[06-2005] Вызовы времени и электрические железные дороги России
 

Вызовы времени и электрические железные дороги России

В № 10 нашего журнала за 2004 г. была опубликована статья канд. техн. наук Ю.Е. Купцова «Электрические железные дороги России: взгляд в прошлое и будущее». В ней автор перечислил наиболее значительные достижения отечественной науки и техники в области тягового электроснабжения и электроподвижного состава, отметил эффект их широкомасштабной реализации. Он указал также на некоторые допущенные в разные годы административные ошибки, воспрепятствовавшие достижению максимального эффекта. Сегодня Ю.Е. Купцов счел целесообразным поделиться и другими соображениями на этот счет.

К числу наиболее важных для России задач относят развитие всех видов транспорта. При этом роль железных дорог в стране, вытянутой в широтном направлении, с людскими ресурсами, размещенными в основном в западной ее части, и сырьевыми, сосредоточенными в восточной, трудно переоценить. Привычное для ряда экономистов и администраторов отнесение железнодорожного транспорта к естественным монополиям не всегда бывает справедливым. Это объясняется не только усиливающейся его конкуренцией с автомобильным транспортом и авиацией, но и с активно формирующимися в обход России железнодорожными коридорами Европа — Китай. В будущем возможно образование меридионального конкурирующего железнодорожного коридора от Скандинавии через страны Восточной Европы, Турцию или Украину, Азербайджан и Иран, минуя Россию полностью или частично.

Подобные задачи придется решать с учетом таких отрицательных факторов, как сокращение численности населения страны и снижение добычи в сырьевых отраслях. Это тоже вызовы времени, на которые нам придется отвечать единственным способом — повышением экономичности и, тем самым, привлекательности для зарубежных партнеров перевозок по Российским железным дорогам (РЖД).

Из этого следует, что в указанный период задачу развития железнодорожного транспорта, в частности, дальнейшей его электрификации, ОАО «РЖД» придется решать в условиях жестко ограниченных инвестиционных, материальных (например, по меди) и трудовых ресурсов. Поэтому неотложной задачей уже сейчас стало изыскание внутренних резервов снижения себестоимости перевозок при электротяге. Их следует искать не только в сфере активных основных фондов (т.е. в повышении экономичности подвижного состава), но и в инфраструктуре, особенно в контактной сети. Сэкономленные средства могут быть направлены как на обновление и пополнение парка ЭПС, так и на увеличение темпа перевода на электротягу ряда линий с автономной тягой.

Сказанное иллюстрирует тот факт, что недавно Германские железные дороги сократили свою инвестиционную активность, в частности, из-за высокой стоимости немецкой контактной сети (хотя там применена система переменного тока, правда, напряжением не 25 кВ, как у нас, а 15). Более 40 % отечественных линий, причем наиболее загруженных, электрифицировано по устаревшей системе постоянного тока, обладающей по сравнению с переменным током рядом органических, т.е. непреодолимых, недостатков, снижающих надежность и экономичность перевозок. Именно поэтому автор данной статьи в журнале N9 10 за 2004 г. писал о необходимости широкомасштабного перевода таких линий на переменный ток.

О темпах перевода линий на переменный ток. Автору представляется, что до 2025 г. перевод возможен на направлении Ожерелье — Рязань — Самара — Челябинск — Омск — Ма- риинск, а также Омск — Богданович и Курган — Каменск-Ураль- ский со всеми ответвлениями, если, конечно, не затягивать решение на 35 лет, как это было с участком Зима — Слюдянка! Целесообразно также перевести на переменный ток ряд участков Московской дороги за пределами Большого кольца, планируемых для скоростного движения пассажирских поездов. Желательно расширить применение переменного тока на Октябрьской и Северной дорогах и на ряде участков Свердловской. В статье, опубликованной в журнале «Локомотиве» № 5 за 2002 г., автор считал достаточным для ускорения перевода поставку на РЖД всего 300 двухсистемных (на 25 и 3 кВ) электровозов из расчета перевода в год 300 — 400 км линий.

В ближайшие пять лет следовало бы принять программу и составить проекты перевода на переменный ток указанных линий, причем обязательно с изысканием способов и технических средств максимального снижения его стоимости. Имеются в виду использование второго (демонтируемого) контактного провода как в качестве питающего в системе 2x25 кВ или усиливающего с существенным снижением индуктивного сопротивления тяговой сети, так и в качестве основного контактного на боковых путях станций при электрификации новых линий. Самое нерациональное — оставить его на старом месте или, того хуже, продать в качестве металлолома.

Резервом снижения стоимости перевода линий с постоянного на переменный ток должно стать и разумное уменьшение размера воздушных изоляционных зазоров между находящимися под напряжением 25 кВ компонентами контактной сети и заземленными искусственными сооружениями. Так сделано в спроектированной для Нидерландов контактной сети SICAT Н 1.0 (см. «Локомотив» № 1 за 2004 г.). В отдельных случаях для прохода контактной сети в пределах искусственных сооружений возможно применение в качестве питающего провода системы 2x25 кВ изолированного кабеля взамен неизолированного (голого).

Экономия меди при сооружении и эксплуатации контактной сети. Уже отмечался наметившийся дефицит меди в России и невозможность его восполнить в скором времени из других источников. Между тем, замена меди алюминием в контактной сети, как показал опыт Китая, оказалась неудачной. Прежде всего это касается контактного провода. Но и применительно к несущему тросу алюминий также нежелателен, хотя такое решение в 60-х годах XX в. внедрили на дорогах бывшей Чехословакии.

Отечественная практика использования на перегонах линий переменного тока в качестве несущего троса биметаллического сталемедного многопроволочного провода ПБСМ1-95 обеспечила, наряду с экономией меди, также более высокую надежность по сравнению с бронзовым, применяемым в ряде европейских стран, и удовлетворительные электрические параметры контактной сети. А вот на боковых путях станций используемый у нас в контактной подвеске переменного тока провод ПБСМ1-70 сечением 70 мм2 и содержанием в нем примерно 40 % меди, по существу, не нужен — там по проводимости достаточно одного медного контактного провода сечением 85 мм2.

При электрификации новых линий переменного тока целесообразно применять стальной несущий трос с повышенной стойкостью к коррозии. У нас имеется опыт применения стального несущего троса: его монтировали с конца 20-х до 70-х годов XX в. Когда-то при одновременном использования электрической и паровой тяги наблюдалась интенсивная коррозия стальных оцинкованных, но не защищенных смазкой тросов. (Кстати, стальной трос применяют сейчас в ряде стран, в том числе в Японии с ее морским климатом, на перегонах высокоскоростных линий.) Но паровая тяга у нас почти полвека не используется ни в поездной, ни в маневровой работе. Поэтому хотелось бы, чтобы специалисты ознакомились с уже накопленным в России опытом применения грозозащитных тросов высоковольтных линий электропередачи из стальных азотированных проводов отечественного производства с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии и оценили возможность его применения в контактной сети.

Сказанное относится и к звеньевым струнам контактной подвески переменного тока, в которых те же 40 % меди совершенно «не работают». Дело в том, что повышенной электропроводности от них вообще не требуется: достаточно монтировать четыре гибких электросоединителя на анкерный участок (а не примерно восемь по действующим правилам).

Использование для струн биметаллической сталемедной проволоки делает их более уязвимыми в отношении коррозии по сравнению со стальными низколегированными. Тонкий слой меди легко повреждается в сопряжениях петель, обнажая сталь и образуя в месте повреждения гальваническую пару.

Разработанные во ВНИИЖТе и защищенные патентом России обжимные струновые зажимы для контактного провода представляют собой одну деталь массой всего 30 г (ее можно снизить до 20 г, если откорректировать завышенные к ним требования), отличаются высокой надежностью, их легко монтировать и при необходимости легко снимать для повторного использования. Тысячи таких зажимов успешно применяют уже почти 10 лет на Московско-Рязанском отделении Московской дороги. Пока же у нас ориентируются на привычные, но в несколько раз более тяжелые и менее надежные болтовые зажимы, состоящие из четырех деталей, две из которых подвержены коррозии.

Токоприемники многих электровозов постоянного тока до сих пор оборудованы полозами с металлокерамическими пластинами. Специалистам давно известны их серьезные недостатки. При отсутствии или истощении внешней сухой графитовой смазки пластины вызывают тяжелый абразивный износ контактного провода, в основном после длительных дождей. А при неправильном ее применении недостаточно обученным персоналом — еще более тяжелый электродуговой волнообразный износ. При одновременном использовании и угольных, и металлокерамических вставок (а это практикуется в разных соотношениях на ряде линий постоянного тока, кроме Северо-Кавказской дороги) последние существенно снижают долговечность не только контактного провода, но и самих угольных вставок.

Удельное число пережогов контактного провода над токоприемниками с металлокерамическими пластинами выше, чем с угольными вставками. В частности, это возможно из-за повышенной нестабильности контактного электросопротивления при трогании и разгоне электровозов, коррозии металлокерамики во время нахождения их в отстое, а также при неправильной заправке полозов сухой смазкой.

Находятся работники, которые до сих пор убеждают (главным образом, отдельных чиновников) в том, что контактный провод в случае применения на электровозах постоянного тока угольных вставок со временем утратит прочность и станет обрываться. Неужели этим «специалистам» недосуг лично побывать хотя бы в ближайших к столице депо Московской и Октябрьской дорог, где угольные вставки на таких электровозах работают десятки лет, и убедиться в несостоятельности этой «страшилки»?

Автор считает, что завершение перевода всех электровозов постоянного тока на угольные вставки типа Б взамен металлокерамики можно и нужно выполнить в короткое время, не дожидаясь перевода основных линий этой системы тока на переменный, и тем сэкономить многие тысячи тонн меди.

Еще не в полной мере реализован эффективный способ предупреждения случаев хищения медных дроссельных перемычек и рельсовых соединителей — это замена их отожженными биметаллическими сталемедными (для рельсовых соединителей — гибкими). Подобный способ может быть применен и в воздушных линиях электропередачи там, где отмечены хищения алюминиевых (марки А) и стале-алюминиевых (марки АС) проводов. Для этого надо возобновить производство биметаллической сталеалюминиевой проволоки.

Повышение квалификации работников. Автор не раз задавался вопросом: в чем причины принятия ошибочных решений и как их можно избежать? Думается, основной является все же недостаточная компетентность работников, готовящих и принимающих решения, в конкретных, нередко достаточно узких, вопросах.

В ПУТЭКС предусмотрено применение наряду с одинарными цепными контактными подвесками при скоростях движения от 71 до 120 км/ч также двойной цепной, которую в подавляющем большинстве стран справедливо отвергли в пользу одинарной для линий переменного тока даже при скоростях 350 км/ч!

Там же приведены значения статического нажатия токоприемников, в которых указанные аппараты тяжелого типа рассматриваются только как двухполозные, а однополозные предполагаются только легкого типа. А как же однополозные токоприемники тяжелого типа 10РР2 и 17РР2 электровозов ЧС2, ЧС2Т, ЧС6 и ЧС7? О них, похоже, просто забыли (хотя автор охотно поддержал бы решение о переоборудовании их в двухполозные). Перечень можно продолжить...

ЦТ и ЦЭ МПС в 2001 г. выпустили инструкцию о порядке использования токоприемников. В ней предусмотрели при стоянке пассажирских электровозов переменного тока поднимать оба токоприемника. Полагают, что этим, по аналогии с постоянным током, будет снижен риск пережога контактного прово
да при электроотоплении состава. В действительности такого нет, но зато сохраняется риск пережога провода при коротком замыкании в крышевом электрооборудовании электровоза переменного тока, поскольку в системе тягового электроснабжения 25 кВ на многих фидерах пока еще эксплуатируют недостаточно быстродействующие масляные выключатели. Поэтому рекомендация о подъеме на стоянках второго токоприемника должна распространяться не только на пассажирские, но и на грузовые электровозы.

В той же инструкции предписывается поднимать все токоприемники на многосекционных электропоездах (например, пять или шесть), тогда как в ранее действовавшем документе доверяли дорогам решать, сколько токоприемников использовать. Уменьшение числа поднятых токоприемников на электропоездах (предложенное в 60-х годах специалистами Западно-Сибирской и Южной дорог) было вызвано необходимостью повысить надежность взаимодействия их с контактной сетью.

Тенденция уменьшения числа поднятых токоприемников до двух реализуется и за рубежом, в т.ч. на высокоскоростных многосекционных электропоездах, например на японских серии 700. Но в ЦТ до сих пор находятся под впечатлением произошедшего почти 40 лет назад случая электротравмы работника при снятии им (с нарушением требований безопасности) крышевого электросоединителя перед расцепкой секций для постановки их в депо с короткими канавами.

Здесь хочется напомнить, во-первых, о применявшихся на Северо-Кавказской и других дорогах автоматических стыкователях крышевой шины (так называемых «граммофонах»), исключающих подъем работника на крышу для расцепки секций; во- вторых, о том, что наряду с короткими депо имеются и такие, в которых на канаву вмещается весь поезд целиком; и, наконец, о том, что имеются иные, называемые сейчас креативными (т.е. умными), методы обеспечения электробезопасности персонала.

В той же инструкции есть известная на основе опыта Западно-Сибирской дороги рекомендация о смене рабочих токоприемников электровозов с металлокерамическими (ранее — с медными) пластинами примерно в середине длинных тяговых плеч из-за истощения на 1 полозах сухой графитовой смазки. Почему-то она распространена и на токоприемники с самосмазывающимися угольными вставками, где ее выполнение теряет смысл.

Выходят и другие неверные или сомнительные рекомендации, например, о выбраковке угольных вставок при возникновении на них скола глубиной 20 % по высоте (т.е. всего 6 мм!). Между тем, любой скол по высоте вставки (в отличие от скола по ширине) никак не влияет на надежность токосъема и поэтому вообще не должен нормироваться.

Повторяется рекомендация очищать контактный провод от гололеда на станциях на длине до стрелочного перевода поднятыми токоприемниками электровоза, отцепленного от состава. Между тем, испытаниями во ВНИИЖТе давно установлено, что таким способом гололед с контактного провода удалить не удается (в отличие от изморози). Для этого следует использовать иные способы, известные, в частности, по публикациям в «Локомотиве».

Наконец, приблизительность знаний отдельных работников-управленцев проявилась в постановке ими вопроса о создании токоприемника для электровоза I ЭП100 на ток 3200 А, а то и выше. Специалисты в области токосъема могли бы объяснить им, что надежный длительный съем такого тока одним токоприемником при заданных скоростях движения электровоза и длинных тяговых плечах невозможен, причем независимо от материала контактных вставок, числа их рядов на полозе и числа самих полозов.

Некоторые специалисты полагают, что можно реализовать движение электропоездов со скоростями до 350 км/ч на линиях постоянного тока 3 кВ. Между тем, в мире известна только одна высокоскоростная линия постоянного тока Рим — Флоренция «Диреттиссима» длиной всего 253,6 км, рассчитанная на скорость до 250 км/ч. Однако на ней реализация такой скорости осложнена, в частности, по токосъему. Новые высокоскоростные линии в этой и других странах электрифицируют только на переменном токе.

Встречаются неверные или неточные сведения и в учебной литературе. Так, в вышедшем совсем недавно учебнике по контактной сети для вузов сообщается, что растворителем в сухой графитовой смазке дополнительного состава СГС-Д является дихлорэтан. Между тем, от этого высокотоксичного вещества отказались почти полвека назад (!) в пользу менее токсичного сольвента.

В том же учебнике содержится переписанное из ПУЭ и никак не объясненное утверждение, что метод расчета проводов контактной сети по предельным состояниям не применяют. Думается, что именно используемыми сейчас методами проектирования с их недостатками объясняется большое число повреждений ЛЭП, особенно при напряжении 110 кВ и ниже. А вот использование автором метода расчета контактного провода по предельным состояниям оказалось полезным. Оно, в частности, позволило объяснить высокую надежность этого провода на линиях постоянного тока при угольных вставках типа Б на электровозах.

Вообще методы прочностных расчетов по допустимым механическим напряжениям (даже без допускавшихся некоторыми работниками грубых ошибок) уже с конца 50-х годах прошлого века признавались устаревшими. Современными методами сейчас считаются такие, в которых органически сочетаются представления о предельных состояниях, о рисках отказов устройств при известных условиях их эксплуатации, о приемлемых и неприемлемых ущербах от отказов в сочетании с экономическими характеристиками объектов и процессов в них. Обучение будущих инженеров XXI в. современным методам проектирования — одна из важных задач вузовских преподавателей.

Автору приходилось встречаться со случаями, когда потенциальные разработчики и разного рода рационализаторы в области токосъема (они же — «выбиватели» финансирования своих идей) обосновывали свои претензии примерно так: мы повысим долговечность того или другого изделия во столько- то раз! А надежность — на столько-то процентов! При этом не говорили о том, как запрашиваемая цена разработки и ее реализации соотносится с обещаемым техническим эффектом, когда будут достигнуты конкретные результаты в устойчивых удельных показателях (не в «процентах», а в сэкономленных тоннах, километрах, часах задержек поездов, контингенте персонала и т.п.) на линиях с теми или другими размерами движения поездов, а также о том, когда окупятся затраты.

О своей ответственности за достижение обещаемого эффекта авторы некоторых предложений вообще разговор не ведут. Нередко результаты могут быть достигнуты (если вообще могут) далеко за пределами активной жизни их авторов. И это, увы, «проходит» в управленческих структурах из-за неготовности их работников дать предложениям квалифицированную оценку.

Подготовка инженеров в соответствии с требованиями времени. Улучшение положения автор видит прежде всего в повышении концептуального уровня вузовского образования, особенно по профильным дисциплинам. Сейчас учебники по таким дисциплинам нередко описывают «что» является предметом обучения, «как» рассчитывают конкретные устройства (хотя не раз поднимался вопрос о необходимости пересмотра имеющихся норм и методов проектирования). Но гораздо реже — «почему» возникли эти нормы и методы, какова степень обоснованности принятых допущений, не возникают ли противоречия между ними и практикой, чем отечественная практика отличается от зарубежной в лучшую, а чем в худшую сторону? Кроме того, содержание курсов конкретных дисциплин должно своевременно изменяться в соответствии с текущими задачами железных дорог.

Например, программа курса «Контактная сеть» должна существенно измениться — от уклона в механические расчеты при проектировании устройств в сторону изучения научных основ эксплуатации и называться «Контактная сеть и токосъем». Конечно, при составлении учебника допустима известная компилятивность материала, но только при непременной компетентности составителя в описываемых вопросах. По моему мнению, учебники по специальным дисциплинам должны составляться не одним автором, а коллективом специалистов, досконально владеющих излагаемым материалом по соответствующим разделам.

Другой путь улучшения положения видится в совершенствовании системы переподготовки кадров — от линейного персонала дорог до самих преподавателей, особенно вузовских и, конечно, административного аппарата ОАО «РЖД» и его филиалов (дорог). При этом не следует подменять переподготовку изучением разного рода ведомственных инструкций и нормативов: они должны быть и так известны обучаемым по долгу службы. Важнее давать им правильное обоснование конкретных требований этих документов (или признавать их ошибочность). И, конечно, технические и экономические знания следует излагать не только в общетеоретическом плане, но, главное, в форме реальных и актуальных примеров с численными значениями используемых величин. Полезно для обучаемых выполнение ими заданий на материале своего хозяйства с технико-экономическими расчетами и публичной защитой полученных результатов.

Преподавателями должны назначаться авторитетные специалисты, проявившие себя успешным решением конкретных проблем и знакомые как с отечественным, так и с мировым опытом. Успешность их следует оценивать понятными всем и доступными для контроля показателями. Например, если удельный расход нового контактного провода на замену изношенного на линиях постоянного тока дороги или ее отделения превышает 1 т на 1 млн. км приведенного пробега электровозов (приведение заключается в приравнивании 1 км пробега электросекции к 0,4 км пробега электровоза), то причастные к решению вопросов токосъема работники хозяйств локомотивного и электроснабжения вряд ли могут считаться авторитетными.

Процедуры принятия управленческих решений должны быть в максимальной степени «отстроены» от ошибок и, тем более, от волюнтаризма. Такие процедуры постепенно отрабатываются в нашей стране, случается, после поучительного отрицательного опыта. Суть их заключается не только в аппаратной подготовке документов, но и в общественной их экспертизе, в возвращении в необходимых случаях проектов документов на доработку.

В этой связи хочу заметить, что все участники обсуждений, визируя проекты документов, должны понимать, что этим они полностью или в обозначенных частях, принимают на себя персональную ответственность за их качество, т.е. за технические и экономические результаты его реализации. Лица, принимающие решение, должны быть кровно заинтересованы не столько в собирании виз «за», сколько в выяснении того, имеются ли специалисты с особым мнением в отношении подготовленного проекта и готовые выступить публично с его критикой. Этому лицу придется самостоятельно разобраться с доводами сторон, поскольку ответственность за принятое или не принятое решение все равно будет возложена именно на него.

Другой эффективной процедурой является проведение реальных конкурсов разработчиков и изготовителей тех или иных технических средств с организацией в необходимых случаях сравнительных испытаний и расчетов по научно обоснованным и согласованным всеми сторонами программам и методикам. Такую работу следует поручать независимым организациям и специалистам.

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin