аспирант Окунев А.В.

Уральский государственный университет путей сообщения, Россия

Принятие управленческих решений об экономической целесообразности замены или продления жизненного цикла опор контактной сети

Ключевые слова: опора, контактная сеть, жизненный цикл, срок службы.

Проблемы, с которыми приходится сталкиваться при эксплуатации и обслуживании опорного хозяйства, являются:

1. ­ Метеоусловия. Большие перепады температур отрицательным образом сказываются на железобетонных конструкциях. Поскольку металл в бетоне сужается и расширяется в виду своей теплопроводности, возможно появление трещин.

2. ­ Зоны установки опор – бывают анодные и катодные. Это сильно влияет на состояние фундаментов металлических опор или нижнюю часть железобетонных опор, установленных в грунт. При отсутствии соответствующей защиты возможна сильная электрокоррозия металла у основания опоры, примерно на глубине 1–0,5 м в грунте, что влечет за собой падение опор.

3. ­ Нарушение правил установки (выправке) опор в порядке текущей эксплуатации. Из-за нарушений действий персонала опора может подвергнуться механическим нагрузкам, таким как удары или излишняя поперечная нагрузка, по причине выправки угла наклона опор.

4. ­ Несогласованная работа служб электрификации и пути. При установленных опорах, жестких поперечинах начинается ремонт пути, не согласованный с расположением опор контактной сети. Вследствие этого возникают негабаритные места, которые могут нести угрозу безопасности движения поездов. При возникновении таких негабаритных мест необходимо устанавливать новые опоры контактной сети и переводить нагрузку на них, затем демонтировать старые, что в свою очередь влечет значительные затраты.

Современные технические возможности позволяют моделировать физические процессы, протекающие в опорных конструкциях, и прогнозировать сроки управляющих воздействий.

В действительности несущая способность опоры определяется пространством состояний с большим числом фазовых координат. Основных причин большой размерности пространства состояний три:

1) опора имеет конечные (отличные от нуля) геометрические размеры и, следовательно, непостоянную по протяженности прочность (под протяженностью в общем случае понимаются три измерения);

2) нагрузки, включая климатические, по протяженности опоры также различны;

3) степень и скорость коррозии арматуры под действием токов и трещин бетона по протяженности различны.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что потенциал грунта убывает по экспоненте от заземленного электрода [1]. При незаземленной опоре потенциал грунта со стороны пути будет выше, а со стороны поля ниже, чем потенциал арматуры. Это вызовет втекание блуждающего тока в опору со стороны пути и стекание его со стороны поля. Следовательно, условия для возникновения коррозии наиболее благоприятны со стороны поля. Степень влияния блуждающих токов будет определяться крутизной экспоненты и, следовательно, свойствами грунта. Поперечные размеры опоры при средних значениях крутизны кривой недостаточно велики для интенсивной коррозии, но пассивация арматуры может быть нарушена. Известно, что однажды активированная арматура не перестает корродировать никогда, даже после прекращения стекания тока.

В действительности несущая способность опоры определяется пространством состояний с большим числом фазовых координат. Основных причин большой размерности пространства состояний три:

2) нагрузки, включая климатические, по протяженности опоры также различны;

3) степень и скорость коррозии арматуры под действием токов и бетона по протяженности различны.

Все вышеуказанное требует учета в модели опоры пространственной протяженности. В общем виде модель опоры как объекта диагностирования может быть представлена записью [3]:

Z = ψ(M, X, Y, Z, А, В, t),                              (1)

где   М – момент от внешних сил; X,Y,Z – пространственные координаты; А, В – параметры арматуры и бетона.

Другим следствием является требование к средству диагностирования определять не только степень коррозии арматуры в опоре, но прежде всего место и размеры коррозионных повреждений. Например, наиболее информативной для промежуточных опор будет определение степени коррозии арматуры в подземной части с внешней стороны опоры на глубине 0,3…0,6 м.

При наличии неопределенности принятия решения применяются специальные методы, учитывающие вероятностную природу событий. Такие методы позволяют назначать границу поля допуска параметра или необходимое число опытов для принятия решения о диагностировании. Большая часть методов основана на том, что имеется некоторая доопытная (априорная) вероятность в постановках диагностирования. Так, большинство методов предполагают априорно известными вероятности диагностирования для однотипных объектов, находящихся в одинаковых условиях. Часто выбор того или иного решающего правила проводится на основе оптимизации по некоторым критериям. Статистические методы позволяют одновременно учитывать диагностические сигналы различной физической природы, так как они работают лишь с их вероятностными характеристиками.

Следует учитывать, что рассматриваемые методы принятия решений являются лишь инструментом, а окончательное решение, как и ответственность за его последствия, лежит на конкретном человеке.

Принимается допущение об абсолютной достоверности контроля прибором «УК-1401». Вместе с устройством поиска низкоомных опор в группе «Поиск» прибор «ПК-2» позволяет проводить весь комплекс работ по оценке опасности электрокоррозии опор контактной сети.

При испытаниях сравнивались результаты угла наклона опор контактной сети, логарифмический декремент затухания определенных мод колебаний, градиент потенциала, ультразвуковой сигнал с измерениями времени и скорости распространения продольных ультразвуковых волн в опорах контактной сети. Если угол наклона опоры превышает 2° и сопротивление опоры больше 100 Ом, то опора считается дефектной.

Предметом исследования такого метода может быть объект, состояние которого характеризуется несколькими (в общем случае n) признаками. В процессе диагностирования признаки последовательно проверяются. На каждом шаге процедуры диагностирования проверяется условие о возможности постановки диагноза. Если информации достаточно, то ставится диагноз и диагностирование прекращается. В противном случае проверяется следующий признак и т. д. (условный алгоритм).

В зависимости от исходных данных и достоверности контроля для постановки достоверного диагноза может потребоваться диагностика сразу несколькими приборами. При приведении последовательных испытаний одной и той же опоры разными приборами последовательно увеличивается точность диагноза. В одном случае для постановки диагноза требуется всего один прибор, а в другом – недостаточно и шести.

При эксплуатации контактной сети имеется возможность контролировать параметры и работоспособность ее объектов. Для аналитической связи характеристик, описывающих изменение параметров элементов, с показателями надежности предлагается применить модель отказа «параметр – поле допуска» [7].

Случайный процесс изменения параметров опоры можно представить сечениями, в которых располагаются кривые плотности распределения параметра в определенные моменты времени f(x,t) [7]. Границы поля допуска (угол наклона опоры или ее сопротивление) могут задаваться как неслучайной величиной xдоп, так и случайными величинами f(xдоп), а также случайными процессами f(t,xдоп) (стационарными и нестационарными). Проведя серию расчетов, с учетом нормального распределения, определим изменение функции вероятности и плотности наработки до отказа опоры. Результаты расчета показаны на рис. 3, а, б.

Данную методику предлагается применять для определения срока жизненного цикла новых конструкций контактной сети.

Создавшиеся условия, а также процессы изменения организационной структуры требуют применения комплексного управления надежностью, рисками, стоимостью жизненного цикла на железнодорожном транспорте с использованием методологии обеспечения безотказности, готовности, ремонтопригодности и безопасности (RAMS), в соответствии с IEC 62278 [8].

Согласно методике оценки эффективности продления срока службы основных средств хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» на основе методологии «УРРАН», при принятии решения об экономической целесообразности продления назначенного срока службы объектов электрификации и электроснабжения должна быть решена основная задача – выбор варианта решения, которое обеспечит наименьшую стоимость жизненного цикла [9].

Экономическое обоснование решения при продлении назначенного срока службы объекта состоит в сравнении экономического эффекта двух вариантов: с продлением срока службы объекта и без него (объект своевременно выведен из эксплуатации). Выбор осуществляется в пользу решения, при реализации которого ожидаются наименьшие затраты жизненного цикла объекта.

Решающее правило для принятия решения о продлении срока службы опоры контактной сети, или ее замене, выглядит следующим образом [10]:

• если F> 0 ↔ продление срока службы экономически эффективно;
• если F< 0 ↔ продление срока службы экономически неэффективно.

Данные для расчета были взяты из отраслевых цен на оборудование ОСОЦЖо-2001 и проиндексированы на уровне цен 2014 года. Для примера рассматривалась металлическая опора МКГ 10-80 с заявленным сроком службы  70 лет. Определены период продления срока службы – 15 лет и ставка дисконтирования – 12 % (по данным ЦБ РФ на 2014 год). Результаты расчета сведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчета необходимости продления срока службы опоры контактной сети

Так как из полученных данных F > 0, то следует, что для рассматриваемого варианта опоры, с учетом исходных данных, проводить продление ее срока службы экономически целесообразно. Результаты расчета сопоставимы с полученными зависимостями на рис. 3. 

В дальнейшем планируется направить эту работу в сторону автоматизации приведенных расчетов и создания специализированного программного комплекса, способного проводить комплексную оценку технического состояния устройств контактной сети.

Список литературы