Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра "Системы электроснабжения"

Х абаровск – 2017

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

(ДВГУПС)

Электроэнергетический институт Кафедра Системы электроснабжения

(наименование УСП) (наименование кафедры)

Направление (специальность) 23.05.05 Системы обеспечения движения поездов

(код, наименование направления или специальности)

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой_______________ И.В. Игнатенко

«_____» ______________2017 г.

З А Д А Н И Е

Сарафанова Сергея Викторовича

(фамилия, имя, отчество)

1.Тема ВКР: «Анализ причин разрушения стержневых изоляторов с выбором способа их диагностирования»

утверждена приказом по университету от «__» ______ 2017 г. № ____

2. Срок сдачи студентом законченной ВКР «__ » июня 2017 г.

3. Исходные данные к проекту: _ Материалы испытаний изоляторов; Задание от службы Э; ГОСТы, ТУ и др. нормативная литература .

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) анализ причин повреждения изоляторов на ДВЖД, механические испытания изоляторов, анализ структуры и химического состава изолятора, контроль и диагностика изоляторов контактной сети, вопросы экономики, электробезопасности и безопасности жизнедеятельности.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

Анализ статистики и причин отказов фарфоровых изоляторов контактной сети,

расчетные схемы механического воздействия на изоляторы,

сравнение статистических данных отказов и результатов проведенных испытаний,

методы и средства контроля изоляторов контактной сети,

проведения ультразвукового контроля,

результаты проведенных испытаний,

обработка полученных результатов,

получение значений определяющих качество изоляторов.

6 Консультанты по ВКР (с указанием относящихся к ним разделов ВКР)

7 Дата выдачи задания 11 марта 2017 г.

Календарный план

выполнения выпускной квалификационной работы

Студент _____________________________________________

Руководитель ВКР ____________________________________

Отзыв руководителя

ABSTRACT

The object of research is core insulators, which are operated on the Far Eastern Railway.

The purpose of this work is to determine the diagnosed parameters of the core insulators of the contact network. Conducting ultrasonic non-destructive testing. Determination of parameters for comparing the results of studies for insulators with a defect and for an insulator without a defect.

To achieve this goal, the following tasks have been accomplished: mechanical tests of insulators, analysis of the structure and chemical composition of insulators. The ultrasonic non-destructive testing was carried out.

As a result, the parameter reflecting the predisposition of the insulator to failure was found and the means of its diagnostics by methods of nondestructive testing at the stages of input and periodic (prophylactic) quality control of manufacturing were proposed.

РЕФЕРАТ

Проект содержит 121 с., 46 рис., 13 табл., 25 источник

АНАЛИЗ, УЛЬТРАЗВУК, КОНТАКТНАЯ СЕТЬ, ПОРИСТОСТЬ, ОТКАЗЫ, СТАТИСТИКА, МЕТОДЫ, УСИЛЕНИЕ, АМПЛИТУДА, КОНТРОЛЬ, КОНСОЛЬНЫЙ ИЗОЛЯТОР, ФИКСАТОРНЫЙ ИЗОЛЯТОР, ИСПЫТАНИЯ, ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Объект исследования - стержневые изоляторы, эксплуатирующиеся на ДВЖД.

Цель работы – определение диагностируемых параметров стержневых изоляторов контактной сети. Проведение ультразвукового неразрушающего контроля. Определение параметров для сравнения результатов исследований для изоляторов с дефектом и для изолятора без дефекта.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи: проведены механические испытания изоляторов, анализ структуры и химического состава изоляторов. Проведен ультразвуковой неразрушающий контроль.

В результате, найден параметр отражающий предрасположенность изолятора к отказу и предложены средства его диагностики методами неразрушающего контроля на стадиях входного и периодического (профилактического) контроля качества изготовления.

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ 9

1 АНАЛИЗ И ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ НА ДВЖД 11

2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ СТЕРЖНЕВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ 22

2.1 Описание методик по расчету изгибающих моментов в стержневых изоляторах..........................................................................................................22

2.2 Оценка изгибающего момента в эксплуатационных условиях, приведших к механическому разрушению изолятора...................................32

2.2.1 Пример расчета изгибающего момента в консольном изоляторе......................................................................................................32

2.2.2 Пример расчета изгибающего момента в фиксаторном изоляторе......................................................................................................33

2.3 Анализ наибольшего изгибающего момента, возникающего в фиксаторных и консольных изоляторах 36

2.4 Механические испытания изоляторов 48

3 АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ХИЧИЧСЕКОГО СОСТАВА ИЗОЛЯТОРА 53

3.1 Выводы по результатам проведенных испытаний 58

4 КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ 59

4.1 Визуальный контроль 61

4.2 Ультразвуковая импульсная дефекто- и структурометрия 61

4.3 Регистрация сигналов акустической эмиссии 63

4.4 Метод фуксиновой пробы 64

4.5 Звуковые и низкочастотные ультразвуковые методы 64

4.6 Сквозное прозвучивание на частотах 4-10 кГц 65

4.7 Контактный метод свободных колебаний 66

4.8 Ультразвуковой резонансный метод 67

4.9 Тепловые методы контроля 67

4.10 Методы, основанные на выявлении коронного и частичных разрядов 68

4.11 Метод выявление водонаполненного фарфора 69

5 ПРОВЕДЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ 70

5.1 Общие сведение о проведении испытаний 70

5.2 Устройство оценки состояния фарфорового изолятора 71

5.3 Порядок проведения эксперимента 72

5.4 Испытание изолятора предполагаемо без дефекта 73

5.5 Испытания изолятора отказавшего в эксплуатации по причине заводского дефекта 74

5.6 Обработка полученных результатов 75

5.7 Сравнение результатов исследований 77

5.9 Проведение испытаний методом сквозного прозвучивания 78

6 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА КОНТАКТНОЙ СЕТИ 81

6.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 81

6.2 Требования безопасности при работе на контактной сети 84

6.3 Категории работ на контактной сети 85

6.4 Мероприятия по безопасности жизнедеятельности при различных категориях работ на контактной сети 86

6.5 Мероприятия по обеспечению безопасности работающего персонала на контактной сети 90

7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ПО ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ 93

8 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ РАБОТАХ НА КОНТАКТНОЙ СЕТИ СО СНЯТИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ 107

8.1 Организационные и технические мероприятия по обеспечению безопасности работающих 107

8.2 Расчет потенциалов, наведенных электрическим полем в изолированных проводах контактной сети и линии ДПР 109

8.3 Расчет напряженности электрического поля в зоне работы 112

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 119

ВВЕДЕНИЕ

Контактная сеть является весьма ответственным элементом системы тягового электроснабжения, обеспечивающим энергообеспечение перевозочного процесса. В силу отсутствия её резервируемости она напрямую влияет на непрерывность технологического процесса перевозок в случае аварий, создаёт угрозу нарушения безопасности движения и жизни людей. Исходя из этого, важно обратить внимание на уменьшение числа аварий а также на условия, при которых они происходят.

Наибольшее негативное влияние на безаварийную работу контактной сети, согласно проведенному анализу, оказывают отказы изоляторов. В последние же годы, наиболее остро встал вопрос об отказах стержневых изоляторов, таких как ФСФ-70 и КСФ-70.

В качестве основных причин отказов изоляторов были предположены две версии: низкое качество изготовления и повышенные нагрузки в эксплуатации. Для проверки качества изготовления были проведены испытания на растяжение предоставленных дорогой изоляторов.

Для разработки диагностических средств необходимо выявить параметр изоляторов, опираясь на величину которого можно было бы судить о качестве изготовления изолятора. Для этого была разработана методика анализа отказов стержневых изоляторов, с помощью которой и был проведен анализ данных по отказам, предоставленных ДВЖД и ЗабЖД. Выяснилось, что подавляющее большинство отказов происходит в периоды переходов температуры через ноль, как в одну, так и в другую сторону, т.е. ориентировочно март-апрель, сентябрь-октябрь. На основе данного факта появилось предположение, что причина отказов обусловлена структурой тела изолятора. Для проверки данного предположения было проведено исследование пористости тела и покрытия изолятора и его элементного состава. Анализируя результаты исследования структуры, было установлено, что параметром отражающим дефектность изолятора является его относительная пористость

Используемые в настоящее время методы диагностирования изоляции не совершенны, так как они не учитывают, в достаточной мере, совокупность проявления физических процессов, приводящих к потере изолирующих свойств. Ни один из существующих способов диагностирования нельзя назвать в полной мере дистанционным.

Были изучены методы контроля и диагностики изоляторов контактной сети. Выяснилось, что наиболее подходящий метод из всех существующих на данных момент являются ультразвуковой неразрушающий контроль и рентгеноскопия. Применения рентгена для контроля качества изготовления изоляторов не подходит для использовании в эксплуатации, так как требует сложного и дорого оборудования, являющемся также вредным для здоровья человека.