УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВАГОНОВ-ТЕРМОЦИСТЕРН

Заявленная полезная модель относится к области обслуживания, содержания и ремонта подвижного состава железнодорожного транспорта, в частности к безотцепному обслуживанию, контролю, диагностике и ремонту электрооборудования вагонов-термоцистерн для транспортирования расплавленных химических продуктов - серы и др.
При контроле и диагностике электрооборудования вагонов-термоцистерн с термостатированным котлом и электрообогревом для перевозки жидкой серы при техническом обслуживании и ремонте оценивают состояние разъема управления, проводов цепи управления, управляющих контактов термореле и ручного выключателя разогрева, состояние трех штепсельных разъемов трехфазного питания 380 В, 50 Гц и подключенных к ним трех независимых групп проводов, предохранителей и трубчатых электрических нагревателей (ТЭН), а также определяют срок очередной калибровки термореле и соответствие параметров подлежащего калибровке термореле. Результаты контроля и диагностики фиксируют в специальных журналах. ТЭН в каждой независимой группе разбиты на три подгруппы, включенные по схеме звезды с изолированной (от корпуса цистерны) нейтралью. Каждая подгруппа содержит четыре ТЭН, включенных параллельно. Конструктивно подгруппы выполнены в виде отдельных секций по четыре либо по два ТЭН в каждой из них.
В пределах одной секции электропитание подводится от одной фазы относительно общего для всей группы провода нейтрали. Номинальная мощность одного ТЭН составляет 2,5 кВт. Соответственно, мощность подгруппы ТЭН 10 кВт, а мощность группы ТЭН 30 кВт. Суммарная мощность всех групп ТЭН вагона-термоцистерны составляет 90 кВт.
Из существующего уровня техники широко известны средства [1], [2] для контроля и диагностики электрооборудования вагонов-термоцистерн, которые выполнены в виде стационарного стенда, представляющего собой электрический шкаф, содержащий ввод трехфазной питающей сети с номинальным рабочим напряжением трубчатых электронагревателей (ТЭН) и номинальной мощностью всех групп ТЭН, либо номинальной мощностью одной группы ТЭН (в этом случае диагностика трех групп ТЭН проводится не одновременно, а методом последовательных подключений), коммутирующие управляемые аппараты по числу одновременно контролируемых групп ТЭН, амперметры в каждой группе по числу секций ТЭН группы, реле управления, кабель с разъемом управления и кабели с силовыми разъемами по числу коммутирующих управляемых аппаратов. Цепи управления коммутирующими аппаратами стационарного стенда через кабель управления включены последовательно с элементами и цепями управления контролируемого вагона-термоцистерны. Состояние изоляции электрооборудования вагона-термоцистерны оценивают с помощью мегаомметра. Состояние элементов электрооборудования нагрева вагона-термоцистерны (силовых штепсельных разъемов, предохранителей, электрических цепей и трубчатых электронагревателей) оценивают по токам потребления секционированных подгрупп каждой группы ТЭН, исходя из показаний соответствующих амперметров стационарного стенда. Состояние элементов цепи управления нагревом (разъема и цепи управления, выключателя разогрева и термореле ограничения температуры нагрева вагона-термоцистерны) оценивают по соответствию функционирования для различных состояний элементов, в частности выключателя нагрева вагона-термоцистерны.
Общими недостатками известных технических средств являются:
высокий уровень контрольного напряжения, представляющий потенциальную опасность для персонала;
необходимость оборудования стационарных пунктов обслуживания с подводом мощной электросети (подвод значительной мощности не позволяет выполнить устройство для контроля и диагностики электрооборудования вагонов-термоцистерн мобильным или переносным);
технологическая привязка к стационаргному контрольно-ремонтному посту и узкая специализация проводимого технического воздействия - только контроль сопротивления цепей и ТЭН (сопротивления изоляции электрооборудования контролируют в ходе отдельной технологической операции посредством мегаомметра);
необходимость постоянного маневрирования составом из обслуживаемых вагонов-термоцистерн для подачи каждой из них в зону досягаемости подключения кабелей от стационарных пунктов контроля и, как следствие, большое время, необходимое для проведения контроля и диагностики при техническом обслуживании состава из вагонов-термоцистерн;
большая трудоемкость и неудобство ручного ведения журнальных записей о состоянии и ремонтах приписного парка вагонов-термоцистерн, а также ручного поиска в этих записях сведений о дате последней калибровки термореле вагона-термоцистерны по номеру вагона;
необходимость персоналу, производящему диагностику при оценке количества исправных трубчатых электронагревателей в секции помнить контрольные пороги по токам и учитывать поправки на колебания напряжения в питающей сети;
необходимость использования для контроля состояния сопротивления изоляции, а так же для локализации неисправного участка последовательной цепи при диагностировании дополнительных устройств - мегаомметра и омметра, что дополнительно увеличивает трудоемкость контроля.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является использование омметра для проверки потребляемой мощности ТЭН в холодном состоянии измерением их активного сопротивления [3]. Использование в качестве омметра переносного мультиметра с аккумуляторным или батарейным питание, имеющего режим мегаомметра, позволяет также одним прибором контролировать сопротивление изоляции групп цепей электрооборудования, проводить диагностику и обслуживание состава из вагонов-термоцистерн непосредственно на подъездных путях вне стационарных пунктов контроля, исключив необходимость постоянного маневрирования составом из обслуживаемых вагонов-термоцистерн.
Недостатками такого технического решения являются:
1. Большая трудоёмкость и неудобство постоянных ручных переключений в ходе диагностических измерений из режима омметра в режим мегаомметра и обратно, а также ручных переключений измерительных щупов мультиметра с одних контактов разъёмов вагона-термоцистерны на другие, причём для цепи управления измерения сопротивления производят для двух возможных положений выключателя нагрева на панели подключений вагона-термоцистерны;
2. Необходимость постоянного ручного ведения записей параметров состояния электрооборудования вагона-термоцистерны в журнал обслуживания в полевых условиях;
3. Необходимость для учёта влияния температуры, при которой производится измерение активного сопротивления и диагностика ТЭН (учёта температурных коэффициентов сопротивлений ТЭН), использовать разные пороговые значения величин сопротивлений для различных сезонных диапазонов температур и в зависимости от числа неисправных ТЭН (разные температурные профили);
4. Необходимость постоянного ручного поиска записей в журнале обслуживания о сроке очередной калибровке термореле диагностируемого вагона-термоцистерны.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является создание мобильного переносного устройства с аккумуляторным питанием, позволяющего осуществлять безотцепную и безманевровую комплексную безопасную диагностику электрооборудования железнодорожного подвижного состава из вагонов-термоцистерн с меньшей трудоемкостью и большим удобством для персонала, производящего диагностику и ремонт, а также позволяющего автоматически идентифицировать персонал по электронному ключу, вести запись результатов контроля и параметров цепей электрооборудования для каждого диагностируемого вагона-термоцистерны с привязкой к его номеру, производить автоматическое датирование записи факта замены термореле с истекшим сроком калибровки на калиброванное, автоматически определять неисправные цепи и индицировать неисправности, в том числе количество неисправных трубчатых электронагревателей в каждой секции с учетом температуры среды в зоне контроля, и автоматически извещать о приближении или истечении срока калибровки термореле для введённого номера вагона. Устройство также должно обеспечивать выгрузку результатов контроля и диагностики обслуженных вагонов-термоцистерн в конце смены через стандартный порт в основной компьютер, на котором осуществляется ведение актуальной базы данных по всему вагонному парку участка обслуживания, синхронизация данных парка мобильных устройств участка обслуживания, визуализация и распечатка протоколов диагностики, сшиваемых в журнал учёта обслуживания, статистическая обработка базы данных по диагностике и обслуживанию.
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является то, что снижается трудоемкость и упрощается работа с устройством, исключается необходимость ведения ручных записей результатов диагностики, автоматизируется идентификация персонала и ограничение доступа к базе данных обслуживания, автоматизируется выбор температурного профиля, коммутация диагностируемых цепей, а также автоматизируется ведение диагностической базы данных вагонного парка в электронном виде, обеспечивающем возможность автоматизации аналитики обслуживания, ремонтов и прогнозирования потребностей в запасных частях.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство содержит первый и второй источники эталонного тока, щупы измерительные, первую, вторую и третью схемы приведения уровней, часы реального времени, клавиатуру, первый интерфейсный порт, дисплей, звуковой излучатель, процессор, аккумуляторную батарею, преобразователь напряжения, управляющий разъём, силовой разъём, зажим, коммутатор контролируемых цепей, второй интерфейсный порт и датчик температуры, причём выход первого источника эталонного тока подключен ко входу первой схемы приведения уровней, выход второго источника эталонного тока подключен ко входу второй схемы приведения уровней, выходы первой, второй и третьей схем приведения уровней подключены соответственно к первому, второму и третьему аналоговым входам процессора, часы реального времени, клавиатура и первый интерфейсный порт подключены соответственно первому, второму и третьему портам процессора, дисплей и звуковой излучатель подключены соответственно к первому и второму управляющим выходам процессора, а выход аккумуляторной батареи подключен ко входу третьей схемы приведения уровней и ко входу преобразователя напряжения, первый и второй источники эталонного тока подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора контролируемых цепей, управляющий разъём, силовой разъём, зажим и щупы измерительные подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвёртому выходам коммутатора контролируемых цепей, вход управления коммутатора контролируемых цепей подключен к третьему управляющему выходу процессора, второй интерфейсный порт подключен к четвёртому порту процессора, а датчик температуры подключен к четвёртому аналоговому входу процессора
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема заявленного устройства для контроля и диагностики электрооборудования вагонов-термоцистерн.
Работает устройство следующим образом. Первый источник эталонного тока 1 формирует тестовый сигнал контроля сопротивлений цепей электрооборудования вагона-термоцистерны, второй источник эталонного тока 2 формирует тестовый сигнал контроля сопротивлений изоляции независимых групп цепей. Тестовые сигналы в определённой последовательности полуавтоматического диагностического режима коммутируются на контакты управляющего разъема 3, контакты силового разъема 4 и зажим 5, либо на щупы измерительные 6 в ремонтном режиме посредством коммутатора контролируемых цепей 7 через его первый и второй входы и первый, второй, третий и четвертый выходы. Сигналы с выходов первого источника эталонного тока 1 и второго источника эталонного тока 2, пропорциональные сопротивлениям подключенных к ним соответствующих сопротивлений цепей и сопротивлений изоляции групп цепей через первую схему приведения уровней 8 и вторую схему приведения уровней 9 соответственно поступают на первый и второй аналоговые входы процессора 10 со встроенным аналого-цифровым преобразователем, источником опорного напряжения и энергонезависимым модулем памяти, осуществляющего их измерение и запись синхронно с управлением коммутатором контролируемых цепей 7 с третьего управляющего выхода процессора 10 через вход управления коммутатора контролируемых цепей 7.
Часы реального времени 11, подключенные к первому порту процессора 10 обеспечивают все диагностические записи метками дат и времени. Посредством клавиатуры 12, подключенной ко второму порту процессора 10 осуществляют ввод номера диагностируемого вагона-термоцистерны, отметки о замене термореле, а также переключение режимов и подрежимов устройства. Посредством первого интерфейсного порта 13, подключенного к третьему порту процессора 10, в конце смены осуществляют выгрузку произведенных диагностических записей из устройства в основной компьютер, на котором осуществляется ведение актуальной базы данных по всему вагонному парку участка обслуживания, а также синхронизацию базы данных устройства по датам калибровки термореле приписного вагонного парка в начале смены с актуальной базой данных основного компьютера. Посредством второго интерфейсного порта 14, подключенного к четвертому порту процессора 10, осуществляют идентификацию проводящего диагностику персонала по электронному ключу, предоставляющему доступ в полуавтоматический режим диагностики с записью результатов контроля.
Дисплей 15, подключенный к первому управляющему выходу процессора 10, осуществляет индикацию номера диагностируемого вагона-термоцистерны, результатов идентификации персонала, сообщений о необходимости замены термореле на калиброванное, предписывающих сообщений о необходимости и порядке подключения силового разъема 4 к одной из трех групп ТЭН в полуавтоматическом режиме, а также индикацию режимов и подрежимов устройства, результатов диагностики электрооборудования. Звуковой излучатель 16, подключенный ко второму управляющему выходу процессора 10 сигнализирует исправность цепей в ремонтном режиме ручной прозвонки щупами 6. При сопротивлении цепи менее порога замкнутой цепи выдается непрерывный тональный звуковой сигнал. В диапазоне сопротивлений цепи от порога замкнутой цепи до порога наличия в цепи хотя бы одного исправного ТЭН выдается прерывистый тональный звуковой сигнал. При сопротивлении цепи более порога наличия в цепи хотя бы одного исправного ТЭН звуковой сигнал не выдается. Этопозволяет ремонтному обслуживающему персоналу локализовать большинство неисправностей без считывания результатов измерения сопротивления контролируемой цепи с дисплея 15. Щупы измерительные 6 устройства используются только в ремонтном режиме для локализации неисправностей цепей и элементов, запись в память результатов измерений в ремонтном режиме не производится.
Датчик температуры 17, подключенный к четвертому аналоговому входу процессора 10, автоматически определяет температуру наружного воздуха и автоматически предлагает соответствующий температурный профиль для расчета количества исправных ТЭН. Профиль учитывает температурные коэффициенты сопротивлений ТЭН.
Уровень остаточного заряда аккумуляторной батареи 18 контролируется процессором 10 с помощью третьей схемы приведения уровней 19, ко входу которой аккумуляторная батарея 18 подключена. С выхода третьей схемы приведения уровней 19 сигнал, пропорциональный напряжению аккумуляторной батареи 18, поступает на третий аналоговый вход процессора 10.
Выход аккумуляторной батареи 18 также подключен ко входу преобразователя напряжения 20, обеспечивающему необходимыми напряжениями питания все функциональные блоки устройства.
Изготовлен опытный образец полезной модели, его внедрение в Астраханском филиале ООО “Газпромтранс” запланировано на третий квартал 2014 года, а в Оренбургском филиале ООО “Газпромтранс” внедрение полезной модели планируется осуществить в 2015 году.
Библиографические данные источников информации
1. Вагон-цистерна для серы модель 15-1482. Техническое описание иинструкция по эксплуатации 1482.00.000 ТО / Производственное объединение «Ждановтяжмаш», 1978.
2. НАОП 1.3.11-5.02-85. Инструкция по эксплуатации и техобслуживанию железнодорожных вагонов-цистерн с электрообогревом для перевозки жидкой серы / Министерство по производству минеральных удобрений. Ждановский металлургический институт. Всесоюзный научно-исследовательский институт серной промышленности с опытным заводом (ВНИПИсера), 1985.
3. ГОСТ 13268-88. Электронагреватели трубчатые / Государственный комитет СССР комитет по стандартам, 1988, с. 7 (п. 5.7).