Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технического состояния тяговых электродвигателей подвижного состава и методов диагностирования их изоляции 11
1.1 Анализ технического состояния тяговых электродвигателей 11
1.2 Состояние вопроса диагностирования состояния изоляции электродвигателей
1.3 Факторы, приводящие к снижению качества изоляции ТЭД и ее повреждениям 26
1.4 Особенности системы изоляции якорных обмоток тяговых электродвигателей и условия е эксплуатации 29
1.5 Выводы и постановка задач диссертационной работы 32
2 Методика исследования состояния межвитковой изоляции якорных обмоток ТЭД, основанная на анализе параметров волновых откликов 33
2.1 Физические основы применения метода волновых откликов 33
2.2 Математическая модель физических процессов, происходящих в якорной обмотке ТЭД при тестировании е прямоугольными импульсами тока 37
2.3 Разработка устройств для формирования диагностирующих импульсов и регистрации волновых откликов 42
2.4 Технология тестирования изоляции ТЭД по методу волновых откликов 55
2.5 Выводы
3 Имитационное моделирование процессов, происходящих в якорной обмотке ТЭД при тестировании е методом волновых откликов 58
3.1 Схема замещения якорной обмотки ТЭД 58
3.2 Построение имитационной модели процесса тестирования изоляции якорных обмоток ТЭД прямоугольными импульсами 59
3.3 Оценка адекватности разработанной модели и анализ полученных данных 64
3.4 Выводы 66
4 Экспериментальные исследования состояния межвитковой изоляции машин постоянного тока по параметрам волнового отклика 68
4.1 Планирование комплекса экспериментальных исследований 68
4.2 Методика моделирования повреждений изоляции якорной обмотки 69
4.3 Методика проведения испытаний и их результаты 71
4.4 Определение критериев оценки состояния изоляции при тестировании е методом волновых откликов 87
4.5 Выводы 97
5 Аппаратно-программный комплекс для диагностирования состояния изоляции ТЭД 98
5.1 Особенности процедуры тестирования изоляции ТЭД на производстве 98
5.2 Определение эффективного расположения технологических операций диагностирования межвитковой изоляции при ремонте и испытаниях ТЭД 99
5.3 Основы функционирования аппаратно-программнго комплекса для диагностирования состояния изоляции ТЭД 102
5.4 Оценка экономической эффективности внедрения аппаратно-программного комплекса АСКДИ 108
5.5 Выводы 113
Заключение 115
Список литературы
- Особенности системы изоляции якорных обмоток тяговых электродвигателей и условия е эксплуатации
- Разработка устройств для формирования диагностирующих импульсов и регистрации волновых откликов
- Оценка адекватности разработанной модели и анализ полученных данных
- Определение критериев оценки состояния изоляции при тестировании е методом волновых откликов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В процессе эксплуатации подвижной состав железных дорог подвергается комплексному воздействию факторов различной природы, при этом тяговые электродвигатели (ТЭД) подвержены наиболее интенсивному воздействию. Анализ статистических данных показывает, что до 29,1 % всех отказов современных электровозов серии 2ЭС6 приходится на долю ТЭД. В свою очередь слабым местом ТЭД является изоляция, на долю повреждений которой приходится до 56 % от общего количества отказов ТЭД, в том числе 6,2 % – межвитковые замыкания в якорной обмотке. Таким образом, изоляция ТЭД является одним из критических элементов, определяющих надежность подвижного состава.
Согласно стратегии развития холдинга "РЖД" на период до 2030 г. в ряд основных задач развития инфраструктурного бизнес-блока холдинга входят снижение стоимости жизненного цикла тяговых ресурсов и оптимизация издержек за счет рациональной организации ремонтных и эксплуатационных работ. Следовательно, внедрение в производственный процесс современных наукоемких методов, позволяющих выполнять комплексное диагностирование технического состояния изоляции ТЭД, для своевременного выявления отказов и предотказных состояний является актуальной задачей.
Особое значение достоверное диагностирование изоляции приобретает в условиях повсеместного перехода от планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта оборудования к системе обслуживания и ремонта по текущему состоянию.
Степень разработанности темы диссертации. Свой вклад в исследование изоляции электрических машин внесли такие ученые, как Д. Вайда, В. М. Пак, П. М. Сви, С. А. Яманов. Исследования в области диагностирования изоляции тяговых электродвигателей и прогнозирования их ресурса проводили Н. П. Воробьев, А. П. Зеленчен-ко, Ш. К. Исмаилов, А. С. Серебряков, В. П. Смирнов, Н. О. Фролов, В. В. Харламов, А. М. Худоногов.
Импульсные методы испытаний изоляции собранных обмоток якорей машин по
стоянного тока нашли наиболее широкое распространение как у нас в стране, так и за
рубежом. С применением импульсных методов диагностирования изоляции связаны
работы К. Б. Александрова, Е. П. Бессуднова, О. Б. Брона, А. Д. Дроздова,
A. А. Дробышевского, А. В. Калантарова, Е. О. Мартко, Дж. Л. Риляндера,
B. И. Сташко, С. О. Хомутова. Физические основы импульсных процессов в обмотках
электрических машин наиболее подробно рассмотрены в исследованиях А. Веверки,
Б. Геллера, З. Г. Каганова.
Среди работ зарубежных ученых, занимающихся вопросами диагностирования обмоток электродвигателей по параметрам волновых затухающих процессов, возникающих при импульсных испытаниях, интерес представляют исследования Т. Глинки, А. Децнера и А. Поллака.
Диссертационная работа выполнена в соответствии со стратегией развития холдинга «РЖД» на период до 2030 г., концепцией применения технологий бережливого производства на ОАО «РЖД», стратегией научно-технического развития холдинга «РЖД» на период до 2020 г. и перспективу до 2025 г. («Белая книга»), с планом науч-
но-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (тема НИР № г.р. 01.9.60.0 00796).
Цель диссертационной работы – повышение качества ремонта ТЭД подвижного состава за счет совершенствования технологии диагностирования изоляции.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
разработать математическую модель физических процессов, происходящих в якорной обмотке ТЭД, при тестировании ее электрическими импульсами;
-
разработать методику диагностирования изоляции якорной обмотки ТЭД, позволяющую зафиксировать факт возникновения межвиткового замыкания без изъятия якоря из статора;
-
разработать имитационную модель процесса диагностирования изоляции якорной обмотки ТЭД методом волновых затухающих колебаний, учитывающую конструктивные особенности тестируемой обмотки;
-
предложить диагностический критерий для выявления межвитковых замыканий по разработанной методике;
5) разработать алгоритм диагностирования изоляции якорных обмоток ТЭД ме
тодом волновых затухающих колебаний и устройство, реализующее указанный алго
ритм;
6) сформировать предложения по усовершенствованию существующей техноло
гии ремонта и испытаний ТЭД подвижного состава.
Методы исследования. Задачи решены с использованием теории электрических машин, теории планирования эксперимента с применением математического анализа и имитационного моделирования. Для расчетов и анализа математических зависимостей применены специализированные программные продукты Mathcad 14, Microsoft Excel 2007 с использованием встроенного в него языка программирования Visual Basic for Applications (VBA). Имитационное моделирование произведено с использованием специализированной библиотеки Simulink для MATLAB R2015a. Экспериментальные исследования проведены в лабораториях ОмГУПСа и на базе сервисного локомотивного депо Московка Западно-Сибирского управления сервиса ООО «СТМ-Сервис».
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
-
предложена математическая модель физических процессов, происходящих в якорной обмотке ТЭД, имеющей межвитковое замыкание, при тестировании ее по методу волновых затухающих колебаний и отличающаяся тем, что в ней учитывается положение места межвиткового замыкания относительно щеток, на которые подаются диагностирующие импульсы;
-
разработана имитационная модель процесса диагностирования якорных обмоток ТЭД методом волновых откликов (ВО), учитывающая особенности конструкции тестируемой обмотки и используемого испытательного оборудования.
-
разработана методика тестирования изоляции якорных обмоток ТЭД, основанная на анализе параметров волновых затухающих колебаний, возникающих под действием диагностических импульсов тока, зафиксированных при различных угловых положениях якоря;
4) предложен обобщенный диагностический коэффициент (ОДК), адаптированный к применению метода волновых затухающих колебаний для диагностирования состояния изоляции якорных обмоток ТЭД.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований. Расхождение результатов теоретических исследований параметров ВО с экспериментальными данными не превышает 7 %. Среднеквадратическое отклонение значений амплитуды ВО, полученных в результате имитационного моделирования, от экспериментальных данных не превышает 8 %.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем:
-
предложенная математическая модель физических процессов, происходящих в якорной обмотке ТЭД при тестировании ее прямоугольными электрическими импульсами, позволяет определять характер изменения параметров волновых откликов, вызванных возникновением в ней межвитковых замыканий при различных угловых положениях якоря;
-
разработанная методика диагностирования изоляции якорной обмотки тяговых машин подвижного состава обеспечивает выявление межвитковых замыканий в обмотке без изъятия якоря, что позволяет производить тестирование в рамках текущего обслуживания без значительного увеличения трудозатрат;
-
разработанная имитационная модель процесса диагностирования якорных обмоток тяговых электродвигателей методом волновых откликов позволяет подобрать параметры диагностирующих импульсов с учетом характеристик испытуемого двигателя и получить эталонные формы волновых откликов;
-
предложенный диагностический параметр - обобщенный диагностический коэффициент обеспечивает повышение достоверности обнаружения межвитковых замыканий в якорных обмотках тяговых электродвигателей при тестировании их методом волновых откликов;
-
разработаны алгоритм диагностирования изоляции якорных обмоток тяговых электродвигателей методом волновых откликов и микроконтроллерное устройство, позволяющие автоматизировать процесс диагностирования и снизить необходимые трудозатраты;
-
разработанный подход по комплексному диагностированию изоляции и предложения по совершенствованию технологического процесса позволяют повысить качество ремонта тяговых электродвигателей подвижного состава.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе технология и устройство диагностирования изоляции якорных обмоток приняты к использованию в технологическом процессе ремонта тяговых и вспомогательных машин постоянного тока в сервисном локомотивном депо Московка ЗападноСибирского управления сервиса ООО «СТМ-Сервис».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
математическая модель физических процессов, происходящих в якорной обмотке ТЭД при тестировании ее прямоугольными импульсами тока;
-
имитационная модель процесса диагностирования якорной обмотки ТЭД прямоугольными электрическими импульсами;
-
методика диагностирования якорных обмоток ТЭД по параметрам ВО и обобщенный диагностический коэффициент для определения межвитковых замыканий;
-
алгоритмы работы аппаратных средств диагностирования состояния изоляции якорных обмоток тяговых электрических машин по методу волновых откликов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались
на второй и третьей всероссийских технических конференциях с международным
участием «Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффек
тивности тяги поездов» (Омск, 2014, 2016); на всероссийской научно-технической
конференции с международным участием «Инновационные проекты и технологии
машиностроительных производств» (Омск, 2015); на третьей всероссийской научно-
технической конференции с международным участием «Технологическое
обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного
подвижного состава» (Омск, 2015); на научно-практической конференции,
посвященной Дню российской науки «Инновационные проекты и новые технологии в
образовании, промышленности и на транспорте» (Омск, 2016); на второй
всероссийской научно-технической конференции с международным участием
«Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности
и на транспорте» (Омск, 2016); на региональной студенческой научно-практической
конференции «Молодежь третьего тысячелетия» (Омск, 2016); на международной
научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспективы -
2016» (Санкт-Петербург, 2016); на постоянно действующем научно-техническом
семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного
транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-
информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2017). Материалы
диссертации были представлены на четвертом всероссийском конкурсе научных
работ среди студентов и аспирантов по транспортной проблематике (Москва, 2015),
третье место в номинации «Информационные технологии и математическое
моделирование для решения задач железнодорожного транспорта». В рамках
стажировки в Чешской Республике результаты исследований доложены на кафедре
«Электротехника и электроника» факультета электротехники и коммуникационных
технологий (FEKT) технического университета г. Брно, а также на предприятиях по
производству специализированных электрических машин EM Brno и VUES.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 14 научных работах, в том числе в четырех статьях в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, и одном свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, двух приложений, списка литературы из 110 наименований и содержит 116 страниц основного текста, 74 рисунка и шесть таблиц.
Особенности системы изоляции якорных обмоток тяговых электродвигателей и условия е эксплуатации
Увеличение значения коэффициента DD может говорить о наличии скрытых повреждений [9]. Сложность применения данного метода состоит в том, что характерные значения DD для конкретного оборудования оказываются разными, а емкость изоляции неизвестной. Результаты, полученные с применением данного метода, нуждаются в корректировке по температуре. При монолитной структуре изоляции метод может оказаться малоинформативным.
Качество изоляции может характеризоваться с использованием явления абсорбции с помощью следующих параметров: сопротивления изоляции, напряжения саморазряда, коэффициента абсорбции и возвратного напряжения. Под абсорбцией понимают явление поляризации изоляции и накопление заряда внутри ее. Для определения степени увлажненности изоляции производятся дополнительные измерения сопротивления изоляции на 15 и 60 секундах, а также на десятой минуте после подачи испытательного напряжения, обозначают значения данных сопротивлений как R15, R60 и R10 соответственно. Степень увлажненности изоляции ТЭД и возможность его дальнейшей эксплуатации определяются по значениям коэффициентов абсорбции D и поляризации PI (polarization index, коэффициент старения изоляции) определяемым по формулам: D = R- (1.2)
Стоит отметить, что изоляционные материалы, для которых характерна малая степень или отсутствие эффекта абсорбции всегда будут давать значения, близкие к единице.
Методы, основанные на эффекте абсорбции, широко используются для определения состояния тяговых двигателей, методики исследования хорошо отработаны. Создано и запатентовано множество измерительных комплексов использующих данную методику (например, приборы серии MIC фирмы Sonel) [25].
Основным недостатком метода является его нечувствительность к локальным повреждениям, он отражает медленные эффекты общего старения изоляции и степень е увлажненности.
Метод возвратного напряжения подразумевает зарядку изоляции, снятие заряда с геометрической емкости кратковременным замыканием вводных электродов и фиксацию напряжения в процессе последующего разряда. По величине и форме возвратного напряжения можно судить о состоянии изоляции. Практически установлено, что наибольшей информативностью обладает значение, измеренное на 30 секунде после начала испытания.
В настоящее время работы по использованию возвратного напряжения для диагностики изоляции и оценки степени ее старения ведутся и в нашей стране, и за рубежом. Однако некоторые исследователи применяют этот метод оценки как вспомогательный. Причина заключается в том, что у разных систем изоляции в разных условиях эксплуатации при различных механизмах старения по-разному изменяется и возвратное напряжение.
Чтобы определить закономерности изменения возвратного напряжения, необходимо иметь базу данных для каждой конкретной системы изоляции [10]. Метод время-сопротивление базируется на двух утверждениях: ток снижается, когда структура проводника достигает своей конечной ориентации (упорядоченности); в то же время, утечки, вызванные попаданием влаги и износом изоляции, вызывают протекание относительно большого постоянного тока. У хорошей изоляции ток утечки сравнительно мал. Изношенная изоляция будет давать относительно большую долю тока утечки и постоянную характеристику при воздействии испытательного напряжения, скрывая тем самым, эффекты заряда и диэлектрической абсорбции.
Таким образом, измеряя ток через определенные интервалы времени после подачи тестового напряжения, мы получим характеристику, описывающую состояние изоляции. Хорошая изоляция дает крутую характеристику, плохая – пологую. Данный метод исключает температурную зависимость и не требует наличия предыдущих результатов измерения.
Ввиду того, что сопротивление зависит от многих факторов, результатами измерений по данной методике могут являться два диагноза – «Изоляция, возможно, в порядке», «Возможно, присутствует влага или грязь». Данная методика не позволяет в достаточной мере точно определять состояние изоляции, но является более адекватной по сравнению с методом прямого измерения, если данные о предыдущих измерениях отсутствуют. Определение индекса поляризации является одной из наиболее распространенных разновидностей метода время–сопротивление.
Стандартная процедура тестирования ступенчатым напряжением предполагает подачу в систему обмотка/корпус испытательного напряжения 500В с последующим измерением сопротивления обмотки. При отсутствии выявленных повреждений испытательное напряжение повышается на 500В и цикл измерений повторяется. В каждом последующем шаге (ступени напряжения) вычисляется относительное изменение сопротивления изоляции Rст, по формуле
Разработка устройств для формирования диагностирующих импульсов и регистрации волновых откликов
Отклонение параметров расчетных ВО от экспериментальных не превышает 7%. Наличие отклонений результатов расчета обусловлено наличием взаимной индукции между витками секций, лежащих в одном пазу, не учитываемой предложенной математической моделью. Форма волновых откликов на щетках тестируемого электродвигателя зависит от характера физических процессов в исправных и поврежденных параллельных ветвях тестируемой якорной обмотки, но остается очевидным тот факт, что изменение формы волновых откликов в процессе изменения углового положения якоря вызвано физическими процессами, описанными в данном разделе диссертации. 2.3 Разработка устройств для формирования диагностирующих импульсов и регистрации волновых откликов Определение состояния межвитковой изоляции само по себе является сложным технологическим процессом, так как его невозможно реализовать методом прямых измерений, как в случае, например, с измерением сопротивления корпусной изоляции.
По итогам проведения экспериментальных исследований волновых откликов в якорной обмотке машины 2ПБ90МГ разработан специализированный стенд для испытания якорных обмоток коллекторных машин, структура которого приведенная на рисунке 2.9. волновых откликов Алгоритм работы стенда заключается в следующей последовательности операций. Тестируемая обмотка якоря подключается к блоку питания постоянного тока (БП) через быстродействующий электронный ключ (БЭК), рассчитанный на соответствующие режимы коммутации активно-индуктивной нагрузки. Управляющие сигналы поступают с генератора прямоугольных импульсов (ГПИ) на модуль гальванической развязки. В блоке гальванической развязки формируются сигналы управления драйвером ключа и сигнал синхронизации для устройства фиксации отклика. Под действием управляющих сигналов драйвер открывает и закрывает ключ, что вызывает кратковременное протекание тока в тестируемой обмотке. После того как протекание тока прерывается, в якорной обмотке возникает колебательный затухающий процесс, который фиксируется осциллографом. Параметры данного волнового процесса анализируются в соответствии с установленным алгоритмом. 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 перспективности применения метода для своевременного обнаружения возникающих в процессе эксплуатации ТЭД межвитковых замыканий в его якорной обмотке. Также отметим, что применение метода не подразумевает изъятия якоря или проведения серьезных вмешательств в конструкцию ТЭД. Для проведения испытаний необходимо только соединить соответствующие выводы испытательного оборудования со щетками или соответствующими выводами клеммной коробки ТЭД. Разработанный стенд обладает следующими характеристиками: – диапазон изменения амплитуды диагностических импульсов 3–12 В; – длительность заднего фронта диагностических импульсов не более 100 нс; – диапазон изменения длительности диагностических импульсов
В качестве ГПИ в разработанном стенде применен генератор Г5-56. Он обеспечивает подачу сигналов прямоугольной формы с длительностью фронтов не превышающей 25нс. Стоит отметить, что частота волновых откликов в зависимости от конструкции тестируемой обмотки может достигать сотен кГц. Для исключения влияния коммутационных процессов в ключе на результаты испытаний необходимо обеспечить такую скорость срабатывания БЭК, при которой длительность заднего фронта диагностирующего импульса была бы как минимум на порядок меньше длительности волнового отклика. Питание логической части стенда осуществляется от специально разработанного блока с тремя гальванически развязанными выходами. Гальваническая развязка ГПИ и логики стенда выполнена на микросхеме HCPL-2601. В качестве ключа применен высокоскоростной MOSFET транзистор Panasonic 2SK2128 в паре с драйвером верхнего плеча Microchip TC4420, включенным по типовой схеме. Расчет элементов ключа осуществлен с учетом особенностей коммутации индуктивной нагрузки и требований к скорости срабатывания [80, 81].
Отклик фиксируется при помощи осциллографа Rigol DS1052e, измерительные щупы которого подключаются к выходам «Измерение» и «Синхронизация» испытательного стенда. Подключение к испытуемой обмотке производится через щетки двумя проводами со специальными наконечниками.
Внешний вид испытательного стенда, подключенного к ТЭД типа ЭД-107 колесно-моторного блока тепловоза приведена на рисунке 2.10.
В процессе тестирования форма волновых затухающих процессов, возникающих на заднем фронте диагностирующих импульсов, сохраняется в памяти осциллографа в виде файла с расширением (.csv), который представляет собой массив дискретных значений напряжения сигнала с указанием соответствующих временных координат. Для обработки экспериментальных данных на языке Visual Basic for Application написан макрос для Microsoft Excel, который позволяет автоматически строить график отклика, определять амплитуду первой полуволны ВО, частоту, коэффициент затухания, формировать отчеты по нескольким испытаниям в виде таблицы [82, 83].
Разработанный стенд при всех своих преимуществах не обладает мобильностью, необходимой для проведения эксплуатационных испытаний. На основании опыта, полученного при создании лабораторного стенда, а также унификации электрических схем построен прототип микроконтроллерного устройства для тестирования состояния изоляции якорных обмоток ТЭД методом волновых откликов (далее – микроконтроллерное устройство), рисунок 2.11.
Оценка адекватности разработанной модели и анализ полученных данных
Одной из основных задач моделирования является разработка моделей, наиболее адекватно описывающих поведение реальных объектов в необходимом для анализа масштабе [90, 91]. Для оценки адекватности разработанной имитационной модели проведем сравнение результатов экспериментальных исследований с результатами имитационного моделирования.
На рисунке 3.7 приведена реализация волнового отклика, зафиксированная на якорной обмотке электродвигателя 2ПН100L (сплошная линия), а также аналогичный волновой отклик, полученный при проведении имитационного моделирования (пунктирная линия).
Пример экспериментального и смоделированного волновых откликов В рамках исследования особенностей физических процессов, протекающих в якорных обмотках электродвигателей произведено имитационное моделирование процесса тестирования якорных обмоток ТЭД типа ЭД-107, ТЛ-2К, ЭДП-810 прямоугольными импульсами тока. Среднеквадратическое отклонение значений амплитуды ВО, полученных в результате имитационного моделирования, от экспериментальных данных не превысило 8%, относительно амплитуды первой полуволны экспериментально полученных откликов.
Предложенная имитационная модель может быть использована для определения оптимальных параметров диагностирующих импульсов для проведения испытаний изоляции якорной обмотки конкретного типа электродвигателя, прогнозирования формы эталонных ВО на основании электрических и геометрических параметров тестируемых обмоток, а также для моделирования физических процессов, протекающих в процессе тестирования обмоток, имеющих повреждения изоляции, характеризующиеся структурными изменениями изоляционного материала.
Как известно, возникновение повреждений изоляции может быть смоделировано изменением параметров элементов схемы замещения, соответствующим тем или иным структурным изменениям изоляционного материала [22]. Так, при переувлажнении изоляции снижается активное сопротивление между витками и корпусом, увеличивается поперечная емкость витков; при выбросе смазки в область коллектора снижается активное сопротивление межвитковой изоляции и т. п. На рисунке 3.8 приведены результаты моделирования испытаний якорной обмотки ТЭД типа ТЛ-2К, значение сопротивления межвитковой изоляции которой значительно снизилось по причине выброса смазки в область коллектора, а также осциллограмма соответствующего отклика, зафиксированная в рамках эксплуатационных испытаний.
На приведенном рисунке сплошной линией показан экспериментальный отклик, пунктирной - результат моделирования. Выброс смазки смоделирован путем изменения параметров элементов имитационной модели обмотки, соответствующих элементам Rmv схемы замещения (см. рисунок 3.1). Несущественные расхождения формы приведенных откликов обусловлены конструктивными особенностями якорной обмотки протестированного ТЭД, а также частичной деградацией изоляционных материалов, вызванной жесткими условиями эксплуатации [23].
Анализируя результаты моделирования можно сделать вывод, что предложенная имитационная модель адекватно отражает процессы, происходящие в якорной обмотке ТЭД при тестировании е низковольтными импульсами.
1. В пакете Simulink программной среды MathWorks MATLAB К20\5а разработана имитационная модель процесса тестирования изоляции якорных обмоток ТЭД по методу волновых откликов.
2. Сравнение результатов имитационного моделирования с результатами экспериментальных исследований показало, что среднеквадратическое отклонение значений амплитуды ВО, полученных в результате имитационного моделирования, от экспериментальных данных не превышает 8%, относительно амплитуды первой полуволны экспериментально полученных откликов.
3. Разработанная имитационная модель процесса тестирования изоляции якорной обмотки ТЭД низковольтными импульсами позволяет определить оптимальные параметры диагностирующих импульсов для проведения испытаний изоляции якорной обмотки конкретного типа электродвигателя, прогнозировать формы эталонных ВО на основании электрических и геометрических параметров тестируемых обмоток, а также для моделировать физические процессы, протекающие в процессе тестирования обмоток, имеющих повреждения изоляции общего характера.
Определение критериев оценки состояния изоляции при тестировании е методом волновых откликов
Особенностям применения вновь разрабатываемых методов и средств диагностирования технических объектов в условиях реальной эксплуатации всегда уделяется особое внимание [101-103]. В эксплуатации проверка состояния изоляции ТЭД производится в рамках плановых ремонтных мероприятий, порядок проверки определяется специальными технологическими картами. Например, технологической картой на ремонт тяговых двигателей типа ТЛ-2К и ТЛ-2К1 при ремонте в объеме ТР-1, ТР-2 предусматривается замер сопротивления корпусной изоляции ТЭД мегомметром. Значение сопротивления не должно быть меньше 3МОм, в противном случае производится профилактическая сушка изоляции, если изоляция обмоток сушкой не восстанавливается, двигатель отправляют на выкатку [104].
Согласно анализу состояния вопроса диагностирования изоляции, выполненному в подразделе 1.2 данной диссертационной работы, результат однократного измерения сопротивления изоляции имеет низкую диагностическую ценность. Поскольку пробой изоляции обмоток является одной из основных неисправностей ТЭД, диагностированию е состояния в процессе текущей эксплуатации необходимо уделять особое внимание.
Также нужно принять во внимание тот факт, что трудозатраты на проведение тех или иных операций по проверке и ремонту ТЭД нормированы, а их увеличение нежелательно. Например, для выполнения тестирования межвитковой изоляции ТЭД по методу волновых откликов без применения специализированных технических средств необходимо подобрать параметры диагностических импульсов, зафиксировать форму волновых откликов, повернуть якорь, определить наличие изменений формы волнового отклика, при необходимости, вычислить обобщнный диагностический коэффициент или произвести сравнение формы волнового отклика с эталонной. Приведенная последовательность действий требует не только больших временных затрат, но также и высокого уровня квалификации персонала. Это означает, что при внедрении современных комплексных методов диагностирования изоляции в текущий технологический процесс необходимо обеспечить максимальный уровень автоматизации процесса тестирования и обработки результатов проведенных испытаний.
В основе поддержания необходимого уровня надежности, а соответственно и остаточного ресурса тягового подвижного состава железных дорог, лежит система ремонта и технического обслуживания.
Общие вопросы технологии ремонта и обслуживания ТЭД регламентируются руководством по техническому обслуживанию тяговых электродвигателей локомотивов ПКБ ЦТ.06.001 [70], правилами ремонта электрических машин подвижного состава ЦТ-ЦТВР 4782 [71], руководством по техническому обслуживанию и текущему ремонту электрических машин электровозов ЦТтр-7/133 [72]. Порядок технического обслуживания и ремонта ТЭД типа ЭДП-810 электровоза 2ЭС6 регламентируется технологической инструкцией ПКБ ЦТ.25.0146 [73]. Указанная инструкция применима и к ТЭД типа ЭК-810Ч и СТК-810 в вопросах регламента проведения текущих ремонтов.
При ремонте ТЭД типа ЭДП-810 и аналогов допустимое значение сопротивления изоляции составляет 5МОм.
На рисунке 5.1 приведен структурный элемент технологии тестирования обмотки по методу волновых откликов для внедрения в существующие технологические процессы ремонта и обслуживания ТЭД. Так как тестирование низковольтными импульсами является неразрушающим методом диагностирования изоляции, важно производить контроль состояния межвитковой изоляции до высоковольтных испытаний. С 100 точки зрения порядка выполнения проверки состояния изоляции в рамках ТР-2, технологии ремонта ТЭД типа ТЛ-2К и ЭДП-810, ЭК-810Ч и аналогов идентичны
Технология диагностирования состояния изоляции якорных обмоток ТЭД по методу волновых откликов Фрагмент технологии ремонта указанных ТЭД приведен на рисунке 5.2. Выполнение диагностирования межвитковой изоляции якорной обмотки после продувки и чистки ТЭД исключает влияние на результаты испытаний продуктов разрушения щеток, а также позволяет выявить повреждения изоляции до того, как последствия этих повреждений будут усугублены высоковольтными испытаниями.