ZESZY TY N A U K O W E PO LITEC H N IK I ŚLĄSKIEJ Seria: TR A N SPO R T z. 44
2002 N r kol. 1562
Jerzy M IK U LSKI
ZAWODNOŚĆ URZĄDZEŃ STEROWANIA RUCHEM KOLEJOWYM.
ANALIZA USTERKOWOŚCI URZĄDZEŃ ZASILAJĄCYCH
Streszczenie. W pracy przedstaw iono analizę usterkow ości urządzeń zasilających.
Przeprowadzono rów nież prognozę zaw odności z oszacow aną liniow ą i logarytm iczną linią trendu.
U N RELIA BILITY OF TH E RA ILW A Y TRAFFIC C O N TR O L DEVICES.
ANALYSIS OF M A LFU N CTIO N S OF TH E FEED IN G D EVICES
Sum m ary. The paper deals w ith the analysis o f m alfunctions o f the feeding devices. The prognosis o f unreliability w ith the estim ated straight tendency line and logarithm ic tendency line has been made.
W przypadku urządzeń kolejow ych spraw ą najw ażniejszą i pierw szoplanow ą je st bezpieczeństw o. Od w szystkich urządzeń kolejow ych w ym agana je s t pew ność działania, rozum iana ja k o praw dopodobieństw o niew ystąpienia usterki. O bserw acja i analiza zachow ania się w trakcie eksploatacji podstaw ow ych urządzeń kolejow ych pow inny stanowić w ażny elem ent zarządzania p rac ą kolei.
O bok urządzeń sterow ania ruchem kolejow ym rów nie w ażnym elem entem system ów kolejow ych są urządzenia zasilające sieć trakcyjną.
Eksploatow ane urządzenia zasilające sieć trakcyjną pow inny spełniać podstaw ow y w arunek gw arantujący bezpieczeństw o dla ruchu pociągów . P ow stanie usterki mogącej spow odow ać sytuację niebezpieczną dla ruchu kolejow ego pow inno prow adzić do przejścia urządzeń do stanu bezpiecznego.
D iagnostyka urządzeń zasilających sieć trakcyjną zapew nia w czasie rzeczyw istym kontrolow anie stanu pracy urządzeń, co m a istotny w pływ na płynność i bezpieczeństw o ruchu pociągów .
Istotnym czynnikiem w pływ ającym na usterkow ość urządzeń zasilających sieć trakcyjną je st odpow iednia eksploatacja i utrzym anie ich w pełnej spraw ności eksploatacyjnej.
Intensyw ność uszkodzeń sieci zależy od w ielu czynników , a w szczególności od ogólnych w arunków eksploatacyjnych na danej linii, stopnia zanieczyszczenia atmosfery, w ystępow ania szkód górniczych, jakości utrzym ania urządzeń (sieci, taboru, torowiska), rodzaju sieci, w ieku sieci (okresu, jak i upłynął od początku eksploatacji lub ostatniego rem ontu) oraz od charakteru ruchu kolejowego.
156 J. M ikulski
Sieć trakcyjna je s t zagrożona m ożliw ością uszkodzeń w stopniu o w iele wyższym niż pozostałe części układu zasilania. Zagrożenie to w ynika zarówno z naturalnego zużyw ania się poszczególnych elem entów sieci, ja k rów nież zanieczyszczenia izolacji, oddziaływ ania czynników atm osferycznych (wiatr, w yładow ania atm osferyczne, oblodzenie przewodów ), drgań przenoszonych od podtorza.
Przyczyny w ystępujących uszkodzeń sieci m ożna podzielić na trzy grupy:
I - uszkodzenia zależne od konstrukcji sieci, od w arunków klim atyczno-środow iskow ych, od jakości obsługiw ania technicznego,
II - uszkodzenia zależne od stanu technicznego taboru elektrycznego, postępow ania m aszynistów oraz od czynników zw iązanych z ruchem pojazdów trakcyjnych,
III - uszkodzenia z przyczyn niezależnych od trakcji elektrycznej.
K ażdą z w ym ienionych grup z punktu w idzenia źródeł pojaw iania się uszkodzeń m ożna podzielić na cztery podgrupy:
- konstrukcyjno-projektow a (niew łaściw e rozw iązania techniczne, niepraw idłow y w ybór w artości m echanicznych i elektrycznych),
- produkcyjna (w ytw arzanie części składow ych sieci niezgodnie z warunkam i technicznym i, zła ja k o ść surow ców i półfabrykatów ),
- budow lano-m ontażow a (odstępstw o od projektów , niepraw idłow e zastosow anie elem entów , niestaranny m ontaż),
- eksploatacyjna (oddziaływ anie w ym uszające p racę urządzeń po za dopuszczalne granice, niedostateczne i niedokładne obsługiw anie techniczne, stopniow e pogarszanie się właściwości m echanicznych i elektrycznych poszczególnych podzespołów ).
W procesie eksploatacji sieci trakcyjnej, podobnie ja k w przypadku innych urządzeń technicznych, m ożna w yodrębnić trzy okresy o zróżnicow anej intensyw ności w ystępow ania uszkodzeń:
1) okres pierw szy trw a przeciętnie około 1,5 roku od podjęcia eksploatacji, ujaw nia ukryte w ady m ateriałów oraz niedokładności projektowe, m ontażow e i niedopatrzenia kontroli przed oddaniem do użytku,
2) okres drugi obejm uje około 1 0 do 1 2 lat użytkow ania sieci; w okresie tym w ystępują niespraw ności w yw oływ ane głów nie przez czynniki losow e, atm osferyczne oraz zaniedbania obsługiw ania technicznego,
3) okres trzeci następuje po 1 2 - 1 4 latach eksploatacji pogarsza się znacznie niezaw odność pracy sieci. Spow odow ane je st to postępującym i zm ianam i param etrów (własności m echanicznych i elektrycznych) poszczególnych części składow ych sieci w w yniku:
- zużyw ania się, - zm ęczenia m ateriałów , - starzenia się izolacji, - korozji.
O kres trzeci je s t sygnałem św iadczącym o konieczności przeprow adzenia renow acji sieci (remont).
C echą charakterystyczną tych okresów je st parokrotnie w yższa intensyw ność (3- do 5- krotna) uszkadzania się urządzeń w obrębie stacji w porów naniu z toram i na szlakach.
Przyczyną je st zarów no bardziej złożony układ m echaniczny i elektryczny sieci, ja k i rodzaj pracy wykonyw anej n a stacjach (m anew ry, częste rozruchy).
W m iesiącach zim ow ych liczba uszkodzeń je st zw ykle w yższa o 20-25% , niż w ystępuje w pozostałych m iesiącach roku. W m iesiącach zim ow ych duży w pływ na kształtow anie się niezawodności sieci m a ją przyczyny niezależne od trakcji elektrycznej.
D o oceny niezaw odności pracy sieci trakcyjnej stosuje się w skaźniki charakteryzujące niezawodność pod w zględem liczby uszkodzeń przypadających na je d n o stk ę czasu (miesiąc, kwartał, rok), rzadziej na jed n o stk ę długości sieci ( 1 0 0 torokilom etrów ).
Zaw odność urządzeń sterow ania ruchem kolejowym . A naliza usterkow ości urządzeń . 157
W tabeli 1 przedstaw iono aw arie sieci trakcyjnej z podziałem na poszczególne miesiące.
D ane zostały udostępnione przez Zakład Elektroenergetyki K olejowej w Katow icach.
D ane z tabeli 1 przestaw iono na rysunku 1.
A w aryjność uszkodzeń sieci trakcyjnej w okresie badanych pięciu lat w ykazyw ała tendencję spadkow ą. W yjątkiem je st rok 2000, kiedy znow u w ystąpił w zrost liczby awarii (196 w roku 2000, w stosunku do 155 w roku 1999). W ydaje się, że sytuacja ta spow odow ana je st starzeniem się urządzeń, gdyż w iększość z nich eksploatow ana je s t ju ż około 12-14 lat, a w ięc osiągnęła w iek, kiedy konieczny staje się remont.
Tabela 1 W ykaz aw arii sieci trakcyjnej w latach 1996-2000
Rok I II III IV V VI VII V III IX X XI XII
1996 30 27 26 26 24 28 29 38 27 39 33 2 0
1997 17 13 26 31 41 31 2 2 17 16 16 14 28
1998 13 8 2 1 25 2 2 28 33 2 1 25 17 1 2 14
1999 9 1 0 9 6 2 1 15 26 2 0 1 2 13 8 6
2 0 0 0 6 1 1 18 1 0 24 28 14 2 2 25 2 0 1 0 8
N a rysunku 2 przedstaw iono przebieg awarii sieci trakcyjnej w latach 1996-1999 z oszacow aną linią trendu liniow ego, a na rysunku 3 trendu logarytm icznego. N atom iast w tabeli 2 przedstaw iono prognozy n a rok 2 0 0 0 oraz porów nano j e z w artościam i
„zrealizow anym i” (obliczenia przeprow adzono zarów no dla trendu liniow ego, ja k i logarytm icznego w ykorzystując rów nania z w ykresów n a rysunku 2 i 3). Jak w ynika z tabeli 2, błędy prognozy w ynoszą odpow iednio od -5 ,4 do 18,6 dla trendu liniow ego i od -9,9 do 12,6 dla trendu logarytm icznego. Te duże rozbieżności błędów w ynikają z faktu, że je st to prognoza średniookresow a (dotyczy jednego roku). T rend logarytm iczny je st trendem bardziej łagodzącym funkcję i jako taki w lepszym stopniu przedstaw ia prognozę na rok
2 0 0 0.
Przy analizie przeprow adzonych prognoz należy pam iętać, że rok 2000 był rokiem nietypow ym , kiedy nastąpił w zrost liczby uszkodzeń sieci trakcyjnej.
Tabela 2 Prognozy na rok 2000
i „zrealizow ane” w artości z zastosow aniem trendu liniow ego i logarytm icznego
M iesiące I II III IV V VI V II V III IX X XI XII
Trend liniowy
Prognoza 11,4 1 1 , 0 1 0 , 6 1 0 , 2 9,8 9,4 9,0 8 , 6 8 , 2 7,9 7,5 7,1
R ealizacja 6 1 1 18 1 0 24 28 14 2 2 25 2 0 1 0 8
Błąd -5,4 0 7,4 -0 , 2 14,2 18,6 5 13,4 16,8 1 2 , 1 2,5 0,9
Trend logarytm iczny
Prognoza 15,9 15,8 15,7 15,6 15,5 15,4 15,3 15,2 15,1 15 14,9 14,8
R ealizacja 6 1 1 18 1 0 24 28 14 2 2 25 2 0 1 0 8
Błąd -9,9 -4,8 2,3 -5,6 8,5 1 2 , 6 -1,3 6 , 8 9,9 5 -4,9 -6,9
Rys. 1. U szkodzenia sieci trakcyjnej w latach 1996-2000 Fig. 1. M alfunction o f the contact line in 1996-2000
Zawodnośćurządzeń sterowaniaruchemkolejowym. Analizausterkowości urządzeń ..
uszkodzenia
kolejne miesiące
Rys. 2. U szkodzenia sieci trakcyjnej w latach 1996-1999 z oszacow aną liniow ą linią trendu Fig. 2. M alfunction o f the contact line in 1996-1999 including the estim ated straight tendency line
J. Mikulski
uszkodzenia
kolejne miesiące
Rys. 3. U szkodzenia sieci trakcyjnej w latach 1996-1999 z oszacow aną logarytm iczną linią trendu Fig. 3. M alfunction o f the contact line in 1996-1999 including the estim ated logarithm ic tendency line
Zawodnośćurządzeń sterowaniamchemkolejowym. Analizausterkowości urządzeń160
161 J. M ikulski
N a podstaw ie przeprow adzonych analiz (patrz rysunek 1) m ożna stw ierdzić, że:
• rozkład aw arii m a raczej charakter przypadkow y, co oznacza praktycznie brak sezonow ości usterek urządzeń zasilających sieć trakcyjną,
• przeprow adzone analiza i prognoza pow inny zostać w ykorzystane w pracach nad zapobieganiem w ystępow ania usterek urządzeń zasilających,
• aby błąd prognozy b y ł m niejszy, należy zastosow ać p rognozę krótkoterm inow ą (jednom iesięczną lub trzym iesięczną), co pozw oliłoby na lep szą organizację planu pracy przy utrzym aniu urządzeń.
Literatura
1. G ajek L., K ałuszka M.: W nioskow anie statystyczne, W ydaw nictw o N au k o w o - Techniczne, W arszaw a 1993.
2. G ębczyński H.: System y trakcji szynowych, W ydaw nictw o P olitechniki Śląskiej, G liw ice 1991.
3. Świderek S.: Poradnik elektrom ontera sieci trakcyjnej PKP, W ydaw nictw o K om unikacji
¿Ł ączności, W arszaw a 1993.
4. Zakład Elektroenergetyki K olejow ej w Katow icach, D ane z lat 1996 - 2000.
R ecenzent: D oc. d r inż. Zbigniew Ginalski
A bstract
In case o f the railw ay devices the m ain and m ost im portant is safety. All railw ay devices and traffic control system s are expected to perform reliably. The operation reliability is understood as a probability o f no m alfunctions occurrence. O bservation and analysis o f the m ain devices during their exploitation should be an im portant elem ent o f the railw ay functioning m anagem ent.
Both the traffic control devices and feeding o f the contact line devices are very important elem ents o f the railw ay system.
The paper deals w ith the analysis o f m alfunctions o f the feeding devices. The prognosis o f unreliability w ith the estim ated straight tendency line and logarithm ic tendency line has been made.
Praca wykonana w ram ach badań własnych B W -468/R M 10-4/2002.
