Введение. Железнодорожный транспорт представляет собой сложную техническую систему

Железнодорожный транспорт представляет собой сложную техническую систему. Он образован из подсистем, одна из которых – электроснабжение. Цели функционирования каждой подсистемы должны соответствовать назначению железнодорожного транспорта – обеспечению перевозок пассажиров и грузов.

Одним из показателей эффективности функционирования технических систем является надежность. Она тесно связана с экономическими показателями. Чем выше надежность, тем меньше ущерб от отказов технических устройств. С другой стороны, для ее увеличения необходимы дополнительные затраты.

Надежность устройств электроснабжения формируется на трех этапах: проектировании, изготовлении и монтаже, эксплуатации.

Чтобы повысить надежность на этапе проектирования, необходимо увеличивать коэффициенты запаса прочности, использовать надежные конструкции и аппараты, более прочные материалы и различные защитные покрытия, применять методы расчетов с меньшим числом допущений и т.д.

При изготовлении, сборке и монтаже необходимо использовать технологии, обеспечивающие более высокую точность, строго соблюдать эти технологии и т.д.

На этапе эксплуатации увеличение надежности технических устройств может быть достигнуто повышением технического уровня ремонтной базы, внедрением диагностики, средств сбора и обработки информации, применением более эффективных методов технического обслуживания, улучшением профессиональной подготовки кадров, занятых эксплуатацией и ремонтом и т.д.

Одним из показателей надежности является интенсивность отказов. Классическая кривая изменения интенсивности отказов в функции наработки имеет три участка (рис. 1.), соответствующие периодам приработки, нормальной работы и деградации.

Отказ может произойти из-за нагрузок, превышающих расчетные (нормативные) значения, или снижения прочности. Если нагрузка представляет собой стационарный процесс, то увеличение интенсивности отказов во время приработки по сравнению с интенсивностью на участке нормальной работы объясняется снижением прочности отдельных элементов и узлов из-за несовершенства и нарушения технологии изготовления, сборки и монтажа.

Рис. 1. Интенсивность отказов в различные периоды наработки: I – приработка; II – нормальная работа; III – деградация (старение)

На этом этапе могут выявиться ошибки, допущенные при расчетах и проектировании. Для уменьшения времени приработки технические устройства можно испытывать при повышенных нагрузках. Снизить интенсивность приработочных отказов можно, соблюдая технологию изготовления, сборки и монтажа.

Надежность объекта на втором участке, когда выявлены и устранены все дефекты, определяется внезапными отказами, вызванными превышениями нагрузок над прочностью, имеющими различную природу.

Так, объекты электроэнергетики, испытывающие воздействия климатических факторов, рассчитывают на нагрузки с повторяемости один раз в пять, десять или пятнадцать лет в зависимости от уровня напряжения. Например, устройства контактной сети должны выдерживать климатические воздействия с повторяемостью один раз в десять лет. Таким образом, уже на стадии проектирования заложена возможность возникновения отказов.

Другая причина внезапных отказов – аварийные нагрузки (акты террора, вандализма и т.д). Следовательно, на этом этапе надежность формируется на этапе проектирования. Приняв меры по усилению систем электроснабжения, можно снизить интенсивность отказов в период нормальной работы.

На третьем участке кривой интенсивности начинают сказываться постепенные отказы, вызванные деградационными процессами (износ, старение, разрегулировка). Техническое обслуживание, направленное на восстановление свойств и рабочих характеристик объектов, позволит снизить и даже стабилизировать интенсивность отказов в идеальном случае на уровне интенсивности периода нормальной работы. Наоборот, техническое обслуживание на этапах приработки и нормальной работы часто не только бесполезно, но и вредно. Вмешательство в работу объекта не только не снизит интенсивность внезапных отказов, но и при плохом качестве работ приведет к всплеску приработочных отказов.

В отраслях железнодорожного транспорта, занимающихся в основном или только технической эксплуатацией, потребная численность эксплуатационного персонала слабо зависит от размеров движения. К таким отраслям относится хозяйство электроснабжения, в котором в настоящее время ресурс многих сооружений тяговых подстанций и контактной сети истекает. Это объясняется большими масштабами электрификации железных дорог страны в соответствии с генеральным планом, принятым в 1956 году и рассчитанным на 15 лет. К 2000 году более 85 тыс. км контактной сети будут иметь срок службы 30 и более лет. Это обстоятельство требует научно-обоснованного подхода к сокращению численности кадров, учитывать совершенствование технического обслуживания, укрепление ремонтной базы и повышение квалификации инженерно-технического персонала.

Возникающая сложная задача – поддержание объектов в процессе их эксплуатации в работоспособном состоянии в условиях ограниченных ресурсов может быть решена только с использованием теории надежности и ее составной части – теории технического обслуживания. Значительный эффект способен дать переход от обслуживания по нормам к техническому обслуживанию по состоянию. Этот метод можно применять при использовании теории технической диагностики и широком внедрении средств диагностирования.

Поддержание устройств в работоспособном состоянии обеспечивается решением следующих задач:

§ Прогнозированием изменения параметров и прочности объектов;

§ Назначением граничных полей допуска параметров;

§ определением параметров и закономерностей изменения нагрузок и воздействий, в том числе со стороны внешних по отношению к системе электроснабжения подсистем транспорта;

§ разработкой моделей надежности (отказов);

§ сбором информации о текущем состоянии и об отказах объектов;

§ анализом причин отказов;

§ разработкой средств и методов диагностики;

§ выбором и расчетом параметров стратегий технического обслуживания;

§ организацией работ.

Решение многих из этих задач может быть содержанием проекта системы технического обслуживания. Наличие их позволило бы более эффективно обеспечивать высокую надежность работы устройств в условиях эксплуатации.

Основные понятия и определения

В теории надежности часто применяют понятия «СИСТЕМА», «ЭЛЕМЕНТ», «НЕВОССТАНАВЛИВАЕМЫЙ (ВОССТАНАВЛИВАЕМЫЙ) ОБЪЕКТ»:

§ система – объект, представляющий собой совокупность элементов, взаимодействующих в процессе выполнения определенного круга задач, и функционально взаимосвязанных;

§ элемент – объект, представляющий собой простейшую часть системы, его отдельные составляющие не представляют самостоятельного интереса в рамках конкретного рассмотрения.

Понятия системы и элемента относительны: объект, считающийся системой в одном исследовании, может рассматриваться как элемент, если изучается объект большего масштаба. Например, при расчете надежности системы электроснабжения участка дороги тяговая подстанция выступает как элемент, а при рассмотрении надежности подстанции она предстает уже как система;

§ невосстанавливаемый (восстанавливаемый) объект – объект, работоспособное состояние которого в рассматриваемой ситуации не предусмотрено (предусмотрено) восстанавливать нормативной и (или) конструкторской (проектной) документацией.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 приведем ряд определений:

§ надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования;

§ безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки;

§ долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта;

§ ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта;

§ сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования;

§ исправное состояние (исправность) – состояние объекта, при котором он соответсвует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации;

§ работоспособное состояние (работоспособность) – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативной, технической и (или) конструкторской (проектной) документации;

§ предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно;

§ повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении его работоспособного состояния;

§ отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта;

§ внезапный отказ – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта;

§ постепенный отказ – отказ, возникающий в результате постепенного изменения одного или нескольких параметров объекта;

§ независимый отказ – отказ, не обусловленный другими отказами;

§ перемежающийся отказ – многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера.