Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В современных условиях эксплуатации на железнодорожном транспорте, метрополитенах, городском электротранспорте важное значение имеет направление исследований, связанное ' с повышением эксплуатационной надежности выпрямительных агрегатов (ВА) тяговых подстанций. Одним из основных элементов ВА являются силовые полупроводниковые приборы (СШ) - силовые полупроводниковые диоды, которые, в основном, определяют такие характеристики ВА, как коэффициент полезного действия, габариты и надежность.
В настоящее время в ВА тяговых подстанций основную долю, до 80 %, составляют СПП штыревой конструкции типа ВЛ-200, которые были введены в эксплуатацию в 70-80-х годах.
Совершенствование силовой полупроводниковой техники привело к созданию СПП таблеточной конструкции 18-30 классов на токи до 2000 А. В связи с этим, на тяговых подстанциях железных дорог, метрополитенов, городского электротранспорта происходит замена ВА, оснащенных СШ штыревой конструкции типа ВЛ-200, на ВА, основой которых являются СПП таблеточной конструкции, в частности, типа В-800, Д143-800, Д253-1600.
В процессе эксплуатации СПП в ВА тяговых подстанций происходит ухудшение параметров СПП как вследствие скрытых дефектов производства, так и вследствие факторов эксплуатации. В основном, ВА тяговых подстанций эксплуатируются в циклическом режиме нагрузки, что приводит к характерным отказам СПП, связанным с разрушением контактных соединений их конструкции, вследствие которого температура полупроводнико-
вой структуры превышает установленное максимально допустимое значение. По этой причине возникает отказ СПП по блокирующей способности с последующим выходом из строя ВА.
Следовательно, для надежной эксплуатации в ВА тяговых подстанций железных дорог, метрополитенов, .городского электротранспорта СПП таблеточной и штыревой конструкции необходимо обеспечение контроля качества СШ в ВА в процессе эксплуатации на основе методов и устройств оперативного контроля качества СШ.
В данном направлении проводились работы во ВНИИЖТе, ЛИ-ИЖТе, МИИТе, МЭИ, БЭИ им. В.И. Ленина и ряде других организаций. Так, в настоящее время разработаны и применяются в эксплуатации методы и устройства оперативного контроля теплового сопротивления только СШ штыревой конструкции (тип ВЛ-200). Указанные устройства, в связи с тем, что измеряют один из ряда параметров СШ - тепловое сопротивление, не дают информацию о качестве СШ в целом. Методы измерения теплового сопротивления СШ штыревой конструкции не могут быть распространены на СШ таблеточной конструкции в силу их конструктивных особенностей.
Задача выявления и замены потенциально-ненадежных СШ в процессе эксплуатации ВА тяговых подстанций может быть успешно решена только при условии разработки методов и, на их основе, устройств оперативного контроля таких параметров СШ, которые характеризуют качество СШ в целом, или, другими словами, являются интегральными, определяющими совокупность основных технических характеристик СШ. Решение этой задачи имеет важное значение, так как приведет к повышению
уровня эксплуатационной надежности ВА тяговых подстанций.
Результаты такого оперативного контроля качества СШ таблеточной и штыревой конструкции могут быть использованы в целях прогнозирования надежности СПП в процессе эксплуатации. Кроме того, для прогнозирования надежности СПП в ВА тяговых подстанций необходимо исследование взаимосвязи режимов эксплуатации ВА с интегральным показателем качества СШ и интенсивностью отказов СШ. Результаты таких исследований позволят определять регламент профилактического обслуживания ВА тяговых подстанции, своевременное проведение которого обеспечит минимальные затраты материальных и трудовых ресурсов на техническое обслуживание и ремонт ВА.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка метода и, на его основе, устройства оперативного контроля качества СШ таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю в ВА тяговых подстанций железных дорог, метрополитенов, городского электротранспорта, а также исследование взаимосвязи режимов эксплуатации ВА тяговых подстанций с показателями надежности' СШ.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Для разработки метода оперативного контроля качества СШ по интегральному показателю использовались методология контроля параметров СШ, а также основные положения теории погрешностей и методов измерений.
Бри проведении теоретических исследований по взаимосвязи режимов эксплуатации ВА с показателями надежности СПП применялись основные положения теории вероятностей и математической статистики.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в том, что:
исследованы методологические принципы построения устройства оперативного контроля качества СШІ таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю - температуре полупроводниковой структуры;
разработан метод оперативного контроля качества СІШ таблеточной и штыревой конструкции по интегральному показателю и проведен анализ погрешности метода;
проведено исследование влияния температурного режима полупроводниковой структуры СПП таблеточной и штыревой коне-, трукции на интенсивность их отказов при различных режимах нагрузки ВА тяговых подстанций, на основании которого разработаны методологические положения по прогнозированию надежности СПП в ВА.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработано устройство оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю, обеспечивающее обнаружение в ВА тяговых подстанций потенциально-ненадежных СПП таблеточной и штыревой конструкции всей номенклатуры, используемой на железнодорожном транспорте, метрополитенах, городском электротранспорте. Разработана методика по прогнозированию надежности СШ в ВА тяговых подстанций на основе исследований по взаимосвязи режимов эксплуатации ВА с температурным режимом СПП и интенсивностью отказов СПП.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанное устройство оперативного контроля качества СПП по интегральному показателю внедрено в Службе энергоснабжения Санкт-Петербургского метрополитена и на Предприятии "Энергохозяйства" Мосгортранса. Разра-
ботанные рекомендации по прогнозированию надежности СПП в ВА используются для определения периодичности профилактического обслуживания ВА, допустимых сроков службы СПП при условии сохранения установленного значения интенсивности их отказов (Л= 10 1/ч), а также выбора уровня отбраковки потенциально-ненадежных СПП в зависимости от коэффициентов загрузки ВА.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на секции "Технические средства электрификации железных дорог" "Недели науки - 93, посвященной 80-летию присвоения МИИТу статуса института путей сообщения" (г. Москва, 1993 г.), на научно-техническом семинаре "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология)" Московского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова (г. Москва, 1992 г.), на научно-методической конференции "Современные научные аспекты функционирования транспортного комплекса и развития его кадрового потенциала" РГОТУПС (г. Москва, 1995 г.), на заседании кафедры "Энергоснабжение электрических железных дорог" РГОТУПСа.
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований и материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня использованной литературы и приложений. Работа содержит 88 страниц машинописного текста, 32 иллюстрации, 4 таблицы, 86 библиографических наименований, приложения на 35 страницах.