- С. 376-385.

4. Система мониторинга и диагностики силового и коммутационного оборудования тяговых подстанций / Е. Н. Розенберг, С. К. Басыров // Евразия-вести. - 2011. - С. 15.

5. Концепция развития и внедрения технического диагностирования в хозяйстве электрификации и электроснабжения ОАО РЖД : утв. 15.09.2011, № 00-02-06/2252. - М., 2011.

УДК 62-97/-98

А. П. Бирюков

Петербургский государственный университет путей сообщения

РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК МОЛНИЕВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ,

ВОЗНИКАЮЩИХ НА СОПРОТИВЛЕНИЯХ ЗАЗЕМЛЕНИЙ

Анализ электромагнитной обстановки на объектах железнодорожной автоматики и телемеханики (АТ) является одной из актуальных задач обеспечения бесперебойности их работы. В существующей нормативной документации отсутствуют методики расчётов, учитывающие энергетические характеристики токов молнии вкупе с динамикой происходящих процессов. Необходим теоретический расчёт динамического сопротивления заземлителей при воздействии на них токов молнии для возможности его учёта при проектировании устройств АТ. Автором рассматриваются математические модели молниевых перенапряжений, возникающих на стержневых заземлителях. Показано, что процесс ионизации грунта существенно влияет на характеристики этих перена-

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University