Расчет показателей надежности контактной сети и воздушной линии продольного электроснабжения, разработка мероприятий по их повышению



В статье авторы рассчитали основные показатели надежности контактной сети, определили допустимые значения, по результатам анализа было предложены мероприятия по снижению количества отказов на контактной сети и воздушной линии продольного электроснабжения на конкретном участке.

Ключевые слова: контактная сеть, надежность, электроснабжение, отказ, коэффициент готовности.

Железнодорожный транспорт в России — одна из крупнейших железнодорожных сетей в мире.

Системы электроснабжения электрических железных дорог должны обеспечивать высокое качество электроэнергии и заданную степень надежности энергоснабжения тяговых и нетяговых потребителей при наиболее экономичных показателях работы [1].

Обеспечение высокой надежности электроэнергетических объектов и систем является основным требованием, предъявляемым к ним.

В ходе работы были проанализированы показатели надежности электрооборудования контактной сети (КС) и воздушной линии (ВЛ) продольного электроснабжения (ПЭ) на железнодорожном транспорте.

Объект исследования — участок Наугольная — Бужаниново — Сергиев Посад.

Участок Наугольная — Бужаниново — Сергиев Посад относится к Мытищинской дистанции электроснабжения Трансэнерго — филиала ОАО «РЖД». Длина участка составляет 64,736 км (см.рис. 1). Данный участок введен в эксплуатацию 1988 году после реконструкции, реконструкция линии ВЛ АБ, ПЭ не производилась с 1956 года.

Рис. 1. Расположение исследуемого участка

Система тягового электроснабжения (ЭС) состоит из двух последовательных достаточно сложных подсистем — тяговых подстанций и контактной сети, содержащих большое количество оборудования, аппаратов, деталей, проводов и изделий, от нормального функционирования которых зависит работоспособность как подсистемы, так и системы в целом [3]. При условии соблюдения правил, технических условий и требований других нормативных документов по эксплуатации, ревизии и ремонту, не допускающих наличия элементов, износ которых выше допустимого и размеры которых вышли за пределы допустимых норм, можно сформулировать следующие понятия надежности:

— надежность тяговой подстанции — свойство обеспечивать в расчетных режимах преобразование электрической энергии и питание контактной сети с отклонениями по напряжению в пределах установленных норм;

— надежность контактной сети — свойство обеспечивать передачу электроэнергии от тяговых подстанций к электроподвижному составу и нормальный токосъем при расчетных скоростях движения и любых атмосферных условиях (кроме стихийных бедствий) с минимальным износом контактных проводов и накладок токоприемника;

— надежность системы электроснабжения — суммарное понятие, включающее в себя как надежность тяговых подстанций, так и надежность контактной сети.

Рекомендуемая периодичность выполнения расчетов по [2] составляет:

для расчета фактических показателей надежности — один календарный месяц (фактические показатели рассчитываются на 16 число месяца, следующего за месяцем оценки);

для установления нормативных (допустимых) значений показателей надежности — один год (нормативные показатели на следующий год устанавливаются на 01 декабря текущего календарного года).

В качестве объектов оценки будем использовать объекты железнодорожного ЭС одного вида (нескольких видов), расположенные на заданном полигоне обследования:

— контактная сеть;

— тяговая подстанция;

— ЛЭП.

Надежность линейных устройств ЭС учитываются в составе объектов вида «тяговая подстанция». Надежность трансформаторных подстанций учитываются в составе объектов видов «тяговая подстанция» или «ЛЭП», в зависимости от их функциональной принадлежности [2].

В соответствии со спецификой функционирования объектов железнодорожного ЭС, для оценки их надежности выбрана следующая номенклатура показателей [2]:

1) интенсивность отказов (характеризует безотказность объекта);

2) среднее время до восстановления t (характеризует ремонтопригодность объекта);

3) коэффициент готовности K (комплексный показатель, характеризует сочетание безотказности и ремонтопригодности объекта).

Полученные значения показателей, применительно к системе железнодорожного ЭС исследуемого участка, позволят дать оценку эксплуатационной надежности объекта и обосновать принятые управленческие решения о текущем состоянии системы железнодорожного ЭС.

На основании результатов сравнения значений эксплуатационных (фактических) и соответствующих им нормативных показателей надежности и была получена информация о состоянии надежности объекта.

Расчет проводился для следующих исходных данных.

Интервал наблюдения: T _Н = 8760 ч (1 год).

Коэффициенты ответственности [2,табл. 13]: k = 0,65; k = 0,2; k = 0,15.

Данные по количеству отказов и суммарному времени до восстановления по объектам различных видов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Количество отказов и суммарное время до восстановления для объектов видов 1, 2 и 3 по ЭЧ-4

Вид объекта, i	n i	T В i , ч
1 «контактная сеть»	12	18,43
2 «тяговая подстанция»	1	0,72
3 «ЛЭП»	5	9,52

Фактическое среднее время до восстановления объекта оценки (виды объектов 1, 2, 3) рассчитывается по формуле [2] с применением данных таблицы 1:

Для объектов всех видов ( i = 0) по объекту оценки фактическое среднее время до восстановления получают путем интеграции. Сначала выполняют интеграцию количества отказов с применением коэффициентов ответственности [2]:

Затем находят среднее время до восстановления:

Коррекция фактического суммарного времени неготовности выполняется в два этапа. На первом этапе определяется параметр неготовности:

На втором этапе, т. к. все рассчитанные значения φ меньше, чем b , то получаем ε ₁ = ε ₂ =ε ₃ = ε ₀ =1.

Фактическая интенсивность отказов объекта оценки:

Фактический коэффициент готовности объекта оценки:

На этом расчет фактических (эксплуатационных) показателей надежности объекта оценки завершен. Аналогично был проведен расчет допустимых и проектных показателей. Построим диаграмму допустимой, проектной и фактической интенсивности отказов (рис. 2).

Рис. 2. График интенсивностей отказов

Анализируя график интенсивностей, видим, что λ _доп ≥ λ _пр ≥ λ _ф .

Показатели эксплуатационной надежности объекта:

— поддерживаются на допустимом уровне;

— соответствуют требованиям проекта.

Однако все еще наблюдаются значительное число отключений (рис. 3), поэтому было рекомендовано заменить старотипные опоры и старые провода АС на провода СИП.

Рис. 3. Количество отказов на исследуемом участке

Проведены соответствующие работы, число отключений снижено (см.рис. 3, год 2022), надежность КС и ВЛ ПЭ повышена. Рекомендовано продолжить мониторинг технического состояния объекта в штатном режиме.

Литература:

1. Алексаньян, И. М. Основы теории надёжности: Учебное пособие / И. М. Алексаньян, И. А. Нахимович; ФГБОУ ВО РГУПС. — Ростов н/Д, 2017. — 116 с. — Библиогр.: с. 116. — Текст: электронный // УМЦ ЖДТ: электронная библиотека. — URL: http://umczdt.ru/books/1214/253878/

2. Распоряжение ОАО «РЖД» от 6 декабря 2019 г. N 2762/р «Методика расчета и нормирования показателей надежности объектов железнодорожного электроснабжения».

3. Эксплуатация и ремонт электроподвижного состава магистральных железных дорог: учеб. пособие для студентов вузов / Ю. М. Иньков, В. П. Феоктистов, Н. Г. Шабалин; под общей редакцией докт. техн. наук, проф. Ю. М. Инькова. — М.: Издательский дом МЭИ, 2016.