CC BY
20
УДК 621.332.3:621.315.66
О. М. ПОЛЯХ (ДНУЗТ)
ПРИЛАД Д1АГНОСТИКИ ОПОР
Представив д.т.н., доцент Сиченко В. Г.
Вступ
Опори контактно! мережi - це один з елеме-нт1в системи електропостачання, який забезпе-чуе безперебшну роботу електричного транспорту. На Укрзалiзницi пiдiйшов перiод масо-во! замiни опор, якi вичерпали свш норматив-ний ресурс, але продовжують експлуатуватись у зв'язку з вщсутшстю коштiв. Тому фахiвцi наполегливо шукають шляхи покращення ви-користання середнього ресурсу системи опор. Одним iз напрямюв вирiшення цього завдання е вдосконалення методiв дiагностування опор з урахуванням специфiчних умов !х експлуатацп на залiзничному транспортi постiйного струму.
Система опор експлуатуеться персоналом дистанцш електропостачання. Опори, для яких шдшшов граничний або вийшов термiн служ-би, перевiряються в дорожньоекспертних центрах, або в шших експертних центрах яю дають висновок на продовження термiну експлуатацп опори. Для виршення ще! проблеми пропонуеться нова методика дiагностики.
Основна частина
Наукове обгрунтування дiагностичного параметра для нового методу дiагностики проводили на базi ентропи. За основу обрано вiброа-кустичний метод дiагностування, який мае ряд таких дiагностичних параметрiв: декремент згасання амплiтуди; тривалють згасання звуко-вих коливань збурено! опори; частота опори пiсля виведення 11 з рiвноваги; розкид частот гармошк з максимальною амплiтудою спекав збурено! опори. Iнформацiя про стан опори визначаеться спостереженням за шшим дiагно-стичним параметром , який не напряму вщо-бражае стан опори. Середню величину шфор-маци можливо визначити за формулою [1]:
О
Обернене спiввiдношення також справед-ливе
ЗО (В )= Н (О)-Н
В У
(1)
де Н (О) - апрюрна ентропiя опори О;
Н^0^ - ентропiя опори О пiсля того, як
стало вiдомо про стан дiагностичного параметра В .
Зв (0) =Н (В)-Н
(2)
Зробивши припущення i перетворення, якщо об'екти О i В незалежш, формулу можна пе-реписати у виглядi
п т
Зэ (В)= Е Е Р(Рг) • Р
1=1]=1
Г В] ^
Р
•
Г ] ^
р(в])
. (3)
Отримане рiвняння служить для знаходжен-ня Зо (В) - середнього сподiвання значення iнформацi!, що мютиться в об'ектi В стосовно вих станiв об'екта О. Аналiзуючи результати розрахункiв, можна наочно оцшити шформа-цiйну цiннiсть кожного дiагностичного параметра. Встановлено, що середня iнформацiя про стан залiзобетонних опор контактно! мереж з дослщження дiагностичного параметра х (розкид частот гармошк з максимальною ампл^у-дою спектрiв збурено! опори), Зо (В) = 0.245 бшьший стосовно шших дiагностичних пара-метрiв, тому вибираемо його як дiагностичний параметр нового методу дiагностування [2].
Новий вiброакустичний метод дiагностики полягае в такому. По надземнш частинi опори на зручнiй висот вiд 1.5 до 2.0 м наносять уда-ри спецiальним тарованим молотком. Згасаючi коливання, що виникли внаслщок цього збурю-вання опори, записують у пам'ять звукозапису-вального пристрою.
Суттевою вiдмiннiстю пропонованого способу оцшки технiчного стану залiзобетонних опор е використання для прозвучування частот пружних хвиль звукового дiапазону. Перевагою методу також е використання сучасно! елемен-тно! бази для аналiзу коливання з необхщною точнiстю. Увесь процес збурення i запису шфо-рмацл про стан опори новим вiброакустичним методом при нормальному режимi роботи (десять запиив збурення опори) тривае навиъ з урахуванням термшу переходу вiд однiе! до друго! опори не бiльше 5-ти хвилин. Пюля про-
ведення всiх необхщних дiагностичних вимiрiв i запису iнформацГí в звукозаписувальний при-стрiй на дшянщ, де вщбувалося дiагностування опор, робота з обробки шформащУ та оцiнка технiчного стану опори проводиться в техшч-ному вщдш ЕЧ або ДЕЛ на ЕОМ за допомогою спещальноУ програми.
Шд час проведення дiагностування удар, який збуджував звуковi коливання, наносили склерометром Шмщта. У результатi кожного дослщу було отримано два види даних: дослщ-нi частоти звукових коливань у корпусi опори i данi визначення мiцностi бетону [3].
Запропоновано проводити дiагностику стану залiзобетонноl опори контактно! мережi з роз-киду спектра частот з максимальною амплггу-дою х . Задача полягае у виборi значения параметра х таким чином, що при х > слiд приймати ршення про замiну опори, а при х < хо не проводити замшу [4]. Будемо так ви-значати граничне значення параметра хо для прийняття рiшення, щоб середнi експлуатацiйнi витрати звести до мшмуму.
Параметр хо опори залежить не тiльки вiд ступеня корозil, але й вiд iнших факторiв. Тому можна говорити про деяку область, у якш може знаходитися величина параметра хо. Суттево, що област справного В^ i корозшного В2 ста-нiв перетинаються i тому неможливо вибрати х0 так, щоб не було помилкових ршень. Поми-лка першого роду - прийняття ршення про ная-внють корозil (дефекту), коли насправдi опора (система) перебувае в справному стань Помил-ка другого роду - прийняття ршення про спра-вний стан, тодi як опора мае корозто (мютить дефект). Ймовiрнiсть помилки першого роду дорiвнюе добутку ймовiрностi двох подiй: ймо-вiрностi наявност справного стану i ймовiрнос-т того, що при справному сташ х > хо . Шдста-вивши числовi значення для опор СКЦ, отри-маемо, що хо=29о Гц.
Щоб правильно дати ощнку техшчного стану опори для нового вiброакустичного методу, науково обгрунтовано необхщну кiлькiсть ви-мiрiв. Для цього використали теорему Байеса [5 - 7]. Для нового вiброакустичного методу стан опори характеризуеться одшею ознакою - х. На кожному крощ процедури дiагностування опори, перевiряли умову про можливiсть постановки дiагнозу. Якщо шформащУ досить, то будемо ставити дiагноз i припиняти дiагностування.
Результати розрахункiв свщчать про те, що для постановки дiагнозу «опора несправна» або
«опора справна» достатньо одноУ пари вимiрiв (для опор типу СКЦ). Для опор шшого типу частоти будуть шш^ але по сутi картина не змь ниться [8].
Викладеш науковi положення дозволили ро-зробити новий прилад дiагностування опор контактно! мереж^ який складаеться з ударного пристрою, пристрою запису звуку та програм-ного забезпечення ¡з обробки шформацп рис. 1.
Рис. 1. Функцюнальна схема приладу
За основу ударного пристрою був взятий склерометр Шмщта. Зам1ри пропонуеться ви-конувати наступним чином. На опор1 обирають мюце для нанесення тарованого удару для збу-дження коливань опори. Мюце повинно бути без дефеклв, мати чисту й р1вну поверхню. За допомогою пристрою для спрямованого удару направляють вюь молотка на мюце, де буде нанесений удар, i фксують ударний пристрш на опор1 силою руки. Натискають кнопку спускового пристрою, який звшьняе з стислого стану пружину, i вюь молотка починае рухатися по направляючим шайбам до зггкнення з опорою. Енерпя молотка передаеться на опору, збурен-ня опори записуе пристрш запису звуку.
Пристрш запису звуку включае таю складо-вк мiкрофону, пiдсилювача аналогового сигналу, перетворювача аналогового сигналу в циф-ровий, бази даних проведених вимiрювань, блоку керування, блоку живлення (рис. 2).
З бази даних обстежених опор звукозапису-вального пристрою шформащя передаеться в базу даних комп'ютера, яка збертаеться в МР3 формать Генератор номеру запису присвоюе кожнш обстеженш опорi свш номер i з цим номером шформащя збер^аеться в базi даних. З бази даних МР-3 формату береться iнформацiя опори i за допомогою спещально'1 програми на приклад «Adobe Audition 2.0» розкладаеться на спектр. 1з числа розкладених на спектр частот гармонiк обирають гармошки з максимальною амплггудою. По^м розраховують розкид спек-
© Електрифкащя транспорту, № 3. - 2012.
75
тру частот з максимальною амплпудою i порь внюють з еталонним (для рiзних типiв опор -свое значения).
Рис. 2. Функщональна схема обробки шформацп з дiагностики опор
Вибираючи мжрофон для пристрою дiагнос-тування опор контактно!' мереж^ необхщно звернути увагу на основнi його техшчш характеристики: осьову чутливють; номiнальний дiа-пазон частот; нерiвномiрнiсть частотно!' характеристики, у якому працюе мiкрофон; вихiдний опiр мкрофона; рiвень власних шумiв; характеристику направленость
Виконано теоретичнi розрахунки частоти поперечних коливань рiзних типiв опор контактно!' мережь Дiапазон частот при проведенш експериментiв рiзних титв залiзобетонних опор контактно! мережi складав вiд 400 до 1800 Гц. Зпдно з 1БС651, СС1Я 468-2/3, ГОСТ16123-88, дiапазон частот усiх приладiв, використову-ваних пiд час вимiрювань, повинен не менш шж на 10 % перевищувати номшальний дiапа-зон. Тобто, дiапазон частот приладу, зпдно ро-зрахунку за ГОСТ 17168-82, повинен бути не менше 300 ^ 3000 Гц. Для нового приладу мо-жливо застосовувати мiкрофон 3-! групи склад-ностi й вище, згiдно з ГОСТ 6495-89.
Дослщжено оптимальне розташування мж-рофона до опори. Для нового методу дiагносту-вання з новим дiагностичним признаком х (роз-кид частоти гармонiк з максимальною амплггудою спекав) оптимальна висота виведення опори з рiвноваги складае 1 ... 2 м вщ рiвня землi.
Програмне забезпечення призначено для ав-томатизацн дiагностування та аналiзу залiзобе-тонних опор контактно! мережi за допомогою аналiзу звукового файлу, зробленого звукоза-писувальним пристроем. На рис. 3 подано зо-браження екрана комп'ютера.
IS-CA Ё3> Program
SI с: [system]
OZwav REC001.WAV REC002.WAV REC003.WAV test2.WAV test3.wav
Номер опори: Тип опори: 1111
ГГГ-1 скц ~ Дсшати. М | |
ЕЧ: ЕЧ-4 [3| ЕЧК: |ЕЧК-3
Дтьниця: Тавршськ - Ппавш - Анал1зуВЭТИ фЭЙЛ
1нформашя по опори Дата огляду: Декремент затухания: Час затухания: Частота: Розкид гармонк макс, амплп-уди:
[1004.2009 3.5 0.372 590.57 10.7
Рк встановлення Огир.Ом: Коп дефекта Потенция опори. В:
1988 9800 I |0 ? 2.4 Розкид гармошк
jfL Закрити |
Продивитись базу Додати в базу
Рис. 3. Форма «Д1агностика опор»
Порiвняння рiзних методiв дiагностування проводили на основi прийнятих Укрзалiзницею iнструкцiй ЦЕ-0019 та ЦЕ-0010. Для перевiрки достовiрностi результата експерименту було обрано двi дшянки: перегони Плавнi - Таври-чеськ та 1греень - Iлларiоново на Придншров-ськiй залiзницi. Обстежено понад 360 опор типу ЗБК, СКЦ. Результати дослщжень у вщсот-ках: вiзуальний: несправнi - 18,7%, справш -81,3%; ультразвуковий: несправш - 20,8%, справнi - 79,2%; вдосконалений: несправнi -25,3%, справш - 74,7%. Таким чином, експлуа-тацшна перевiрка нового вiброакустичного методу дiагностики свiдчить про його достовiр-нiсть.
Для експериментального визначення серед-нього ресурсу опор з використанням запропо-нованого методу дiагностування було обрано два типи опор, як приблизно перебували в од-накових умовах (ЗБК - 125 шт. та СКЦ - 115 шт.) Додатково несправш опори було перевiре-но традицшними методами дiагностування з вщкопкою на глибину 1 м для прийняття рь шення про подальшу експлуатацiю опор. На основi проведених дослщжень результати ви-мiрiв подано в табл. 1.
Таблиця 1
Результати експериментальних дослiджень новим методом дiагностування
Марка опори nepeBipero опор, шт Справних опор, шт Несправних опор, шт о н & В &: i пм оа л ^ н U са ьл •s л « s ,р о п о S.a ^ О гр а в о й S
ЗБК 125 117 8 7 41...45
СКЦ 115 108 7 6 26...35
Разом 240 225 15 13
Таблиця 2
Пор1вмяммя моказникчв
№ Марка № УК 1401 Новий метод Вiзуaльний метод
п/н опори опори П1 П2 П1/П2 Висновок Хо Висновок
1 ЗБК6/9.3 257 66.74 50.70 1.3 Справ. 1610.11 Неспр. Без видимих дефекпв
2 ЗБК6/9.3 253 77.30 53.80 1.4 Неспр. 2030.07 Неспр. 5Ц трщин: l шт.-2,5м розкриття-5 мм
3 ЗБК6/9.3 181 57.20 56.38 1.02 Справ. 20.2 Справ. Справна
4 СКЦ 324 40.10 49.60 39.70 45.00 1.01 1.1 Неспр. 1421.67 Неспр. 4Ц Eлектрокорозiя тдзем. част. опори
5 СКЦ 259 48.30 43.90 1.1 Неспр. 1166.17 Неспр. 3Ц руйнування 10*50мм
6 СКЦ 248 35.70 33.50 1.07 Справ. 10 Справ. Справна
npHMÎTKa : в рядку 4 верхне число означае, що bhmîph проводились в надземнш, нижне - в вщ-копaнiй частинах опори.
За результатами дослщжень розраховано ш-тенсивнiсть замши опор та Ух середнш ресурс служби, який складае для марки опор: ЗБК екс-периментальне - 53,56 роюв, розрахункове - 5о рокiв; СКЦ експериментальне - 57,5 роюв, розрахункове - 5о,о3 рокiв. Встановлено, що екс-периментальний середнiй ресурс служби опор збшьшуеться на 7.12% - для опор типу ЗБК i на 15% - опор типу СКЦ, а в середньому мае мю-це збшьшення середнього ресурсу на 11%.
Висновки
1. Розроблено апаратне забезпечення прила-ду дiагностування залiзобетонних опор контактно! мереж^ яке мае три складовi частини (уда-рний пристрш, пристрiй запису звуку, програ-мне забезпечення з обробки шформаци), що дозволяе набагато скоротити час дiагностуван-ня однiеí опори.
2. Встановлено, що для розробленого ударного пристрою ращональною умовою вимiру параметра х е вщстань вiд опори до мшрофон 2о...27 см.
3. Для нового методу дiагностування оптимальна висота нанесення удару по опорi таро-ваним ударним пристроем складае 1.. .2 м.
4. Рiзниця кiлькостi виявлених справних та несправних опор ультразвуковим i вдосконале-ним вiброакустичним методами дiагностування складае 4.5 %. Рiзниця кiлькостi виявлених справних та несправних опор вiзуальним i вдо-сконаленим вiброакустичним методом дiагнос-тування складае 6.6 %.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Ефимов А. В. Надежность и диагностирование систем электроснабжения железных дорог [Текст] / А. В. Ефимов, А. Г. Галкин. - М.: УМК МПС, 2ооо. - 512 с.
2. Кузнецов В.Г. Обгрунтування вибору дiaгно-стичного параметра для вiброaкустичного методу дiaгностувaння зaлiзобетонних опор контaктноï ме-режi [Текст] / В.Г. Кузнецов О.М. Полях // Вюн. Дь пропропетр. нац. ун-ту зaлiзн. трансп. îm. акад. В. Лазаряна - 2011. - № 37. - С. 89 - 92.
3. Кузнецов В. Г. Визначення науково обгрунто-ваного значення дiaгностичного параметру при вiб-роакустичному методi дiaгностики зaлiзобетонних опор / В. Г. Кузнецов, О. М. Полях // Зaлiзничний транспорт Украши .-2008.-№ 2.-С. 46-50.
4. Ефимов А. В. Надежность и диагностирование систем электроснабжения железных дорог / А.
B. Ефимов, А. Г. Галкин. - М.: УМК МПС, 2000. -
C. 328 - 330.
5. GroSSe Jorg. Neubearbeitung der Oberleitungsnorm TN 50119 (новая переработка стандарта EN 50119 по воздушной контактной линии железной дороги) / GroSSe Jorg, Tessun Heinz // Elek. Bahnen. - 2005. - 103. № 4-5. - S. 187 - 190.
6. Гмурман В. E. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гмурман. - М.: Высш. шк., 1999. - С. 52 - 55.
7. Гурский Е. И. Теория вероятностей с элементами математической статистик / Е. И. Гурский. -М.: Высш. шк. 1971. - С. 35 - 38.
8. Кузнецов В. Г. Визначення необхiдноï кшько-ctî зaмiрiв для вдосконаленого вiброaкустичного метода дiaгностики зaлiзобетонних опор контaктноï мережi / В. Г. Кузнецов, О. М. Полях // Вюн. Дшро-пропетр. нац. ун-ту зaлiзн. трансп. îm. акад. В. Лазаряна - 2008. - № 20. - С. 58 - 62.
Ключовi слова: опора, корозiя, д^ностування, пристрш, мшрофон, вiброaкустикa.
Ключевые слова: опора, коррозия, диагностирование, устройство, микрофон, виброакустика.
Keywords: prop, corrosion, diagnosis, device, microphone, vibroacoustics.
© Електрифшащя транспорту, № 3. - 2012.
77
