ТРАНСВУЗ-2015.Часть 1

Ремонт и динамика подвижного состава

УДК 620.1.051

В. В. Харламов, П. К. Шкодун, И. В. Шестаков

ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ МЕЖВИТКОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ЯКОРНОЙ ОБМОТКИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

В статье представлен испытательный стенд для фиксации волнового отклика в якорной обмотке тягового электродвигателя. Приведены схемные решения и описан принцип работы испытательного стенда. Указаны особенности подключения измерительной части стенда к испытуемой обмотке. Описан принцип обработки результатов измерений.

Тяговые электродвигатели (ТЭД) в условиях эксплуатации подвергаются ряду внешних воздействий, среди которых – повышенная нагрузка, колебания температуры, повышенная влажность воздуха. Степень воздействия того или иного фактора зависит от климатических особенностей местности, где эксплуатируется тяговый подвижной состав, его конструкции, типа электротяги и других факторов. Указанные негативные воздействия оказывают отрицательное влияние на элементы ТЭД, в том числе и на его систему изоляции. Анализ отказов ТЭД показывает, что от 12 до 60 % всех отказов приходится на межвитковые замыкания в якорных обмотках, при этом значительный разброс объясняется различными условиями эксплуатации. Учитывая тот факт, что на долю отказов ТЭД приходится до 53 % всех отказов тягового подвижного состава, можно говорить об актуальности вопроса своевременного диагностирования процессов деградации межвитковой изоляции и обнаружения уже возникших повреждений [1 – 3].

Стоит отметить, что оценка технического состояния межвитковой изоляции является частью технологического процесса комплексного диагностирования ТЭД, которую невозможно реализовать методом прямых измерений, как в случае, например, с корпусной изоляцией. Необходимость обнаружения сложных процессов развивающейся деградации в изоляции или обнаружения незначительных повреждений требует применения современных

90

ТРАНСВУЗ – 2015

методов диагностирования. Одним из таких методов является метод диагностирования состояния изоляции обмоток электрических машин, основанный на анализе волнового затухающего процесса (волнового отклика), возникающего в результате подачи в обмотку импульсов тока малых длительности и амплитуды.

Результаты проведения предварительных исследований по получению волнового отклика в якорной обмотке машины 2ПБ90МГ позволили создать специализированный стенд для испытания межвитковой изоляции якорных обмоток коллекторных машин, структура которого приведена на рис. 1.

Драйвер ключа

Обмотка

R L

Рис. 1. Структурная схема испытательного стенда для фиксации волнового отклика

Алгоритм работы стенда заключается в следующем. Обмотка подключается к блоку питания (БП) постоянного тока через быстродействующий электронный ключ (БЭК), рассчитанный на соответствующие режимы коммутации индуктивной нагрузки. Управляющие сигналы поступают с генератора прямоугольных импульсов (ГПИ) на модуль гальванической развязки, в котором формируются сигналы управления драйвером ключа и сигнал синхронизации для устройства фиксации отклика. Драйвер ключа открывает и закрывает БЭК под действием управляющих сигналов, что вызывает кратковременное протекание тока в диагностируемой обмотке. После

91

Ремонт и динамика подвижного состава

того, как протекание тока прерывается, в обмотке возникает волновой затухающий процесс, который фиксируется устройством сбора и визуализации, например, цифровым запоминающим осциллографом. Параметры данного переходного процесса в дальнейшем служат диагностическими параметрами для оценки технического состояния межвитковой изоляции якорной обмотки ТЭД.

В результате проведения экспериментальных исследований установлено, что возникновение в обмотке межвиткового замыкания приводит к заметному увеличению амплитуды волновых затухающих колебаний при одновременном повышении их частоты. Данный факт позволяет говорить о возможности применения метода волнового отклика для раннего обнаружения межвиткового замыкания, возникающего в якорной обмотке ТЭД в процессе эксплуатации электродвигателя. Следует отметить, что применение метода не подразумевает изъятие якоря или проведение серьезных вмешательств в конструкцию ТЭД и характеризуется простотой: для осуществления испытаний необходимо соединить соответствующие выводы испытательного оборудования со щетками или соответствующими выводами в клеммной коробке ТЭД.

Разработанный стенд, принципиальная схема которого приведена на рис. 2, обладает следующими техническими характеристиками: возможность регулировки амплитуды диагностических импульсов (ДИ) в пределах 3 ... 12 В; длительность заднего фронта ДИ не более 100 нс; возможность регулировки длительности ДИ в диапазоне 1 ... 1000 мкс.

92

ТРАНСВУЗ – 2015

В качестве ГПИ в разработанном стенде применен генератор импульсов Г5-56, который обеспечивает подачу сигналов прямоугольной формы с длительностью фронтов порядка 25 нс. Стоит отметить, что частота фиксируемого волнового отклика в зависимости от конструкции тестируемой обмотки может достигать 500 кГц, что накладывает существенные ограничения на скорость срабатывания БЭК, а соответственно, и на длительность фронтов управляющих импульсов. В разработанном стенде (рис. 3) длительность заднего фронта при коммутации измерительной цепи не превышает 100 нс, что позволило получить волновой отклик на машинах 2ПН100L мощностью 1 кВт и ЭД-107 – 305 кВт.

Рис. 3. Испытательный стенд для фиксации волнового отклика в якорной обмотке тягового электродвигателя ЭД-107

Питание логической части стенда осуществляется от специально разработанного блока с тремя гальванически развязанными выходами. Гальваническая развязка ГПИ и логической части стенда выполнена на микросхеме HCPL-2601. В качестве ключа применен высокоскоростной MOSFET транзистор Panasonic 2SK2128, управляемый драйвером верхнего плеча Microchip TC4420, включенным по типовой схеме. Выбор элементов

93

Ремонт и динамика подвижного состава

ключа осуществлен с учетом особенностей коммутации индуктивной нагрузки и требований к скорости срабатывания ключа [4].

Волновой отклик фиксируется при помощи цифрового осциллографа Rigol DS1052e, измерительные щупы которого подключаются к выходам «Измерение» и «Синхронизация» испытательного стенда, при этом подключение к испытуемой обмотке электродвигателя производится двумя проводами через щетки.

Следует отметить, что форма волнового отклика при неизменных условиях проведения испытаний практически не изменяется от импульса к импульсу, поэтому для анализа достаточно одной реализации отклика. После настройки необходимых параметров испытаний, дискретные значения сигнала сохраняются в файл с расширением *.csv, который представляет собой массив значений напряжения сигнала с указанием соответствующих временных координат.

Для обработки данных разработан и реализован макрос для программы Microsoft Excel, который позволяет выполнять автоматическое построение графика отклика, определение его максимальной амплитуды, частоты и коэффициента затухания, формировать отчет по нескольким испытаниям в виде таблицы. На рис. 4 представлен график, построенный в результате обработки данных, полученных при тестировании ТЭД типа ЭД-107.

94

ТРАНСВУЗ – 2015

Поскольку подача диагностирующих импульсов и снятие сигнала производится в одних и тех же точках электрической схемы (см. рис. 2), по приведенной осциллограмме можно оценить параметры как диагностирующих импульсов, так и волнового отклика. На рис. 4 приняты следующие обозначения: UДИ – амплитуда диагностирующего импульса, τДИ – длительность диагностирующего импульса, TВО и UВО – период и амплитуда волнового отклика соответственно. Последние два параметра, наряду с коэффициентом затухания, содержат информацию о диагностируемом объекте и позволяют определить наличие и степень повреждений межвитковой изоляции ТЭД.

Анализ результатов, полученных при испытаниях с использованием разработанного стенда, позволяет говорить о перспективности применения подобного оборудования при проведении технического обслуживания ТЭД подвижного состава для раннего выявления повреждений. На сегодняшний момент отработана методика обнаружения межвитковых замыканий в якорной обмотке ТЭД и других коллекторных машин. Отметим, что существует возможность включения оборудования, работающего по принципу волнового отклика, в бортовую систему самодиагностики локомотива, что позволило бы наиболее рационально использовать все преимущества данной методики. Разработанный испытательный стенд для тестирования межвитковой изоляции якорных обмоток ТЭД позволяет реализовать методику диагностирования и исследовать предотказное состояние и общее ускорение процессов деградации межвитковой изоляции электродвигателей.

Список литературы

1.Долгова, А. В. К вопросу о совершенствовании технологии ремонта тяговых электродвигателей локомотивов [Текст] / А. В. Долгова, П. К. Шкодун

//Молодой ученый. 2010. – №1(2). Т. 1. – С. 51 – 54.

2.Иванов, В. Н. Электротехнологическое продление ресурса электрических машин тепловым излучением [Текст]: дис... канд. техн. наук: 05.09.01 / Иванов В. Н. – М., 2014. – 172 с.

95

Ремонт и динамика подвижного состава

3.Исмаилов, Ш. К. Повышение ресурса изоляции обмоток электрических машин подвижного состава в условиях эксплуатации. [Текст]: автореф. дис...

докт. техн. наук: 05.22.07 / Исмаилов Ш. К. – Омск: ОмГУПС, 2004. – 43 с.

4.Колпаков, А. И. Характеристики и особенности применения драйверов MOSFET и IGBT [Текст] / А. И. Колпаков // Компоненты и технологии, 2003. –

№3. – С. 22 – 30.

УДК 656.2.078

Ю. А. Усманов

РАЗВИТИЕ СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

ИРЕМОНТА ЛОКОМОТИВОВ

Встатье рассмотрены некоторые последствия передачи ремонта и обслуживания локомотивов российских железных дорог сервисным компаниям.

За свою почти 200-летнюю историю железнодорожный транспорт России развивался, постоянно совершенствуя систему управления, решая проблемы взаимоотношений с пользователями услуг железных дорог.

Нынешний этап развития железнодорожного транспорта характеризуется коренными преобразованиями системы управления ведущей отрасли транспортной системы государства.

Впервые программа нынешнего глубокого реформирования отрасли была озвучена в мае 1996 года делегатам всероссийского съезда железнодорожников. Министр путей сообщения Г. М. Фадеев говорил о том, что в свободном рыночном пространстве железные дороги должны функционировать как полноправный субъект рынка. Рыночные отношения невозможны без формирования субъектов рынка – независимых, самостоятельных, экономически ответственных товаропроизводителей. Именно поэтому были проведены разгосударствление и приватизация собственности. Однако в российских условиях железнодорожный транспорт был и остается стратегической отраслью, и здесь роль государства остается ведущей и определяющей в решении всех проблем железнодорожного транспорта в

96

ТРАНСВУЗ – 2015

интересах отечественной экономики, обороноспособности страны и социальной ответственности перед населением. С учетом этого был выбран вариант реформирования, при котором железнодорожный транспорт с учетом потребностей, и, главное, возможностей, стал плавно, эволюционно переходить из одного состояния в другое, постоянно трансформируя свой хозяйственный механизм, ценовую (тарифную) политику и взаимоотношения, как с государством, так и с пользователями [1].

Входе реформы железнодорожного транспорта существенному преобразованию подверглись структура и технология управления локомотивным комплексом.

С 1 января 2002 года впервые на сети на Омском отделении ЗападноСибирской железной дороги произошло разделение ремонтной и эксплуатационной деятельности: на локомотивное депо Московка была возложена функция ремонта электровозного парка. А на локомотивное депо Омск – эксплуатация локомотивов. Процесс разделения по видам деятельности

влокомотивном хозяйстве затянулся на многие годы. В апреле 2008 года на сетевой школе, проходившей в ремонтном локомотивном депо Инская, были подведены итоги реформирования в локомотивном хозяйстве. А с первого января 2010 года начали свою деятельность Центральная дирекция тяги (ЦТ) и Центральная дирекция по ремонту теплового подвижного состава (ЦТР). Таким образом, в локомотивном комплексе сложились две вертикали управления:

эксплуатация локомотивов: Центральная дирекция тяги – дорожная дирекция тяги (Т) – эксплуатационные локомотивные депо;

ремонт и техническое обслуживание локомотивов: Центральная дирекция по ремонту тягового подвижного состава (ЦТР) – дорожная дирекция (ТР) – ремонтные локомотивные депо.

Всилу специфики содержания и ремонта моторвагонного подвижного состава образовалась своя вертикаль управления пригородными перевозками. Следует заметить, что разделению по видам деятельности в локомотивном хозяйстве предшествовала глубокая аналитическая работа. Министерство путей сообщения создало рабочую группу, которая изучила опыт содержания локомотивного парка в ведущих железнодорожных державах мира. На Омском узле прошло несколько совещаний с широким участием специалистов локомотивного главка, ремонтных заводов, службы локомотивного хозяйства

97

Ремонт и динамика подвижного состава

Западно-Сибирской железной дороги с личным участием начальника дороги по проблемам, связанным с разделением ремонтной и эксплуатационной деятельности.

Входе анализа ремонтных мощностей заводов, депо Урало-Сибирского

иДальневосточного регионов возникло предложение по созданию своеобразных ремонтных кластеров, состоящих из ремонтных заводов и нескольких ремонтных депо. Однако это предложение дружно было отвергнуто представителями ремонтных заводов на заключительном совещании в управлении Западно-Сибирской железной дороги. В условиях того периода руководители ремонтных заводов опасались недогрузки ремонтных мощностей. Авторы же создания указанных ремонтных кустов (завод и несколько ремонтных локомотивных депо) надеялись на улучшение снабжения линейным оборудованием ремонтных депо, ответственность за снабжение возлагалась на ремонтные заводы.

Коренные преобразования произошли в локомотивном хозяйстве в 2014 году, когда локомотивный парк ОАО «РЖД» был передан на сервисное обслуживание двум сервисным компаниям ООО «ТМХ-Сервис» и «СТМСервис».

ООО «ТМХ-Сервис» является ведущей сервисной компанией в России, которая приняла на сервисное обслуживание локомотивный парк всех железных дорог. «СТМ-Сервис» осуществляет сервисное обслуживание части локомотивов Свердловской, Южно-Уральской и Западно-Сибирской железных дорог.

Масштабы работы «ТМХ-Сервис» впечатляют. Персонал компании насчитывает более 48 тысяч человек, на полное сервисное обслуживание ей передано более 23 тысяч секций локомотивов, она владеет девятью локомотиворемонтными заводами ОАО «Желдорреммаш».

Указанные сервисные компании являются структурами основных производителей локомотивов «Трансмашхолдинга» и «Синары». Таким образом, производители локомотивов вместе с созданными сервисными компаниями взяли на себя ответственность содержания локомотивного парка в работоспособном состоянии на протяжении всего жизненного цикла.

98

ТРАНСВУЗ – 2015

Взаимодействие сервисных компаний с ОАО «РЖД» строится на долгосрочной договорной основе.

Локомотивостроители ставят перед собой серьезные задачи по повышению экономичности, экологичности и надежности локомотивов с эффективными системами бортовой диагностики и контроля за жизненно важными узлами и системами, которые позволят устранять критические ошибки локомотивных бригад с выдачей рекомендаций бригадам в нештатных ситуациях, осуществлять быстрый поиск неисправностей [2].

Организация ремонтов в сервисных компаниях позволила фактически перейти на обезличенную систему ремонта, то есть производить тот или иной вид ремонта по месту достижения локомотивом нормативной величины пробега. По данным вице-президента ОАО «РЖД», начальника дирекции тяги А. В. Воротилкина, исключение пересылок неисправных локомотивов в депо приписки снижено на 10 % пересодержание локомотивов в нерабочем парке. Не менее чем на 11 % снижен удельный вес сверхцикловых дополнительных работ по отношению к стоимости основного ремонта [3].

Несмотря на лестные оценки внедрения сервисного обслуживания и ремонта локомотивов, проблемы в этом сегменте железнодорожного транспорта остаются.

Медленно снижается количество отказов локомотивов, происходящих как по вине эксплуатационных депо, так и относимых на ответственность сервисных локомотивных депо (СЛД).

По большому счету, ремонт локомотивов по отношению к перевозочной деятельности является вспомогательным производством, и его передача специализированной организации может характеризоваться как аутсорсинг. Однако академическое представление аутсорсинга связано с тем, что аутсорсер, как правило, должен иметь высококвалифицированный персонал, соответствующее оборудование. В нашем случае сервисные компании для ремонта и обслуживания используют площадки и оборудование ремонтных депо без каких-либо финансовых компенсаций.

По мнению вице-президента ОАО «РЖД» А. В. Воротилкина [3], в настоящее время в локомотивном комплексе сформирована уникальная система бюджетного управления, в которой все составляющие комплекса

99