Оценка риска отказа участка контактной сети

Литература:

1. Галушкин А.И. Нейроматематика (проблемы развития): научное издание / А.И. Галушкин. - М.: Радиотехника, 2003. - 40 с.

2. Леоненков А.В. Нечёткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH / А.В. Леоненков. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 736 с.

3. Ведякова А.О. Идентификация в условиях внешнего возмущения с использованием нейронных сетей/А.О. Ведякова// International Journal of Open Information Technologies.Vol. 2. - 2014. - №3(2014). - P. 18-22.

4. Ebada A. Intelligent techniques-based approach for ship maneuvering simulations and analysis (Artificial Neural Networks Application) Doktor-Ing. genehmigte Dissertation, Institute of Ship Technology und Transport Systems / Adel Ebada, Germany. - 2007. - 156 p.

5. Moreira L. Dynamic model of maneuverability using recursive neural networks / L.Moreira, C. Guedes Soares // Ocean Engineering. - 2003.

- 30. - P. 1669-1697.

6. Xu T. A Novel Approach for Ship Trajectory Online Prediction Using BP Neural Network Algorithm / Tingting Xu, Xiaoming Liu, Xin Yang // Advances in information Sciences and Service Sciences (AISS). - 2012. - Vol.4 (11). - P. 271- 277.

7. Дерябин В.В. Применение нейронной сети в модели счисления пути судна /В.В. Дерябин// Эксплуатация морского транспорта. -2011. - № 3(65) - С. 20-27.

8. Дерябин В.В. Прогнозирование скорости дрейфа судна на основе нейронной сети /В.В. Дерябин // Транспортное дело России. -2014. - № 5 - С. 3-7.

9. Дерябин В.В. Модель движения судна в горизонтальной плоскости / В.В. Дерябин // Транспортное дело России. - 2013. - №6 - С. 60-67.

10. Levenberg K., A Method for the Solution of Certain Problems in Least Squares / K. Levenberg // Quart. Appl. Math. - 1944. - Vol.2 - P. 164-168.

11. Marquardt D., An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters / D. Marquardt // SIAM J. Appl. Math. - 1963. - Vol.11

- P. 431-441.

12. Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей: Пер. с англ. / Р. Каллан. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - 288 с.

13. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс: Пер. с англ. / С. Хайкин. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. - 1104 с.

УДК 621.332.

ОЦЕНКА РИСКА ОТКАЗА УЧАСТКА КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Ковалев А.А., к.т.н., доцент, кафедра «Электроснабжение транспорта», ФГБОУВПО «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС), тел.: +7 (950) 63-77-440, e-mail: akovalev@usurt.ru, kovalev@k66.ru

Шаюхов Т.Т., аспирант, ассистент кафедры «Электроснабжение транспорта», кафедра «Электрические машины», ФГБОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС), тел.: +7 (950) 201-29-87, e-mail: shayuhov@mail.ru

Обеспечение безопасного и исправного функционирования объектов железнодорожного транспорта является одной из ключевых задач компании ОАО «РЖД». Методология УРРАН занимает важное место среди множества мер и мероприятий по обеспечению безопасности движения поездов. Основной целью УРРАН является повышение надежности и безопасности функционирования объектов железнодорожного транспорта на основе эффективной системы сбора, обработки данных и управления рисками и ресурсами на этапах жизненного цикла. Оценка риска отказов объектов инфраструктуры ОАО «РЖД» и предупреждение аварийных ситуаций - важная задача, которая решается с помощью методологии УРРАН. Для повышения точности и сокращения времени проведения расчетов по методикам, предложенным в методологии, требуется создание автоматизированной системы по расчету отказов, оценки рисков, определению необходимости продления сроков жизненного цикла объекта.

Ключевые слова: методология УРРАН, оценка риска, контактная сеть, безопасность, отказ, матрица рисков, автоматизированная система.

THE RISK ASSESSMENT PHASE FAILURE CONTACT NETWORK

Kovalev A., candidate of Engineering Sciences, associate professor, Electrification of Railway transport chair, FSEI HPE «Ural State University

of Railway Transport», tel.: +7 (950) 63-77-440, e-mail: akovalev@usurt.ru, kovalev@k66.ru Shayuhov T., the post-graduate student, assistant of the Electrical transport chair, FSEI HPE «Ural State University of Railway Transport», tel.:

+7 (950) 201-29-87, e-mail: shayuhov@mail.ru

Ensuring safe and efficient operation of railway transport is one of the key objectives of the company JSC "RZD". Methodology STMS occupies an important place among the many measures and activities to ensure the safe movement of trains. The main purpose of STMS is to improve the reliability and safety of functioning of railway transport on the basis of an effective system of data acquisition, processing and management of risks and resources at the stages of the life cycle. Risk assessment of failures of infrastructure of JSC "RZD" and the prevention of emergency situations is an important task, which is solved using the methodology of STMS. To improve the accuracy and reduce the time of calculations according to the methods proposed in the methodology requires the creation of an automated system for the calculation of failure, risk assessment, determination of the necessity of extending the life cycle of the object.

Keywords: methodology, risk assessment, contact network, security, failure, risk matrix, automated system.

Исправное техническое состояние элементов контактной сети оказывает непосредственное влияние на безопасность ее функционирования. Внедряемая методология Управления Ресурсами, Рисками и Надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН) предполагает, что управление безопасностью функционирования объектов на железнодорожном транспорте должно осуществляться на основе управления рисками в соответствии с «Концепцией комплексного управления надежностью, рисками, стоимостью жизненного цикла на железнодорожном транспорте» [1].

В соответствии с методологией УРРАН оценка риска включает в себя анализ риска и оценивание риска. При этом анализ риска состоит из этапов идентификации риска и оценки величины риска. Следует отметить, что в процессе оценки риска устанавливается допустимый уровень риска (если таковой не закреплен в нормативных документах).

Принимать решения о допустимости или недопустимости реализации каких-либо проектов контактной сети, о направлении доработок и корректировок, которые привели бы к снижению рисков, можно после сравнения уровня фактических рисков с уровнями допустимых рисков.

Подход, базирующийся на использовании матриц риска, обладает следующими достоинствами: простота, наглядность, возможность использования широким кругом специалистов различных направлений в области оценки риска. Матрицы риска дают возможность полу-

чить целостную систему оценки рисков, их документирование, сформулировать предварительные рекомендации по определению наиболее важных мер, направленных на обработку рассматриваемых рисков. Защищенность объектов контактной сети необходимо обеспечивать, основываясь на управлении рисками, которые связанны с созданием и эксплуатацией указанных объектов. Кроме того, должны предусматриваться действия по снижению факторов риска.

В соответствии с методологией УРРАН понятие риска включает сочетание двух составляющих:

- вероятности возникновения события или сочетания событий, ведущих к опасности или частоты возникновения таких событий;

- последствий возникновения (ущерба) данных событий.

Применительно к безопасности на железнодорожном транспорте, к указанным последствиям относятся: ухудшение здоровья или смерть человека, авария или катастрофа технической системы или устройства, загрязнение или разрушение экологической системы, гибель группы людей или возрастание смертности населения, материальный ущерб от реализовавшихся опасностей или увеличение затрат на безопасность.

Риск является неизбежным, сопутствующим фактором производственной деятельности. Риск объективен, для него характерны неожиданность, внезапность наступления, что предполагает необходимость оценки риска, а также его прогнозирования [1].

Любое нежелательное событие всегда возникает в отношении какого-либо объекта риска. Различают следующие виды рисков: экономический, экологический, технический, социальный и индивидуальный. Каждый из видов риска характеризуют источники и факторы риска. Их классификация и характеристика приведены в таблице 1 [2].

Оценка риска включает в себя несколько этапов:

- этап идентификации риска;

- анализ риска;

- построение матрицы рисков.

Таблица 1. Классификация и характеристика видов риска

Вид риска Объект риска Источник риска Нежелательное событие

Индивидуа-льный Человек Условия жизнедеятельности человека Заболевание, травма, инвалидность, смерть

Технический Технические системы и объекты Техническое несовершенство, нарушение правил эксплуатации технических систем и объектов Авария, взрыв, катастрофа, пожар, разрушение

Экологический Экологические системы Антропогенное вмешательство в природную среду, техногенные чрезвычайные ситуации Антропогенные экологические катастрофы, стихийные бедствия

Социальный Социальные группы Чрезвычайная ситуация, снижение качества жизни Групповые травмы, заболевания, гибель людей, рост смертности

Экономический Материальные ресурсы Повышенная опасность производства или окружающей среды Увеличение затрат на безопасность, ущерб от недостаточной защищенности

Основными проблемами на контактной сети, приводящими к возникновению рисков можно отнести:

- поражение людей электрическим током;

- возникновение загорания или пожара;

- повреждение токоприемников или других частей подвижного состава вследствие провисания провода;

- повреждение подвижного состава и/или верхнего строения пути вследствие падения опоры;

- нарушение безопасности движения;

- задержка поездов.

Составим классификацию перечисленных рисков в соответствии с видами рисков (см. таблицу 1). Результаты приведем в таблице 2.

Таблица 2. Классификация рисков, связанных с контактной сетью

Риск Вид риска

Поражение электрическим током Индивидуальный

Возникновение загорания или пожара Индивидуальный, социальный, технический, экологический, экономический

Повреждение токоприемников или других частей подвижного состава вследствие провисания провода Технический, экономический

Повреждение подвижного состава и/или верхнего строения пути вследствие падения опоры Технический, экономический, индивидуальный

Нарушение безопасности движения Технический, индивидуальный

Задержка поездов Экономический

Практика показывает, что риск возникает при следующих условиях: - имеется источник риска (определенный фактор, опасность);

- контактная сеть подвержена (чувствительна) воздействиям источника риска.

От показателей безопасности различных элементов и составных частей контактной сети зависит безопасность ее функционирования.

Проведем оценку риска задержки поездов из-за разрегулировки контактной подвески.

Зададимся интервалом наблюдения в 3 года. На рассматриваемом участке тип проекта анкерных участков - КС-120, участок работает на постоянном токе. Количество эталонных объектов (перегонных анкерных участков) - 70, количество отказов контактной сети на участке - 3 первой категории и 2 третьей категории, продолжительность устранения отказов до возобновления движения - 2,35 часа. Ущерб, соответствующий рассматриваемому риску - задержка поездов, час; допустимый уровень риска - задержка поездов на перегоне. Основной порядок расчета:

1) определим интенсивность отказов 1-й категории для рассматриваемого участка:

0,001 х Ядоп < Я < 0,01 х Ядоп ^ 0,0001час<Я < 0,001час

где л - интенсивность отказов,г - количество отказов 1 категории, Тнаб - интервал наблюдения, год;

2) определим интенсивность отказов для заданного события (разрегулировка контактной подвески) по выражению:

11 = I х к

где к - весовой коэффициент [2];

3) определим эталонную интенсивность отказов (на 1 эталонный объект) для заданного события по формуле:

I 1Э = -к х кк х кс

ПА

где кк - переводной коэффициент для эталонных объектов контактной сети (в зависимости от вида контактной сети)[2], кс- коэффициент, учитывающий срок эксплуатации контактной сети [2], пА - количество эталонных анкерных участков;

4) величина ущерба на один отказ:

Су г

Су

где г — количество отказов 1 категории; у - продолжительность устранения отказов до возобновления движения;

5) определим уровень риска на один эталонный объект:

Я = / х С = 11Э х С

6) уровень риска для участка в целом:

Яуч = Я х Па = I 1 х С

7) выполним оценивание риска. Так как допустимый риск задан, проведем сравнение рассчитанного значения с допустимым. Необ-

Яуч > Ядоп

ходимо учитывать условие , в таком случае считаем, что риск является недопустимым.

Итогом расчета является построение матрицы рисков. Построим матрицу рисков для заданного события и рассматриваемого участка. После проведения расчета были получены следующие значения, соответствующие шести уровням шкалы частот:

0,35год-1 < / < 2,5 х 0,35год-1 ^ 0,35год-1 < / < 0,88год-1

- частое: ;

-0,22год-1 < / < 0,22хТ25 год-1 ^ 0,14год-1 < / < 0,35год-1 2, 5

- вероятное: ;

— год-1 < / < 0,14 год-1 ^ 0,056год-1 < / < 0,14год-2, 5

- случайное:

-1

0,056__,-1 ^ ^ , . п«„„-1

2,5

редкое:

год-1 < / < 0,056год-1 ^ 0,022год-1 < / < 0,056год-0, 022

' год-1 < / < 0,022год-1 ^ 0,0088год-1 < / < 0,022год-1

й 2,5

- крайне редкое: ;

0, 0088

' год-1 < / < 0,0088год-1 ^ 0,0035год-1 < / < 0,0088год-1 2, 5

- маловероятное: .

Зададимся своей шкалой последствий. Выберем шаг равный 4 и примем что ущерб, равный 1 часу соответствует границе уровней тяжести последствий «критический» и «катастрофический».

Получаем следующие значения, соответствующие четырем уровням шкалы последствий:

1 час < С < 4час

- катастрофический: ;

„ 0,25час < С < 1час

- критический: ;

„ 0,063час < С < 0,25час

- несущественный: ;

„ 0,016 час < С < 0,063час

- незначительный: .

Далее был получен шаг уровней рисков, равный 10. Определим границы, соответствующие 4-м категориям риска:

- недопустимый:

Дд0п < R < 10 х Яд0п ^ 0,1час<Я < 1час , 0,1 х R < R < R ^ 0,01час<R < 0,1час

- нежелательный:

доп доп

0,01 х R < R < 0,1 х R ^ 0,001час^ < 0,01час

- допустимый: доп доп ;

- не принимаемый в расчет: 0,001 х Rnoa < R < 0,01 х R^ ^ 0,0001час<R < 0,001час

Построим матрицу рисков, соответствующую данным критерия в ПО MS Excel (рисунок 1). 0,88

Частое 0,055

0,35

c> Вероят- 0,022

0,22 ное

0,14

Случай- 0,0088

ное

0,056

Редкое 0,0035

0,022

Крайне 0,0014

редкое

0,0088

Малове- 0,00055

роятное

0,0035 Незначительный

0,22

0,88

3,52

0,088

0,035

0,14

0,56

0,014

0,056

0,22

0,0055

0,022

0,088

0,0022

Несущес-

0,0088

Крити-

0,016 0,063

0,25

т

0,0352

Катастрофический

0,78

Рисунок 1. Матрица рисков задержки поездов вследствие разрегулировки контактной подвески

После построения матрицы рисков выполняется ранжирование ячеек матрицы. Перемножим верхние значения частоты и тяжести последствий, соответствующие каждой ячейке. В зависимости от полученного результата назначим каждой ячейке требуемую категорию.

Полученная матрица содержит ячейки со всеми четырьмя возможными уровнями риска, следовательно, она удовлетворяет условию совместности.

Определим ячейку матрицы, в которую попадает рассчитанный выше риск. Частоту 0,22 год-1и тяжесть последствий 0,78 час отложим на соответствующих осях. Пересечение этих значений находится в выделенной ячейке на рисунке 1. Полученный уровень рискай^ больше допустимого уровняйдоп, риск является недопустимым и в соответствии с таблицей требуется принятие решения по исключению риска и необходимости его обработки.

В соответствии с распоряжением ОАО «РЖД» от 11.12.2011 г. № 2409р [3], неисправности контактной сети, в результате которых допущена задержка поезда на перегоне хотя бы по одному из путей или на станции сверх времени, установленного графиком движения, на один час и более, следует считать опасными отказами.

Основные повреждения контактной сети, которые относят к опасным отказам: обрывы контактных проводов, повреждения изоляторов, консолей фиксаторов и опор. Характерными повреждениями контактной сети являются: поджатие (подъем) проводов токоприемниками, удары по стержню фиксаторов, захват отходящих ветвей контактной подвески. Опрокидывания (раскрытия) фиксаторов относят к частым повреждениям. В случае перемещения контактных проводов за рабочую часть полоза токоприемника происходят захваты проводов полозом токоприемника. Образование гололеда приводит к тяжелым последствиям, таким как: пережоги и поджоги проводов,разрушения узлов, конструкций, опор, обрывы проводов вследствие повышения механических нагрузок, особенно при гололеде с ветром. Автоколебания проводов могут возникать на открытых местах, насыпях. В момент их возникновения проход токоприемника невозможен, так как могут быть повреждены струны и изоляторы.

Пережоги контактного провода над токоприемником возникают вследствие плохого контакта, слабого нажатия токоприемника, превышения времени и значения тока, неудовлетворительного состояния поверхностей касания (загрязнения), износа контактного провода и его слабого натяжения.

При подъеме и опускании токоприемника под током также могут возникать пережоги. Как правило, они наблюдаются в местах секционирования контактной сети, вследствие шунтирования полозом изолирующих сопряжений и секционных изоляторов, в местах установки токоведущих зажимов.

Актуальной проблемой надежности контактной сети является повреждение фундаментных частей железобетонных опор, они подвержены химической и электрической коррозии. В настоящее время отсутствуют методы контроля их состояния.

На основе статистических данных, представленных в [4], сформирован перечень опасностей контактной сети, которые приводят к рискам, связанным с безопасностью движения. При анализе рисков, связанных с контактной сетью, следует в первую очередь учитывать опасности с большим удельным весом - разрегулировки контактной подвески и повреждение изолятора. Их удельный вес от общего числа повреждений составляет 22 и 17 % соответственно. Вероятный риск, связанный с возникновением данных событий - задержка одного или нескольких поездов на 1 час и более.

Среди прочих источников опасностей с большим удельным весом следует отметить разрегулировку воздушных стрелок, разрушение зажимов контактной сети, повреждение или обрыв проводов (тросов), обрыв поддерживающих струн, повреждение разъединителей, фиксаторов и прочие.

Вопросами повышения надежности работы устройств контактной сети занимаются в научно-исследовательской лаборатории САПР КС УрГУПС. Планируется разработка автоматизированной системы, которая позволила бы ускорить процессы расчета показателей надежности различных элементов контактной сети, оценивала возможные риски, их величину, а также вероятность их возникновения.

Литература:

1. Концепция комплексного управления надежностью, рисками, стоимостью жизненного цикла на железнодорожном транспорте. - М.: ОАО «РЖД», 2010.

2. Методика оценки рисков для контактной сети. Управление Ресурсами, Рисками и Надежностью на этапах жизненного цикла (УР-РАН). - М.: 2012. - 40 с.

3. Распоряжение ОАО «РЖД» от 11.12.2011 г. № 2409р «О внесении изменений в распоряжение ОАО «РЖД» от 24.11.2005 г.»

4. Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» в 2013 году. - М.: ОАО «РЖД», 2014. - 98 с.

5. Галкин А.Г. Математическое моделирование и информационные технологии в задачах диагностики контактной сети электрифицированных железных дорог: монография / А.Г. Галкин, А.Н. Митрофанов, С.А. Митрофанов. — Екатеринбург: УрГУПС, 2012. — 226, [2] с.

6. Галкин А.Г., Ковалев А.А., Кардаполов А.А. Основы технической диагностики: уч.метод. пособие. - Екатеринбург: УрГУПС, 2013.

УДК 620.193.27

НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ МЕДНОГО КАБЕЛЯ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ШИН

Лицкевич О.Н., аспирант, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» Халезин А.А., аспирант, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» Лицкевич А.П., к.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова»

В данной работе рассмотрена надежность электрических соединений, в условиях электрохимической коррозии медного кабеля и соединительных алюминиевых шин при воздействии агрессивной морской влаги. Электрохимическая коррозия - наиболее распространенный вид коррозии металлов. При контакте двух металлов, обладающих разными электродными (электрохимическими) потенциалами и находящихся в электролите, образуется гальванический элемент. Морская влага существенным образом влияет на разрушение алюминиевых соединительных шин электрических контактов с медным кабелем и вызывает разрушения алюминия, понижая тем самым их надежность.

Ключевые слова: надежность электрических контактов; электрическая коррозия; электрохимические процессы; электрохимический анализ.

THE RELIABILITY OF THE ELECTRICAL CONNECTIONS, IN TERMS OF ELECTROCHEMICAL CORROSION OF COPPER CABLE AND CONNECTING

ALUMINUM BARS

Litskevich O., the post-graduate student, FSEIHE «Admiral Ushakov Maritime University» Halezin A., the post-graduate student, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime University» Litzkevich A., candidate of technical sciences, Professor, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime University»

In this paper we consider the reliability ofthe electrical connections, in terms of electrochemical corrosion of copper cable and connecting aluminum tubes when exposed to corrosive sea water. Electrochemical corrosion - the most common form of corrosion of metals. Upon contact ofthe two metals having different electrode (electrochemical)potentials and located in an electrolyte, a galvanic cell is formed. Marine moisture significantly affects the degradation aluminum bus bars electrical contact with the copper cable and causes destruction of aluminum, thereby reducing its reliability.

Keywords: reliability of electrical contacts; electric corrosion; electrochemical processes; electrochemical analysis.

Многоамперные электрические контакты причальных колонок (КК) содержат в качестве соединительных элементов с кабелем алюминиевые шины, которые подвергаются воздействию внешней агрессивной морской влаги и химических веществ, содержащихся во влажной морской атмосфере. Поскольку алюминиевые шины в насыщенной морской атмосфере, смачивающих поверхность шин, а также жестко механически соединены с медным кабелем, то для анализа дестабилизирующего воздействия агрессивной морской влаги необходимо проанализировать, возникающие при этом разрушающие электрохимические процессы. Для дальнейшего анализа электрохимических процессов приведем таблицу электронных потенциалов металлов.

Провода электрического кабеля изготовлены из меди и соединяется с шинами электрических контактов, изготовленных из алюминия. В кабеле течет многоамперный электрический ток, создающий тепловое поле. Рассматриваемая электромагнитная система погружена в морскую сильно увлажненную атмосферу. Исследования многих электрических контактных соединений в морском порту позволяет утверждать, что агрессивная морская влажность, содержащая хлориды солей является электролитом и при осаждении на контактных соединениях различных по электрохимическому потенциалу металлов, разрушает их. Визуальный контроль вышедших из строя проводящих элементов из различных контактирующих металлов позволяет определить наличие повреждений, как на алюминиевых шинах, так и на кабельных соединениях. Из табл.1 электродных потенциалов видно, что в условиях контакта алюминия с медью идет электрохимический процесс, результатом которого является выделение водорода Н2. Схема процесса изображена рис.1.