[08-2022] Проблемы эксплуатации и ремонта продукции электротехнической промышленности в локомотивном комплексе

[Admin]

Проблемы эксплуатации и ремонта продукции электротехнической промышленности в локомотивном комплексе

Недавно в Проектно-конструкторском бюро локомотивного хозяйства — филиале ОАО «РЖД» (ПКБ ЦТ) состоялось заседание Президиума Академии электротехнических наук Российской Федерации. Академия объединяет в своем составе крупнейших ученых и специалистов в области электротехники, электроэнергетики, электроники и вычислительной техники. Среди разных тем, рассмотренных на заседании Президиума, были затронуты проблемы эксплуатации и ремонта, а также тенденции изменения качества отечественного электрооборудования и кабельно-проводниковой продукции на тяговом подвижном составе. С докладами на данную тематику выступили заместитель генерального директора по техническому развитию АО «Трансмашхолдинг» М.А. РОЖКОВ и директор ПКБ ЦТ Ю.И. ПОПОВ. Также на заседании были рассмотрены перспективы и основные тенденции создания цифровых двойников С.П. ХАЛЮТИНЫМ (ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт»).

В рамках данного заседания перед Академией обозначены главные векторы развития современной отечественной электротехнической промышленности.
Михаил Анатольевич Рожков, возглавляя вектор технического развития крупнейшего российского производителя подвижного состава для железных дорог и городского транспорта, затронул следующие вопросы:

• > обеспечение отечественными компонентами для тягового электрооборудования в условиях санкционных ограничений;
• > разработка силовых компонентов выпрямительных установок тепловозов и силовых полупроводниковых приборов на карбиде кремния российского производства;
• > повышение ресурса изоляции обмоток коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей;
• > создание высоконадежного коммутационного и распределительного оборудования (контакторы, реле, быстродействующие выключатели).

Немаловажный вопрос цифровизации в производственном процессе отразил в своем докладе Сергей Петрович Халютин. Цифровизация, и в том числе применение цифровых двойников, бортовых электроэнергетических систем и систем обеспечения жизненного цикла — естественный объективный процесс совершенствования параллельно с повышением общего уровня электрификации.
Внедрение цифровых технологий создает предпосылки достижения нового облика бортового оборудования — интеллектуальных электроэнергетических комплексов.
Стоит учитывать базовые термины «цифровой двойник», «цифровой портрет» и «цифровой паспорт» при создании нового поколения электрооборудования в эпоху цифровой трансформации.
Цифровизация требует коренного пересмотра научно-технических и практических методов разработки и эксплуатации, а также уровня и специфики подготовки инженерно-технических кадров.
Разработка методологии создания цифровых двойников, портретов и паспортов — важные научно-практические задачи, учитывающие в себе целый ряд факторов. При этом особое внимание обращается на необходимость моделирования не только самого двойника, но и его внутренних процессов, а также процессов взаимодействия с внешней средой.
Свой доклад Юрий Иванович Попов начал
с отражения возникающих проблем в эксплуатации на примере электровоза 2ЭС6, который является наиболее массовым грузовым локомотивом постоянного тока в парке ОАО «РЖД». Однако озвученные в докладе проблемы характерны для всего парка локомотивов ОАО «РЖД».

Лимитирующим надежность электровозов 2ЭС6 (рис. 1) оборудованием являются преобразователь собственных нужд (7,0 %), мотор-компрессор (7,6 %), механическая часть (8,9 %), электроаппаратура (22,0 %), тяговый электродвигатель (25,4 %). При этом наибольшая доля отказов приходится именно на тяговый электродвигатель (ТЭД) и электроаппаратуру. По итогам эксплуатации за 5 мес. 2022 г. на данную группу оборудования приходится около половины всех отказов.
Причинами большого количества отказов ТЭД послужили недостатки в его конструкции, а также некачественное сервисное обслуживание, которое усугубляется большим количеством применяемых типов ТЭД на электровозах данной серии. Наблюдаются однотипные неисправности на протяжении всего периода эксплуатации, и в основном они характеризуются снижением сопротивления с последующим пробоем изоляции якоря двигателя, пробоями изоляции системы возбуждения и неисправностями коллекторно-щеточного аппарата.
В части электроаппаратуры наиболее часто отказывают блоки пускотормозных резисторов производства ЗАО «Пензенский завод точных приборов», быстродействующий автоматический выключатель ВАБ-55-2500/30-Л-У2 производства АО «Уралэлектротяжмаш» (г. Екатеринбург), электропневматические контакторы типа ПК-21 ЭТ, ПК-32А ЭТ производства АО «НПО "Электромашина"» (г. Челябинск), электромагнитные контакторы СТ-1130 производства АО «Нальчикский завод высоковольтной аппаратуры».

Для исключения проблем в эксплуатации специалистами заводов-изготовителей, сервисных компаний, Дирекции тяги и ПКБ ЦТ ежегодно разрабатываются программы повышения надежности, отражающие в себе ряд организационных и технических мероприятий (применение токовой сушки, установка защиты на вентиляционные отверстия в зимний период, замена жестких выводов на гибкие, пропитка и пр.).
Подчеркнута роль нормативных требований, закрепляемых соответствующими документами, в обеспечении безотказной, безопасной работы как локомотива в целом, так и его составных частей. Ярким примером является кабельно-проводниковая продукция и ее тенденции развития как самой, так и нормативной базы, регламентирующей качество ее изготовления.

Кабельно-проводниковая продукция «старого поколения», ранее применявшаяся при ремонте и производстве тягового подвижного состава, имела в своей структуре изоляцию и оболочки из материалов, распространяющих горение, со сроком службы не более 15 лет для фиксированного монтажа и 6 — 8 лет при подсоединении к подвижным токоприемникам. Требования пожаробезопасности при групповой прокладке кабелей на данном этапе не были предусмотрены, что существенно повышало риск возникновения пожара. Это неумолимо подтверждает статистика (рис. 2): основную причину возникновения пожаров на подвижном составе составляла кабельнопроводниковая продукция (50 % — электровозы и 46 % — тепловозы).
Выявленная систематика не позволяла отлагательств и требовала скорейшего изменения ситуации. Для установления единой технической политики был разработан, утвержден и введен в действие ряд нормативных документов:

• > в соответствии с требованиями Федерального закона от 22.07.2008 № ФЗ-123 разработаны и утверждены 06.03.2009 «Технические требования к кабельной продукции для нового поколения подвижного состава Российских железных дорог», в которых были учтены условия эксплуатации, современный уровень пожарной безопасности и установленные сроки службы тягового подвижного состава;
• > распоряжением ОАО «РЖД» в 2010 г. было принято решение о переходе на современные марки кабельно-проводниковой продукции;
• > для развития и совершенствования технических требований к кабельной продукции для подвижного состава в 2010 — 2011 гг. был разработан ГОСТ Р 54965-2012 «Кабели и провода для подвижного состава железнодорожного транспорта. Общие технические условия» (за основу были взяты вышеуказанные технические требования и технические условия в зависимости от параметров эксплуатации и мест прокладки кабельно-проводниковой продукции);
• > для повышения надежности технических средств и снижения технологических нарушений перевозочного процесса был разработан и утвержден распоряжением ОАО «РЖД» от 10.01.2019 № 17/р документ «Изоляционные материалы для обмоток тяговых электрических машин. Основные технические требования».

Результатом работ в данном направлении стал утвержденный в 2015 г. приказом Росстандарта от 10.09.2015 № 1322-ст и введенный межгосударственный стандарт ГОСТ 33326-2015 «Кабели и провода для подвижного состава железнодорожного транспорта. Общие технические требования». Успешность выбранного направления деятельности подчеркивает снижение числа пожаров по причине кабельно-проводниковой продукции до 27 % на электровозах и 16 % на тепловозах.
Кабельно-проводниковая продукция «нового поколения» имеет существенные преимущества относительно ситуации 2008 г., а именно:

• увеличение срока службы;
• повышение диапазона рабочих температур на жиле высоковольтных проводов и кабелей (от -60 до +155 °C);
• обеспечение стойкости к вибрации и многократным ударам с учетом требований ГОСТ 17516.1-90 для группы М27 и ГОСТ 16962.2-90 и отдельных изделий к изгибам с одновременным закручиванием при температуре -50 °C;
• достижение требуемого уровня стойкости к маслам и дизельному топливу;
• реализация озоностойкости и стойкости к воздействию солнечной радиации;
• повышение пожарной безопасности при эксплуатации в части нераспространения горения при прокладке в пучках;
• соблюдение требований по дымога-зовыделению при горении и тлении, что, в свою очередь, способствует безопасной эвакуации людей и локализации и тушения пожара путем сохранения видимости;
• достижение требований по огнестойкости (работоспособность в пламени 90 мин при температуре 750 °C для систем пожаротушения и пожарной сигнализации, системы оповещения, системы открывания и закрывания дверей, т.е. в системах, которые должны сохранять работоспособность в условиях начала пожара для эвакуации людей).

В настоящий момент выявляются случаи применения производителями локомотивов и их комплектующих продукции, технические условия на которую не прошли согласование с непосредственным потребителем (ОАО «РЖД»), а также невыполнения периодических испытаний, необходимых для контроля и подтверждения заявленных параметров качества продукции.
Данная ситуация приводит впоследствии к возникновению отказов локомотива по причине несоответствия продукции требованиям:

• стойкости к отрицательной температуре;
• стойкости к повышенной температуре окружающей среды как при отсутствии токовой нагрузки, так и при номинальной токовой нагрузке;
• диапазона рабочих температур на жиле высоковольтных проводов и кабелей;
• стойкости к изгибам с одновременным закручиванием при низких температурах и прочим требованиям.

Например, результаты проведения лабораторных исследований проводов катушек компенсационной обмотки тяговых двигателей СТК-810 У1, ЭДП-810 У1 показали, что относительное удлинение не соответствует меди ПММ по ГОСТ 434-78 и составляет от 13,7 до 32,7 % при норме не менее 35 %. Исследования образцов на определение содержания кислорода (по ГОСТ 859-2014) металлографическим методом показали, что новые провода имеют мелкозернистую структуру, а провода, снятые с ТЭД, — крупнозернистую, содержание кислорода в которых не соответствует ГОСТ 859-2014. Все указанные факты влекут за собой дополнительные финансовые издержки Холдинга и непосредственно накладывают отпечаток на имидж Компании в целом.

Отмечено также несоответствие жизненных циклов конечного оборудования, в том числе кабельно-проводниковой продукции и локомотива в целом. Срок службы электротехнического оборудования локомотива устанавливается непосредственно разработчиком на стадии проектирования и отражен в технических условиях на данное оборудование или в технических условиях на локомотив. Техническими требованиями на локомотивы «старых» серий установлено требование к сроку службы электрического монтажа и изоляции — не ранее наступления капитального ремонта локомотива. Данную картину можно наблюдать как на тепловозном парке ОАО «РЖД» (рис. 3), так и на электровозном (рис. 4).

Однако имеются примеры положительного развития кабельно-проводниковой индустрии, которые позволили фактически снять ограничение для локомотивов новых серий и достигнуть срока службы в 20 и более лет. Наличие ограничения эксплуатации по установленному в конструкторской документации «назначенному сроку службы» как локомотива, так и отдельно взятых комплектующих, а также изменение идеологии, применяемой при проектировании тягового подвижного состава в части перехода на обслуживание и ремонт по контрактам жизненного цикла, невольно приводит к формированию концепции «Принятия решения».
Данная концепция (рис. 5) предполагает, что при достижении локомотивом определенного пробега (например, соответствующего проведению капитального ремонта), владельцем принимается решение о варианте дальнейшего его использования.

Вариант 1. Капитальный ремонт (предполагает проведение ремонтных работ с восстановлением ресурса в соответствии с разработанной ремонтной документацией). При таком варианте владелец локомотива несет низкие затраты при отсутствии условия повышения эффективности использования подвижного состава.
Вариант 2. Капитальный ремонт с продлением срока службы (предполагает выпол
нение ремонтных работ с восстановлением ресурса локомотива и его узлов, а также проведение дополнительных испытаний и исследований с целью оценки возможности установления нового «назначенного срока службы»), В этом случае собственник локомотива несет средние затраты при условии увеличения срока его эксплуатации.
Вариант 3. Капитальный ремонт с модернизацией (предполагает проведение ремонтных работ с восстановлением ресурса локомотива и его составных частей, а также внесение изменений в конструкцию в соответствии с разработанным проектом модернизации). Здесь владелец локомотива понесет средние затраты при условии ограниченного повышения эффективности использования подвижного состава.
Вариант 4. Списание локомотива, не достигшего «назначенного срока службы», и приобретение нового. Этот вариант подразумевает высокие затраты при условии замены старого парка локомотивов на инновационный.
Основной задачей данной концепции является обеспечение безотказной работы локомотива на протяжении его эксплуатации до этапа утилизации.
Останавливаться на достигнутом не следует, так как в настоящее время существуют дополнительные проблемы, которые требуют проведения исследований. Среди них отмечено повышение надежности для обеспечения безотказной эксплуатации локомотивов, стойкость к внешним агрессивным средам эксплуатации, совершенствование изоляционных и токопроводящих материалов в части снижения массогабаритных размеров и повышения гибкости изделий при сохранении и в дальнейшем повышении показателей надежности.

При этом стоит также отметить наметившиеся тенденции для дальнейшего развития применения электроизоляционных материалов:

• применение отечественных компонентов (импортозамещение);
• повышение класса нагревостойкости изоляции;
• усиление теплопроводности изоляции;
• повышение механической прочности изоляции;
• улучшение вибростойкости изоляции;
• уменьшение токов утечки при высоких температурах.

Наряду с этим, в сложившейся геополитической обстановке приходится сталкиваться с новыми вызовами и необходимостью в кратчайшие сроки осуществить импортозамещение целого ряда электротехнической продукции.
На сегодняшний день заместителем генерального директора — начальником Дирекции тяги ОАО «РЖД» О.С. Валинским утвержден «Временный порядок допуска комплектующих альтернативных поставщиков и внесения изменений в конструкторскую документацию на локомотивы», в соответствии с которым только для комплектующих альтернативных поставщиков упрощаются процедура постановки их на производство с последующим внесением изменений в конструкторскую документацию локомотива и непосредственно допуск на инфраструктуру ОАО «РЖД», не нарушая при этом действующих требований нормативной документации (ТР ТС 001/2011, ГОСТ 15.902-2014 и Правила допуска № 13Ор с изменениями от 04.07.2022 г.).

Утвержденный Порядок применяется при взаимоотношениях ОАО «РЖД» (как владельца инфраструктуры) с юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями, являющимися разработчиками, изготовителями, а также иными организациями, производящими работы или оказывающими услуги, включающие в себя следующие функции:

• ♦ разработку конструкторской документации (эксплуатационной и ремонтной);
• ♦ ввод в эксплуатацию на инфраструктуре ОАО «РЖД» вновь разработанного, вновь изготовленного при организации производства, ранее освоенного на других предприятиях, модернизированного (в том числе с продлением срока службы), модифицированного и после внесения изменений в конструкцию локомотива, изготовленного по конструкторской документации с литерой не ниже «О,»;
• ♦ поставку комплектующих альтернативных производителей.

Выполнение поставленных задач позволит в обозримом будущем значительно повысить надежность тягового подвижного состава.