CC BY
8
Мониторинг технических устройств электроснабжения железнодорожного транспорта
д.т.н. Т. Р. Нурмухамедов, Ж. Н. Гулямов, Т. Ш. Ташметов, А. А. Азимов Ташкентский государственный транспортный университет Ташкент, Узбекистан ntolaniddin@mail.ru, javlonbek1207@gmail.com, tima260491@gmail.com
Аннотация. Выполнен анализ проведения проверок технических устройств электроснабжения, определены закономерности отказов электрооборудования. Комплексный подход при проведении мониторинга и диагностирования технических устройств позволил определить приоритетность их обслуживания и совершенствования. Реализация предлагаемой системы направлена на повышение надежности и снижение эксплуатационных расходов на содержание устройств электроснабжения.
Ключевые слова: автоматизация, беспроводные связи, диагностика, экономический эффект, эффективность сети.
Введение
Основные устройства электроснабжения АО «Узбекистан темир йуллари» (АО УТИ) подразделяются на оборудование тяговых подстанций, контактной сети и электроснабжения аппаратуры СЦБ. Обслуживание рассматриваемых устройств электроснабжения в первую очередь ориентировано на выполнение планово-предупредительных работ (ППР), то есть выполнение соответствующих проверок и сертификации технических устройств электрификации (ТУЭ) на основе разработанного и утвержденного графика периодичности мониторинга. Недостаток сложившейся системы мониторинга ТУЭ — нестабильность выявления предаварийного состояния аппаратуры электроснабжения, что оказывает влияние на равномерность выполнения железнодорожных перевозок: приводит к сбоям в графике движения поездов, внеплановому отключению потребителей электроэнергии, повреждению дорогостоящего оборудования и другим аварийно-восстановительным издержкам.
Основная часть Основными и наиболее опасными отказами ТУЭ являются повреждения устройств контактной сети и СЦБ. Это вызвано тем, что устройства контактной сети не обладают резервом, а работа устройств СЦБ напрямую связана с безопасностью движения и пропускной способностью железнодорожных участков [1]. Анализ работы [2] и приведенных в ней диаграмм позволяет сделать ряд выводов относительно слабых мест электроснабжения железных дорог: 1. Периодичность серьезных отказов на тяговых подстанциях носит редкий характер, тем не менее материальный ущерб от перебоев электроснабжения потребителей и повреждения силового оборудования может быть достаточно высоким (например, стоимость одного тягового трансформатора составляет сотни миллионов сумов). Поэтому необходимость диагностики устройств тяговых подстанций занимает особое место в сфере эксплуатации и обслуживания ТУЭ.
2. В контактной сети и системе электроснабжения нетяговых потребителей узким участком, подверженным повреждениям, являются провода и тросы.
3. Наибольшее количество отказов в тяговых подстанциях приходится на измерительные трансформаторы, изоляторы, высоковольтные выключатели и разъединители, в том числе отделители и короткозамыкатели.
Исходя из этого, для эффективного управления и учета ремонтных операций, а также проведения мониторинга ТУЭ в целом необходимо разработать автоматизированную систему учета ремонтов технических средств Управления электроснабжения АО «Узбекистон темир йуллари» (АСУРТС). Впоследствии разрабатываемая система должна иметь возможность адаптироваться с другими автоматизированными системами как службы электроснабжения, так и других автоматизированных систем АО УТИ.
АСУРТС должна строиться на основе информации от ранее разработанных элементов мониторинга и диагностики устройств электроснабжения. В основе рассматриваемого комплекса должны быть функции получения и обработки данных по предотказному состоянию объектов железнодорожной электроэнергетики. Верхний уровень системы должен обеспечивать обработку информации, поступающей от устройств диагностики, и выдачу определенных заданий для эксплуатационного персонала на производство ремонтных работ с ТУЭ [3].
Диагностику устройств контактной сети следует подразделять на обходы с осмотрами, верховую диагностику, диагностику с использованием систем вагонов испытания контактной сети (ВИКС). Следует расширить функции контроля параметров контактной подвески в том числе и на ВИКС, например дополнительно применять устройства для определения остаточного ресурса (износа) и внешних дефектов контактных проводов. В перспективе автоматизированная система должна позволять фиксировать обрыв жил несущего троса, контролировать метрологические показания контактной сети, выявлять удары токоприемника по контактным проводам, определять остаточный ресурс несущего троса на основе контроля количества поврежденных и оборванных жил. Соответственно, с целью контроля метрологических показаний контактной сети необходимо разработать математическую модель, учитывающую зависимость от состояния внешней среды.
Рассматриваемые измерительные системы предназначены для выявления предаварийного состояния самых повреждаемых элементов контактной сети — контактных проводов и несущих тросов. В рамках развития диагностики оборудования контактной сети и воздушных линий,
расположенных вблизи железнодорожного полотна, значительную долю важной информации об их состоянии призвана предоставить система контроля пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта. Такая система на основе лазерного сканирования объектов путевой инфраструктуры должна выдавать данные о соответствии фактических и нормативных значений геометрии контролируемых устройств. Например, функционал системы должен обеспечить определение нормативных габаритов между токоведущими и заземленными частями контактной сети и воздушных линий, расположенных вблизи железнодорожного полотна и пересекающих железнодорожные пути, проверку габарита опор и других объектов энергоснабжения относительно пути. Для диагностики устройств электроснабжения нетяговых потребителей существенное значение имеет применение аппаратно-программного комплекса диспетчерского контроля (АПК ДК). АПК ДК позволяет заблаговременно выявлять некачественное электроснабжение и предотказные ситуации на постах электрической централизации и в модулях автоблокировки с тональными рельсовыми цепями и централизованным размещением аппаратуры. В соответствии с данными системы АПК ДК выявляются причины снижения надежности и качества электроснабжения, разрабатываются и реализуются корректирующие мероприятия, например: регулировка уровня напряжения на комплектной трансформаторной подстанции (КТП), замена трансформатора КТП на трансформатор большей мощности и т. д. С целью выявления причин низкокачественного электроснабжения необходимо использовать комплексные измерения. Выполненные в работе [4] исследования позволяют заключить, что напряжение на питающем фидере поста электрической централизации напрямую зависит от уровня напряжения энергосистемы, которое изменяется в зависимости от суточного графика нагрузки.
К основным составляющим диагностики оборудования тяговых подстанций следует отнести: выполнение межремонтных испытаний силового оборудования в соответствии с «Инструкцией по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций электрифицированных железных дорог» ЦЭ-936; осмотры оборудования; использование комплексных передвижных систем диагностики (ЛДТ-1, ЛИК и т. д.); использование специальных устройств диагностирования (тепловизоров, ультрафиолетовых и ультразвуковых устройств диагностики изоляции, хроматографов, тестеров вакуумных камер выключателей и т. д.); применение комплексных систем мониторинга и диагностики устройств электроснабжения.
Основополагающим направлением совершенствования системы обслуживания устройств электроснабжения на железной дороге является создание центра диагностики и мониторинга устройств электроснабжения, который должен обеспечить [5]:
- выявление предотказного состояния и контроль за своевременным устранением причин повреждения устройств электроснабжения, направленные на предотвращение отказов и нарушений графика движения поездов;
- учет и анализ предотказных состояний с целью разработки корректирующих мер и увеличения срока службы оборудования;
- контроль за качеством выполнения работ по техническому обслуживанию устройств электроснабжения.
Именно дорожный центр мониторинга и диагностики на основе использования систем диагностирования и подсистем ЕК АСУИ должен стать структурой, обеспечивающей организацию интегрированной модели эксплуатации устройств электроснабжения по техническому состоянию с учетом сокращения объемов выполнения планово-предупредительных работ[6-9].
Разрабатываемая АСУРТС в перспективе позволит интегрироваться с существующей корпоративной сетью передачи данных АО УТИ, функциональная схема которой представлена на рисунке 1.
Среди основных задач, которые необходимо выполнить для реализации интегрированного подхода к организации обслуживания устройств электроснабжения, следует выделить: выявление объема работ для исключения из графика ППР в соответствии с новой системой обслуживания; определение принципа интеграции и объема информации для создания эффективного инструмента организации эксплуатации устройств электроснабжения по состоянию; определение оценки эффективности применения систем мониторинга и диагностики.
Экономический эффект от внедрения системы мониторинга можно оценить следующим образом. При работе контактной подвески случаются сбои. Ущерб от возникновения отказа определяется затратами на восстановление работоспособного состояния системы и затратами, связанными с простоем поездов на период ремонта [5-8]. Потери от отказов за определенный период времени Р можно определить как
р = ■р1 х N.
где р{ — средние потери от возникновения одного отказа; N — количество отказов за период времени.
Внедрение системы мониторинга позволяет предотвратить некоторые отказы путем фиксации предотказных состояний. Таким образом,
N = ^ +
где М1 — отказы, обнаруженные системой мониторинга в предотказном состоянии; М — необнаруживаемые сбои.
Кроме того, сбои Мт могут возникать в самой системе мониторинга, приводя к дополнительным потерям на ее восстановление. Следовательно, количество отказов при работе системы мониторинга равно
К = ^н + Мт.
После внедрения системы мониторинга потери от возникновения отказов за определенный период времени Рт можно определить как
Рт = Рг х N0.
Эффективность внедрения системы мониторинга Ж можно оценить по следующей формуле:
Ш = Р-Рт.
Таким образом, для повышения эффекта от внедрения системы мониторинга необходимо, чтобы количество отказов, выявляемых системой мониторинга в предотказном
Рис. 1. Функциональная схема сети передачи данных АО «Узбекистон темир йуллари»
состоянии, увеличивалось, а надежность и безотказность самой системы повышались за счет улучшения самоконтроля [10-12].
Заключение
Бесперебойная работа технических устройств электроснабжения АО «Узбекистон темир йуллари» напрямую влияет на современное и единообразное обеспечение перевозочного процесса. Выполнение ремонтных работ с ТУЭ, требований к надежности и качеству работы устройств электроснабжения может быть обеспечено при постоянном контроле их работоспособности. Достижение необходимого уровня возможно путем создания автоматизированной системы контроля и учета ремонтных операций с элементами устройств электроснабжения.
Комплексная организация технического обслуживания устройств электроснабжения, основанная на использовании методов статистического и математического анализа, современных приборов и систем диагностики, а также систем непрерывного контроля состояния устройств электроснабжения, позволит эффективно осуществлять ремонт и учет операций с ТУЭ.
Литература
1. Барч, Д. В. Перспективы автоматизации устройств электроснабжения Октябрьской железной дороги // Шаг в будущее (Неделя науки-2010): Материалы научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Санкт-Петербург, Россия, 01-31 марта 2010 г.). — Санкт-Петербург: ПГУПС, 2010. — С. 86-89.
2. Барч, Д. В. Совершенствование системы обслуживания устройств электроснабжения на основе мониторинга и диагностики / Известия Петербургского университета путей сообщения. 2012. Вып. 3 (32). С. 103-110.
3. Грачев, В. Ф. Комплексный подход к задаче диагностирования оборудования и управления тяговыми подстанциями постоянного и переменного тока / В. Ф. Грачев, А. Д. Кондаков, А. В. Саморуков // Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное железнодорожное движение (ЕИгаш'2009): Материалы Пятого Международного симпозиума (Санкт-Петербург, Россия, 20-23 октября 2009 г.). — Санкт-Петербург: ПГУПС,
2010. — С. 376-385.
4. Розенберг, Е. Н. Система мониторинга и диагностики силового и коммутационного оборудования тяговых подстанций / Е. Н. Розенберг, С. К. Басыров // Евразия-вести.
2011. № 10. С. 15.
5. Концепция развития систем диагностики и мониторинга объектов путевого хозяйства на период до 2025 года: Утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 27.04.2016 № 777р // Экономика железных дорог. 2016. N° 7. С. 122-156.
6. Нурмухамедов, Т. Р. Автоматизация учета товарных ценностей на складе вагонного депо / Т. Р. Нурмухамедов, Ж. Н. Гулямов // Интеллектуальные технологии на транспорте. 2021. № 4 (28). С. 39-45.
DOI: 10.24412/2413-2527-2021-428-39-45.
7. Nurmukhamedov, T. R. Modeling of a Railway Warehouse Commodity and Material Values Accounting (on the Example of a Train Depot) / T. R. Nurmukhamedov, Zh. N. Gul-yamov, Sh. T. Shaxidaeva // Proceedings of the Scientific Conference on Railway Transport and Engineering (RTE 2021) (Perm, Russia, 01-03 May 2021). AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2389. Art. No. 100026. 6 p.
DOI: 10.1063/5.0063843.
8. Нурмухамедов, Т. Р. Складские операции вагонного депо пассажирской службы с элементами логистики / Т. Р. Нурмухамедов, Ж. Н. Гулямов // Глобус: Технические науки. 2021. Т. 7, № 5 (41). С. 30-35.
9. Gulyamov, J. Warehouse Accounting Automated Information System Design // Proceedings of the First International Conference on Problems and Perspectives of Modern Science (ICPPMS-2021) (Tashkent, Uzbekistan, 10-11 June 2021). AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2432. Art. No. 060027. DOI: 10.1063/5.0089476.
10. Нурмухамедов, Т. Р. Разработка информационной системы учета отдыхающих в здравнице «Омонхона» / Т. Р. Нурмухамедов, Н. Ё. Гафаров, А. А. Азимов // Актуальные вопросы развития инновационно-информационных технологий на транспорте (АВРИИТТ-2022): Материалы II Республиканской научно-технической конференции (Ташкент, Узбекистан, 21-22 ноября 2022 г.). 2022. № 2. С. 38-41. DOI: 10.47689/978-9943-7818-0-1-v2-pp38-41.
11. Rasulmuxamedov, M. M. Axborot texnologiyalari markazi hodimlari uchun servis xizmatlari buyurtmalari qayd etib borish-ning ma'lumotlar bazasini ishlab chiqish / M. M. Rasulmuxamedov, A. A. Azimov, N. Y. Gaffarov // Актуальные вопросы развития инновационно-информационных технологий на транспорте (АВРИИТТ-2022): Материалы II Республиканской научно-технической конференции (Ташкент, Узбекистан, 21-22 ноября 2022 г.). 2022. № 2. С. 34-37. DOI: 10.47689/978-9943-7818-0-1-v2-pp34-37.
12. Gaffarov, N. Y. Sql va NoSQL ma'lumotlar bazalaridan foydalanish holatlari / N. Y. Gaffarov, A. A. Azimov, T. Sh. Tash-metov // Актуальные вопросы развития инновационно-информационных технологий на транспорте (АВРИИТТ-2022) : Материалы II Республиканской научно-технической конференции (Ташкент, Узбекистан, 21-22 ноября 2022 г.). 2022. № 2. С. 42-45.
DOI: 10.47689/978-9943-7818-0-1-v2-pp42-45.
Monitoring of Technical Devices of Rail Transport Power Supply
Grand PhD T. R. Nurmukhamedov, Zh. N. Gulyamov, T. Sh. Tashmetov, A. A. Azimov
Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan ntolaniddin@mail.ru, javlonbek1207@gmail.com, tima260491@gmail.com
Abstract. An analysis of inspections of technical devices of power supply has been carried out; regularities of electric equipment failures have been determined. The integrated approach to the monitoring and diagnostics of the technical devices made it possible to prioritize their maintenance and improvement. Implementation of the suggested system is aimed at reliability increase and decrease of maintenance costs of power supply devices.
Keywords: automation, wireless communication, diagnostics, economic effect, network efficiency.
References
1. Barch D. V. Prospects for Automation of Power Supply Devices of the Oktyabrskaya Railway [Perspektivy avtomati-zatsii ustroystv elektrosnabzheniya Oktyabrskoy zheleznoy dorogi], Step into the Future (Science Week 2010): Proceedings of the Scientific and Technical Conference of Students, Graduate Students and Young Scientists [Shag v budushchee (Nedelya nauki-2010): Materialy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh], St. Petersburg, Russia, March 01-31, 2010. Saint Petersburg, Petersburg State Transport University, 2010, Pp. 86-89.
2. Barch D. V. Improvement of the Service System Based on Monitoring and Diagnostics of Power Supply Equipment [Sovershenstvovanie sistemy obsluzhivaniya ustroystv el-ektrosnabzheniya na osnove monitoringa i diagnostiki], Proceedings of Petersburg Transport University [Izvestiya Peter-burgskogo universiteta putey soobshcheniya], 2012, Is. 3 (32), Pp. 103-110.
3. Grachev V. F., Kondakov A. D., Samorukov A. V. An Integrated Approach to the Problem of Diagnosing Equipment and Controlling DC and AC Traction Substations [Kom-pleksnyy podkhod k zadache diagnostirovaniya oborudovaniya i upravleniya tyagovymi podstantsiyami postoyannogo i peremennogo toka], Electrification, Innovative Technologies and High-Speed Rail Traffic (Eltrans'2009): Proceedings of the Fifth International Symposium [Elektrifikatsiya, inno-vatsionnye tekhnologii, skorostnoe i vysokoskorostnoe zheleznodorozhnoe dvizhenie (Eltrans'2009): Materialy Py-atogo Mezhdunarodnogo simpoziuma], St. Petersburg, Russia, October 20-23, 2009. Saint Petersburg, Petersburg State Transport University, 2010, Pp. 376-385.
4. Rozenberg E. N., Basyrov S. K. System for Monitoring and Diagnostics of Power and Switching Equipment of Traction Substations [Sistema monitoringa i diagnostiki silovogo i kom-mutatsionnogo oborudovaniya tyagovykh podstantsiy], Ev-raziya-Vesti, 2011, No. 10, P. 15.
5. Concept for the Development of Diagnostic and Monitoring Systems for Track Facilities for the Period up to 2025: Approved by order of Russian Railways JSC [Kontseptsiya razvitiya sistem diagnostiki i monitoringa obektov putevogo
khozyaystva na period do 2025 goda: Utverzhdena rasporyazheniem OAO «RZhD»] from April 27, 2016 No. 777r, Railway Economy [Ekonomika zheleznykh dorog], 2016, No. 7, Pp. 122-156.
6. Nurmukhamedov T. R., Gulyamov J. N. Automation of Inventory Accounting in the Wagon Depot Warehouse [Avtom-atizatsiya ucheta tovarnykh tsennostey na sklade vagonnogo depo], Intellectual Technologies on Transport [Intellektualnye tekhnologii na transporte], 2021, No. 4 (28), Pp. 39-45. DOI: 10.24412/2413-2527-2021-428-39-45.
7. Nurmukhamedov T. R., Gulyamov Zh. N., Shaxidaeva Sh. T. Modeling of a Railway Warehouse Commodity and Material Values Accounting (on the Example of a Train Depot), Proceedings of the Scientific Conference on Railway Transport and Engineering (RTE 2021), Perm, Russia, May 01-03, 2021. AIP Conference Proceedings, 2021, Vol. 2389, Art. No. 100026. 6 p. DOI: 10.1063/5.0063843.
8. Nurmukhamedov T. R., Gulyamov Zh. N. Warehouse Operations of Passenger Service Car Depot with Logistics Elements [Skladskie operatsii vagonnogo depo passazhirskoy slu-zhby s elementami logistiki], Globus: Technical Science [Globus: Tekhnicheskie nauki], 2021, Vol. 7, No. 5(41), Pp. 30-35.
9. Gulyamov J. Warehouse Accounting Automated Information System Design, Proceedings of the First International Conference on Problems and Perspectives of Modern Science (ICPPMS-2021), Tashkent, Uzbekistan, June 10-11, 2021. AIP Conference Proceedings, 2022, Vol. 2432, Art. No. 060027. DOI: 10.1063/5.0089476.
10. Nurmukhamedov T., Ghaffarov N., Asimov, A. Development of an Information System for Recording Vacationers at the Omonhona Health Resort [Razrabotka informatsionnoy sis-temy ucheta otdykhayushchikh v zdravnitse «Omonkhona»], Current Issues of Development of Innovative and Information Technologies in Transport (A VRIITT-2021): Proceedings of the II Republican Scientific and Technical Conference [Aktualnye voprosy razvitiya innovatsionno-informatsionnykh tekhnologiy na transporte (AVRIITT-2022): Materialy II Respublikanskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii], Tashkent, Uzbekistan, November 21-22, 2022, 2022, No. 2, Pp. 38-41.
DOI: 10.47689/978-9943-7818-0-1-v2-pp38-41.
11. Rasulmuxamedov M. M., Azimov A. A., Gaffarov N. Y. Axborot texnologiyalari markazi hodimlari uchun servis xiz-matlari buyurtmalari qayd etib borishning ma'lumotlar bazasini ishlab chiqish, Current Issues of Development of Innovative and Information Technologies in Transport (AVRIITT-2022): Proceedings of the II Republican Scientific and Technical Conference [Aktualnye voprosy razvitiya innovatsionno-informatsion-nykh tekhnologiy na transporte (AVRIITT-2022): Materialy
II Respublikanskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii], Tashkent, Uzbekistan, November 21-22, 2022, 2022, No. 2, Pp. 34-37. DOI: 10.47689/978-9943-7818-0-1-v2-pp34-37.
12. Gaffarov N. Y., Azimov A. A., Tashmetov T. Sh. SQL va NoSQL ma'lumotlar bazalaridan foydalanish hola-tlari, Current Issues of Development of Innovative and Information Technologies in Transport (AVRIITT-2022): Proceedings
of the II Republican Scientific and Technical Conference [Ak-tualnye voprosy razvitiya innovatsionno-informatsionnykh tekhnologiy na transporte (AVRIITT-2022): Materialy IIRespublikanskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii], Tashkent, Uzbekistan, November 21-22, 2022, 2022, No. 2, Pp. 42-45. DOI: 10.47689/978-9943-7818-0-1-v2-pp42-45.
