Повышение эксплуатационной надёжности асинхронных вспомогательных машин магистральных электровозов переменного тока

• Автор: Иванов, Павел Юрьевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Состояние вопроса надёжности и долговечности изоляции асинхронных вспомогательных машин
1.1 Состояние надёжности асинхронных вспомогательных машин электровозов переменного тока на ВСЖД
1.2 Эксплуатационные особенности работы асинхронных вспомогательных машин электровозов переменного тока на ВСЖД
1.3 Анализ методов мониторинга надёжности и долговечности асинхронных электродвигателей и прогнозирования остаточного ресурса изоляции как лимитирующего элемента в конструкции АВМ
1.4 Выводы

2 Теоретическое обоснование старения изоляции от различных деградационных факторов

2.1 Теоретическое обоснование уравнения регрессии старения изоляции

от действия комплекса факторов

2.2 Классическая теория нагревания асинхронного электродвигателя

2.3 Теоретическое обоснование механизма локального перегрева изоляции обмотки статора в режиме пуска АВМ
2.4 Выводы
3 Математические модели деградационных факторов, влияющих на старение изоляции АВМ
3.1 Математическое моделирование пуска двигателя в среде Mathcad
3.2 Токо-интеграционный метод определения перегрева изоляции АВМ
3.3 Математическая модель процесса нагревания с учётом конструктивных особенностей обмотки
3.4 Конечно-элементное моделирование нагрева изоляции от действия пусковых токов из различных состояний в среде MSC Patran и Mark
3.5 Расчёт количества испытуемых двигателей при планировании эксперимента по выявлению законов старения изоляции в лабораторных условиях
3.6 Математическая модель выбора закона вибрационного старения по хронологии вибронагружения
3.7 Выводы
4 Методика, техника и результаты экспериментальных исследований
4.1 Физическое моделирование обмотки собственных нужд тягового трансформатора магистральных электровозов переменного тока
4.2 Экспериментальная установка моделирования работы АВМ
4.3 Выбор и создание технических средств для проведения эксперимента.
4.4 Программно-технический комплекс системы мониторинга состояния изоляции
4.5 Алгоритм функционирования системы мониторинга
4.6 Результаты экспериментальных исследований
4.7 Проверка сходимости математического и физического моделирования нагревания тела от действия тока при изменяющейся нагрузке
4.7 Выводы
5 Экономическое обоснование эффекта от внедрения системы мониторинга состояния изоляции АВМ на ВСЖД
5.1 Определение сметной стоимости оборудования
5.2 Определение дополнительных эксплуатационных расходов
5.3 Определение экономической эффективности от перехода на систему ремонта по фактическому состоянию
5.4 Определение экономической эффективности внедрения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение

Введение
Одним из условий успешного развития экономики Российской Федерации является наличие эффективной и надёжной транспортной системы. В настоящее время в Российской Федерации эксплуатационная длина электрифицированных линий составляет более 45 тысяч километров железных дорог, из которых более 22 тысяч электрифицировано на переменном токе. Вождение поездов обеспечивают более 5000 электровозов переменного тока. Из них около 4500 электровозов - это электровозы отечественного производства, на которых для привода вспомогательных механизмов и агрегатов используются трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором [77]. С 2006 года на железные дороги Восточного региона России начали поступать электровозы переменного тока нового поколения серий ЭП1 и ЕРМАК.
Исключительная простота системы питания вспомогательных машин в сочетании с асинхронными двигателями предполагали высокий уровень надёжности вспомогательных электроприводов на этих электровозах. Данный принцип заложен при проектировании отечественных электровозов переменного тока, о чём свидетельствует отсутствие контроля состояния асинхронных вспомогательных машин (АВМ). В настоящее время локомотивная бригада производит диагностику состояния работающего двигателя органолептическими методами [56] по причине того, что в цепях собственных нужд электровозов переменного тока отсутствуют какие-либо контрольно-измерительные приборы.
В 2012 году имело место повышение отказов АВМ в отношении к предыдущим годам на 280%. Выявлена тенденция роста количества отказов вспомогательных электродвигателей при увеличении массы поездов и скоростей движения. Наряду с этим в настоящее время на предприятиях ОАО РЖД при обслуживании АВМ локомотивного парка применяется плановопредупредительная система ремонта, не исключающая отказ оборудования в

Рисунок 1.12. Номограмма определяющая срок службы изоляции от времени пуска двигателя
Математическая модель зависимости срока службы изоляции справедлива при постоянном значении влажности на протяжении всего срока службы. Процесс старения изоляции от вибрации не был представлен в виде, позволяющем его использовать для АВМ ЭПС, и требовал экспериментального нахождения коэффициента, определяющего вид закона старения изоляции от вибрации.
Установлена функциональная зависимость между уровнем разрушающих факторов и остаточным ресурсом изоляции в виде уравнения, что позволяет определять скорость её износа. В общем виде модель выглядит следующим образом:
p-bAt.K (a„-a)/io.1nKulg(U/U„)
Sy=Su~ ^ (l.l)
£ l+ln(Ks-S2m)