Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Комплексная диагностика при эксплуатации опор контактной сети. Монография
.pdf
4. ФОРМИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА
КОМПЛЕКСНОЙ ДИАГНОСТИКИ ОПОР
КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Прогнозирование технического состояния опор контактной
сети напрямую зависит от точности диагностических испытаний
и достоверной информации о параметрах, описывающих это состояние. Являясь статистически зависимой, вероятностная модель
диагностирования при корректных данных об объекте диагностирования точно определяет область времени, в которой произойдет отказ [46]. Организация скоростного и высокоскоростного движения,
рост объемов грузооборота на железнодорожном транспорте многократно увеличивают требования к содержанию технических средств
постоянно и безопасности движения поездов.
Опоры контактной сети более всего подвержены влиянию электрической коррозии металлической арматуры на грузонапряженных
участках. Это вызвано в первую очередь снижением межпоездных
интервалов и повышением массы поездов на участках эксплуатации. Появляются большие тяговые токи, которые увеличивают потенциал цепи «земля-рельс». При постоянном значении сопротивления цепи «консоль-рельс» увеличиваются токи утечки, негативно
влияющие на состояние металлической арматуры железобетонных
опор контактной сети [46, 51].
Диагностика железобетонных опор проводится для выявления
остродефектных, дефектных опор и определения фактической несущей способности независимо от имеющихся на них дефектов
и повреждений. Своевременно проведенное обследование позволяет снизить объемы откапываемых и заменяемых опор. Диагностика
надземной и подземной частей опор различается. На участках постоянного тока обязательно проводится диагностика обеих частей.
На надземной части опор проводится выборочная или сплошная
диагностика [96].
При выборочной диагностике обязательно проверяют состояние
анкерных опор и опор в кривых малого радиуса независимо от наличия повреждений. Первая выборочная диагностика проводится по
состоянию опор, но не позднее 12 лет после ввода в эксплуатацию.
Сплошная диагностика для установления несущей способности всех опор проводится после их длительной эксплуатации
71
и появления признаков ускоренного старения бетона, а также при
40 и более лет эксплуатации.
Подземную часть опор проверяют откопкой и обследованием
подземной части прибором УК-1401М (УК-1401). При этом в первую очередь должны откапываться и обследоваться опоры, оцененные как электрокоррозионно-опасные.
Обследовать подземную часть опор приборами на участках постоянного тока необходимо каждый раз после обнаружения отказов
защитных устройств.
Для оценки состояния подземной части опор на участках постоянного тока необходимо анализировать величину сопротивления
цепи заземления одних и тех же опор по годам. Понижение сопротивления опор с течением времени может свидетельствовать о выходе из строя изолирующих втулок и появлении металлического
контакта между закладными болтами и арматурой опоры.
Особо должны рассматриваться случаи, когда сопротивление
опор резко повышается, если коррозия полностью разрушила арматуру, исчезла электрическая цепь через нее; случайный разрыв
контакта между арматурой и закладным болтом и образование зазора между ними; образование на арматуре продуктов коррозии без
разрушения защитного слоя бетона.
Такие опоры должны тщательно обследоваться и нужно принимать решение о их дальнейшей эксплуатации.
При повреждении бетона агрессивной средой подземную часть
опор диагностируют, откопав на глубину до 1 м (по отдельной методике, с привлечением специализированных лабораторий).
Диагностика бетонных и железобетонных фундаментов металлических опор контактной сети на участках постоянного тока должна включать оценку состояния в первую очередь анкерных болтов.
При диагностике без откопки фундаментов используется ультразвуковой метод. Для диагностики состояния анкерных болтов необходим доступ к верхним торцам анкерных болтов.
При диагностике состояния фундаментов металлических опор
на участках постоянного тока при периодической или выборочной
откопке определяется также состояния бетона (повреждения, характер и причины их появления, при необходимости должна устанавливаться прочность бетона ультразвуковым прибором УК-1401М
(УК-1401)). Измерения следует вести в средней части граней фундамента, ниже плоскости, отделяющей оголовок от тела фундамента.
72
Отклонение измеренной прочности от проектной не должно превышать 25 %.
Определить системность разрушения и скорость протекания
электрической коррозии арматуры достаточно сложно [24, 108, 17,
16, 20]. Замеры (с допустимой долей погрешности) могут быть начальным условием для определения стойкости опор контактной
сети к протеканию электрической коррозии. Испытания по всему
эксплуатируемому участку не отражают реальной деградации железобетонных конструкций, так как под влиянием погодных условий
изоляция под хомутами консолей быстро старится, что снижает сопротивление протеканию токов утечки и электрической коррозии.
Постоянно обновляемые методы проектирования, деталей и узлов контактной сети направлены на увеличение качества токосъема, повышая скорость движения и снижая межпоездной интервал.
А вот действующие методы эксплуатации, поддерживающие контактную сеть в обеспечивающих качественную работу параметрах,
сильно устарели [27, 32, 36].
Методология УРРАН выделяет 14 этапов жизненного цикла,
разделяя все этапы на три большие группы (стадии жизненного
цикла) [46].
Диагностика технического состояния затрагивает три этапа:
приемка (оценка технического состояния перед вводом в эксплуатацию), эксплуатация (контроль параметров опор контактной сети
в ходе эксплуатации, потому что их влияние на безопасность перевозочного процесса велико), мониторинг эксплуатационных характеристик (оценивается возможность дальнейшей эксплуатации
опор контактной сети с учетом анализа возникающих рисков).
Проведение основных видов ремонта устройств на этапе эксплуатации лишь отодвигает наступление состояния отказа [97].
При увеличении предельного срока эксплуатации все виды ремонта направлены единственно на поддержание работоспособного состояния. Нет технологий, которые позволили бы восстанавливать
объекты эксплуатации до полноценного исправного состояния без
замены. Поэтому частичное восстановление разрушенного слоя
бетона железобетонных опор контактной сети, находящихся в эксплуатации дольше заявленного срока службы, не решает проблему
накопления микроповреждений и усталости материала при воздействии постоянных нагрузок. Такой подход способствует каскадному
переходу к состоянию отказа, что в дальнейшем проявится в наиболее частом отказе опор.
73
Сложность действующих подходов к диагностике опорного пар-
1 этап. Концепция
5 этап. Распределение требований
4 этап. Требования
3 этап. Анализ риска
2 этап. Характеристика объекта и условий применения
6 этап. Проектирование и реализация
10
этап. Приемка
9 этап. Валидация
8 этап. Установка
7 этап. Производство
11 этап. Эксплуатация, ТО и Р
14 этап. Вывод из эксплуатации и утилизация
13
этап. Модификация и модернизация
12 этап. Мониторинг эксплуатационных характеристик
1 стадия 2 стадия 3
стадия
ка заключается в большом количестве условий, связанных с частичной или полной заменой опор. Алгоритм действующего подхода
к определению технического состояния опор контактной сети представлен на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Основные этапы жизненного цикла опоры контактной сети
При поверхностном рассмотрении невозможно определить
достоверную причину возникновения отказов. Диагностика технических средств, основанная на вероятностно-статистических
подходах, позволяет достоверно описать происходящие процессы
и определить необходимость замены или ремонта опор контактной
сети.
Выполняемые мероприятия (К-146, ЦЭ-868)
1. До ввода в эксплуатацию: приемка. Оценка качества изготовления опор и соответствия параметров установленным стандартам
и конструкторской документации.
74
2. Перед вводом: измерение сопротивления опор при осуществлении новой электрификации до подачи напряжения в контактную сеть.
3. В ходе эксплуатации: контроль угла наклона опор контактной сети (признак α), контроль габаритных расстояний, визуальное
обследование опор и фундаментов; проверка состояния подземной части опор и фундаментов при индивидуальных заземлениях
на участках постоянного тока с откопкой. При исправных защитных устройствах проверку проводят не реже одного раза в три года
(получение признаков ν, υ, R
, R2); проверка состояния надземной
1
части железобетонных опор – не позднее 12 лет после ввода в эксплуатацию, далее через шесть лет (получение признаков ν, υ, R1, R2);
выборочную диагностику проводят не позднее 12 лет после ввода
в эксплуатацию; сплошную диагностику надземной части следует
проводить при достижении опорами срока эксплуатации 40 и более
лет, далее один раз в три года (или на усмотрение владельца инфраструктуры).
В настоящее время эксплуатация железобетонных опор контакт-
ной сети осуществляется по схеме, представленной на рис. 4.2.
Для определения технического состояния железобетонных опор
контактной сети и обеспечения безопасности перевозочного процесса необходимо разработать соответствующий алгоритм действий
[16, 19, 70].
Предлагается алгоритм комплексного подхода к диагностике
опор контактной сети, который на основе контроля нескольких параметров упрощает принятие решений по замене/продлению срока
службы опор контактной сети (рис. 4.3). После диагностики необходима максимально точная обработка полученных при определении технического состояния данных, после чего необходим расчет
с точки зрения экономической целесообразности выполняемых
действий, направленных на повышение надежности и безопасности
перевозочного процесса.
Блок 1 в схеме отвечает за достоверность полученной информации. Для оптимизации трудозатрат диагностика опор выполняется
в несколько этапов.
На первом этапе выполняется визуальная проверка технического состояния опор на соответствие нормативным показателям
содержания опорного парка; выявляют трещины, величину их
75
Начало
т
т
Визуальный контроль состояния опор
(наклон, внешние дефекты)
Соответствует
Соответствует
Продление срока службы
Проверка
(визуально) соответствия
требованиям эксплуатации
Выборочная
диагностика опор приборным парком
Диагностика опор с оценкой
коррозионного состояния
Повторная
проверка соответствия
требованиям эксплуатации
Оценка СЖЦ
Не соответствуе
Не соответствуе
Замена опор контактной
сети
Конец
Рис. 4.2. Блок-схема действующего алгоритма организации работ
по диагностике опор контактной сети и оценка стоимости жизненного
цикла
76
Начало
Блок 1
Блок 2
Блок 3
Соответствует
Соответствует
Продление
срока службы
Визуальный контроль
состояния опор
(наклон, внешние
дефекты)
Диагностика опор
приборным парком
Оценка совместного
появления признака
и диагноза
Оценка уровня риска
Оценка СЖЦ
Конец
Не соответствует
Не соответствует
Замена опор
контактной сети
Рис. 4.3. Блок-схема организации комплексной диагностики опоры
контактной сети с учетом ее срока эксплуатации
раскрытия, определяется угол наклона, выполняется соотнесение
1
с требованиями инструкции
.
На втором этапе первого блока алгоритма проводится комплексная диагностика всего участка. Оценивается техническое состояние
железобетонных опор, выполняется сплошная диагностика опор,
1
Так, например, на диагностируемом участке выявлено 18 опор различной степени
дефектности [106].
77
расположенных на участке испытаний. Все опоры проверены каждым прибором; выявлены неисправные. Опоры, значения параметров которых расходятся по показаниям приборов, проверяются по
разработанной методике (второй блок алгоритма).
Работа второго блока алгоритма включает в себя более точную
постановку диагноза на основе разработанной методики комплексной диагностики железобетонных опор контактной сети. Определяется точное количество неисправных опор, после чего рассчитывается уровень риска нарушения безопасности от отказа опоры
контактной сети. После определения уровня риска алгоритм переходит к третьему блоку, при необходимости выполняется повторная
проверка на соответствие требованиям нормативно-технической
документации. Если уровень риска не соответствует им, то после повторной проверки принимается решение о сплошной замене опор.
Третий блок алгоритма – расчет стоимости жизненного цикла.
На основании прогнозируемых данных рассчитывается стоимость жизненного цикла (определение затрат как на сплошную, так
и на частичную замену опор, продлевающую срок службы выбранного участка железной дороги на пять лет) [71].
Методология управления ресурсами, рисками, анализа надежности технических средств на железнодорожном транспорте включает
в себя расчет стоимости жизненного цикла (СЖЦ), определяющий
экономическую целесообразность выбора снижающих уровень риска мероприятий, [51, 91, 98].
Основу СЖЦ составляют затраты на приобретение и обслуживание опор на участке железной дороги в течение всего срока жизненного цикла, а также затраты, связанные с восстановлением движения поездов в случае отказа опор контактной сети. Оптимизация
СЖЦ направлена на выбор между полной заменой и продлением
срока службы опор контактной сети для обеспечения самой низкой
СЖЦ при условии достижения допустимого уровня риска и необходимого уровня надежности для обеспечения безопасности [38].
СЖЦ объектов железнодорожного транспорта включает в себя
единовременные (инвестиции) и текущие (эксплуатационные) расходы в течение срока службы (срока полезного использования объекта). Кроме того, следует учитывать расходы, связанные с исключением объекта из эксплуатации (утилизация) [83].
Рассмотрим, что необходимо сделать для оценки СЖЦ участка
железной дороги контактной сети в случае полной или частичной
замены опор: а) определить, из чего состоят затраты жизненного
78
цикла, б) выявить причины, которые влияют на СЖЦ, и оценить
1
11 1
TT T
tt t
CC C C C
∑∑∑
количественные показатели степени их влияния, в) сформировать
нормы для принятия окончательного решения о продлении срока
службы железобетонных опор контактной сети или их замены.
Жизненный цикл опоры контактной сети сопряжен с затратами
на приобретение и установку (разработка и проектирование, материалы, логистика, строительство, наладка, тестирование), техническое
обслуживание (материалы, транспортировка, обслуживание машин
и оборудования), плановые виды ремонта (включающие в себя затраты на текущий и капитальный ремонт), работы, направленные на
ликвидацию последствий от отказов опор контактной сети (учитываются время простоя подвижного состава, дополнительные затраты
на заработную плату), демонтаж, вывоз и утилизацию.
К определению СЖЦ сводятся вычисления приведенных затрат на конкретный год эксплуатации при помощи коэффициента
дисконтирования. Коэффициент дисконтирования позволяет отслеживать скорость обесценивания стоимости основных фондов
объектов железнодорожного транспорта, зависящий от ставки дисконтирования [71, 72].
Ввод в расчеты СЖЦ коэффициента дисконтирования позволяет учитывать текущий уровень инфляции. Норма дисконта обусловливает реальную стоимость объекта в интересующий момент.
Такой подход при вычислении СЖЦ любого технически сложного
объекта учитывает величину процентных ставок по долгосрочным
кредитам, величину изменения инфляции по отношению к отдельным продуктам и ресурсам, а также уровень различных видов риска
при возможной задолженности по кредитам и займам [57].
Коэффициент дисконтирования определяется из выражения
α=
t
(1 )
,
(4.1)
t
E
+
где Е – ставка дисконтирования.
Стоимость жизненного цикла сложных технических систем железнодорожного транспорта, в частности, железобетонной опоры
контактной сети определяется по формуле [57]:
СЖЦ
++ + +=
пр пут пто ппл по
= = =
,
(4.2)
79
где C
11
– затраты, связанные с приобретением опоры, руб.; C
пр
траты на утилизацию, руб.; C
ское обслуживание, руб.; C
– приведенные затраты на техниче-
пто
– приведенные затраты на плановые
ппл
пут
– за-
виды ремонта, руб.; Cпо – приведенные затраты, связанные с отказом, руб.; t – текущий год эксплуатации, лет; Т – конечный год эксплуатации (устанавливаемый в соответствии с техническими требованиями), лет.
Годовые эксплуатационные расходы потребителя определяются из прямых материальных и трудовых затрат, а также расходов на
содержание и эксплуатацию новой (модернизированной) техники
(техническое обслуживание, текущие, капитальные и неплановые
ремонты). Для сопоставимости расчетов расходы при использовании новой (модернизированной) техники по сравнению с базовой
рассчитываются на одинаковый годовой объем работы, выполняемой новым устройством; среднегодовую СЖЦ оценивают по формуле (4.3) [57]:
СЖЦ .
сг
=
⋅−
E
СЖЦ
1
(1 )
+
(4.3)
T
E
В случае реконструкции определяются затраты на приобретение
новых опор:
C
где C
установку; C
– затраты на приобретение оборудования; C
об
– затраты на доставку.
дост
= Cоб + C
пр
уст
+ C
, (4.4)
дост
– затраты на
уст
Далее рассчитываются затраты на техническое обслуживание:
C
где С
– затраты на материалы и механизмы; С
мм
= (Cзп + Cмм + C
то
+ Cт) · (1 + 0,03), (4.5)
МиО
– затраты на ма-
МиО
шины и оборудование; Ст – затраты на топливо; 0,03 – вероятность
дополнительных затрат на техническое обслуживание в случае замены.
После определения затрат на техническое обслуживание участка
определяются приведенные затраты:
С
= Сто · α(1 + 0,03). (4.6)
пто
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]