Обеспечение надежной работы рельсовых цепей

Выступление главного инженера Департамента автоматики и телемеханики ОАО «РЖД»
Г.Д. Казиева

Важнейшую роль в обеспечении безопасности движения поездов играют рельсовые цепи. На основании получаемой от них информации функционируют системы электрической централизации и автоблокировки. Дальнейшее совершенствование качества работы систем СЦБ и, как следствие, усиление безопасности движения поездов неразрывно связано с повышением надежности работы рельсовых цепей.

Рельсовые цепи являются базисным звеном не только в системах определения свободности или занятости участка пути. Они обеспечивают выполнение контрольного режима, т.е. контролируют целость рельса. В 2005 г. при помощи рельсовых цепей выявлено 103 случая излома рельса, т.е. фактически предотвращены крушения поездов. В течение января – февраля текущего года, в период сильных морозов почти на всей территории России, рельсовые цепи позволили выявить еще более 60 случаев излома рельса, предотвратив возможные тяжелые последствия.

Кроме этого, рельсовые цепи обеспечивают контроль исправного состояния элементов обратной тяговой сети, предназначенной для пропуска обратного тягового тока. И, наконец, рельсовые цепи служат инструментом для передачи на локомотивы и другие подвижные единицы информации о показаниях светофора, к которому приближается поезд, а также о допустимой скорости его движения в данной точке пути. И здесь с работой рельсовых цепей связано функционирование систем автоматической локомотивной сигнализации и автоматического управления торможением.

Таким образом, от рельсовых цепей непосредственно зависит безопасность движения поездов в хозяйствах пути и сооружений, электрификации и электроснабжения, локомотивного хозяйства и, естественно, в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.

В качестве альтернативного технического решения по инициативе Департамента разработана система счета осей, позволяющая обеспечить контроль проследования поездом участков пути без использования рельсовых цепей. Однако для контроля целости рельса и элементов обратной тяговой сети альтернативы рельсовым цепям в настоящее время нет.

Будучи одним из основных элементов системы безопасности, рельсовые цепи сложны и затратны в эксплуатации. Повышение их надежной работы требует постоянного пристального внимания исполнителей и руководителей всех уровней, а также финансовых вложений.

Анализ работы рельсовых цепей в 2005 г.

Для получения достоверной и объективной информации о работе рельсовых цепей проведен анализ по следующим критериям:

	отнесение отказа рельсовых цепей к тому или иному хозяйству или посторонним причинам, напрямую не связанным с работниками железной дороги;
	распределение отказов рельсовых цепей по дорогам как в абсолютном выражении, так и по удельным показателям (на техническую единицу или на единицу устройств);
	распределение отказов элементов рельсовой цепи;
	динамика изменения числа отказов в рельсовых цепях.

На сети железных дорог находятся в эксплуатации 174 тыс. станционных и более 73 тыс. перегонных рельсовых цепей. С 2000 г. по настоящее время число их отказов снижено более чем на 30 %, однако по абсолютному значению остается еще недопустимо большим.

Динамика изменения количества отказов рельсовых цепей за 2000-2005 гг.

Основные причины отказов рельсовых цепей

Общее число нарушений нормальной работы устройств СЦБ из-за неисправностей рельсовых цепей по всем хозяйствам в 2005 г. составило 19620 случаев, что на 12 % меньше, чем в предшествующем году. Отказы рельсовых цепей составляют почти половину общего числа нарушений нормальной работы устройств СЦБ.

Анализ отказов рельсовых цепей, допущенных на железных дорогах с 2000 по 2005 г., показывает, что основная их доля (63 %) приходится на хозяйства пути и сооружений, 10 % допущено по вине работников хозяйства сигнализации и связи, 20% –работников других хозяйств и 7% – по причине краж и порчи устройств посторонними лицами.

По данным 2005 г. наиболее характерными причинами отказов элементов рельсовых цепей являются: неисправность изолирующих стыков (29 %), неисправность (в том числе обрыв) стыковых соединителей (18 %), закорачивание рельсовых цепей (16 %), неисправность аппаратуры (10 %), неисправность изоляции стрелочного перевода (3 %), 24 % приходятся на остальные причины (неисправность изоляции стрелок и гарнитур, стальных и дроссельных перемычек, понижение сопротивления балласта, изломы рельса и др.).

Как видно, одной из основных причин отказа изолирующих стыков является закорачивание стыка металлической стружкой вследствие воздействия магнитного поля, создаваемого намагниченными торцами рельсов, разделенных изолирующим стыком. Для выявления предотказного состояния изолирующих стыков необходим соответствующий инструментарий. Целесообразно также провести научно-исследовательские работы по разработке изолирующего стыка нового типа, исключающего намагниченность торца рельса.

Основными причинами, приводящими к отказам стыковых соединителей всех типов, являются их повреждение при путевых работах, коррозия и некачественная приварка. Кроме того, практический опыт показывает, что недостаточно эффективно проводится входной контроль соединителей, поступающих на железные дороги. Отказы стыковых соединителей приварного типа происходят из-за обрыва соединителя в месте его приварки к рельсу вследствие нарушения технологии приварки.

Имеет значение еще один немаловажный аспект. Анализ показывает, что рельсовые цепи продолжают оставаться подверженными влиянию посторонних лиц. За рассматриваемый период допущено 3125 случаев закорачивания рельсовых цепей (увеличение на 5 %), причем посторонними предметами – 1093 случая (увеличение на 6 %). Кроме того, допущено существенное число случаев закорачивания рельсовых цепей при производстве путевых работ (573 случая, увеличение на 3 %). Это свидетельствует о необходимости разработки комплекса антивандальных мероприятий.

Аппаратура рельсовых цепей вносит не самый существенный вклад в общее количество отказов, однако абсолютные показатели таких отказов остаются достаточно большими. В целом наблюдается положительная динамика снижения отказов аппаратуры за исключением путевых реле и аппаратуры защиты от перенапряжений.

Все приведенные положения относятся к работе традиционных релейных рельсовых цепей. В последние годы активно внедряются системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты (ТРЦ). Эти рельсовые цепи построены на совершенно новой элементной базе, менее критичны к сопротивлению балласта, и, что самое главное, не требуют наличия изолирующих стыков. Поэтому основная нагрузка по обеспечению работоспособности ТРЦ приходится на работников дистанций сигнализации и связи.

Сравнительный анализ работы традиционных рельсовых цепей и рельсовых цепей тональной частоты свидетельствует, что по количеству отказов на 1000 рельсовых цепей ТРЦ работают в 3 раза надежнее. Исходя из этого принято решение о преимущественном внедрении именно тональных рельсовых цепей, причем с централизованным размещением аппаратуры.

Важно отметить, что информация о работе устройств автоматики и телемеханики и, в частности, рельсовых цепей поступает по автоматизированной системе учета и анализа отказов АСУ-Ш-2. В соответствии с установленным порядком все данные об отказах в устройствах СЦБ заносятся в карточку учета отказа в течение 15 мин после его возникновения. Эти сведения передаются в службу автоматики и телемеханики и в департамент. Эта система внедрена на всех железных дорогах. Она позволяет вести учет и анализ отказов технических средств ЖАТ не только по дорогам, но и по дистанциям сигнализации и связи, по конкретным участкам, станциям и перегонам.

С работой рельсовых цепей непосредственно связано функционирование систем автоматической локомотивной сигнализации и автоматического управления торможением.

Анализ работы устройств АЛСН и САУТ

По состоянию на 01.01.2006 г. на сети железных дорог путевыми устройствами АЛСН оборудовано 65711,9 км, устройствами АЛС-ЕН – 639,9 км (участок Москва–Санкт-Петербург), устройствами САУТ–12994 точек (24424,1 км). Количество выключений АСЛН в 2005 г. осталось в целом на уровне 2004 г., причем за службой сигнализации и связи было отнесено 9,8 %, за службой локомотивного хозяйства – 90,2 % выключений.

Наиболее объективным показателем работы АЛС является количество выключений в пути следования на 1 млн. км пробега локомотивов, оборудованных устройствами АЛСН. За последние 11 лет этот показатель был снижен в 4 раза и уже на протяжении нескольких лет остается на уровне 0,07.

Количество отказов рельсовых цепей по сети дорог за 2005 г. (на 1000 рельсовых цепей)

Распределение отказов устройств СЦБ по хозяйствам за 2005 г.

Среди главных причин выключения устройств АСЛН в пути следования необходимо выделить отказы усилителей и дешифраторов с истекшим сроком эксплуатации. Руководители отдельных железных дорог примирились с неудовлетворительным обеспечением локомотивных депо локомотивной аппаратурой АЛСН. Наиболее остро эта проблема стоит для Горьковской дороги, где половина аппаратуры выработала свой ресурс.

Группа задач

Результаты анализа позволяют сформулировать четыре группы задач, решение которых позволит повысить надежность функционирования устройств СЦБ в целом и рельсовых цепей в частности.

Организационные, призванные упорядочить процесс обслуживания рельсовых цепей и четко регламентировать его.

Нормативные, которые наряду с организационными позволят эксплуатационному штату применять стандартные процедуры обслуживания, усилят контроль за техническим состоянием рельсовых цепей, дадут возможность более точно и своевременно отслеживать отказы, сбои и отклонения параметров рельсовых цепей.

Технические, направленные на совершенствование качества функционирования как элементов рельсовых цепей, так и рельсовых цепей в целом на основе утвержденных и вновь разрабатываемых технических решений.

Инновационные, при необходимости обеспечивающие функционирование устройств СЦБ на основе методов, альтернативных рельсовым цепям, а также комбинированных.

Организационные и нормативные задачи

Уже сейчас действует ряд принятых департаментом организационных мер. Установлен и реализуется на практике порядок немедленного и ежесуточного доклада о допущенных отказах, причинах и принятых мерах по цепочке ШЧ – Ш – ЦШ. С 1 февраля текущего года в оперативном порядке начато заслушивание руководителей служб автоматики и телемеханики дорог о допущенных за сутки отказах рельсовых цепей, сбоях АЛС, САУТ и принятых мерах. Решение оперативных задач в таком режиме будет еще более успешным при участии в данных мероприятиях департаментов ЦП, ЦЭ и ЦТ.

С целью усиления мер по профилактике отказов организован учет обнаруженных в ходе регламентных проверок отступлений от норм содержания. В дальнейшем такая система профилактики будет реализована в автоматизированном режиме, что позволит сосредоточить усилия руководителей всех уровней на устранении предотказного состояния устройств. Внедряются системы технической диагностики, имеющие электронный архивируемый протокол событий.

Проведенный анализ работы рельсовых цепей свидетельствует о необходимости более строгой регламентации параметров элементов рельсовых цепей и процедур обслуживания, особенно, на стыке двух хозяйств. Все нарушения и отказы в работе должны быть упорядочены, фиксироваться в автоматизированной системе АСУ-Ш. Это позволит более детально анализировать работу рельсовых цепей, вплоть до элементов, и на основании этого анализа разрабатывать адекватные мероприятия и рекомендации по эксплуатации устройств в различных условиях. Назрела необходимость отраслевой стандартизации как параметров элементов рельсовых цепей, так и процедур обслуживания и технического ремонта.

В этом аспекте наиболее важной задачей на 2006 г. становится разработка корпоративного стандарта ОАО «РЖД» «Техническое обслуживание и ремонт устройств контроля свободности участков пути, элементов обратной тяговой сети, путевых устройств АЛСН, САУТ, автоматической переездной сигнализации». Кроме этого, целесообразно реализовать еще ряд мер. Так, для сравнительного анализа рельсовых стыковых соединителей и изолирующих стыков различных типов следует провести их подконтрольную эксплуатацию на различных участках дорог сети при различной интенсивности движения, видах тяги и климатических условиях. По ее результатам разработать и направить на сеть железных дорог распоряжение об области применения тех или иных стыков. Необходимо разработать технические требования к рельсовой накладке и рельсовому стыковому соединителю с учетом механических, климатических и электрических параметров. Предстоит разработать или откорректировать нормативные показатели на:

	сопротивление сборного токопроводящего стыка на электрифицированных участках железных дорог постоянного и переменного тока;
	допустимый уровень асимметрии тягового тока для всех типов дроссель-трансформаторов;
	допустимый уровень намагниченности торцов и участков рельсов;
	допустимый уровень сопротивления балласта и шпал, а также элементов рельсошпальной решетки;
	допустимый уровень сопротивления заземлений опор контактной сети сигнальному и тяговому току;
	допустимый уровень утечки сигнального и тягового тока с рельса в землю через заземление конструкции опор контактной сети;
	допустимую температуру нагрева всех элементов тяговой рельсовой сети.

Необходимо организовать постоянный входной контроль качества поставляемого оборудования ЖАТ, осуществлять квалифицированный отбор изготовителей, обеспечивающих поставку сертифицированной и качественной продукции (в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО-9000-2001, 9001-2001, 9004-2001, 9011-2003). В 2006 г. Следует внедрить контроль сопротивления изоляции всех элементов рельсошпальной решетки на базах ее сборки. Предстоит ввести в опытную эксплуатацию автоматизированную систему учета и устранения выявленных отступлений от норм содержания электрических и механических параметров устройств СЦБ, а также выполнения технологических операций. Целесообразно также, на наш взгляд, в порядке эксперимента организовать на сети дорог соревнование по снижению количества отказов рельсовых цепей, сбоев и выключений устройств АЛС.

В 2006 г. планируется завершить работы по оборудованию путей на станциях устройствами АЛСН, а в 2007 г. – по оборудованию путевыми устройствами САУТ точек у маршрутных светофоров.

Технические меры

Как уже отмечалось, наиболее подверженным отказам элементом является изолирующий стык. В силу технических ограничений отказаться от их использования сейчас не представляется возможным, особенно на раздельных пунктах. В качестве технических мер можно предложить отказ от изолирующих стыков там, где это возможно (например, на перегонах, в составе которых нет стрелочных переводов), и совершенствование технологий изготовления изостыков на основе современных материалов.

Отсутствие регламентных процедур по измерению остаточной намагниченности рельсов, наличие нелинейных зависимостей намагниченности от протекающего тока еще более осложняют ситуацию. В этом случае необходимо не только нормировать параметр намагниченности, но и тщательно проработать вопрос о замыкании магнитного потока, создаваемого двумя торцами рельсов не по воздуху, а через изостык. Это означает, что необходимо стремиться к созданию материала изостыка с высокими показателями магнитной проницаемости электрического сопротивления, механической прочности и пластичности, с хорошим уровнем адгезии для обеспечения поверхностного контакта. В качестве дополнительного средства контроля работы изостыка следует разработать и внедрить прибор для измерения остаточной намагниченности торцов рельсов.

Также большая доля отказов рельсовых цепей приходится на стыковые соединители. В настоящее время разработаны и внедряются новые типы стыковых соединителей, а именно: штепсельные, пружинные, шаберно-пружинные, тарельчатые. Наряду с организационными мерами по нормированию параметров стыковых соединителей применение новых типов соединителей позволит снизить число отказов рельсовых цепей. В качестве альтернативных решений следует рассмотреть возможность увеличения длины сварных плетей вплоть до блок-участка или перегона.

Большая доля отказов аппаратуры рельсовых цепей приходится на выход из строя из-за влияния внешних факторов, особенно при возникновении перенапряжения на входах и выходах аппаратуры за счет атмосферных явлений и деградации изоляции от силовых цепей. Разработанные и внедренные в последнее время элементы защиты (КЗУ РШ, ЗФ-220 и т.д.) позволяют в определенной мере снять остроту вопроса, но для более эффективной защиты требуется улучшение устойчивости самой аппаратуры рельсовых цепей к воздействию перенапряжений и, естественно, дальнейшее совершенствование элементов защиты.

Развитие технических и технологических средств, совершенствование элементной базы позволяют ставить и решать задачи создания аппаратуры рельсовых цепей нового поколения на основе цифровой обработки сигналов. По инициативе департамента разработаны и проходят подконтрольные испытания цифровое импульсное реле ИВГ-Ц, приемник тональной рельсовой цепи. Конечно, внедрение современных технических средств потребует определенных финансовых затрат, однако их преимущества неоспоримы.

Инновационные меры

Эффективность улучшения работы рельсовых цепей, рассмотренная разделе «Технические меры», не всегда может оказаться достаточной. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть альтернативы рельсовым цепям, позволяющие избавиться от недостатков с сохранением и даже повышением уровня безопасности.

Аппаратура на основе счета осей. Наиболее распространенной альтернативой рельсовым цепям для определения свободности/занятости блок-участков является метод счета осей. Информация, получаемая этим методом, не зависит от сопротивления балласта и его сезонного изменения. Появляется возможность использования любого типа шпал, включая металлические.

К достоинствам этого метода относятся также простота организации блок-участков произвольной длины, поскольку информация передается только по кабелю без перехода в рельсовую линию. При работе счетчиков осей не используются наиболее проблемные элементы РЦ (соединители, изолирующие стыки, дроссель-трансформаторы). Уменьшается энергопотребление по сравнению с аппаратурой рельсовых цепей, сравнительно просто обеспечивается полное резервирование устройств.

Комбинированный метод счета осей и рельсовых цепей. На сегодняшний день представляется целесообразным объединение систем на основе счетчиков осей с системами на основе рельсовых цепей. Такой комбинированный метод даст возможность организовать межсистемное резервирование определения свободности/занятости блок-участков, реализовать канал передачи информации на локомотив.

К современным и перспективным методам и системам, которые могут быть использованы как альтернатива рельсовым цепям, можно отнести акустические, пьезоэлектрические методы, системы зондирования целостности рельсов и др. Все это требует серьезной научной проработки, так как все эти методы имеют как достоинства, так и недостатки.

Выводы

На наш взгляд, необходимо принятие целевой программы, предусматривающей неотложные и перспективные плановые мероприятия на период до 2010 г. и направленные на радикальное повышение надежности работы рельсовых цепей и устройств железнодорожной автоматики в целом.

Проведенный анализ работы рельсовых цепей, устройств АЛСН и САУТ позволяет сформулировать конкретные задачи, решение которых будет способствовать повышению степени надежности и безопасности движения. Дальнейшее развитие инфраструктуры должно идти в двух направлениях. Первое заключается в максимально полном использовании имеющегося технического ресурса дорог при повышении роли организационного фактора. Это позволит своевременно и в полном объеме получать материалы по работе технических средств, иметь исчерпывающую картину по происходящим сбоям и отказам (вплоть до конкретной рельсовой цепи), проводить автоматизированный сбор и обработку информации.

В качестве второго направления следует на основе имеющегося опыта эксплуатации и анализа потребностей сети дорог проводить поэтапное внедрение научно-технических достижений, выполненных в рамках НИОКР. Это позволит постепенно сформировать новый уровень работы устройств ЖАТ с повышенной отказоустойчивостью и степенью безопасности движения.