СПОСОБ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА
METHOD OF DRYING THE INSULATION OF TRACTION ELECTRIC MOTORS

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к тяговым электродвигателям электровозов, и может быть применимо к другим видам электроподвижного состава.
В процессе эксплуатации электровозов в осеннее, зимнее и весеннее время происходит увлажнение изоляции тяговых электродвигателей. Это приводит к резкому снижению сопротивления, а иногда и к пробою изоляции. Причиной увлажнения изоляции является более медленный нагрев ее по отношению к окружающему воздуху. Более теплый окружающий воздух при соприкосновении с изоляцией охлаждается, при этом его влажность уменьшается и излишки водяных паров оседают на поверхности в виде росы или инея. Особенно отпотевает изоляция тяговых электродвигателей при постановке электровозов в отапливаемый цех в зимнее время. Влажная изоляция приводит к снижению сопротивления изоляции тяговых электродвигателей, что может привести в процессе эксплуатации к пробою изоляции и выходу электровоза из строя.
Известен способ сушки тяговых электродвигателей электровоза методом взаимной нагрузки. Схема питается непосредственно от контактной сети напряжением 3000 В. Величина тока, протекающего через обмотки тяговых электродвигателей, регулируется с помощью вывода пусковых резисторов. Якорные цепи тяговых электродвигателей включены последовательно, а обмотки возбуждения соединены встречно. При такой схеме подключения якоря двигателей будут стремиться вращаться в разные стороны. Но поскольку роль жесткой связи в данном случае играет рельс, двигатели не будут вращаться. Однако из-за протекания тока по их якорным обмоткам и обмоткам возбуждения будет происходить их нагрев и сушка (см. Межвузовский сборник научных трудов с международным участием «Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте», стр. 208-210. Авторы Гордеев И.П. и др. «Технология интенсивной сушки изоляции ТЭД электровозов ВЛ 10», г. Самара, 2001 г.). Процесс сушки осуществляется силами локомотивной бригады техническими средствами электровоза.
Недостатком известного способа является низкая надежность, отсутствие контроля за процессом сушки электродвигателей локомотива. Используемые пусковые сопротивления имеют ограничения по применению их по времени. Во время сушки они перегреваются, что может привести к выходу их из строя. Также имеются ограничения по величине токовых нагрузок. Так как роль жесткой связи между двигателями выполняет рельс, то повышение токовых нагрузок невозможно: из-за увеличения тока возрастает сила тяги каждого тягового двигателя и при повышении сил тяги возможен срыв колесных пар в боксование с пропиловкой рельса. В целом способ характеризуется низким коэффициентом полезного действия, связанным с нецелесообразным нагревом пусковых резисторов.
Известный способ сушки электрической изоляции тяговых электродвигателей может быть использован при техническом обслуживании и ремонте тягового железнодорожного подвижного состава с помощью специального стационарного устройства (см. Патент РФ на полезную модель №49654, кл. Н02К 15/12, опубл. 27.11.2005, заявка №2005123497/22 от 25.07.2005). Данное устройство снабжено средством принудительной циркуляции теплоносителя по замкнутому циклу и пультом автоматического управления сушкой изоляции тяговых электродвигателей по заданной программе с возможностью обеспечения синхронного и (или) независимого контроля текущих значений температуры влажного воздуха, градиента рабочей температуры воздуха в камере сушки и температуры нагрева поверхности изоляции тяговых электродвигателей. Устройство для сушки электрической изоляции расположено в цехе локомотивного депо.
Недостатком известного способа сушки изоляции тяговых электродвигателей является необходимость наличия специального сложного устройства для осуществления сушки, необходимость обслуживающего персонала для данной установки, отсутствие мобильности. Для этого способа обязательна постановка локомотивов в цех локомотивного депо.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ профилактики тяговых электродвигателей (см. Патент РФ на изобретение №2014710, кл. Н02К 15/12, опубл. 15.06.1994, заявка №4878772/07 от 29.08.1990). При этом способе производят профилактическую сушку изоляции тяговых электродвигателей, подключая заземленные группы электродвигателей к контактной сети и производя торможение электровоза. С целью повышения эффективности процесса путем снижения времени сушки и расхода электроэнергии в качестве указанного торможения используют электродинамическое торможение, включая встречно катушки возбуждения каждой группы равного количества электродвигателей электровоза.
Процесс профилактики тяговых электродвигателей производится следующим образом. Электровоз подключают к контактной сети. Обмотки возбуждения первой и второй групп тяговых электродвигателей включают так, чтобы их вращающие моменты были равны и направлены встречно. При этом движение электровоза происходит в результате нарушения равновесия моментов путем ослабления магнитного потока тяговых электродвигателей первой группы с помощью специального резистора, а направление движения электровоза определяется направлением вращающего момента второй группы тяговых электродвигателей. Процесс сушки осуществляет локомотивная бригада техническими средствами самого электровоза.
Недостатком известного способа профилактики является то, что целью способа является не полноценная сушка изоляции, а только профилактика тяговых электродвигателей. Для проведения профилактики необходимо выделять технологические окна в графике движения поездов при нахождении профилактируемого электровоза на магистральных линиях или предоставлять прямые участки тракционных путей при нахождении электровоза в депо. При этом имеются нецелевые затраты энергии на нагрев специального резистора и механические потери при движении электровоза. Также недостатком данного способа профилактики является невозможность производства сушки тяговых электродвигателей на стоянке. При наличии инея или отпотевании обмоток тяговых электродвигателей при длительном стоянии электровоза может произойти резкое снижение сопротивления и надежности изоляции обмоток тяговых электродвигателей, что может при трогании электровоза с места привести к пробою изоляции. Недостатком способа также является отсутствие схемы активного контроля сопротивления изоляции тяговых электродвигателей.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является производство эффективной токовой сушки изоляции тяговых электродвигателей собственными техническими средствами электровоза силами машиниста с эффективным целевым расходом электроэнергии.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в известном способе сушки изоляции тяговых электродвигателей электровоза, при котором производят токовую сушку с использованием собственных технических средств электровоза, процесс сушки охватывает не менее одной группы тяговых электродвигателей, включающей тяговые электродвигатели одной тележки электровоза, и проводится под управлением микропроцессорной системы управления и диагностики электровоза с использованием схемы активного контроля сопротивления изоляции групп тяговых электродвигателей с помощью встроенных в схему измерителей сопротивления изоляции непосредственно на электровозе при его стоянке подачей напряжения от контактной сети через токоприемник к преобразователю собственных нужд для питания его статическим преобразователем просушиваемых тяговых электродвигателей каждой группы постоянным током низкого напряжения в (300 ± 15) А, обмотки возбуждения и обмотки якорей которых включают режимными переключателями в последовательные цепи, а электрические цепи защиты тяговых электродвигателей от бросков токов, параллельные к соответствующим электрическим цепям просушиваемых обмоток тяговых электродвигателей, отключают от схемы сушки изоляции обмоток тяговых электродвигателей. Не подвергаемые сушке группы тяговых электродвигателей отключают от питания электрическим током. При этом процесс сушки в зависимости от влажности изоляции включает до четырех циклов, в каждом из которых производится в течение 30 минут пропускание тока, затем в течение 30 секунд - вентиляция и замер сопротивления изоляции. Во время процесса сушки отключенные группы тяговых электродвигателей могут подвергаться вентиляции. При этом отключение электрических цепей защиты тяговых электродвигателей от бросков токов, параллельных к соответствующим электрическим цепям просушиваемых обмоток тяговых электродвигателей, может быть произведено путем введения между силовыми контактами режимных переключателей, отвечающих за подключение цепей защиты, изолирующих диэлектрических вставок. Функция измерителей сопротивления изоляции обмоток тяговых электродвигателей может быть выполнена штатными мегаомметрами.
Сущность заявляемого изобретения поясняется схемой на фиг. 1, где изображены электрические силовые цепи, формируемые в секции электровоза для производства сушки изоляции, при этом позиционные обозначения элементов и устройств, формирующие электрические цепи для сушки, представлены как на рабочей электрической принципиальной схеме силовых цепей электровоза. Схема выполнена разнесенным способом для варианта сушки изоляции двух групп тяговых электродвигателей одной секции электровоза.
Предлагаемый способ сушки тяговых электродвигателей с использованием собственных технических средств электровоза осуществляется на основе преобразованных для производства сушки изоляции тяговых электродвигателей силовых цепей электровоза (см. Электровоз 2ЭС6 «Синара» / Под ред. В.В. Брексона. - г. Верхняя Пышма: ООО «Уральские локомотивы», 2015. - 328 с.). В тяговом режиме питание обмоток якорей производится от контактной сети, а обмоток возбуждения - от статического преобразователя А2-1 и А2-2 преобразователя собственных нужд А2. При этом обеспечивается независимое возбуждение, так как преобразователь собственных нужд А2 создает условия гальванической развязки вторичных цепей питания контактной сети. При предложенной токовой сушке питание как обмоток возбуждения, так и обмоток якорей тяговых электродвигателей производится от статического преобразователя А2-1 и А2-2 преобразователя собственных нужд А2, при этом обмотки возбуждения подключаются последовательно к соответствующим электрическим цепям якорей. Напряжение контактной сети подается на вход шкафа защит А1 включением коммутационного оборудования электровоза: разъединителя QS1, быстродействующего выключателя QF1, линейных контакторов КМ1 и КМ2, переключателя QR2. Далее напряжение подается на преобразователь собственных нужд А2.
Подача напряжения идет через дифференциальное реле КА2. Включение быстродействующего выключателя QF1 производится в последнюю очередь после поднятия токоприемника ХА1. Для электрического соединения силовой цепи через разъединитель QS6 с рельсами (с «землей») предназначены токосъемники ХА2 - Х5, соединенные с каждой колесной парой. Дополнительного преобразования напряжения в шкафу защит А1 не происходит, и на выходе шкафа защит А1 при нормальной работе формируется напряжение контактной сети.
Для сглаживания импульсной составляющей входного напряжения и ограничения входных токов в шкафу защит А1 применен L-C - фильтр. Статическими преобразователями А2-1 и А2-2 производится преобразование напряжения контактной сети в напряжение, при котором производится регулирование тока для обмоток возбуждения. Статические преобразователи А2-1 и А2-2 задействованы в цепях обмоток возбуждения тяговых электродвигателей M1 и М2, М3 и М4. При сушке изоляции тяговых электродвигателей пусковые резисторы R3 и R4 модуля пускотормозных резисторов целиком выводятся из цепи тяговых электродвигателей. В этой позиции пусковые резисторы R3 и R4 полностью шунтированы контакторами К23, К24 и К25, а вентиляторы охлаждения модулей пускотормозных резисторов с электродвигателями М11 и M12 отключены. С помощью режимных переключателей QP3 и QP4 формируются два электрических контура 1 и 2 для сушки изоляции тяговых электродвигателей M1 и М2, М3 и М4, соответственно.
При производстве сушки только одной группы тяговых электродвигателей, например M1 и М2, тяговые двигатели М3 и М4 отключают и формируют только электрический контур 1. Прохождение токов для питания преобразователя собственных нужд А2 и токов для сушки изоляции тяговых электродвигателей M1, М2, М3 и М4 показано на фиг. 1 штрихпунктирными с двумя точками линиями.
В контур 1 входят: статический преобразователь А2-1, режимный переключатель QP3, контакторы К33, К37, К25, К23, К24 и К27, реверсивный переключатель QP1, якорные обмотки и обмотки возбуждения тяговых двигателей M1 и М2, контактор К31. В контур 2 входят: статический преобразователь А2-2, режимный переключатель QP4, контакторы К34, К38, К25, К23, К24 и К28, реверсивный переключатель QP2, якорные обмотки и обмотки возбуждения тяговых двигателей М3 и М4, контактор К32. Под главные контакты 1 и 2 режимных переключателей QP3 и QP4 подкладывают изолирующие диэлектрические прокладки для отключения цепей защиты тяговых электродвигателей от бросков токов, параллельных к соответствующим электрическим цепям просушиваемых обмоток тяговых двигателей и включающих в свой состав реакторы L2 и L3.
двиг.
двиг.
двиг.
двиг.
Для измерения сопротивления изоляции в силовые цепи электровоза введены измерители UZ3 и UZ4, которые обеспечивают активный контроль на мониторе пульта управления машиниста. Для сушки изоляции тяговых двигателей в электрические контуры 1 и 2 статическим преобразователем А2-1 подается ток J = (300 ± 15) А. Суммарное сопротивление обмоток тягового двигателя R = 0,0839 Ом. При таких параметрах электрической цепи напряжение на обмотках тяговых двигателей при последовательном соединении UR = 300*0,0839 = 25,2 В. Упомянутые параметры недостаточны для создания просушиваемыми тяговыми двигателями страгивающего с места электровоз вращающего момента. Разъемы Х3 и Х4 предназначены для подключения следующей секции электровоза.
Предложенный способ сушки изоляции тяговых электродвигателей электровоза осуществляется силами только машиниста следующим образом. Электровоз должен стоять неподвижно на рельсовом пути под контактным проводом. Для подстраховки на основании Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации должны быть включены тормоза электровоза, при этом износ рельсов и тормозов отсутствует. Сушке могут подвергаться выборочно от одной группы тяговых электродвигателей, включающей двигатели одной тележки, до нескольких групп двигателей или даже все группы двигателей как секций, так и электровоза в целом. Потребление электрической энергии идет целенаправленно только на сушку и вентиляцию изоляции обмоток тяговых электродвигателей. Процесс сушки происходит под управлением микропроцессорной системы управления и диагностики с использованием схемы активного контроля с помощью встроенных в схему измерителей UZ3 и UZ4, функцию которых выполняют мегаомметры.
При сушке изоляции для исключения нецелевых расходов электроэнергии пусковые резисторы R3 и R4 модуля пускотормозных резисторов целиком выводят из электрической цепи. Сушке подвергаются тяговые электродвигатели с недопустимым для эксплуатации низким сопротивлением изоляции. Не подвергаемые сушке тяговые двигатели отключают. Поднятием токоприемника ХА1, включением быстродействующего выключателя QF1 преобразованная для осуществления процесса сушки силовая схема электровоза запускается с пульта управления машиниста. Для запуска процесса сушки требуется только выбрать на мониторе «Сушка ТЭД» и группу просушиваемых тяговых электродвигателей.
Далее микропроцессорная система управления и диагностики осуществит автоматически процесс сушки до конца. В случае возникновения аварийных процессов также все автоматически прекращается с выдачей сообщения о причинах приостановки или срабатывания зашиты. К просушиваемым двигателям от статического преобразователя А2-1 преобразователя собственных нужд А2 подается ток в (300 ± 15) А, а напряжение на каждом осушаемом двигателе около 25 В. При этом общий ток потребления от контактной сети около 20 А, что обеспечивает длительное стояние электровоза под контактным проводом, а низкое напряжение на двигателях исключает пробой изоляции.
Обмотки якорей и обмотки возбуждения каждой просушиваемой группы тяговых электродвигателей включают режимными переключателями в последовательные цепи. Электрические цепи защиты просушиваемых тяговых электродвигателей от бросков токов, параллельные к соответствующим электрическим цепям просушиваемых обмоток, отключают от электрической схемы сушки. Для этого между силовыми контактами режимных переключателей, отвечающих за подключение цепей защиты, вводятся изолирующие диэлектрические прокладки. Процесс сушки состоит из четырех циклов, в каждом из которых производиться в течение 30 минут пропускание тока, а затем в течение 30 секунд - вентиляция. Кратковременная вентиляция для просушиваемых тяговых электродвигателей необходима для удаления из тягового двигателя возникающих при нагреве изоляции обмоток паров воды с целью исключения вторичного осаждения влаги. С целью исключения попадания пыли и снега в не подвергаемые сушке или уже подвергнутые сушке тяговые электродвигатели для них в течении всего процесса сушки проводят вентиляцию.
Предложенный способ сушки изоляции тяговых электродвигателей прошел опытную проверку на электровозе 2ЭС6, показал высокую эффективность при минимальных энергетических затратах (снижении затрат более 100 раз по сравнению с вышеперечисленными аналогами) и повышение показателей безаварийной работы электровоза. Способ рекомендован к серийному внедрению на электровозах грузовых постоянного тока 2ЭС6 с коллекторными тяговыми электродвигателями.