СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ Российский патент 2012 года по МПК G01R27/16 

Изобретение относится к области технической диагностики сложных технических систем с переменной структурой электрических цепей и может быть использовано для диагностики технического состояния электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта, а именно мотор-вагонного подвижного состава (электропоездов).

Электрические цепи электроподвижного состава относятся к электрическим цепям с переменной структурой, то есть цепям, структурная конфигурация которых в каждый момент времени определяется комбинацией сигналов управления и положениями коммутирующих устройств, и включают цепи управления, высоковольтные силовые и вспомогательные электрические цепи, содержащие большое число взаимодействующих между собой посредством многочисленных электрических и механических связей и значительно удаленных друг от друга элементов. Дефект любого из элементов способен привести к нарушению функционирования электрических цепей в целом, что может ухудшить тяговые, тормозные и энергетические качества электроподвижного состава, комфортность проезда пассажиров, снизить безопасность и бесперебойность движения. На контроль технического состояния каждого из элементов электрических цепей электроподвижного состава, с целью поддержания их в работоспособном состоянии, затрачиваются значительные ресурсы, однако результаты контроля не обладают необходимой для принятия адекватных ремонтно-профилактических воздействий полнотой и достоверностью, что ведет к неустраненным неисправностям, которые, развиваясь в процессе эксплуатации, приводят к отказам и сбоям в работе железнодорожного транспорта. Таким образом, повышение достоверности и снижение трудоемкости диагностирования электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта, например электропоездов, важная задача.

Известен способ диагностики силовой электрической цепи переменного тока [1] путем периодической записи временных зависимостей напряжения и тока в трех фазах в процессе функционирования энергопотребителей трехфазной силовой электрической цепи в штатном режиме, последующего преобразования временных зависимостей в амплитудно-частотные зависимости и оценки технического состояния силовой цепи на основе совместного анализа амплитудно-частотных зависимостей токов и напряжений во времени.

Недостатками данного способа являются низкая достоверность диагностирования по причине отсутствия данных о реальных режимах функционирования энергопотребителей диагностируемой цепи, а также ограниченные функциональные возможности в части оценки технического состояния электрических цепей с переменной структурой, в частности электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта.

Известен способ диагностики силовых электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта ([2], с.31), заключающийся в последовательном измерении сопротивления различных участков силовой электрической цепи в определенных сборках (структурных конфигурациях) силовой цепи, задаваемых вручную одним из следующих способов: с помощью контроллера машиниста и других аппаратов ручного управления в соответствии с заранее определенной последовательностью (инструкцией оператора); путем принудительного включения контактов, попозиционного переключения многопозиционных коммутирующих аппаратов, а также путем установки перемычек в обход элементов, включение которых затруднено, и оценки технического состояния силовой цепи путем сравнения результатов измерения с нормативными значениями.

Недостатками способа являются:

- низкая достоверность и высокая трудоемкость диагностики вследствие ручного последовательного обхода различных участков силовой цепи с целью измерения их сопротивлений для выявления дефектных элементов;

- ограниченные функциональные возможности в части оценки технического состояния и правильности функционирования цепей управления.

Известен способ диагностики электрических цепей управления электроподвижного состава железнодорожного транспорта, а именно электровозов ([3], с.36-38, [4], с.40-43, [5], с.74), заключающийся в измерении напряжений в контрольных точках цепей управления, соответствующих контактам межэлектровозных (межсекционных) электрических соединений цепей управления, в определенных сборках (структурных конфигурациях) цепей управления, задаваемых вручную с помощью контроллера машиниста в соответствии с заранее определенной последовательностью (инструкцией оператора), и питании цепей управления от штатного источника питания диагностируемого электровоза (аккумуляторной батареи) либо от внешнего источника питания с напряжением 50 B±20%, формирования матрицы потенциалов и последующей оценки технического состояния цепей управления электровоза путем поэлементного сравнения сформированной матрицы потенциалов с эталонной матрицей, полученной практическим путем на полностью исправном электровозе.

Недостатками способа являются:

- низкая достоверность и глубина диагностики вследствие низкой информативности элементов матрицы потенциалов, не позволяющей выявлять неисправности отдельных элементов цепей управления, например катушек аппаратов, контактных пар, резисторов и других, а только обрывы и короткие замыкания проводов цепей управления, неисправности контактных пар контроллера машиниста;

- низкая достоверность диагностики вследствие ограниченных функциональных возможностей в части оценки правильности функционирования цепей управления и их аппаратов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятым нами за прототип, является способ диагностики электрических цепей управления электроподвижного состава городского транспорта, а именно трамвайного вагона [6], заключающийся в записи временных зависимостей напряжений в ветвях (контрольных точках) цепей управления и тока в линии питания цепей управления (плюсовой линии аккумуляторной батареи) в процессе функционирования цепей управления в стандартных рабочих режимах, задаваемых вручную с помощью органов ручного управления (контроллера водителя) в соответствии с заранее определенной последовательностью при отключенной силовой части схемы, определении по зависимостям напряжений в контрольных точках моментов переключения (смены структурных конфигурации) ветвей цепей управления, а по зависимостям тока и моментам смены структурных конфигураций - токов в отдельных ветвях цепей управления и оценке технического состояния цепей управления на основании анализа отклонений полученных зависимостей от эталонных, полученных на этом же трамвайном вагоне при исправном оборудовании его электрических цепей.

Недостатком прототипа является, в частности,

- низкая достоверность диагностики вследствие невозможности однозначного выделения на временной зависимости тока токов отдельных ветвей и участков цепей управления, поскольку сигналы управления от контроллера водителя в задаваемых структурных конфигурациях одновременно могут подаваться на ряд ветвей, а режимы с раздельной подачей сигналов управления на данные ветви цепей управления отсутствуют.

Общими недостатками известных аналогов являются:

- низкая достоверность диагностики ввиду существенного влияния человеческого фактора, обусловленного ручным заданием структурных конфигураций, и связанная с этим высокая продолжительность диагностики, кроме того, число задаваемых структурных конфигураций значительно ограничивает диапазон возможных переключений;

- низкая достоверность диагностики вследствие существенной зависимости измеряемых параметров от напряжения источника питания цепей управления (аккумуляторная батарея/электрическая сеть депо), колебания которого не учитываются;

- ограниченные функциональные возможности в части выявления дефектов в электрических цепях электропоездов, в частности, отдельных подвижных единиц, не имеющих в составе своих электрических цепей органов ручного управления, например, промежуточных (не головных) электросекций (секций электропоездов);

- ограниченные функциональные возможности вследствие невозможности оценки технического состояния силовых и вспомогательных электрических цепей.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение достоверности и снижение трудоемкости диагностики электрических цепей с переменной структурой, а именно электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта, и в частности электропоездов.

Поставленная задача в способе диагностики электрических цепей с переменной структурой, включающем задание режима функционирования электрических цепей, измерение напряжений и токов, построение зависимостей и оценку технического состояния по отклонениям указанных параметров и их зависимостей от эталонов, достигается тем, что задают автоматический тестовый режим функционирования электрических цепей путем подачи в контрольные точки цепей управления последовательности управляющих воздействий, а в контрольные точки силовых и вспомогательных цепей тестовых воздействий, в каждой структурной конфигурации электрических цепей, определяемой текущими положениями коммутирующих аппаратов и состояниями входов, заданных последовательностью управляющих и тестовых воздействий, одновременно измеряют напряжения в контрольных точках цепей управления, падения напряжений на участках силовых и вспомогательных цепей, токи потребления по каждому из воздействий, производят счет импульсов напряжения, формируемых в определенных ветвях цепей управления при работе многопозиционных коммутирующих аппаратов, определяют продолжительность следования заданного числа импульсов, строят зависимости изменения напряжений, токов и падений напряжений от времени и от состояния входов, рассчитывают сопротивления цепей, их ветвей и участков, указанные параметры и зависимости используют в качестве диагностических признаков, путем сравнения диагностических признаков с эталонами производят оценку технического состояния цепей управления, силовых и вспомогательных цепей, при этом эталоны для каждого диагностического признака определяют предварительно путем статистического анализа эмпирических данных, а при диагностике аппаратов ручного управления отдельные структурные конфигурации цепей управления задают вручную в моменты выдачи предписаний, выполнение которых подтверждают и контролируют по напряжениям в определенных контрольных точках цепей управления и токам управляющих воздействий.

Анализ отличительных признаков предлагаемого способа диагностики электрических цепей с переменной структурой и обеспечиваемых им технических результатов на примере электрических цепей электросекций мотор-вагонного подвижного состава (электропоездов) показал, что:

- автоматический тестовый режим функционирования электрических цепей, организованный путем подачи в контрольные точки цепей управления, соответствующие контактам межвагонных электрических соединений цепей управления, последовательности управляющих воздействий, а в контрольные точки силовых и вспомогательных цепей тестовых воздействий, задает минимальную по количеству шагов и времени последовательность перебора структурных конфигураций, обеспечивающую раздельное включение в работу ветвей цепей управления и отдельных их участков, с глубиной до которых проводится диагностика, выполнение аппаратами цепей управления, силовых и вспомогательных цепей всего диапазона возможных переключений, тем самым обеспечивается высокая полнота и глубина диагностики при одновременном сокращении продолжительности диагностики;

- одновременное измерение напряжений во всех контрольных точках цепей управления, соответствующих контактам межсекционных и межвагонных электрических соединений цепей управления, падений напряжений на всех участках силовых и вспомогательных цепей, токов потребления по каждому из воздействий в каждой структурной конфигурации, построение зависимостей указанных параметров от времени и от состояния входов и использование указанных параметров и их зависимостей в качестве диагностических признаков позволяет учесть воздействие каждого элемента на техническое состояние электрических цепей в целом, оценить правильность функционирования каждого из элементов во всех режимах, этим обеспечивается высокая достоверность, полнота и глубина диагностики, а также сокращается продолжительность и повышается технологичность диагностирования;

- счет количества импульсов напряжения, формируемых в определенных ветвях цепей управления при работе многопозиционных коммутирующих аппаратов, с определением продолжительности следования заданного числа импульсов и использование их в качестве диагностических признаков обеспечивает возможность оценки технического состояния механизмов переключения и приводов многопозиционных аппаратов, что повышает полноту и глубину диагностики;

- расчет сопротивлений цепей, их ветвей и участков по измеренным в различных структурных конфигурациях напряжениям, падениям напряжений и токам и использование их в качестве диагностических признаков обеспечивает устойчивость данных признаков к изменению свойств управляющих и тестовых воздействий, обусловленных колебаниями напряжения питающей сети, что повышает достоверность диагностики;

- подтверждение выполнения предписаний по заданию отдельных структурных конфигураций цепей управления с помощью органов ручного управления позволяет минимизировать непроизводительные потери времени в процессе диагностирования головных электросекций и в комбинации с контролем выполнения предписаний путем измерения напряжений в определенных контрольных точках цепей управления и токов управляющих воздействий обеспечивает высокую достоверность диагностики;

- оценивание технического состояния электрических цепей комплексно, путем сравнения диагностических признаков и их комбинаций с эталонами, обеспечивает простоту реализации способа и быстрое диагностирование;

- определение эталонов диагностических признаков путем статистического анализа эмпирических данных дает возможность исключить из процесса оценки технического состояния признаки, не играющие существенной роли в обнаружении дефектов, снизить вероятность ошибки распознавания состояния.

Анализ совокупности отличительных признаков показал, что предложенный способ диагностики электрических цепей с переменной структурой обеспечивает оперативную, автоматическую с высокой степенью достоверности, полноты и глубины оценку технического состояния одновременно цепей управления, высоковольтных силовых и вспомогательных цепей, что ведет к сокращению затрат на их поэлементную диагностику и позволяет персоналу ремонтных мастерских своевременно принимать адекватные ремонтно-профилактические воздействия для устранения дефектов, вызванных эксплуатационными изменениями, нарушениями технологии ремонта, сборки, регулировки и монтажа оборудования электрических цепей, и тем самым позволяет повысить безопасность и бесперебойность функционирования сложных технических систем.

Таким образом, предложенная совокупность отличительных признаков, обеспечивающая полученный результат, представляется новой на существующем этапе развития науки и техники и превосходит существующий мировой уровень. Изобретение соответствует изобретательскому уровню, поскольку достигаемый результат определяется не только суммой отличительных признаков, но и результатом их тесного взаимодействия между собой.

Сущность способа заключается в следующем:

- задают автоматический тестовый режим функционирования электрических цепей, например, с помощью системы комплексной диагностики электросекций мотор-вагонного подвижного состава [7], путем подачи в контрольные точки цепей управления предварительно определенной последовательности управляющих воздействий, а в случае головных электросекций также путем выдачи оператору предписаний, выполнение которых подтверждается, и подачи тестовых воздействий в контрольные точки силовых и вспомогательных электрических цепей;

- напряжения во всех контрольных точках цепей управления, падения напряжений на всех участках силовых и вспомогательных цепей, токи потребления по каждому из воздействий измеряют одновременно в каждой структурной конфигурации и непрерывно, в течение всего цикла диагностирования;

- в отдельных структурных конфигурациях производят счет количества импульсов напряжения, формируемых в определенных ветвях цепей управления при работе многопозиционных коммутирующих аппаратов, с определением продолжительности следования заданного числа импульсов;

- строят зависимости изменения напряжений, токов и падений напряжений от времени и от состояния входов, по ним для каждой структурной конфигурации в режиме реального времени определяют изменения токов по каждому из воздействий по отношению к одной или нескольким предшествующим структурным конфигурациям, рассчитывают сопротивления цепей, их ветвей и участков;

- значения сопротивлений, напряжений, токов и падений напряжений, а также количество импульсов, продолжительность их следования в различных структурных конфигурациях и указанные выше зависимости используют в качестве диагностических признаков;

- оценку технического состояния производят комплексно путем сравнения диагностических признаков и их комбинаций с эталонами;

- отклонение диагностического признака от эталона более чем на 10-15% как в большую, так и в меньшую сторону соответствует состоянию требует принятия мер и свидетельствует о наличии незначительного дефекта в электрической цепи, характеризующего эксплуатационные изменения, нарушения технологии ремонта и регулировки, либо наличие в цепи нетиповых элементов, с отличающимися техническими параметрами; отклонение диагностического признака от эталона на величину, превышающую 25-30% как в большую, так и в меньшую сторону, соответствует состоянию недопустимо и свидетельствует о нарушении функционирования электрической цепи, вследствие наличия в ней критического дефекта, обусловленного повреждениями элементов, недостатками ремонта, сборки, а также ошибками монтажа оборудования;

- эталоны и комбинации диагностических признаков определяют предварительно путем статистического анализа эмпирических данных.

Сущность способа поясняется чертежами, приведенными на фиг.1-4.

На данных чертежах изображены зависимости изменения токов управляющих воздействий, токов тестовых воздействий и напряжений в контрольных точках цепей управления от времени, полученные при диагностике электрических цепей реальных секций электропоездов, содержащих неисправности.

На фиг.1 показаны:

1, 2 - шкалы диагностических признаков;

3, 4 - единицы измерения диагностических признаков;

5 - шкала времени, соответствующая «минутам тому назад» от нуля;

6 - нулевая отметка шкалы времени, соответствующая моменту сохранения зависимостей;

7, 8 - наименование диагностического признака и тип линий зависимости данного диагностического признака от времени;

9 - поле отображения зависимостей.

В поле отображения зависимостей 9 показаны:

10 - зависимость тока управляющих воздействий от времени, полученная при диагностике электрических цепей секции электропоезда серии ЭД2Т;

11 - зависимость тока тестового воздействия от времени, полученная при диагностике электрических цепей секции электропоезда серии ЭД2Т;

12 - эталонная зависимость тока тестового воздействия от времени для секции электропоезда серии ЭД2Т;

13 - горизонтальные участки зависимости 10, соответствующие структурным конфигурациям цепей управления, заданным состояниями входов цепей управления;

14 - горизонтальные участки зависимости 11, соответствующие структурным конфигурациям силовой цепи, заданным положениями коммутирующих устройств;

15 - вертикальные участки зависимости 10 (фронты и спады), соответствующие процессам переконфигурирования цепей управления, обусловленным изменениями состояний входов цепей управления;

16 - вертикальные участки зависимости 11 (фронты и спады), соответствующие процессам переконфигурирования силовой цепи, обусловленным изменениями положений коммутирующих устройств;

17 - область масштабирования;

18 - увеличенная в масштабе область 17;

19 - структурная конфигурация силовой цепи, в которой обнаружено отклонение зависимости 11 от эталона 12;

20, 21, 22, 23, 24 - структурные конфигурации силовой цепи, в которых участвуют те же элементы, в том числе и коммутирующие (силовые контакторы многопозиционного аппарата - контроллера силового пневматического), что и в структурной конфигурации 19,

25 - вертикальный участок, соответствующий абсолютной величине отклонения зависимости 11 от эталона 12 в структурной конфигурации 19.

На фиг.2 показаны:

26 - эталонная зависимость тока управляющих воздействий от времени для секции электропоезда серии ЭД2Т;

27, 28, 29 - интервалы функционирования электрических цепей, в которых обнаружены отклонения зависимостей 10 и 11 от эталонов 26 и 12 соответственно;

30, 31, 32 - структурные конфигурации цепей управления, заданные комбинациями управляющих воздействий, обеспечивающими включение контактора ослабления возбуждения;

33, 34, 35 - структурные конфигурации цепей управления, заданные комбинациями управляющих воздействий, обеспечивающими выключение контактора ослабления возбуждения

36, 37, 38 - структурные конфигурации силовой цепи, заданные включением в силовой цепи контактора ослабления возбуждения;

39, 40, 41 - структурные конфигурации силовой цепи, заданные выключением в силовой цепи контактора ослабления возбуждения;

42, 43, 44 - вертикальные участки, соответствующие абсолютным величинам отклонений зависимости 10 от эталона 26 в структурных конфигурациях 30, 31, 32 соответственно;

45, 46, 47 - вертикальные участки, соответствующие абсолютным величинам отклонений зависимости 11 от эталона 12 в структурных конфигурациях 36, 40, 38 соответственно.

На фиг.3 показаны:

48 - зависимость тока управляющих воздействий от времени, полученная при диагностике электрических цепей секции электропоезда серии ЭР9Т;

49 - зависимость напряжения на проводе цепей контроля и сигнализации (провод 31) от времени, полученная при диагностике электрических цепей секции электропоезда серии ЭР9Т;

50 - эталонная зависимость тока управляющих воздействий от времени для секции электропоезда серии ЭР9Т;

57 - эталонная зависимость напряжения на проводе цепей контроля и сигнализации (провод 31) от времени для секции электропоезда серии ЭР9Т;

52, 53 - интервалы функционирования электрических цепей в аналогичных режимах при положениях реверсивного переключателя «Вперед» и «Назад» соответственно;

54, 55, 56, 57, 58, 59 - структурные конфигурации цепей управления, входящие в интервал функционирования 52, на котором обнаружены отклонения зависимостей 48 и 49 от эталонов 50 и 51 соответственно;

54 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих запитывание катушки «Вперед» реверсивного переключателя, его перевод в одноименное положение, запитывание от этой же ветви, через замыкающийся в данном положении блокировочный контакт «Вперед» реверсивного переключателя и нормально замкнутый блокировочный контакт первого линейного контактора, ветви цепей контроля и сигнализации (провод 31);

55 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих запитывание катушки второго линейного контактора, при включении которого от ветви, получившей питание в структурной конфигурации 54, через упомянутый ранее блокировочный контакт «Вперед» реверсивного переключателя, получает питание катушка первого линейного контактора, при включении которого разрывается упомянутый ранее нормально замкнутый блокировочный контакт первого линейного контактора;

56 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих запитывание блока управления катушками многопозиционного аппарата - контроллера силового пневматического и перевод последнего на последнюю позицию регулирования;

57 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих прекращение питания блока управления катушками и разрыв цепи между катушками и блоком управления катушками;

58 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих прекращение питания катушки второго линейного контактора и приводящих к отключению аппаратов, включившихся в работу в структурной конфигурации 55;

59 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих подключение катушек контроллера к блоку управления катушками и возврат контроллера в исходную позицию;

60, 61, 62 - структурные конфигурации цепей управления, входящие в интервал функционирования 53, на котором не обнаружено отклонений зависимостей 48 и 49 от эталонов;

60 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих запитывание катушки «Назад» реверсивного переключателя, его перевод в одноименное положение, запитывание от этой же ветви, через замыкающийся в данном положении блокировочный контакт «Назад» реверсивного переключателя и упомянутый ранее нормально замкнутый блокировочный контакт первого линейного контактора, ветви цепей контроля и сигнализации (провод 31);

61, 62 - структурные конфигурации цепей управления, заданные теми же управляющими воздействиями, что и структурные конфигурации 55, 56;

63, 64, 65 - вертикальные участки, соответствующие абсолютным величинам отклонений зависимости 48 от эталона 50 в структурных конфигурациях 55, 56, 57 соответственно;

66, 67, 68 - вертикальные участки, соответствующие абсолютным величинам отклонений зависимости 49 от эталона 52 в структурных конфигурациях 54, 58, 59 соответственно.

На фиг.4 показаны:

69 - зависимость тока управляющих воздействий от времени, полученная при диагностике электрических цепей секции электропоезда серии ЭР2;

70 - зависимость тока тестового воздействия от времени, полученная при диагностике электрических цепей секции электропоезда серии ЭР2;

71 - эталонная зависимость тока управляющих воздействий от времени для секции электропоезда серии ЭР2;

72 - интервал функционирования электрических цепей, на котором обнаружено отклонение зависимости 69 от эталона 71;

73 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих запитывание удерживающей катушки быстродействующего выключателя и других аппаратов, подключенных к данной ветви;

74 - интервал функционирования электрических цепей, на котором удерживающая катушка быстродействующего выключателя и другие аппараты, подключенные к ветви, получившей питание в структурной конфигурации 73, получают питание;

75 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих запитывание включающей катушки быстродействующего выключателя, его включение и запитывание от ветви цепей управления, получившей питание в структурной конфигурации 73, через замыкающийся блокировочный контакт быстродействующего выключателя подмагничивающей катушки дифференциального реле;

76 - структурная конфигурация цепей управления, заданная комбинацией управляющих воздействий, обеспечивающих прекращение питания включающей катушки быстродействующего выключателя, но не приводящих к отключению последнего, поскольку его удерживающая катушка продолжает получать питание от ветви цепей управления, получающей питание на интервале 74;

77, 78 - вертикальные участки, соответствующие абсолютным величинам отклонения зависимости 69 от эталона 71 в структурных конфигурациях 75, 76 соответственно.

Примеры выявления неисправностей в электрических цепях секций электропоездов по предлагаемому способу диагностики электрических цепей с переменной структурой

1. Отклонение зависимости 11 от эталона 12, соответствующее вертикальному участку 25 (фиг.1), является недопустимым отрицательным отклонением для структурной конфигурации 19, то есть соответствует состоянию недопустимо, поскольку в данной структурной конфигурации зависимость 11 отклоняется от эталона 12 вниз по оси ординат более чем на 100% по отношению к предшествующей структурной конфигурации, и обусловлено включением в работу неисправного элемента силовой цепи.

Поскольку элементы силовой цепи, участвующие в работе в структурной конфигурации 19, участвовали в работе в структурных конфигурациях 20-24, при этом отклонений зависимости 11 от эталона не было обнаружено, а также не обнаружены какие-либо отклонения зависимости 10, то потенциальным дефектом признана механическая неисправность многопозиционного аппарата, а именно неисправность кулачковой шайбы главного кулачкового вала контроллера силового пневматического.

По результатам контроля диаграммы замыкания силовых контакторов контроллера выявленная неисправность подтвердилась. Кулачковая шайба контроллера, осуществляющая включение одного из силовых контакторов в структурных конфигурациях 19-24, вследствие неверной регулировки не обеспечивала замыкание данного контактора в структурной конфигурации 19. При повторной диагностике, после регулировки кулачковой шайбы и включаемого данной шайбой силового контактора отклонений зависимости тока тестового воздействия от эталона обнаружено не было.

Таким образом, недопустимое отрицательное отклонение зависимости тока тестового воздействия от эталона в структурной конфигурации, характеризующейся очередным включением в работу коммутирующих элементов, например элементов многопозиционных аппаратов, при предшествующем или последующем включении в работу которых отклонений зависимости тока тестового воздействия от эталона не обнаруживается, в совокупности с отсутствием отклонения зависимости тока управляющих воздействий от эталона в этих же структурных конфигурациях - надежная комбинация диагностических признаков механической неисправности узлов аппарата, обеспечивающих включение в работу данных коммутирующих элементов.

2. Отклонения зависимости 10 от эталона 26 в структурных конфигурациях 30, 31, 32 (фиг.2), соответствующие вертикальным участкам 42, 43, 44, являются недопустимыми отрицательными отклонениями для данных структурных конфигураций, то есть соответствуют состоянию недопустимо, поскольку зависимость 10 в структурных конфигурациях 30, 31 отклоняется от эталона 26 вниз по оси ординат более чем на 50%, а в структурной конфигурации 32 более чем на 100% по отношению к предшествующим структурным конфигурациям, и обусловлены включением в работу неисправного элемента цепей управления.

Отклонения зависимости 11 от эталона 12 в структурных конфигурациях 36, 40, 38, соответствующие вертикальным участкам 45, 46, 47, являются незначительными отрицательными отклонениями для данных структурных конфигураций, то есть соответствуют состоянию требует принятия мер, поскольку вектор отклонения в этих структурных конфигурациях направлен вниз по оси ординат, а величина отклонения не превышает 10%, и обусловлены невключением коммутирующего элемента в силовой цепи.

По совокупности выявленных отклонений диагностических признаков: постоянной недопустимой отрицательной величине смещения зависимости тока управляющих воздействий 11 от эталона 26 в каждой структурной конфигурации, принадлежащей интервалам функционирования 27, 28, 29 (параллельное смещение вниз по оси ординат относительно эталона); недопустимому отклонению сопротивления участка силовой цепи, шунтируемого цепью ослабления возбуждения, подключаемой контактором ослабления возбуждения, потенциальным дефектом признан обрыв в цепи управляющей катушки контактора ослабления возбуждения и, как следствие, невключение его контактов в силовой цепи на интервалах участия их в работе.

В результате проведенного поиска неисправность подтвердилась. Обрыв в цепи управления был обусловлен отсутствием электрического соединения в цепи управляющей катушки контактора ослабления возбуждения. При повторной диагностике, после восстановления электрического соединения, отклонений зависимостей от эталонов обнаружено не было.

Таким образом, постоянное недопустимое отрицательное отклонение зависимости тока управляющих воздействий от эталона в примыкающих структурных конфигурациях, характеризующихся участием в работе неисправного аппарата (ветви) цепей управления, исполнительная часть которого участвует в формировании структурных конфигураций силовой или вспомогательной цепи и, как следствие, отклонение зависимости тока тестового воздействия в этих же структурных конфигурациях - надежная комбинация диагностических признаков обрыва в цепях управляющих катушек данных аппаратов.

3. Отклонения зависимости 48 от эталона 50 в структурных конфигурациях 55, 56, 57 (фиг.3), соответствующие вертикальным участкам 63, 64, 65, являются недопустимыми отрицательными отклонениями зависимости для данных структурных конфигураций, то есть соответствуют состоянию недопустимо, поскольку зависимость 48 в структурной конфигурации 55 отклоняется от эталона 50 вниз по оси ординат более чем на 50%, а в структурных конфигурациях 56, 57 величина отклонения превышает 100% по отношению к предшествующим структурным конфигурациям, и обусловлены невключением в работу ряда аппаратов цепей управления.

Отклонения зависимости 49 от эталона 51 в структурных конфигурациях 54, 58, 59, соответствующие вертикальным участкам 66, 67, 68, являются недопустимыми отрицательными отклонениями для данных структурных конфигураций, то есть соответствуют состоянию недопустимо, поскольку зависимость 49 в данных структурных конфигурациях отклоняется от эталона 51 вниз по оси ординат более чем на 100% по отношению к предшествующим структурным конфигурациям, и обусловлены отсутствием питания ветви цепей контроля и сигнализации (провод 31).

По совокупности выявленных отклонений диагностических признаков: недопустимому отрицательному отклонению зависимости напряжения на проводе цепей контроля и сигнализации (провод 31) 49 от эталона 51; недопустимому отклонению зависимости тока управляющих воздействий 48 от эталона 50 и переменной величине смещения зависимости 48 от эталона 50 в структурных конфигурациях 55, 56, 57; отсутствию импульсов напряжения, формируемых при работе многопозиционного аппарата, в структурной конфигурации 56, а также по отсутствию отклонения зависимостей 48 и 49 в структурных конфигурациях 60, 61, 62 интервала функционирования 53, потенциальным дефектом признан обрыв в цепи блокировочного контакта «Вперед» реверсивного переключателя.

В результате проведенного поиска неисправность подтвердилась. Обрыв в цепи управления был обусловлен чрезмерным загрязнением контактных поверхностей блокировочного контакта «Вперед» реверсивного переключателя. При повторной диагностике после очистки контактных поверхностей отклонений зависимостей от эталонов обнаружено не было.

Таким образом, отсутствие отклонения зависимости тока управляющих воздействий от эталона в одной или нескольких структурных конфигурациях, в которых обнаруживается отклонение зависимости напряжения в ветви цепей управления, не имеющей собственной электрической нагрузки и связанной с ветвью цепей управления, включающейся в работу в данных структурных конфигурациях, - надежная комбинация диагностических признаков повреждения участка цепи, связывающего включающуюся в работу ветвь цепей управления и ветвь, отклонение зависимости напряжения от эталона на которой обнаружено.

4. Отклонение зависимости 69 от эталона 71 в структурной конфигурации 75 (фиг.4), соответствующее вертикальному участку 77, является незначительным отрицательным отклонением для данной структурной конфигурации, то есть соответствуют состоянию требует принятия мер, поскольку вектор отклонения в этой структурной конфигурации направлен вниз по оси ординат, а величина отклонения не превышает 20% по отношению к предшествующим структурным конфигурациям, например структурной конфигурации 73, и обусловлено невключением в работу одного из элементов цепей управления, не участвующего в формировании других структурных конфигураций цепей управления, и структурных конфигураций силовой цепи.

По значениям токов и напряжений управляющих воздействий, измеренным в структурных конфигурациях 73, 75, 76, производим расчет диагностических признаков:

где R_73-75, R_75-76, R_73-76 - диагностические признаки;

I₇₃, I₇₅, I₇₆ - значения токов управляющих воздействий, измеренных в структурных конфигурациях 73, 75, 76 соответственно;

U₇₃, U₇₅, U₇₆ - значения напряжений управляющих воздействий, измеренных в структурных конфигурациях 73, 75, 76 соответственно.

Диагностические признаки R_73-75, R_75-76, R_73-76 соответствуют сопротивлениям ветвей цепей управления, участвующим в изменении структурных конфигураций цепей управления.

Диагностические признаки R_73-75, R_75-76, R_73-76 более устойчивы к изменению свойств управляющих воздействий, поскольку учитывают напряжение управляющего воздействия, которое, вследствие колебания напряжения питающей сети, а также погрешностей задания управляющих воздействий, может существенно изменяться, и более чувствительны к изменению технического состояния элементов электрических цепей, чем токи управляющих воздействий в этих структурных конфигурациях.

Так, например, значения токов управляющих воздействий в моменты измерения 73, 75, 76 для исправных цепей управления и цепей управления, содержащих данную неисправность, при номинальном напряжении управляющих воздействий U₇₃, равном U₇₅, равном U₇₆ и равном 50 В, составляют: 11.807 А, 16.612 А, 12.703 А и 11.807 А, 15.713 А, 11.806 А соответственно для I₇₃, I₇₅, I₇₆. Для структурных конфигураций 75, 76 отклонения измеренных токов от эталонных значений составили минус 5.4% и минус 7.1% соответственно. Отклонения диагностических признаков R_73-75, R_75-76, R_73-76 от эталонов составили при этом 23%, 0% и более 100% соответственно. Отклонение диагностического признака R_73-75 характеризует то, что часть элементов цепей управления, включающихся в работу в структурной конфигурации 75, не включилась в работу. Отклонение диагностического признака R_75-76 характеризует то, что все элементы цепи управления, выводящиеся из работы в структурной конфигурации 76, выключились. Отклонение диагностического признака R_73-76 характеризует то, что элемент цепей управления, не связанный с ветвью цепей управления, получившей питание в структурной конфигурации 75, и включающийся в работу в данной структурной конфигурации, в работу не включился.

Таким образом, сопротивления ветвей цепей управления, используемые в качестве диагностических признаков, обладают большей чувствительностью к изменению технического состояния элементов цепей управления, чем токи управляющих воздействий.

По совокупности выявленных отклонений диагностических признаков: постоянной незначительной отрицательной величине смещения зависимости тока управляющих воздействий 69 от эталона 71 на всем интервале функционирования 72 (параллельное смещение зависимости вниз по оси ординат относительно эталона); недопустимым отклонениям диагностических признаков R_73-75, R_73-76 от эталонов, а также по отсутствию отклонения зависимости тока тестового воздействия 70 на интервале 72 потенциальным дефектом признан обрыв в цепи питания подмагничивающей катушки дифференциального реле.

В результате проведенного поиска неисправность подтвердилась. Обрыв в цепи питания подмагничивающей катушки дифференциального реле был обусловлен неисправностью блокировочного контакта быстродействующего выключателя. При повторной диагностике после восстановления данного контакта отклонений зависимости от эталона обнаружено не было.

Таким образом, постоянное отрицательное отклонение зависимости тока управляющих воздействий от эталона в примыкающих структурных конфигурациях, характеризующихся участием в работе неисправного аппарата (ветви) цепей управления, не участвующего в формировании структурных конфигураций силовой или вспомогательной цепи и, как следствие, отсутствие отклонения зависимости тока тестового воздействия - надежная комбинация диагностических признаков обрыва в ветви цепей управления, момент включения которой совпадает с началом отклонения зависимости.

На примере электрических цепей электросекций мотор-вагонного подвижного состава предложенный способ диагностики электрических цепей с переменной структурой обеспечивает во время проведения контрольных испытаний секций электропоездов в ремонтных мастерских (депо) своевременное и надежное предупреждение дефектов в электрических цепях, вызванных эксплуатационными изменениями, нарушениями технологии ремонта, сборки, регулировки и монтажа оборудования, путем оперативной, автоматической с высокой степенью достоверности, полноты и глубины оценки технического состояния одновременно цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей секций электропоездов. Применение предложенного способа ведет к существенному сокращению трудоемкости и затрат на поэлементную диагностику электрических цепей и позволяет персоналу ремонтных мастерских (депо) своевременно принимать обоснованные решения по реализации ремонтно-профилактических воздействий, направленных на устранение выявленных дефектов, а не всего перечня потенциально возможных неисправностей, то есть позволяет максимально полно использовать ресурс оборудования электропоезда при сохранении его ремонтопригодности и обеспечивает возможность повышения безопасности и бесперебойности функционирования железнодорожного транспорта в целом.

Предложенный способ диагностики электрических цепей с переменной структурой был проверен при испытаниях электрических цепей электросекций электропоездов основных серий ЭР2, ЭД2, ЭД4, ЭТ2, ЭР9Т, ЭД9.

Литература

1. Пат. РФ №2338215 С1, МПК G01R 31/00; Заявлено 25.04.2007.

2. Головаш А.Н., Яковлев Г.Ф., Яковлев И.А. Диагностика силовых цепей локомотивов / Локомотив. 2005. №2. С.31.

3. Буйносов А.П., Наговицын B.C. Диагностика низковольтных цепей управления / Железнодорожный транспорт. 1996. №9. С.36-38.

4. Мацкевич Б.И., Ногинов И.С. Опыт внедрения и эксплуатации системы диагностики цепей управления локомотивом / Вестник ВНИИЖТ. 1995. №5. С.40-43.

5. Ногинов И.С., Шаманов А.П. Диагностирование цепей управления локомотивов / Электричество. 1995. №3. С.74.

6. Копцев А.Л. Система диагностирования технического состояния цепей управления тягового электропривода трамвайного вагона / автореф. дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск. 2006.

7. Пат. РФ №2386943 C1, G01M 17/18; Заявлено 26.09.2008.

Изобретение относится к области технической диагностики сложных технических систем с переменной структурой электрических цепей и может быть использовано для диагностики технического состояния электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта. Способ состоит из этапов, на которых: задают автоматический тестовый режим функционирования электрических цепей; одновременно измеряют напряжения в контрольных точках цепей управления, падения напряжений на участках силовых и вспомогательных цепей, токи потребления по каждому из воздействий в каждой структурной конфигурации; строят зависимости изменения напряжений, токов и падений напряжений от времени и от состояния входов, рассчитывают сопротивления цепей, их ветвей и участков; производят счет импульсов напряжения, формируемых в определенных ветвях цепей управления при работе многопозиционных коммутирующих аппаратов, определяют продолжительность следования заданного числа импульсов; указанные параметры и зависимости используют в качестве диагностических признаков; предварительно путем статистического анализа эмпирических данных определяют эталоны и комбинации диагностических признаков; оценку технического состояния электрических цепей производят комплексно путем сравнения диагностических признаков и их комбинаций с эталонами. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности, снижение трудоемкости диагностики электрических цепей с переменной структурой. 4 ил.

Способ диагностики технического состояния электрических цепей с переменной структурой, включающий задание режима функционирования электрических цепей, измерение напряжений и токов, построение зависимостей и оценку технического состояния по отклонениям указанных параметров и их зависимостей от эталонов, отличающийся тем, что задают автоматический тестовый режим функционирования электрических цепей путем подачи в контрольные точки цепей управления последовательности управляющих воздействий, а в контрольные точки силовых и вспомогательных цепей тестовых воздействий в каждой структурной конфигурации электрических цепей, определяемой текущими положениями коммутирующих аппаратов и состояниями входов, заданных последовательностью управляющих и тестовых воздействий, одновременно измеряют напряжения в контрольных точках цепей управления, падения напряжений на участках силовых и вспомогательных цепей, токи потребления по каждому из воздействий, производят счет импульсов напряжения, формируемых в определенных ветвях цепей управления при работе многопозиционных коммутирующих аппаратов, определяют продолжительность следования заданного числа импульсов, строят зависимости изменения напряжений, токов и падений напряжений от времени и от состояния входов, рассчитывают сопротивления цепей, их ветвей и участков, указанные параметры и зависимости используют в качестве диагностических признаков, путем сравнения диагностических признаков с эталонами производят оценку технического состояния цепей управления, силовых и вспомогательных цепей, при этом эталоны для каждого диагностического признака определяют предварительно путем статистического анализа эмпирических данных, а при диагностике аппаратов ручного управления отдельные структурные конфигурации цепей управления задают вручную в моменты выдачи предписаний, выполнение которых подтверждают и контролируют по напряжениям в определенных контрольных точках цепей управления и токам управляющих воздействий.