CC BY
90
УДК 621.331.3
В. Н. ЛИ, Г. Е. БОБЫШЕВ (ДВГУПС)
Кафедра Электроснабжение транспорта, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, ул. Серышева 47, Хабаровск, РФ, 680000, тел/факс: (4212) 407559, эл. почта: ens@festu.khv.ru
ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕСУЩЕГО ТРОСА НА КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
В настоящее время цепная контактная подвеска, в различных своих модификациях, получила преимущественное применение при электрификации железных дорог во всем мире.
Не смотря на широкую географию распространения, цепная контактная подвеска является одним из наиболее слабых мест в системе тягового электроснабжения. В случае отказа любого из её элементов: контактного провода, несущего троса, поддерживающих и фиксирующих устройств, опорных конструкций возникает простой поездов, чреватый значительными экономическими издержками. Это подтверждается анализом данных [1] о количестве нарушений нормальной работы контактной сети электрифицированных железных дорог Российской Федерации, представленных в табл. 1. Именно ненадежная работа контактной сети в большинстве случаев является причиной отказов. Удельный вес от общего количества браков составляет в среднем 91,57 %. Отметим, что при общем уменьшении количества браков их удельный вес стабильно не снижается. Основ-
ные причины отказов устройств контактной сети приведены в табл. 2.
Приведенные показатели указывают на несовершенство конструкций и деталей контактной сети, их монтажа и эксплуатации. Большой процент отказов по причине старения устройств говорит о недостаточности диагностики их в процессе эксплуатации [2].
По данным о нарушениях нормальной работы контактной сети за период с 2006 по 2011 [1], можно сделать вывод, что удельный вес нарушений по отдельным категориям устройств неравномерный и сохраняет эту неравномерность из года в год. На рис. 1 показано типичное распределение повреждений устройств контактной сети по видам в 2011 году.
Доля повреждений проводов и тросов составляет значительную долю от всех повреждений - 33,55%. Доля пережогов проводов не уменьшается. Случаи пережогов из-за нагрева составили 28,2% от всех повреждений проводов.
Таблица 1
Количество нарушений нормальной работы контактной сети
Показатель Годы
2006 2007 2008 2009 2010 2011
Количество случаев отказов контактной сети по вине хозяйства электроснабжения, шт 881 878 911 645 761 911
В т.ч. количество случаев брака в работе по контактной сети, шт 249 233 238 194 166 161
Удельный вес от общего количества случаев брака в работе по хозяйству электроснабжения, % 89,9 88,5 91,8 92,0 93,0 94,2
Таблица 2
Основные причины отказов устройств контактной сети, %
Причина Годы
2006 2007 2008 2009 2010 2011
Недостатки эксплуатации, монтажа 39,6 51,3 47,9 55 53,1 47,3
Старение устройств 14,6 23,1 22,1 27,1 34,1 22,3
Влияние метеоусловий 3,6 4,3 13,2 7,9 6 15
По вине посторонних предметов 21,1 11 5,9 6,2 4,2 12,3
Прочие 16,7 10,2 10,9 3,8 2,6 3,1
© Ли В. Н., Бобышев Г. Е., 2012 ISSN2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 4. - 2012.
>5 40,00 -
X а> 35,00 -
& 30,00 -
о. ш 25,00 -
с 20,00 -
а> ш 15,00 -
>х л 10,00 -
л ^ 5,00 -
а> 5 0,00 -
33,55
15,08
-©т50-
-вг?в—еггз-
15,08
8,97
10,79
4,16
734
л а.
о
т
о с 5 Н
X 0) о т
т е т
О)
о.
О) с
о [=
0)
N о. а) ч ч
о |=
л
И
2 о га ^ т _
£ 2
н о-
о * т о
л о.
о н в: с; о го
л а.
О
н
в: с; о го
л
I I
О
Е
^
0) О
л о о о. н
га" ч о т о о. 1=
с; 0) о. н
о
а) л т
3 >1
4
го О
со
с; га н 0) ч
N га со
=г 5
И
в: ст Й- а)
« Й О- Й
о.
л т >1 о. н О
п Е
о с
о 0)
п н
с; га а)
<|) >
п о и
о о ш
о о -8- и о
а: 0 1 л с;
га Л)
о. о
н
Рис. 1. Распределение повреждений устройств контактной сети по элементам в 2011 году
В отказах проводов и тросов наиболее повреждаемые - контактные провода (45,4% в отказах проводов и тросов), в т.ч. на участках постоянного тока - 56,1%. Повреждения несущих тросов составило 19,9%, усиливающих проводов - 12,9%, шлейфов - 7,6%, электросоединителей - 4,9%.
Основная доля научных трудов относится к исследованию физических процессов протекающих в контактом проводе при его эксплуатации. Исследованы прочностные и структурные изменения эксплуатируемых контактных проводов [3], классифицированы их дефекты [4], рассмотрены процессы нагрева и изменения механических характеристик [5], глубоко разработаны вопросы теплового износа контактной подвески [6], на основе широкой экспериментальной базе предложены неразрушающие методы диагностики состояния контактного провода [7, 8].
Однако незаслуженно в стороне от глубоких исследований остается основной узел современной контактной подвеске от безотказной работы которого, в конечном счете, зависит безотказная работа всей контактной сети - несущий трос. Причем, как указывалось ранее, удельная величина отказов несущего троса во всех отказах устройств контактной сети составляет в среднем 20%.
При отказах несущего троса эксплуатирующими службами выявлены следующие дефекты и повреждения: вспучивание проволок наружного повива, перекручивание проволок различных повивов, вытяжка, оплавление, пережог, разрывы внутренних проволок. Данные дефек-
© Ли В. Н., Бобышев Г. Е., 2012
ты изготовления и монтажа со временем развиваются и вызывают обрыв троса при увеличении механических нагрузок, например, при гололеде или сильном ветре [9]. Так же эксплуатирующий персонал связывает обрывы контактного провода с отказами защит при коротких замыканиях [10].
Как известно, материал провода обладает неоднородной структурой. Это зависит от содержания примесей, оксилов и других компонентов, приводящих к локальным изменениям при нагревании провода.
При нагревании провода до температуры, не превышающей допустимую, микроструктура провода остается неизменной - наклеп, упрочняющий провод в процессе его производства, не снимается, т.е. поверхностные слои находятся в напряженном состоянии.
При нагревании же провода сверх допустимой температуры происходит укрупнение зерен наклепанного поверхностно слоя, что приводит к его разупрочнению, кроме того примеси содержащиеся в проводе начинают сосредотачиваться в одном месте. Это влечет за собой местный перегрев материала несущего троса, а в дальнейшем к потере механических свойств и его обрыву. Температура, при которой начинают происходить структурные изменения материала несущего троса, называется температурной рекристаллизации.
Степень отжига провода определяется температурой нагрева, его продолжительностью и в значительной мере зависит от состава материала провода. Чем выше температура, тем быстрее происходит отжиг провода. Нагрев
провода до температура 300..350 °С, хотя бы кратковременный (в течении нескольких минут), вызывает полный отжиг троса [6]. Предел прочности медного провода снижается при этом с 90 до 24..25 кг/мм2.
Повреждения проводов и тросов, как правило, трудно выявить осмотром и в то же время их развитие может привести к обрывам и длительным перерывам в движении поездов.
Существующие разработанные средства технической диагностики, например система Sicat CMS или её Российский аналог СДУМ-КС (система удаленного мониторинга контактной сети) позволяю выявлять обрывы контактного провода на анкерном участке, попадание на контактные провода и несущие тросы инородных предметов, таких как ветви деревьев и т.д., ошибки персонала, хищения, вандализм [11,12]. Не смотря на все преимущества данные системы диагностики, не обладают способностью выявлять местные обрывы внутренних проволок несущего троса, прогнозировать его остаточный ресурс.
Интенсификация тяжеловесного движения, а также развитие высокоскоростного движения в Российской Федерации в соответствии с реали-
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников
1. Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения: 2006-2011 гг. - М.: ЦЭ ОАО «РЖД», 2006-2011.
2. Ли В.Н. Износ медных контактных проводов. Природа, классификация, методы контроля, рекомендации по эксплуатации: учебн пособие / В.Н. Ли. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - 64 С.
3. Берент В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта - М.: Интекст. 2005. - 408 С.
4. Буше, H.A. Классификация повреждений контактных проводов / H.A. Буше, В.Я. Берент, И.Я. Сегал // Электрическая и тепловозная тяга. - 1971. -№1. - С. 15-16.
5. Порцелан, A.A. Исследование нагрева и механических характеристик контактных проводов /
A.A. Порцелан // Труды ВНИИЖТа. - 1968. Вып. 337. - С. 44-63.
6. Григорьев В.Л., Игнатьев В.В. Тепловые процессы в устройствах тягового электроснабжения: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 182 с.
7. Ли, В.Н. Диагностика состояния контактного провода по его механическим характеристикам /
B.Н. Ли, А.И. Соколовский // Вопросы повышения эффективности и надежности систем электроснабжения: межвуз сб. науч.тр. - Хабаровск: ДВГУПС, 1999. - С. 22-25
8. Титов, Е.А. Возможности применения в диа-
зацией целей и задач Стратегии 2030 [13] приведет к возникновению острых проблем связанных с использованием существующей электрифицированной железнодорожной инфраструктуры. На линиях тяжеловесного и высокоскоростного движения сокращение межпоездных интервалов и увеличение веса поезда приводит к росту токовых нагрузок, на контактную подвеску, и как следствие к повышенному нагреву элементов контактной сети [1]. Значительная часть электрооборудования выработала свой ресурс на 60-70% и более. Существующие методики по определению теплового действия тягового тока были разработаны ещё в 60-х годах прошлого века и в настоящий момент в большинстве своем устарели, т.к. появились новые электротехнические материалы с улучшенными свойствами, современная вычислительная техника позволяет реализовать математические расчеты по более точным математическим моделям. Применение названных методик для проектирования современных систем тягового электроснабжения не допускается без существенной их переработки в соответствии с требованиями европейских стандартов качества.
REFERENCES
1. Analiz raboty hozjajstva jelektrifikacii i jelektros-nabzhenija: 2006-2011 gg [Analysis of work of economy of electrification and power supply: 2006-2011.]. Moscow, CE OAO «RZhD» Publ., 2006-2011.
2. Li V.N. Iznos mednyh kontaktnyh provodov. Pri-roda, klassifikacija, metody kontrolja, rekomendacii po jekspluatacii : uchebn posobie [Wear of copper pin wires. Nature, classification, control methods, recommendations on exploitation.]. Habarovsk, DVGUPS Publ., 2010, 64 p.
3. Berent V.Ja. Materialy i svojstva jelektricheskih kon-taktov v ustrojstvah zheleznodorozhnogo transporta [Materials and properties of electric contacts are in the devices of railway transport.] Moscow, Intekst Publ., 2005, 408 p.
4. Bushe N.A., Berent V.Ja., Segal I.Ja. Klassifikacija povrezhdenij kontaktnyh provodov [Classification of damages of pin wires]. Jelektricheskaja i teplovoznaja tjaga -Electric and diesel engine traction, 1971, no. 1, pp. 15-16.
5. Porcelan, A.A. Issledovanie nagreva i mehanicheskih harakteristik kontaktnyh provodov [Research of heating and mechanical descriptions of pin wires]. Trudy VNIIZhTa -Works of VNIIZhT, 1968, issue 337, pp. 44-63.
6. Grigorev V.L., Ignat'ev V.V. Teplovye processy v ustrojstvah tjagovogo jelektrosnabzhenija: Uchebnoe posobie dlja vuzov zh.-d. Transporta [Thermal processes in the devices of hauling power supply : the train aid for the institutes of higher of railway transport]. Moscow, 2007, 182 p.
7. Li, V.N., Sokolovskij A.I. Diagnostika sostojanija kontaktnogo provoda po ego mehanicheskim harakteristi-kam [Diagnostics of the state of pin wire on his mechanical descriptions]. Voprosy povyshenija jeffektivnosti i
© Ли В. H., Бобышев Г. Е., 2012
гностировании элементов токосъема электрифицированных железных дорог ультразвуковых методов неразрушающего контроля. Автореферат дисс..
9. Устинова A.M., Титов Е.А. / Анализ работы медных несущих тросов марки М-95 в условиях эксплуатации.
10. Ли В. Н., А. В. Мусонова / Оценка вариантов повторного использования несущего троса контактной подвески.
11. Строгина A.B., Аксель Шмидер / Система контроля и диагностики контактной сети SICAT CMS.
12. Долинский К. Ю., Лыков А. А.и др. / Система удаленного мониторинга состояния железнодорожной контактной сети. - Транспорт российской федерации №5(30) . - 2010.
13. Стратегия развития железнодорожного транспорта Российской федерации до 2030 г. Бтвер-^дена распоряжением Правительства Российской федерации № 878-р от 17.06.2008 г.
Поступила в печать 01.12.2012.
Ключевые слова: железная дорога, контактная сеть, несущий трос, эксплуатация, отказы.
nadezhnosti sistem jelektrosnabzhenija [Questions of increase of efficiency and reliability of the systems of power supply]. Habarovsk, DVGUPS Publ., 1999, pp. 22-25.
8. Titov, E.A. Vozmozhnosti primenenija v diagnostirovanii jelementov tokosyoma elektrificirovannyh zheleznyh dorog ul'trazvukovyh metodov nerazrushajushhego kontrolja. Avtoreferat diss. [Possibilities of application in diagnosticating of elements of current collection of the electrified railways of ultrasonic methods of non-destructive control. Author's abstract.]
9. Ustinova A.M., Titov E.A. Analiz raboty mednyh nesushhih trosov marki M-95 v uslovijah jekspluatacii [Analysis of work of copper bearing ropes of brand of M-95 in the conditions of exploitation].
10. Li V.N., Musonova A.V. Ocenka variantov povtor-nogo ispol'zovanija nesushhego trosa kontaktnoj podveski [Estimation of variants of the repeated use of bearing rope of pin pendant].
11. Strogina A.V., Aksel' Shmider Sistema kontrolja i diagnostiki kontaktnoj seti SICAT CMS [Checking and diagnostics of pin network of SICAT CMS System].
12. Dolinskij K.U., Lykov A.A. Sistema udalennogo monitoringa sostojanija zheleznolorozhnoj kontaktnoj seti [System of the remote monitoring of the state of railways of pin network]. Transport Rossijskoj Federacii - Transport of the Russian Federation,2010, no. 5(30).
13. Strategija razvitija zheleznodorozhnogo transporta Rossijskoj federacii do 2030 g.» [Strategy of development of railway transport of the Russian federation is a to 2030 y.], 2008.
Статья рекомендована к печати д.т.н., профессором М. П. Бадером
В настоящее время цепная контактная подвеска, в различных своих модификациях, получила преимущественное применение при электрификации железных дорог во всем мире. Не смотря на широкую географию распространения, цепная контактная подвеска является одним из наиболее слабых мест в системе тягового электроснабжения. В случае отказа любого из её элементов: контактного провода, несущего троса, поддерживающих и фиксирующих устройств, опорных конструкций возникает простой поездов, чреватый значительными экономическими издержками. Это подтверждается анализом данных о количестве нарушений нормальной работы контактной сети электрифицированных железных дорог Российской Федерации. Доля повреждений проводов контактной сети от года к году не снижается не смотря на ряд мер принимаемых ООО «РЖД» по мониторингу их состояния.
Интенсификация тяжеловесного движения, а также развитие высокоскоростного движения в Российской Федерации в соответствии с реализацией целей и задач Стратегии 2030 приведет к возникновению острых проблем связанных с использованием существующей электрифицированной железнодорожной инфраструктуры. На линиях тяжеловесного и высокоскоростного движения сокращение межпоездных интервалов и увеличение веса поезда приводит к росту токовых нагрузок, на контактную подвеску, и как следствие к повышенному нагреву элементов контактной сети. Значительная часть электрооборудования выработала свой ресурс на 60-70% и более.
Существующие методики по определению теплового действия тягового тока были разработаны ещё в 60-х годах прошлого века и в настоящий момент в большинстве своем устарели, т.к. появились новые электротехнические материалы с улучшенными свойствами, современная вычислительная техника позволяет реализовать математические расчеты по более точным математическим моделям. Применение названных методик для проектирования современных систем тягового электроснабжения не допускается без существенной их переработки в соответствии с требованиями европейских стандартов качества. С недостаточной проработанностью данного вопроса связан ряд проблем по внедрению систем непрерывного мониторинга и прогнозирования состояния несущего троса контактной сети.
© Ли В. Н., Бобышев Г. Е., 2012
УДК 621.331.3
В. М. Л1, Г. Е. БОБИШЕВ (ДВГУПС)
Кафедра Електропостачання транспорту, Далекосхщний державний университет шляхт сполучення, вул. Серишева 47, Хабаровськ, РФ, 680000, тел/факс: (4212) 407559, ел. пошта: ens@festu.khv.ru
ПРОБЛЕМЫ ЕКСПЛУАТАЦП НЕСУЧОГО ТРОСУ НА КОНТАКТН1Й МЕРЕЖ1 ЕЛЕКТРИФ1КОВАНИХ ЗАЛ13НИЦЬ Р0С1ЙСЬК01 ФЕДЕРАЦ11
В даний час ланцюгова контактна пщвюка, в р1зних своТх модифкацтх, отримала переважне застосу-вання при електрифкацп зал1зниць у всьому свт. Не дивлячись на широку географ1ю поширення, ланцюгова контактна пщвюка е одним з найбтьш слабких мюць в систем! тягового електропостачання. У pa3i Bi-дмови будь-якого з м елементш: контактного проводу, несучого тросу, що пщтримують i фксуючих при-строТв, опорних конструкцш виникае просте поТздш, що загрожуе значними економнними витратами. Це пщтверджуеться анал1зом даних про кшьюсгь порушень нормально! роботи контактно! мереж1 електрифЬ кованих зал1зниць РосшськоТ Федерацп. Частка пошкоджень проводт контактно! мереж1 вщ року до року не знижуеться не дивлячись на низку заходт прийнятих ТОВ «РЖД» з мошторингу ix стану.
1нтенсиф1кацт великовагового руху, а також розвиток високошвидюсного руху в Росшськш Федераци вщповщно до реал1зацп цшей та завдань Стратеги 2030 призведе до виникнення гострих проблем пов'яза-них з використанням ¡снуючоТ електрифкованоТ зал1зничноТ ¡нфраструктури. На лшшх великовагового та високошвидюсного руху скорочення м1жпоТздних ¡нтервалт i збшьшення ваги поТзда призводить до зрос-тання струмових навантажень, на контактну пщвюку, i як наслщок до пщвищеного нагрту елементт контактно! мережк Значна частина електроустаткування виробила свш ресурс на 60-70% i бшьше.
1снуюч1 методики по визначенню теплового дм тягового струму були розроблеш ще в 60-х роках мину-лого стол1ття i зараз в бшьшосл свош застарши, оск1льки з'явилися HOBi електротехн1чн1 матер1али з по-л1пшеними властивостями, сучасна обчислювальна техшка дозволяе реал1зувати математичн1 розрахунки по бшьш точним математичним моделям. Застосування названих методик для проектування сучасних систем тягового електропостачання не допускаеться без ¡ctothoi ТхньоТ переробки у в1дпов1дност1 з вимогами европейських стандарт1в якост1. 3 недостатн1м осв1тленням даного питання пов'язана низка проблем щодо впровадження систем безперервного мошторингу i прогнозування стану несучого тросу контактно! мережк
Ключов1 слова: зал1зниця, контактна мережа, несучий трос, експлуатацт, в1дмови.
Статтю рекомендовано до друку д.т.н, професором М. П. Бадьором
UDC 621.331.3
V. N. LI, G. E. BOBYSHEV (FESTU)
Department of Electrical Transport, Far Eastern State Transport University, 47 Serysheva Street, Khabarovsk, Russia Federation, 680000, tel/fax: (4212) 407559, e-mail: ens@festu.khv.ru
RUSSIA RAILWAYS ELECTRIC RAILWAYS OVERHEAD CONTACT LINE CATENARY WIRE MAINTENANCE ISSUES
Currently, the chain catenary, in its various versions, has received preferential use in railway electrification in the world. Despite the wide geographical distribution chain catenary is one of the weaknesses in the traction power supply. In default of any of its elements, the contact wire suspension cable, supporting and locking devices, supporting structures arises simple train, fraught significant economic costs. This is confirmed by the analysis of data on the number of violations of the normal operation of the contact network of electrified railways of the Russian Federation. Of damaged wire catenary system from year to year is not reduced in spite of a number of measures taken by the Company "Russian Railways" to monitor their condition.
Intensification of heavy traffic and the development of high-speed traffic in the Russian Federation in accordance with the implementation of the goals and objectives of the Strategy in 2030 will cause serious problems associated with the use of the existing electrified rail infrastructure. On the lines of heavy and high-speed reduction inter trains intervals and weight gain increases the train current loads, the catenary, and as a result in increased heating elements of the contact network. A significant part of electrical equipment is worn out by 60-70% or more.
Existing techniques to determine the heat of the traction current was developed in the 60's of the last century and is now mostly obsolete, because electrical, new materials with improved properties, modern computer technology allows for the mathematical calculations more accurate mathematical models. The use of these techniques for the design of modern systems of traction power supply is not permitted without substantial recycling in accordance with European standards. With insufficient this issue a number of problems for the introduction of continuous monitoring and forecasting of the suspension cable catenary.
Keywords: railway, catenary, suspension cable, operation, failures.
Prof. M. P. Bader, D. Sc. (Tech.) recommended this article to be published.
© Ли В. H., Бобышев Г. Е., 2012
