CC BY
37
УДК 621.331:621.311.4
А. А. КУЗНЕЦОВ А. Ю. КУЗЬМЕНКО
Омский государственный университет путей сообщения
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ ПЕРЕНОСНОГО ПРИБОРА КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Приводятся технические средства, методика и результаты испытаний изоляторов контактной сети железнодорожного транспорта. Участок контактной сети представлен в виде модели линии с распределенными параметрами. Представлены схема проведения эксперимента, форма диагностирующих импульсов для определения возможного места положения неисправного изолятора. Ключевые слова: диагностирование, контактная сеть, изолятор, прямоугольный импульс, прибор контроля изоляторов, линия с распределенными параметрами.
Наибольшее количество событий, связанных с нарушением безопасности движения поездов в хозяйстве электрификации и электроснабжения, происходит из-за отказов в работе устройств контактной сети. В 2013 году в результате отказов устройств контактной сети допущено 129 транспортных события (92,8 %), электроснабжения СЦБ и тяговых подстанций — по 5 (по 3,6 %) [1].
Повреждения изолирующих элементов приводят к сбою движения поездов, а в некоторых случаях и к большим перерывам, необходимым для восстановления поврежденных конструкций. В общем объеме повреждений изоляторов преобладающими являются механические. Подобные разрушения изоляторов наиболее часто происходят при неблагоприятных метеорологических условиях (в период сильных ветров и автоколебаний проводов, при низких температурах) в тех узлах КС, где на изоляторы воздействуют высокие механические нагрузки.
Определяющими причинами отказов контактной сети, влияющими на безопасность движения в хозяйстве электрификации и электроснабжения, являются перекрытие и разрушения изоляторов контактной сети (21 %), обрывы и пережоги проводов (19 %), разрушение зажимов (11 %), нарушение регулировки контактной сети (10 %), обрывы струн
(7 %) [1].
Основные причины разрушения изоляторов: низкая механическая прочность при ударных нагрузках; быстрое старение в эксплуатации и, особенно, при низких температурах: недостатки конструкций, фиксирующих узлов; нарушение норм содержания; случаи, не связанные с эксплуатацией.
Недостаточная механическая прочность изоляторов при их защемлении и воздействии ударных нагрузок приводит к разрушению фарфора. Снижение механической прочности некоторых изоляторов при длительной эксплуатации обычно происходит из-за возникновения значительных напряжений в месте сопряжения фарфора, цементной заделки и металлической арматуры в связи с разными коэффициентами температурного расширения этих материалов. В таких местах в фарфоре возникают микро- и макротрещины, со вре-
менем развивающиеся и снижающие механическую прочность всего изолятора. Максимальная потеря прочности происходит при низких температурах [2].
Прочность изолятора уменьшается также из-за постоянных ударных нагрузок, передающихся на них при эксплуатации. В таких случаях в фарфоре также возникают скрытые трещины, которые затем развиваются. Скрытость дефектов, которые нельзя обнаружить ни визуально, ни электрическими испытаниями наиболее опасна в эксплуатации.
Контактную сеть постоянного тока с изолирующими элементами принято рассматривать в виде линии с распределенными параметрами (рис. 1). Для решения задачи контроля изолирующих элементов и оперативного определения места их повреждения необходимо использовать современный математический аппарат, элементы моделирования с целью постановки и реализации измерительного эксперимента.
Среди известных аналогов преобладают приборы, основанные на анализе схем с сосредоточенными параметрами [3]. На основе предложенного метода [4] разработан опытный образец прибора для диагностирования изоляции контактной сети постоянного тока железнодорожного транспорта. Составлена структурная схема измерительного комплекса (рис. 2).
В качестве тестовых воздействий выбраны прямоугольные импульсы, имеющие непрерывный спектр высших гармоник. Поскольку объект диагностирования представлен комплексным сопротивлением, каждая из составляющих гармоник входного напряжения будет по-разному влиять на форму выходного сигнала.
Последовательность прямоугольных импульсов, характеризуется длительностью, амплитудой и периодом следования единичного импульса.
Эксперимент проводился на участке контактной сети учебного полигона ОмГУПС (рис. 3). Неисправный изолятор (НИ) соединялся с контактной сетью и рельсовым заземлением в положениях 1, 2, 3, как показано на рис. 3. Подключение прибора контроля изоляции (ПКИ) к контактной сети осуществлялось при помощи измерительной штанги (ИШ).
Рис. 1. Схема замещения контактной сети
ПК
Рис. 2. Структурная схема измерительного комплекса: ПК — персональный компьютер; ФГ — функциональный генератор; ВБ — высоковольтный блок; ОД — объект диагностирования; ИП — измерительный преобразователь; ЦО — цифровой осциллограф
1 1 •4- -Н ч- [
V ' г г — ■ | -
нн 1 нш □ ПКИ ГП Й — —^——-< >—•- % ] ч
РЕЛЬС
Рис. 3. Схема проведения эксперимента диагностирования изоляторов
Для эксперимента были выбраны подвесные фарфоровые тарельчатые изоляторы типа ПФ-70 [5].
При испытаниях изоляторов контактной сети постоянного тока высокочастотный сигнал с высокой амплитудой можно заменить последовательностью прямоугольных импульсов меньшей частоты, что упрощает реализацию аппаратной части испытательного оборудования.
Во время эксперимента была получена осциллограмма выходного сигнала исправного участка (рис. 4). Неисправный изолятор при этом не был
включен в линию (режим холостого хода). Также были получены осциллограммы диагностирующих импульсов, при расположении неисправного изолятора в положениях 1, 2, 3 участка контактной сети (рис. 5). Как видно из приведенных осциллограмм, на участке происходит разряд эквивалентной емкости на входные цепи измерительного делителя напряжения. Это видно по характерному спаду заднего фронта импульса.
При подключении неисправного изолятора в положения 1, 2, 3 также наблюдалась задержка спада
Рис. 4. Осциллограмма выходного сигнала исправного участка
заднего фронта, которую можно объяснить изменением эквивалентного активного сопротивления участка. Как видно из осциллограммы, исправные изоляторы также будут разряжаться, но уже с большей интенсивностью. Также, при наличии на участке неисправного изолятора, появляются помехи и неровности в верхних точках импульсов. Кроме того, при размещении неисправного изолятора на близком расстоянии от начала линии наблюдалось уменьшение амплитуды прямоугольных импульсов, что объясняется шунтированием входной цепи измерителя внутренним сопротивлением неисправного изолятора (Кни = 500 кОм). По мере удаления от места проведения измерений амплитуда сигнала увеличивается.
Таким образом, наличие на участке неисправных изоляторов сопровождается изменением формы диагностирующих импульсов, а расстояние до неисправного изолятора определяется изменением амплитуды сигнала.
Данный метод диагностирования позволяет выявить наличие и местоположение дефектных изоляторов, поврежденных в результате механического воздействия на них (сколы, трещины, деформации). Один из способов определения типа неисправности осуществляется путем накопления и последующего сравнения образцовых и измеренных сигналов на участках контактной сети, содержащих различное число исправных и неисправных изоляторов.
Работы, выполняемые по предложенной технологии, позволяют сократить время на поиск и устранение неисправностей изоляции контактной сети железных дорог. Диагностирование состояния изоляции контактной сети можно будет проводить с по-
мощью дополнительного оборудования, установленного в вагоне-лаборатории контактной сети (ВИКС) или непосредственно на тяговых подстанциях.
Библиографический список
1. Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2013 году. - М. : ОАО РЖД, 2014. - 100 с.
2. Михеев, В. П. Контактные сети и линии электропередачи : учеб. для вузов ж.-д. транспорта / В. П. Михеев. — М. : Маршрут, 2003. — 416 с.
3. Контактная сеть и воздушные линии: Нормативно-методическая документация по эксплуатации контактной сети и высоковольтных воздушных линий : справ. / Департамент электрификации и электроснабжения РФ. — М. : Транспорт, 2001. — 512 с.
4. Кузнецов, А. А. Разработка технических средств и методики контроля состояния изоляторов контактной сети постоянного тока / А. А. Кузнецов, Е. А. Кротенко, А. Ю. Кузьменко // Известия Транссиба. — 2012. — № 4. — С 110—116.
5. Каталог изоляторов для контактной сети и ВЛ электрифицированных железных дорог. — М. : Трансиздат, 2000. —
112 г
КУЗНЕЦОВ Андрей Альбертович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры теоретической электротехники. Адрес для переписки [email protected] КУЗЬМЕНКО Антон Юрьевич, инженер кафедры теоретической электротехники. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 28.10.2014 г. © А. А. Кузнецов, А. Ю. Кузьменко
