Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния системы диагностики устройств контактной сети и тенденций ее развития 12
1.1. Концептуальные основы построения инфраструктуры хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» 12
1.1.1. Основные технологические процессы хозяйства электрификации и электроснабжения 12
1.1.2. Основные показатели качества исполнения технологических процессов в хозяйстве электрификации и электроснабжения 15
1.2. Техническая диагностика как средство организации технического обслуживания и ремонта контактной сети 27
1.2.1. Нормативные средства построения системы технической диагностики 22
1.2.2. Технико-технологические средства построения системы технической диагностики контактной сети 33
1.2.3. Методологические и научно-исследовательские предпосылки совершенствования показателей качества содержания контактной сети на базе теории рисков 38
1.2.4. Организационные средства построения системы технической диагностики на базе Ситуационных Центров и мониторинга рисков 44
1.2.5. КАС АНТ как источник информации о нарушениях технических устройств хозяйства электрификации и электроснабжения 55
1.3. Анализ использования действующей Методики возникновения и предупреждения происшествий и событий на контактной сети
1.3.1. Основные положения Методики 57
1.3.2. Проблемы реализации Методики 59
1.4. Выводы по первой главе 64
2. Статистический анализ и классификация показателей состояния контактной сети 66
2.1. Анализ показателей состояния контактной сети по департаменту электрификации и электроснабжения ОАО«РЖД» 66
2.1.1. Формализованное представление состояния контактной сети 66
2.1.2. Статистический анализ показателей состояния контактной сети по филиалам ОАО «РЖД» 67
2.1.3. Статистический анализ показателей отказов контактной сети по видам технических устройств 77
2.2. Анализ показателей состояния контактной сети по отдельным хозяйствам электрификации и электроснабжения на филиалах ОАО «РЖД» 82
2.2.1. Статистический анализ показателей состояния контактной сети по филиалам ОАО «РЖД» 82
2.2.2. Статистический анализ показателей отказов контактной сети по видам технических устройств на отдельном филиале ОАО «РЖД» 87
2.3. Выводы по второй главе 91
3. Теоретические принципы оценки и прогнозирования качества содержания контактной сети 93
3.1. Теоретическая постановка задачи построения модели оценки, и прогнозирования состояния контактной сети в хозяйстве электрификации и электроснабжения 93
3.2. Структура математической модели риск-анализа и прогнозирования состояния контактной сети 98
3.3. Методика проведения риск-анализа и прогнозирования показателей качества состояния контактной сети 100
3.4. Применение модели и методики риск-анализа и прогнозирования показателей качества состояния контактной сети 120
3.5. Математическая модель диагностики состояний грузов компенсаторов контактной сети 127
3.6. Выводы по третьей главе 134
4. Практическая реализация и моделирование методов и средств совершенствования системы диагностики состояния контактной сети 136
4.1. Мониторинг и идентификация критических зон и участков в хозяйствах электрификации и электроснабжения по качеству содержания контактной сети 136
4.2. Методика экспериментально-расчетной оценки рисков разрегулировки контактной сети вследствие атмосферного и токового нагрева контактного провода 140
4.3. Программные средства мониторинга, расчета и прогнозирования эксплуатационных, диагностических показателей, показателей нарушений контактной сети и их последствий 144
4.4. Проект разработки мобильного контрольно-вычислительного комплекса для диагностики персоналом ЭЧК геометрических параметров, элементов и устройств контактной сети 148
4.5. Выводы по четвертой главе 159
Список использованных источников 163
Приложение 1: «Показатели производственно-хозяйственной деятельности хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО«РЖД» 179
Приложение 2: «Результаты статистического анализа показателей содержания контактной сети по филиалу ОАО «РЖД» Куйбышевская железная дорога за период с 2006 по 2010 гг. (60 месяцев) 201
Приложение 3: «Коэффициенты корреляции производственно-хозяйственной деятельности хозяйства электрификации и энергоснабжения ОАО «РЖД» 206
Приложение 4: «Результаты мониторинга и статистической обработки показателя «балльная оценка КС» по ЭЧК филиала ОАО «РЖД» Куйбышевская железная дорога за период с 2006 по 2010 гг.» 213
Приложение 5: «Статистические оценки показателей рисков отказов и ущербов контактной сети по филиалу ОАО «РЖД» Куйбышевская железная дорога за период с 2006 по 2010 гг.» 222
Приложение 6: «Результаты использования и внедрения результатов диссертационного исследования» 235
- Нормативные средства построения системы технической диагностики
- Статистический анализ показателей состояния контактной сети по филиалам ОАО «РЖД»
- Методика проведения риск-анализа и прогнозирования показателей качества состояния контактной сети
- Методика экспериментально-расчетной оценки рисков разрегулировки контактной сети вследствие атмосферного и токового нагрева контактного провода
Введение к работе
Актуальность проблемы. Выполнение основной задачи хозяйства электрификации и электроснабжения компании холдингового типа «Российские железные дороги» (ОАО «РЖД») по гарантированному обеспечению электроэнергией тяги поездов необходимо осуществлять в условиях обоснованного снижения расходов на содержание инфраструктуры. Одним из приоритетных направлений в деятельности хозяйства электрификации и электроснабжения, позволяющих перейти на качественно новый уровень экономической эффективности, является обслуживание и ремонт устройств по результатам диагностики их состояния. Для решения данной задачи в ОАО «РЖД» разработана и утверждена Программа диагностики наиболее ответственных и дорогостоящих элементов системы тягового электроснабжения. В программе наибольшее внимание уделено диагностике контактной сети как наиболее ответственной и не резервируемой части системы электроснабжения тяги поездов, в том числе посредством мобильных контрольно-вычислительных комплексов. Наиболее проблемной компонентой в системе диагностики контактной сети является адекватность отражения диагностическими оценками фактического качества содержания контактной сети. Совершенствование качества формирования диагностических оценок контактной сети предусмотрено при использовании инструментария, определенного в «Функциональной стратегии управления рисками в ОАО «РЖД», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 11.01.2007г. № 13. В данной стратегии предусмотрено выявление потенциальных областей риска, предотвращение или минимизация рисков отказов, предупреждение возникновения рисков на основе их систематического прогнозирования. В рамках данной стратегии в хозяйстве электрификации и электроснабжения приступили к освоению «Методики определения уровня безопасности движения на основе статистического анализа и индексов оценки ситуации для хозяйства электрификации и электроснабжения», разработанной ОАО «НИИАС» в 2010г. Однако полученные на практике результаты применения данного нормативного документа не в полной мере удовлетворяют требованиям эксплуатации устройств электроснабжения в связи с низким качеством и точностью прогноза показателей. Построение рисков отказов устройств электроснабжения в финансовых (денежных) показателях, проведенное в известных исследованиях, может также приводить к низкой точности их оценки, например, в связи с существенным разбросом стоимости восстановления неисправности одного и того же элемента на разных участках сети дорог. Таким образом, актуальность диссертационного исследования обусловлена необходимостью совершенствования системы диагностики контактной сети и повышением адекватности показателей качества содержания контактной сети.
Цель диссертационной работы состоит в совершенствовании методического и технико-технологического построения системы диагностики, учитывающей условия содержания, риски нарушений работы и обеспечивающей прогноз состояния контактной сети.
Достижение указанной цели осуществлялось в ходе постановки и решения следующих задач.
1. Проведение анализа адекватности существующей системы диагностики и оценок состояния контактной сети требованиям качества содержания, удовлетворенности перевозок и функциональной стратегии управления рисками ОАО «РЖД».
2. Разработка управленческо-технологической структуры системы диагностики контактной сети, позволяющей на основании методов моделирования и риск-анализа оперативно выявлять наиболее проблемные участки и виды устройств контактной сети и прогнозировать их состояние.
3. Разработка математической модели и методики проведения риск-анализа и прогнозирования состояния контактной сети, включающих построение комплексной диагностической оценки, учитывающей условия содержания, показатели нарушений и последствий нарушений контактной сети.
4. Разработка экспериментально-расчетной методики оценки положения компенсирующих грузов и вероятности разрегулировки контактной сети вследствие атмосферного и токового нагрева контактного провода.
5. Разработка методических, технологических и технических решений, улучшающих качество и адекватность диагностики контактной сети.
Объект исследования. Контактная сеть, технологии ремонта и технического обслуживания, системы управления качеством продукции (услуг).
Предмет исследования. Техническая диагностика, критерии оценки состояния систем электроснабжения.
Методы исследования. В ходе исследования использовались методы математической статистики, методы идентификации и прогнозирования, методы имитационного моделирования показателей нагрузочной способности элементов системы тягового электроснабжения, а также методы расчета линейных электрических цепей и теплопроводности проводов контактной сети.
Научная новизна работы заключается в совершенствовании методических решений и алгоритмов построения системы диагностики, оценки и прогнозирования качества содержания контактной сети на базе использования методов риск-анализа.
Основные научные результаты, полученные в работе.
1. Разработана управленческо-технологическая структура системы диагностики контактной сети хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» дорожного уровня, отвечающая требованиям функциональной стратегии управления рисками ОАО «РЖД» и отличающаяся наличием в её составе подсистемы оперативного выявления и прогнозирования наиболее проблемных участков и видов устройств контактной сети на основании методов моделирования и риск-анализа.
2. Разработаны модель и методика риск-анализа и прогнозирования состояния контактной сети, отличающиеся вычислением рисков последствий нарушений, наличием нового диагностического показателя контактной сети – «комплексная оценка содержания КС», который позволяет учитывать фактические показатели эксплуатации и нарушения контактной сети.
3. Разработана методика экспериментально-расчетной оценки положения компенсирующих грузов и рисков разрегулировки контактной сети вследствие атмосферного и токового нагрева контактного провода, отличающаяся наличием процедуры прогнозирования положения грузов компенсатора.
4. Предложен метод повышения эффективности технической диаг-ностики контактной сети, основанный на использовании мобильных контрольно-вычислительных комплексов и отличающейся дистанционным сканированием пространственного положения устройств контактной сети, идентификацией отклонений параметров от нормативных без подъема персонала на высоту; формированием электронного паспорта участка.
Практическая значимость исследования.
Разработанная управленческо-технологическая структура системы диагностики и обслуживания контактной сети позволит оперативно выявлять и прогнозировать «проблемные» участки, виды устройств и элементы контактной сети и может быть использована в Ситуационных Центрах безопасности движения поездов дорожного уровня.
Разработанные модель и методика риск-анализа и прогнозирования состояния контактной сети могут быть использованы работниками экспертно-аналитических групп хозяйства электрификации и электроснабжения для формирования планов и условий её содержания, объемов финансирования, потребности в затратах рабочей силы, в количестве «окон» и так далее.
Разработанные конструкция и принципы функционирования мобильного контрольно-вычислительного комплекса (Патент на полезную модель Роспатент РФ № 108387 от 09.03.2011) могут быть использованы при технической диагностике, обслуживании и ремонте контактной сети, а также при исследовании динамики пространственного положения её устройств и элементов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных средств и методик проведения исследований и подтверждается совпадением полученных модельных и натурных результатов исследований с известными теоретическими положениями, эксперимен-тальными данными, а также с практикой эксплуатации контактной сети.
На защиту выносятся.
1. Усовершенствованная управленческо-технологическая структура системы диагностики контактной сети хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» дорожного уровня, отвечающая требованиям функциональной стратегии управления рисками ОАО «РЖД».
2. Модель и методика проведения риск-анализа и прогнозирования состояния контактной сети, включающие процедуры формирования показателей рисков и нового диагностического показателя контактной сети – «комплексная оценка содержания КС».
3. Методика экспериментально-расчетной оценки положения компенсирующих грузов и рисков разрегулировки контактной сети вследствие атмосферного и токового нагрева контактного провода.
4. Метод повышения эффективности технической диагностики контактной сети, основанный на использовании мобильных контрольно-вычислительных комплексов и обеспечивающий дистанционное сканирование пространственного положения устройств контактной сети.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: IV и V Международные Симпозиумы «Eltrans 2007» и «Eltrans 2009» (г. Санкт-Петербург, 2007г., 2009г.); IV Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2008 г.); II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Математическое моделирование, численные методы и информационные системы» (г. Самара, 2010г.); Всероссийская научно-практическая конфе-ренция с международным участием «Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта» (г. Омск, 2011г.); ХХХIV научная конференция студентов и аспирантов СамГУПС.
Публикации. Основные положения диссертационной работы и научные результаты опубликованы в 20 печатных работах, в том числе в 4 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ, а также в патенте на полезную модель. Общий объем публикаций 7,94 п.л., из которых автору принадлежит 4,12 п.л.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа представлена на 236 страницах, содержит 120 страниц основного текста, 87 рисунков, 24 таблицы и 6 приложений на 56 страницах. Библиографический список включает 130 наименований.
Нормативные средства построения системы технической диагностики
Система технического обслуживания, ремонта и диагностики КС регулируется рядом нормативных актов, стандартов и функциональных программ ОАО «РЖД» [81, 82, 101, 102, 103, 104, 117, 119]. Разработка этих документов стала возможной благодаря передовому опыту специалистов структурных подразделений компании ОАО «РЖД», ВНИИЖТ, НИИАС, транспортных вузов МГУПС, ОмГУПС, ПГУПС, РГУПС, РГОТУПС, СамГУПС, УрГУПС, ИрГУПС и ряда других организаций. Значительный вклад в разработку методов расчета систем и устройств контактной сети тягового электроснабжения внесли такие специалисты, как Б. А. Бесков [8, 49], А. С. Бочев [114], И. И. Власов, А. Т. Демченко, А. Г. Галкин [18,19,30], А. И. Гуков, В. Л. Григорьев [23, 24, 53], А. В. Ефимов [30, 88], Ю. И. Жарков [31, 32], Б. И. Косарев, А. А. Коптев [39], Ю. Е. Купцов, B. Н. Ли [42, 43], Р. Р. Мамошин [45], Г. Г. Марквардт [48, 49], К. Г. Марквардт [47], Г. П. Маслов, В. П. Михеев [74], В. Н. Пупынин [84], C. М. Сердинов [95], О. А. Сидоров [97, 98], Е. П. Фигурнов [114], А. В. Фрайфельд [116] и многие другие.
Решение задач управления, моделирования и проектирования устройств КС изложены в работах В. В. Андреева [2], А. И. Аржанникова [3, 4], М. П. Бадера [5, 6], В. Д. Бардушко [7], А. Т. Буркова [13, 14, 15], В. А. Вологина [17], Л. А. Германа, В. Т. Доманского [27, 40], Б. Е Дынькин [28, 29], А. В. Крюкова [34], А. В. Котельникова [40,41], В. Е. Марского [50], А. Н. Марикина [46], A. Н. Митрофанова [54-56], Ю. П. Неугодникова [76, 88], Д. А. Палей, B. С. Почаевца [80], А. А. Пышкина [85], А. Н. Смердина, [100], Э. В. Тер-Оганова [106, 107], В. Е. Чекулаева [11, 118], В. Т. Черемисина [51, 120-122] и других.
Однако, несмотря на значительный объем проведенных исследований в практике работы хозяйства электрификации и электроснабжения при диагностике и оценке качества содержания контактной сети не используются показатели рисков нарушений и их последствий.
Вопросы использования теории риск-анализа на железнодорожном транспорте, в социально-экономических системах и вопросы построения их прогнозных моделей проработаны в работах А. Г. Галкина (УрГУПС) [20, 21, 22, 30], А. В. Ефимова (УрГУПС) [30], Е. Н. Розенберга (НИИАС) [90, 91], М. А. Эскиндарова [1], а также специалистов Самарской академии государственного и муниципального управления (САГМУ) В. К. Семёнычева [96], Е. М. Тарасова [105], В. К. Чертыковцева [123].
К настоящему времени в хозяйстве Э действует «Концепция развития и внедрения технического диагностирования в хозяйстве электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД», утвержденная ОАО «РЖД» 27 марта 2006 года. В Концепции сформулированы принципы повышения надежности эксплуатации устройств по основным направлениям (контактная сеть, линии электропередачи, тяговые и трансформаторные подстанции), снижения эксплуатационных расходов в хозяйстве в результате применения автоматизированных систем оперативно-технологического управления, удаленного мониторинга и диагностики технических устройств.
ОАО «РЖД» принят стандарт Устройства электрификации и электроснабжения. Техническое обслуживания и ремонта. Стандарт введен 1 января 2008 года. Стандарт СТО РЖД 1.12.001-2007 определяет цель, принципы организации технического обслуживания, ремонта и диагностики устройств электрификации и электроснабжения, в том числе КС [102].
В Стандарте техническое диагностирование определено как совокупность процессов (процедур) определения (прогнозирования) технического состояния электроустановок или их частей, проводимых либо без вывода объектов диагностирования из работы, либо с выводом из эксплуатации при минимальном объеме затрат на разборку, измерения и испытания с целью предотвращения отказов, вызванных скрытыми дефектами, износом или старением.
Применительно к устройствам КС определено, что целью технического обслуживания является поддержание работоспособного состояния устройств КС, организация технического обслуживания и ремонта которых должна быть построена на основе ряда принципов. Для данного диссертационного исследования наибольший интерес представляет принцип научно обоснованного подхода к планированию операций (процедур) технического обслуживания и ремонта, согласно которому срок выполнения операций (процедур) должен быть, как правило, поставлен в зависимость от фактического технического состояния объекта; текущее состояние должно быть оценено в ходе и посредством технической диагностики. По результатам диагностики, согласно пункту 3.4.2 Стандарта, для объектов КС установлены плановые и внеплановые виды технического обслуживания и ремонта, служащие средством управления состоянием КС. Плановый вид технического обслуживания предусматривает:
объезды и обходы с осмотром;
диагностические испытания и измерения; технические обследования;
текущий ремонт;
капитальный ремонт.
Периодичность выполнения работ на КС определена «Перечнем технологических операций, измерений и испытаний, подлежащих выполнению в составе плановых видов технического обслуживания и ремонта». Внеплановый вид технического обслуживания и ремонта выполняется с целью восстановления работоспособности устройств КС после отказа.
В современных условиях постоянно повышаются требования к надежности и безопасности железнодорожного транспорта. Утвержденная в ОАО «РЖД» Функциональная стратегия управления рисками определяет основные направления и приоритеты в создании эффективных инструментов обеспечения гарантированной безопасности перевозочного процесса [117]:
1) выявление потенциальных областей риска и оценка предотвращения или минимизации рисков;
2) предупреждение возникновения рисков на основе их систематического прогнозирования и оценки;
3) создание управленческих инструментов и механизмов, обеспечивающих эффективное управление рисками;
4) разработка и оценка комплекса мероприятий по предотвращению рисковых для ОАО «РЖД» ситуаций и минимизации ущерба в случае их наступления;
5) определение ресурсов, необходимых для проведения работы по устранению или минимизации выявленных рисков; их оптимальное распределение в соответствие с установленными регламентами.
В ОАО «РЖД» с целью реализации принципов Стандарта СТО РЖД 1.12.001-2007 и совершенствования технического обслуживания и ремонта устройств электроснабжения разработана и 7 апреля 2007 года утверждена «Программа диагностики наиболее ответственных и дорогостоящих элементов системы тягового электроснабжения» для обеспечения перехода на обслуживание устройств по фактически выявленным дефектам». ЦЭ данная Программа доведена до служб Э филиалов ОАО «РЖД» в порядке исполнения решений правления ОАО «РЖД» (протокол № 43 от 23-24 декабря 2008 г пункт 3.5.13).
Согласно положениям Программы техническое диагностирование - это эффективное средство предотвращения аварий и повреждений основного оборудования; оно рассматривается как неотъемлемая часть технологии работы хозяйства Э ОАО «РЖД». Определено, что последовательное решение задач по диагностике электроустановок позволит ОАО «РЖД» перейти на качественно новый уровень экономической эффективности и работы системы электроснабжения ОАО «РЖД», оптимизировать эксплуатационные расходы, связанные с содержанием инфраструктуры, исключить убытки, вызванные нарушениями электроснабжения и технологически необоснованными потерями электроэнергии. Предполагается, что суммарный экономический эффект от внедрения диагностики на объектах хозяйства Э составит до 15 % эксплуатационных расходов.
Затраты на приобретение средств диагностики должны быть сопоставимы с убытками (с учётом вероятности отказа), вызванными отсутствием (неприменением) средств технического диагностирования в случае отказа.
Статистический анализ показателей состояния контактной сети по филиалам ОАО «РЖД»
Статистический анализ показателей состояния КС, выраженный (2.1) и (2.2), производился с позиции оценки адекватности показателя «балльная оценка КС» - качеству содержания КС.
В качестве методического обеспечения при статистическом анализе использовались источники [10, 48, 51, 54, 55, 56, 99, ПО, 125]. В качестве информационного обеспечения использовались средства пакета Microsoft Office Excel, пакета STATISTICA 6.0 [12] и результаты исследований с участием автора [22, 60, 62, 64, 70, 73].
На рисунке 1.8 приведена графическая интерпретация расхождения показателя «балльная оценка КС» с показателем «количество нарушений на КС». Статиетичеекий анализ призван дать количественную оценку взаимосвязей диагностических показателей КС с показателями нарушений технологических процессов и показателями удовлетворенности перевозок и подготовить обоснование для выработки обобщенной оценки, более адекватно отражающей качество содержания КС.
Проведен статистический анализ показателей векторов Y{t) и ДО по 15 хозяйствам Э филиалов ОАО «РЖД» за период с 2003 по 2009 гг. Выявлено, что законы распределений большинства показателей существенно отличается от нормального, имеет левостороннее смещение модального значения относительно среднего значения (рис. 2.1). Анализ показал, что как правило, вид закона является логарифмически нормальным.
На рисунке 2.2 приведены виды распределений и характер взаимосвязи диагностических оценок КС и абсолютных показателей нарушений и удовлетворенности перевозок, представленных в виде регрессионных зависимостей.
Из приведенных данных видно, что действующий диагностический показатель «балльная оценка КС» слабо коррелирован с показателями нарушений и показателями удовлетворенности перевозок. Регрессионная зависимость показателей «количество нарушений КС» и «балльная оценка КС» практически горизонтальна, т.е. зависимость отсутствует, а коэффициент корреляции близок к нулю (-0,1).
Несколько выше коэффициент корреляции «балльная оценка КС» с удельным показателем «количество нарушений КС на 100км развернутой длины КС» - (0,15), но и он является незначимым.
В то же время, показатель «количество нарушений на КС» имеет более высокие (значимые) значения коэффициентов корреляции с показателями удовлетворенности перевозок (табл. 2.1).
На абсолютные значения показателей может оказывать существенное влияние разница в эксплуатационных показателях, например, в выполняемой по филиалам тонно-км. работе - «А, млн ткм бр»; в объемах тягового электропотребления - «\тяга, млн кВтч»; в развернутой длине контактной сети «Разв. дл КС всего, км» (приложение 1, таблица 1). Влияние данных эксплуатационных показателей показано в приложении 3. Коэффициент корреляции «балльная оценки КС» с данными показателями колеблеися от -0,13 до -0,27, а с показателем «количество нарушений на КС» - от 0,48 до 0,66.
На рисунке 2.5 представлены графики, классифицирующие филиалы ОАО «РЖД» в классе данных показателей.
С целью унификации показателей целесообразно осуществлять их взаимосвязь в рамках приведенных показателей в 100 км развернутой длины. Проведенный анализ показал, что высокие значения коэффициентов корреляции сохраняются в случае сопоставления показателя «удельное количество повреждений КС/100 км разв. дл. КС» с удельными значениями данных показателей: «Уд. поломки токопр. /100км. разв. дл.» - 0,65; «Уд. задержки пассажирских поездов по КС, час/100км. разв. дл. - 0,30;
«Уд. задержки пригородных поездов по КС, час/ 100км. разв. дл.» - 0,17; «Уд. задержки грузовых поездов, час/ 100км. разв. дл.» - 0,26.
Сделан вывод, что совершенствовать диагностику КС и вырабатывать улучшенный комплексный показатель качества содержания КС необходимо с учетом набора удельных показателей нарушений и показателей удовлетворенности перевозок.
Проведен статистический анализ диагностического показателя «балльная оценка КС» с факторами, регулирующими процесс содержания КС, - Uper(t) (приложение 1, таблица 2) [36, 109]. В таблице 2.2 для облегчения анализа приведены их выборочные значения.
Выявлена значимая взаимосвязь между показателем «балльная оценка КС» и группой данных факторов (таблица 2.2, рисунки 2.6,.2.7, 2.8); коэффициент корреляции достигает -0,42. Характерно наличие отрицательной взаимосвязи данных факторов. Иными словами, чем выше значение финансирования, например, по статье «удельные эксплуатационные расходы на 100 км разв. дл.», тем лучше показатель «балльная оценка КС».
То же относится к показателям «удельное количество отработанных "окон" и «производительность труда». Положительный коэффициент корреляции показателя «балльная оценка КС» с показателем «затраты рабочей силы на техническое обслуживание и ремонт устройств тяги» (0,29), по-видимому, связан с изменением штатного расписания в хозяйствах Э в период с 2003 по 2009 гг. и требует дополнительного анализа.
Высокий и отрицательный коэффициент корреляции с показателем «процент износа основных фондов» объясняется ежегодно увеличивавшимися значениями износа по хозяйствам Э, носит детерминированный характер и при формировании обобщенной оценки может не учитываться.
Подтверждена достаточная для использования в многомерных моделях значимость взаимосвязи эксплуатационного фактора «удельный расход электроэнергии на тягу, приходящийся на 1 км эксплуатационной длины2 -(Wy%, кВтч/1 км.экс. дл.) с показателями «удельные повреждения КС по Э/100 км. разв. дл.» (0,28) и «удельные поломки токоприемников /100км. разв. дл.» (0,33) - табл. 2.3. Таким образом, использование удельных значений показателей факторов, регулирующих процесс содержания КС - Uper(t) - и эксплуатационных показателей в обобщенном показателе качества содержания КС позволит корректировать диагностическую оценку КС и в перспективе подойти к нормированию финансовых и трудовых затрат при установке целевых показателей.
Методика проведения риск-анализа и прогнозирования показателей качества состояния контактной сети
Методика проведения риск-анализа и прогнозирования показателей качества состояния КС в виде процессной формы представления алгоритма, состоящего из девяти этапов, показана в таблице 3.1 .
Методика опирается на структуру математической модели риск-анализа и прогнозирования состояния КС, представленной в подразделе 3.2 настоящей диссертации, а также результатов исследований при участии автора [20, 57, 67 70]. Общие названия этапов представлены в колонке «Этапы процессов диагностики и моделирования». Каждый этап включает две группы алгоритмических действий - процедур в разделах «Технологические процессы хозяйства Э» и «Удовлетворенность перевозок».
Раздел «Технологические процессы хозяйства Э», в свою очередь, делится на технологии «Диагностика показателей КС» и «Мониторинг показателей нарушений КС». Раздел «Удовлетворенность перевозок» характеризуется группой процедур «Мониторинг показателей последствий нарушений КС».
В алгоритме методики на первом этапе задаются начальные целевые показатели:
диагностические: балльная оценка (Бц), нормы содержания КС по ПУТЕКС;
показатели нарушений: события (Ксоб ц), отказы (Котк ц), длительность отказа(7)откц);
последствия нарушений: количество задержанных поездов (Л зад п ц), время задержанных поездов (Гзад п ц), время перерывов Питания (Гп пит ц), количество поломок токоприемников (К тпр ц).
На втором этапе осуществляется оперативный мониторинг текущего состояния КС, который отражается на втором выходе модели и характеризуется вектором оценок показателей F (t) - (3.9). В модели 7 (/+1) на основании значений вектора F (/) осуществляется временной прогноз значений на один период наблюдений вперед с использованием описанного метода прогноза.
Оценки Y (t), как правило, представляют показатели состояния КС в виде временных рядов помесячных значений.
На втором этапе выполняются:
диагностика фактических у видов геометрических параметров Гксу (Г), балльной оценки Б(ґ) и замечаний по отклонениям КС ЛГкс (t), которые вводятся по результатам поездок ВИКС-ЦЭ, в результате объездов, осмотров, технических обследований КС; если необходимо, то выполняется прогноз показателей (рис.3.2);
На третьем этапе выявляются статистически значимые показатели состояния КС (диагностические, показатели отказов и ущербов) на базе построения плотностей их вероятностей и определения математического ожидания показателей (М), модального значения {mod) и стандартного отклонения ( СУ ) - таблица 3.2.
На рисунках 3. 4 а, б, в, г, по оси абсцисс показана количественная оценка отказов и видов ущерба, по оси ординат - вероятностная оценка соответствующего показателя, выраженная в количестве происшедших событий в месяц. На столбцах гистограмм отмечена процентная вероятность числового значения показателя.
В ходе третьего этапа также определяются статистически значимые ранжированные значения показателей отказов и нарушений, например, отказов по видам устройств КС. В основу положен АВС-шашз, то есть метод ранжирования показателей по трем группам значимости: группа А определяет (включает) от 0 до 50 % всего результата, группа 5 - от 50 % до 80 % всего результата и наименее значимая группа С - от 80 % до 100 % остаточного результата. По результатам АВС-жшиза. строится визуальная форма представления - диаграмма Парето. Пример использования ABC-анализа представлен на рис 3.5. как диаграмма вероятности возникновения отказа по видам устройств КС.
На этом этапе целесообразно провести оценку уровня взаимосвязи отказов и их последствий на базе корреляционного и регрессионного анализа. Рисунок 3.6 и таблица изображают гистограммы и вид уравнений регрессии для показателя количество отказов КС с показателями последствий отказов. Данный анализ позволит с определенной степенью точности оценивать и прогнозировать показатели качества содержания КС в их взаимосвязи. Так, для условий работы филиала ОАО «РЖД» Куйбышевская железная дорога поломки токоприемников связаны с количеством отказов одномерным уравнением с коэффициентами уравнения а и коэффициентом парной корреляции (beta) = 0,809 (табл. 3.3).
Использование многомерных уравнений прогноза вида 3.7. позволяет перейти к детализации определения причин ущерба. В таблице 3.4 приведены результаты идентификации коэффициентов уравнения множественной регрессии показателя ущерба количество поломок токоприемников по 14 видам устройств КС, которые «мониторятся» на филиале ОАО «РЖД» Куйбышевская железная дорога.
Максимальное значение коэффициента парной корреляции (beta) позволяет установить наиболее важную причину, влияющую на показатель. В данном случае причинами поломок токоприемников являются «провода и тросы» (beta=0,544), «струны» (beta=0,228) и «воздушные стрелки» (beta=0,190).
На рисунке 3.7 представлен результат оценки (прогноза) показателя «количество поломок токоприемников» по результатам идентификации (табл. 3.2). Средняя точность прогнозирования не превышает 25 %, что, впрочем, достаточно для планирования целевых показателей.
Методика экспериментально-расчетной оценки рисков разрегулировки контактной сети вследствие атмосферного и токового нагрева контактного провода
В настоящее время по хозяйствам Э имеются участки контактной сети с полукомпенсированным типом контактной подвески (типа КС-120), когда натяжение контактного провода на анкерных участках обеспечивается компенсационными устройствами за счет перемещения грузов компенсатора. Нагрев контактного провода за счет повышения температуры окружающей среды или протекающих токов приводит к удлинению провода, в результате чего грузы компенсатора опускаются к основанию опоры. Уровень перемещения груза регламентируется по ПУТЭКС расстоянием Ь от нижнего края нижнего груза до основания опоры [81, 82, 92]. По регламенту работ при переходе на летний сезон должна производиться перенастройка грузов компенсаторов. Однако в силу трудоемкости процесса и отсутствия оперативных данных о влиянии режима хода компенсирующих грузов на разрегулировку контактной сети чаще всего ограничиваются увеличением хода груза за счет «подкопки» грунта под опорой.
В 2009-2010 гг. температура окружающей среды в летние периоды времени в регионах Куйбышевской железной дороги превышала 40 в тени. Кроме того по главному ходу дороги началось обращение соединенных поездов массой до 12 тысяч тонн. Очевидно, что в подобных условиях необходимо рассчитывать нагрузочную способность на анкерных участках системы тягового электроснабжения с определением максимальных тяговых токов.
В диссертационной работе предлагается экспресс-методика мониторинга динамики грузов компенсаторов для оценки рисков разрегулировки контактной сети вследствие атмосферного и токового нагрева контактного провода и «укладки» грузов на основание анкерных опор. По результатам замеров и расчетов можно определять вероятность «укладки» грузов на поверхность опор, ослабление натяжения контактного провода, риск разрегулировки и нерегламентированного взаимодействия контактного провода и токоприемников электроподвижного состава. Наличие расчетов позволяет принимать обоснованное решение о необходимости регламентированной или прогнозной регулировки анкерных устройств.
Смоделирована и экспериментально исследована динамика расстояния грузов компенсаторов а и Ь относительно критических уровней (Ханк =800 м, КС-120, трехблочный компенсатор) - рис 4.5 а, б.
Полученные данные о расстоянии Ь между нижней кромкой нижнего блока грузов компенсатора и уровнем основания опоры отображались на графике хода компенсатора по ПУТЭКС с учетом температуры окружающей среды (или температуры провода) - рис 4.6. По точкам Ьжс, полученным в функции температуры, осуществляется линейный прогноз до уровня нулевой отметки. При пересечении линии прогнозного хода груза компенсатора с уровнем нулевой отметки по шкале температуры определяется критическая температура Гэкс крит.
Результаты исследований показали, что экспериментальная критическая температура Гэкс крит составила 95, а теоретическая критическая температуры Гтеор кРит 75. Таким образом, предлагаемый способ позволяет экспериментально-теоретически определять резерв по температуре нагрева провода и по резерву в динамике хода грузов компенсаторов. Экспериментально определено, что при атмосферной температуре в тени +34 и при скорости ветра около 1 м/сек нагрев провода за счет солнечной радиации может достигать 62.
Моделирование изменения длины контактного провода оценивалось на основании выражений 3.11-3.16 раздела 3. Моделирование проводились при динамическом изменении температуры нагрева проводов в течение суток Гатм для двух вариантов:
1) при достижении максимальной температуры проводов от атмосферного нагрева МЕС 7атм1=+35 (рис. 4.7);
2) при достижении максимальной температуры проводов от атмосферного нагрева Мах 7атм2 = +65. (рис. 4.8).
На атмосферный нагрев проводов Гатм накладывается нагрев проводов от тягового тока, полученные по результатам моделирования при проходе тяжеловесных и соединенных поездов (рис.3.20) - Г атм +ток. [69, 72, 73].
В функции температуры Г атм+ток рассчитывалась динамика расстояния грузов компенсаторов 6 атм+ток. В первом варианте (рис 4.7) минимальное расстояние 6 атм+ток составляет не менее 1 м в 10 и 16 часов. Во втором варианте моделирование показало возможность «укладки» грузов на поверхность опоры в период с 13 до 16 часов (рис.4.8). Вероятность «укладки» грузов на поверхность опоры м, что может привести к риску разрегулировки свероятностью Рэкс = 0,08 относительно Тэкс крит и вероятностью Ртеор = 0,12 относительно Гтеор Крит .
