3283

Pc(Тк) = = –Тк/Тср.

Для повышения безотказной работы СЭЖТ контроль работоспособности должен проводиться с периодом Тк < Тср.

При таком подходе к определению периода контроля Тк показатели надежности объектов СЭЖТ определяются статистическими методами с использованием ряда допущения о независимости отдельных отказов. В общем случае определяется оптимальный период контроля работоспособности, который зависит от текущего состояния конкретного объекта, а также влияния внешних и внутренних факторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог : учебник для вузов ж.-д. транспорта / А.В. Ефимов, А.Г. Галкин. – М.: УМК МПС России, 2000. –

С. 314–322.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Компьютеризированная система диагностики состояния контактной сети (4 часа)

Цель работы: рассмотреть пример компьютеризированной системы диагностики состояния контактной сети.

КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАНННЫЙ ВАГОН-ЛАБОРАТОРИЯ КВЛЭ. НАЗНАЧЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Внешний вид компьютеризированного вагона-лаборатории, используемого для диагностики технического состояния контактной сети представлен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид вагона диагностики контактной сети со смотровой вышкой

31

Созданный специалистами НПЦ ИНФОТРАНС автоматизированный диагностический комплекс контроля состояния технических объектов железнодорожной инфраструктуры «ЭРА», являясь полностью отечественной разработкой, способен выполнять функции пяти ныне действующих типов вагонов-

лабораторий: путеизмерителя, совмещенного дефектоскопа, контроля состояния контактной сети, автоматики и радиосвязи.

В состав бортовой аппаратуры КВЛ-АРКС входят:

-бортоваяавтоматизированная системаконтроляконтактнойсети(БАСККС);

-автоматизированная система контроля технологических параметров напольных устройств систем автоматики и параметров технических средств поездной радиосвязи (АСК АР).

Рис. 2. Видеонаблюдение объектов контактной сети

БАС ККС обеспечивает решение следующих задач:

-контроль и автоматизированную балльную оценку технического состояния контактной сети;

-измерение положения контактного провода в плане (зигзаг);

-измерение высоты подвеса контактного провода;

-измерение расстояния фиксаторов и отходящих ветвей от поверхности полоза токоприемника в точках ±600 мм от оси полоза токоприемника;

-определение расстояний от поверхности полоза токоприемника до помех;

-регистрациярасстоянийотосновногоконтактногопроводадоэлементовфиксатора;

-определение положения точки касания контактного провода на скосах;

-фиксация отрыва токоприемника от контактного провода;

-фиксация удара токоприемника;

-фиксация опор и определение расстояния от оси рельсовой колеи до опоры контактной сети;

-определение длины пролета между опорами;

-определениетипа(переменное, постоянное) ивеличинынапряженияконтактнойсети;

32

-измерение силы нажатия токоприемника на контактный провод;

-определение сверхнормативных отклонений параметров визуально наблюдаемых объектов контактной сети;

-тепловизионный и ультрафиолетовый контроль объектов контактной сети;

-видеоконтроль состояния обустройства контактной сети с возможностью фиксации отметок оператора и записи речевых комментариев и последующим сплошным или выборочным просмотром по заданным критериям (опоры, стрелки, отметки оператора).

Технические характеристики БАС ККС КВЛЭ.2 представлены в табл. 1.

Таблица 1

Технические характеристики БАС ККС КВЛЭ.2

Наименование параметра, функции

Основные характеристики

Высота подвеса контактного провода при взаимодействии его с токоприемником (до 4-х проводов), мм

Положение контактного провода в плане при взаимодействии его с токоприемником (до 4-х проводов), мм

Высота отходящих ветвей контактного провода относительно рабочей поверхности полоза токоприемника на расстоянии 600 мм влево и вправо от оси полоза токоприемника (дискретно), мм

Дополнительные характеристики

Касание контактного провода скосами токоприемника , мм

Сила нажатия токоприемника на контактный провод, Н (кгс)

Расстояние от оси пути до опоры, м

Расстояние от контактного провода до стержня основного фиксатора, мм

Расстояние между опорами контактной сети, м

Стрела провеса контактного провода, мм

Напряжение контактной сети: постоянное напряжение, кВ переменное напряжение, кВ

Температура наружного воздуха, °С

Ускорение полоза измерительного при ударе токоприемника, м/с2

Скорость движения при контроле, км/ч*

Пройденный путь, м

Отрыв полоза токоприемника от контактного провода

Видеорегистрация визуально наблюдаемых отклонений в элементах КС с объемом кадра не менее 1,3×106 пиксель

Регистрация температурного поля контактной подвески в спектральном диапазоне, мкм

Регистрация и автоматизированная дефектация элементов контактной сети

* В экспериментальном исполнении скорость движения при контроле составляет 200 км/час.

33

БАС КС позволяет производить обработку и оценку измеряемых параметров, хранение информации и представление ее пользователю в удобной форме, а также:

-производить тестирование информационно-измерительной системы в автоматическом фоновом режиме;

-применять измерительный полоз с бесконтактными датчиками, что обеспечивает высокую надежность работы и независимость от погодных условий;

-применять оптический канал связи между высоковольтным и низковольтным оборудованием БАС КС, что обеспечивает помехозащищенность и большую скорость обмена информацией.

Применение экономичных средств измерений и преобразовательной техники обеспечивает длительную работу бортовой автоматизированной системы от аккумуляторов вагонной системы электроснабжения.

ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Бесконтактные измерения высоты подвески, зигзага и выноса группы контактных проводов (от одного до четырех). Измерения выполняются (с погрешностью не более ±10 мм) с помощью установленной внутри вагона стереотелевизионной системы СТВС с тремя линейными телекамерами ТК, одна из которых (средняя) предназначена для отстройки от ложных объектов, возникающих из-за большого числа элементов объекта наблюдения.

Подсветка контактного провода (КП) в темное время суток осуществляется системой галогенных фар, причем сигнал о необходимости включения (выключения) освещения подается от ИВК автоматически.

Измерения высоты и отклонения в плане отходящих проводов (анкерные ветви, воздушные стрелки). Измерения выполняются той же системой СТВС и с той же точностью, что и для основного контактного провода.

Бесконтактные измерения износа контактного провода. Измерения могут быть выполнены для одного-четырех проводов в подвеске с погрешностью не более ±3 % при диапазоне поперечных сечений провода (1×0,5)Sном, где Sном – номинальная полная площадь поперечного сечения.

В качестве датчика износа применено оригинальное устройство (патент РФ RU2000225C), представляющее собой уникальный жгут из оптических волокон диаметром 0,2 мм каждое; линейная конфигурация его входного конца образована торцами волокон, расположенными в два ряда в шахматном порядке с расстояниями между волокнами 1 мм в каждом ряду. Результирующее расстояние между волокнами составляет 0,5 мм на протяжении всей длины входной части жгута, равной 1 м. На выходном конце волокна жгута разделены и армированы оптическими соединителями.

Параллельно жгуту установлен линейный осветитель контактного провода, собранный из суперлюминесцентных светодиодов инфракрасного диапазона и

34

работающий в импульсном режиме. Оба элемента расположены на верхней раме токоприемника таким образом, что при его поднятии они оказываются на расстоянии 30– 40 мм от нижней поверхности контактного провода и под углом 45° к нему.

При работе осветителя отраженный свет попадает на те оптические волокна жгута, которые оказываются под площадкой износа контактного провода. Ширина площадки износа измеряется числом освещенных волокон, умноженным на 0,5 мм (погрешность не более ± 0,25 мм). Освещенные волокна выявляются фотодиодами, подключенными к оптическим соединителям на выходном конце жгута. Таким образом осуществляется измерение износа по ширине площадки износа контактного провода, которая в ИВК пересчитывается и представляется в виде остаточных значений высоты поперечного сечения.

Измерения нажатия токоприемника на контактный провод. Эти измерения осуществляются в диапазоне 0…400 Н с погрешностью не более ±5 %. Средства измерений

– оптоволоконные датчики нажатия, использующие тензочувствительные оптические элементы, меняющие коэффициент излучения оптических сигналов. Показания двух датчиков, размещенных по концам полоза токоприемника, суммируются в ИВК.

Измерения вертикальных ускорений токоприемника. С этой целью применены три акселерометра для учета массы полоза при обработке результатов измерений нажатия и резких воздействий на токоприемник в вертикальном направлении, а также датчик продольных ускорений для регистрации ударов и подбоев.

Допусковый двухпороговый контроль подхватов отходящих ветвей контактного провода и фиксаторов. Для этого используют две пары датчиков, расположенных по бокам полоза токоприемника, с разновысокими (разница в высоте 25 мм) гибкими касателями.

Измерения напряжения в контактном проводе (3 кВ постоянного и 25 кВ переменного тока), автоматическая фиксация отрывов токоприемника. Фиксация отрывов осуществляется с погрешностью не более ±1 % при исчезновении напряжения.

Измерения температуры окружающей среды. Применяют датчик на основе термопары.

Автоматическая привязка к месту измерений (по номерам опор и пройденному пути). Для этой цели используют оптоэлектронные датчики промежуточных опор (по одному с каждой стороны вагона), реагирующие на фиксаторы. При идентификации поступающих от датчиков сигналов «Опора» используется также информация от датчика скорости и пути, определяющая местонахождение опоры. В темное время суток фиксаторы подсвечиваются галогенными фарами.

Измерения скорости движения. Скорость измеряется в пределах от 0 до 200 км/ч при пройденном пути от 0 до 200 км с погрешностью не более ±1 %. Для этого бесконтактный датчик с чувствительными элементами устанавливается на буксе вагона.

Датчики реперных опор – инфракрасные приемопередатчики, реагирующие на отражение от реперной опоры излучаемого ими сигнала.

35

Предусмотрена также ручная регистрация опор.

Автоматическая регистрация отклонений в состоянии контактной сети, наблюдаемых визуально из смотровой кабины. Для этой цели предусмотрен пульт с квазисенсорным управлением, содержащим восемь клавиш с наименованиями объектов

иотклонений:

1.Опора – наклон опоры, отсутствие заземления.

2.Струна – оборванная струна.

3.Фиксатор – несоответствие положения фиксирующего троса или фиксатора

нормам.

4.Анкеровка – несоответствие высоты расположения грузов компенсаторов температуре воздуха, провисание ветви средней анкеровки.

5.Обрыв – наличие оборванных жил в тросах.

6.Стрелка – наличие зажимов в зоне воздушной стрелки.

7 . Изолятор – разбитый изолятор.

8. Замечание – прочие зафиксированные отступления от норм.

Индикация выбранного оператором набора параметров (максимально четырех, например: высоты, отклонений от горизонтального положения контактного провода, нажатия с наложением на кривую сигнала об ударах и подбоях, визуально регистрируемых отклонений) производится в реальном времени на экране дисплея центрального персонального компьютера. Кроме того, производится распечатка параметров, измеренных у опор. Одновременно на жестком диске в реальном времени ведется непрерывная запись всех параметров. Распечатка кривых группами по четыре возможна после завершения объезда.

В зоне наблюдения оператора находится видеомонитор обзорной телекамеры, установленной в смотровой кабине.

РЕЗУЛЬТАТЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ. БАЛЛЬНАЯ ОЦЕНКА

Первый экспериментальный вагон-лаборатория систематически используется для проверки состояния контактной сети на различных участках Октябрьской железной дороги, имеющих напряжение 3 кВ постоянного и 25 кВ переменного тока; при этом реализуются все диагностические функции.

Вагон был использован на электрифицируемых участках Свирь – Волховстрой и Беломорск – Идель при испытаниях скоростной подвески КС-200, разработанной отечественными организациями и фирмой Siemens, для измерения износа контактного провода на ряде участков главного хода Москва – Санкт-Петербург, а также для оценки состояния контактной сети с целью ее улучшения.

В качестве примера на рис. 3 приведен фрагмент распечатки графической записи основных параметров – высоты, зигзага, нажатия с наложением сигнала от ударов и

36

подбоев скоростной подвески КС-200 на главном ходу линии Москва – Санкт-Петербург. Горизонтальные линии соответствуют указанным слева номерам опор. На графике видны погрешности в регулировке контактной сети: в середине пролета 46–48 стрела провеса отрицательная, у опоры 54 завышен зигзаг контактных проводов; отмечен подбой у опоры 46, резкое увеличение нажатия токоприемника у опор 48, 58 и снижение нажатия у опор 46, 48, 54.

Рис. 3. Фрагмент графической записи основных параметров

Рис. 4. Фрагмент графической записи вспомогательных параметров

37

Для корректировки основных параметров используют вспомогательные данные (рис. 4) – кривые ускорений токоприемников, возвышения наружного рельса, радиуса кривизны пути и боковых перемещений вагона.

По результатам диагностики состояния контактной сети дается бальная оценка в системе штрафных баллов (табл. 2).

Таблица 2

Результаты оценки, выданные на распечатке, приведены в виде таблицы. Здесь используется система штрафных баллов. В колонке «Номер балла» каждая из семи черточек соответствует отклонению определенного параметра:

1.Высота контактного провода.

2.Односторонний зигзаг.

3.Превышение допустимого значения зигзага.

4.Вынос.

5.Удары и отрывы.

6.Показатели визуальных наблюдений.

7.Подхваты.

Звездочка вместо соответствующей черточки указывает на наличие отклонения, штрафуемого баллами.

Сводные данные о состоянии контактной сети, полученные в дистанции электроснабжения по результатам инспекций в первой поверке (средний балл 81) и в повторной проверке (средний балл 24), показали, что за период между инспекциями дистанцией проведена результативная работа по приведению контактной сети в нормативное состояние, чему способствовала информация, полученная с помощью вагона.

38

На рис. 5 приведен фрагмент графической записи износа контактных проводов. Справа расположены кривые, соответствующие изменениям остаточной высоты сечения четырех контактных проводов (два основных и отходящие ветви), усредненным на отрезке пути длиной 16 м; показания снимались через 7 мм. Величины 7; 8,2; 12 – остаточная высота.

Рис. 5. Фрагмент графической записи износа контактного провода

Первые два столбца в левой части графической записи – цифровые данные остаточной высоты сечения основных контактных проводов, два следующих – то же для отходящих ветвей, попавших в поле зрения датчика износа. Остаточная высота выражается в миллиметрах с десятикратным увеличением. Указывается также суммарная протяженность (в сантиметрах) на каждых 16 м основных контактных проводов, имеющих остаточную высоту сечения 7,7 мм и менее.

Для проверки достоверности измерений износа было решено на участке пути протяженностью около 1 км в районе станции Бологое провести дополнительные измерения, результаты которых использовали для сопоставления. В результате было отмечено совпадение результатов измерений с погрешностью не более ±3 % номинальной площади сечения контактного провода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог : учебник для вузов ж.-д. транспорта / А.В. Ефимов, А.Г. Галкин. – М.: УМК МПС России, 2000. –

С. 324–362.

39