Nová technika v diagnostice Správy železniční dopravní cesty

Transkript

1 Czech Raildays 2009 Ostrava Přednášející: Ing. Jiří Suchánek Správa železniční dopravní cesty, s.o., Technická ústředna dopravní cesty,

2 Úvod Technická ústředna dopravní cesty (TÚDC) je organizační č jednotkou,státní organizace, začleněnou v úseku náměstka pro techniku GŘ SŽDC. S celosíťovou působností zajišťuje technickou diagnostiku a měření v celém spektru železniční dopravní cesty a další technický servis pro železniční infrastrukturu, a to ve všech etapách jejího rozvoje, výstavby a provozu. Tato organizační jednotka byla zřízena ke dni Od byla organizační jednotka sloučena s DOM Pardubice, SŽT Praha a Technickou inspekcí GŘ ČD a dostala nový název TÚČD, který si nesla až do , kdy byla součástí prodeje části podniku ČD a.s., V souvislosti s převodem činnosti provozovatele dráhy provozuschopnosti- k SŽDC, s.o. od se opět vrátila k původnímu názvu TÚDC, a zároveň se zbavila některých činností, které přímo nesouvisí s provozuschopností dopravní cesty. Výkon předmětu činnosti TÚDC je zajišťován prostřednictvím čtyř úseků a detašovaných pracovišť. Všechny úseky a detašovaná pracoviště TÚČD mají společný ekonomický a hospodářský servis. Činnosti a služby, které TÚDC zajišťuje pro SŽDC, jsou v mnoha případech využitelné rovněž pro potřeby externích, mimodrážních firem a organizací, zejména při výstavbě a modernizacích železničních tratí, při výrobě, dodávkách a montáži výrobků a zařízení určených pro železniční provoz. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 2

3 Sídlo TÚDC : Malletova 10/2363, Praha 9 Libeň Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 3

4 Činnosti jednotlivých odborných úseků: Výkon předmětu činnosti TÚDC je zajišťován prostřednictvím tří úseků a detašovaných pracovišť. Všechny úseky a detašovaná pracoviště TÚDC mají společný ekonomický a hospodářský servis. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 4

5 Úsek automatizační a telekomunikační techniky (UATT) zajišťuje servis v oblasti železniční zabezpečovací, telekomunikační a automatizační techniky z hlediska ověřování a zkoušek nových zařízení, diagnostiky a měření provozovaného zařízení, výkon správy telekomunikačního majetku, dokumentace, spolupráce při tvorbě norem a provozních předpisů, metodickou a technickou podporu a certifikační činnost pro provozní útvary SŽDC v oblasti metrologie. Úsek tratí a budov (UTAB) zajišťuje odborný servis a služby pro potřeby odvětví tratí a budov u SŽDC, a to s celosíťovou působností. Hlavní důraz je kladen především na diagnostiku železničního svršku a spodku, mostních objektů, na kontrolu jakosti materiálu a prací Úsek elektrotechniky t aenergetiky (UEE) zajišťuje j odborný servis aslužbypropotřeby elektrotechniky a energetiky u SŽDC v odvětví AE, a to s celosíťovou působností. Hlavní důraz je kladen především na diagnostiku a měření elektrických a energetických zařízení V současné době má TÚDC 250 pracovníků. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 5

6 Charakteristika působnosti TÚDC: celosíťová působnost - zajištění poskytovaných výkonů a možnost využití výsledků pro všechny OJ a ostatní útvary SŽDC, vysoká odbornost a profesionalita s vazbou na znalost provozních podmínek, v daných oborech činnosti úzká spolupráce s odbornými útvary Ř SŽDC, externími firmami, výzkumnými ústavy, vysokými školami, včetně č ě zahraničí, objektivnost a nezávislost, plnění nezadatelných, resp. specifických činností, které vyžaduje platná legislativa pro zajištění základního předmětu činnosti SŽDC, Základním a prioritním úkolem je komplexní diagnostika v celém oboru železniční dopravní cesty, Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 6

7 Diagnostika v traťovém hospodářství Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 7

8 Měřicí vůz pro železniční svršek Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 8

9 Měřicí vůz pro železniční svršek 1. Výměna měřicího systému pro měření GPK 2. Výměna systému pro měření a hodnocení příčného profilu kolejnic Přínosy: - zvýšení přesnosti měření - zlepšení podmínek pro měření a hodnocení parametrů GPK - snížení spodní hranice rychlosti pro měření od 5 km/h - odstranění poruch systému Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 9

10 Měřicí systém měřicího vozu pro železniční svršek Kombinace opticko-laserového a inerciálního systému měření Ukončení projektu se předpokládá v září 2009 Dodavatel systému: Tecnogamma SPA Itálie Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 10

11 Defektoskopická kontrola kolejnic - Defektoskopický vůz Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 11

12 Defektoskopický vůz Pořízení nového měřicího vozu pro defektoskopickou kontrolu kolejnic Závěrečná fáze projektu (provozní ověřování) Pokrytí defektoskopické kontroly kolejnic na cca 80% železniční sítě ČR Využití ultrazvukové metody Měřicí rychlost do 50 km/h Vyhodnocení vad v reálnem čase a jejich dohledání pracovníky TÚDC Dodavatel systému: STARMANS Praha, CIFERA Praha Ukončení projektu se předpokládá v 1.čtvrtletí roku 2010 Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 12

13 Ultrazvuková sonda na diagnostické soupravě NDT. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 13

14 Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 14

18 Defektoskopický vůz řídící stanoviště Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 18

19 Defektoskopický vůz řídící jednotka Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 19

20 Defektoskopický vůz ovládací mechanika měřicího systému Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 20

21 Diagnostika prostorové průchodnosti tratí 1. Inovace vozidla FS3 2. Nasazení systému MMS Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 21

22 Vozidlo FS3 původní technologie Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 22

23 Vozidlo FS3 inovace měřicího systému Osazení laserového rotačního scanneru Hlavní charakteristika systému: Frekvence rotace scanneru:100 Hz Úhel záběru: 310 Frekvence měření: bodů za sekundu Přesnost měření za pohybu: cca ±15 mm Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 23

24 Vozidlo FS3 inovace měřicího systému Laserový rotační scanner na čele vozidla Zvýšení přesnosti měření Vyhodnocení výsledků měření v reálném čase Zvýšení kapacity měření (bez nutnosti zastavení u překážky) Možnost vyhodnocení pro různé profily (obálky), včetně tunelů Výrobce systému f. AMBERG (Švýcarsko), dodavatel aplikace na vozidlo f. Clarystone Brno Ukončení ověřovacího provozu a nasazení na měření se předpokládá v závěru roku 2009 Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 24

25 Příklad vyhodnocení měření Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 25

26 Malý měřicí systém pro měření a hodnocení parametrů prostorové průchodnosti tratí (MMS) Měřicí technologie využívá 2 ks rotační laserových scannerů na měřicím vozíku, při současném měření parametrů GPK (převýšení koleje, rozchod koleje) Ukončení provozního ověřování a nasazení do rutinního provozu se předpokládá ř v průběhu roku 2009 MMS doplňující systém pro operativní měření krátkých úseků a tunelů k vozidlu FS3 (pravidelná měření) Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 26

27 Měřicí systém MMS Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 27

28 Cílový stav v oblasti diagnostiky PPT: pořízení měřicího vozu pro diagnostiku PPT v celé železniční síti (zahájení projektu se předpokládá v roce 2009) Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 28

29 Diagnostika v železniční zabezpečovací technice a v radiových sítí Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 29

30 Nová technika v diagnostice Měřící systém pokrytí CMS (Coverage Measurement System) spol. Kapsch umožňující provádět přesná měření, záznam a vyhodnocení úrovňových a kvalitativních parametrů rádiového rozhraní systému GSM-R GSM R dle kritérií a specifikací EIRENE až do rychlosti 500 km/h (MV TÚDC do 160 km/h). Použitá metodika měření a integrované prostředky a nástroje pro vyhodnocení usnadňují a zrychlují proces: měření vyhodnocení analýza - protokol. CMS - nový ý prostředek tř d k diagnostiky di tik rádiového ádi éh rozhraní h í GSM-R Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 30

31 Nová technika v diagnostice CMS představuje komplexní systém diagnostiky úrovně pokrytí tratí signálem GSM-R v kompaktním provedení využívající výhod modulární koncepce umožňující snadnou přizpůsobivost potřebám uživatele a nabízející potřebnou konektivitu na systémy a vybavení měřícího vozu. Měření úrovňových parametrů zajišťují 4 nezávislé měřící přijímače, měření kvalitativních parametrů pak 8W GSM-R terminál. Kompaktnost, modularita a konektivita Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 31

32 Nová technika v diagnostice Všechna systémem pořízená měřící data jsou jednoznačně přiřazeny k danému místu na trati pomocí odometrického systému měřícího vozu a polohového systému GPS. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 32

33 Nová technika v diagnostice Prezentace výsledků v grafické, mapové i tabelární podobě Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 33

34 MĚŘÍCÍ VŮZ GSM-R A ETCS Hnací vozidlo Základem je vyřazený motorový vůz řady 851, který byl rekonstruován pro rychlost 100km/h. Na voze je nový motor, pojezd, interiér je upraven pro zřízení čtyř samostatných měřících pracovišt pro umístění měřící a výpočetní techniky. Vlastní zdroj elektrické energie pokrývá spotřebu měřící a výpočetní techniky. Měření radiových sítí Měřící pracoviště umožní měřit pokrytí tratí radiovým signálem jak analogovým, tak GSM-R i veřejných operátorů. Instalací přesného satelitního lokátoru polohy se přesně přiřadí danému místu naměřená úroveň radiového signálu. Instalací na hnací vozidlo se sníží náklady na měření (odpadá manipulace s taženým měřícím vozem), zvýší se operativnost měření (lze jednoduše měnit směr jízdy). Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 34

35 Zkoušení ETSC úroveň 2 Nová technika v diagnostice Přenos informací z balíz na hnací vozidlo jak při pohybu tak při stání vozidla. Využitím satelitního lokátoru lze přesně lokalizovat její polohu. Jednoduchou změnou směru jízdy zkušebního vozidla bude možné provést i negativní zkoušky. Vysláním správných i nesprávných odezev do radiové centrály ze zkušebních pracovišť a nasimulováním různé rychlosti vozidla lze provést komplexní vyzkoušení systému ETCS i jeho vazby na národní zabezpečovací systém. Indikátor horkoběžnosti Vsoučasné době jsou zkoušky indikátorů horkoběžnosti problematické amáločetné. Namontováním tepelných zdrojů s regulací teploty na zkušební vůz bude možné častější přezkušování indikátorů horkoběžnosti nastavením různé teplotní úrovně jejich aktivace a zvýší se i četnost a racionalizace kontrol jejich správného nastavení. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 35

36 Diagnostika v elektrotechnice a energetice Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 36

37 EMC a EMI Oddělení EMC se zaměřuje ve své činnosti na dva hlavní obory. Je to kvalita elektrické energie a elektromagnetické rušení. Pro svoji práci je průběžně vybavováno dostupnou technikou na špičkové úrovni. Kvalita elektrické energie V oblasti kvality elektrické energie provádí měření a hodnocení jednotlivých parametrůů elektrické ké energie. Současněč ě provádí hodnocení jednotlivých odběrných míst i z hlediska energetiky, tedy vyhodnocuje energetické parametry. Jako hlavní měřicí přístroje používá síťové analyzátory. Tyto síťové analyzátory umožňují měření i takzvaných přechodových jevů, jako jsou různé poruchy vsíti například zkraty. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 37

38 Síťový analyzátor ENA 500 Osazení měřicí techniky na trakční napájecí stanici Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 38

39 Příklad z energetického měření na napájecí stanici (horní graf je činný výkon na první harmonické a dolní část je jalový výkon na první harmonické). Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 39

40 Příklad zkratu na trakčním vedení, horní část udává průběh napětí při zkratu, dolní část pak průběh zkratového proudu. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 40

41 Elektromagnetické rušení (EMI) V rámci elektromagnetického rušení je hlavní oblastí měření rušení způsobované drážním elektrotechnickým zařízením podle ČSN EN Měří se rušení magnetickým a elektrickým polem v rozsahu 9 khz do 1 GHz. K tomuto měření je oddělení EMC vybaveno příslušnou technikou včetně přijímacích antén. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 41

42 Příklad z měření vysokofrekvenčního rušení Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 42

43 Oddělení EMC se účastnilo mezinárodní mezilaboratorní porovnávací zkoušky v oblasti rušivého vyzařování podle harmonizované ČSN EN na výrobku s reprodukovatelnými parametry. Jako jediná laboratoř neprováděla měření v bezodrazové hale, ale v normálním prostředí (podobně jako při všech svých měřeních). V testu oddělení EMC jako jediná neakreditovaná laboratoř mezi všemi akreditovanými laboratořemi obstála. Oddělení EMC je pod číslem 31 Oddělení EMC je pod číslem 28 Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 43

44 Diagnostika trakčního vedení Technický popis měřicí soupravy pro měření výšky trakčního vedení a interakce mezi pantografovým sběračem a trolejovým vedením Kluzné lišty měřeného sběrače jsou osazeny snímači sil a snímači zrychlení (obr. 1). Snímače sil pracují na tenzometrickém principu a byly vyrobeny na zakázku z duralové slitiny. Snímače zrychlení jsou dvouosé a používají polovodičová mikromechanická čidla. Zrychlení je měřeno v horizontálním směru podélně se směrem jízdy a ve vertikálním směru kolmo na směr jízdy. Ve spodním kloubu sběrače jeumístěn absolutní rotační snímač určený k měření výšky trolejového dá drátu. Na rámu sběrače č je připevněna ě přístrojová skříň a napájecí akumulátor. V přístrojové skříni jsou na konektorech zakončeny kabely všech snímačů. Zařízení přístrojové skříně zajišťuje napájení snímačů, napěťové zesílení, frekvenční úpravu a vzorkování dat. Tato část měřicího systému pracuje na napěťovém potenciálu sběrače. Přenos měřených dat ze sběrače na měřicí stanoviště je řešen pomocí dvou optických kabelů, čímž je zajištěno elektrické oddělení této části zařízení. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 44

45 V prohlížecí kopuli měřicího vozu je umístěna videokamera pro vizuální záznam spolupráce sběrače s trakčním vedením. Vlastní systém pro měření a záznam dat je sestaven z počítačů průmyslového provedení a jejích úkolem je sběr dat, jejich vizualizace a záznam pro další zpracování. Chování sběrače a trolejového drátu je snímáno kamerou. Napájení systému je zabezpečeno z palubní sítě 24 V a ze střídače 24 V DC / 230 V AC. Nedílnou součástí počítačů je soubor počítačových programů, které zajišťují interpretaci měřených dat, jejich j vizualizaci během měření a také možnost následného prohlížení a zpracování. Technické specifikace Rozsah měřených sil : Rozsah měřených zrychlení : Výška trolejového drátu : Vzorkovací interval : 0 až 600 N 0 až 10 g do 6,3 m 0,45 m Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 45

46 Výstupy a vyhodnocení Základními měřenými veličinami jsou síly FL1, FL2 (levá strana ližiny sběrače), FP1, FP2 (pravá strana ližiny sběrače). Z hodnot vypočíst okamžitá poloha sil se dá trolejového drátu (klikatost) podle vztahu: kde l je vzdálenost mezi snímači sil levé a pravé strany ližiny Celková síla: F = F + F + F + F L1 L2 P1 P 2 Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 46

47 Pro vyhodnocení kvality spolupráce sběrače s trakčním vedením je použito statistické zpracování naměřených dat. V každém kotevním úseku je vypočtena střední hodnota celkové síly Fm a standardní odchylka s viz příloha číslo 1, stožáry číslo a Pro účely individuálního id posouzení vlastností tí výměnného ě pole jsou statistické ti ti hodnoty navíc vypočítány i pro okolí výměnného pole, v příloze číslo 1 je to mezi stožáry číslo 67 61, a 7-1. Grafický záznam průběhu měřených hodnot je v příloze číslo 2. Je zde zobrazen průběh rychlosti, výšky, celkové přítlačné síly, průběhu zrychlení a klikatosti vypočtené z průběhu sil. Čára žluté barvy v grafu průběhu celkové síly je střední hodnota síly a čáry zelené barvy vymezují oblast pásma 3, což je hodnota Fm ± 3s. Střední hodnota síly je kontrolována dle vztahu uvedeném v TSI, tj. pro střídavý systém: Fm =0,00097*v2+70 a pro stejnosměrný systém 3 kv: Fm =0,00097*v2+110 Měřená data jsou dále zpracovávána a ukládána na pevný disk k pozdějšímu zpracování a analýze. a Měření interakce mezi pantografovým sběračem a trakčním vedením se provádí na úsecích trati s rychlostí od 120 km/hod. Pro tratě s rychlostí nižší jak 120 km/hod nemá toto měření smysl. Tato popisovaná souprava byla vyvinuta pro verifikaci trati pro jednotky řady 680. Podobné měřicí zařízení je pevně zabudované na měřicím voze pevných trakčních zařízení. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 47

48 Obr. 1 Pohled na sběrač Schunk typu WBL-85, pro 25 kv/50 Hz, vybavený měřicím zařízením TÚDC, na rámu sběrače je upevněna přístrojová skříň pro elektroniku snímačů a přenosu dat optickými kabely, skříň s akumulátorem, snímač pro měření výšky zvednutí sběrače Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 48

49 Obr. 2 Umístění snímačů síly a zrychlení na měřicím sběrači Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 49

50 Příloha číslo 1 Příklad protokolu s vypočtenými statistickými hodnotami : Kolín os. n. Pardubice, 1. kolej INTERAKCE MEZI PANTOGRAFOVÝM SBĚRAČEM A TROLEJOVÝM VEDENÍM typ sběrače: WBL 85 statický přítlak: 100 N datum měření: TP střední maximální poloha minimální poloha standardní poměr pásmo 3 průměrná od - do hodnota hodnota hodnota odchylka s/fm rychlost síly [N] síly [N] [km] síly [N] [km] síly [N] [-] [%] km/h ========================================================================================== ZaborinLabem-1k-smer-Kolinsern-RecanynLabem Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 50

51 Příloha číslo 2 Příklad grafického průběhu měřených hodnot v kotevním úseku od stožáru číslo 31 až 7, v předchozím protokolu je řádek zvýrazněn tučně Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 51

52 Termografická diagnostika v oblasti trakčního vedení a elektroenergetiky SŽDC V současnosti se v rámci SŽDC v oblasti elektroenergetiky neprovádějí pravidelná termografická měření, kontinuální termografická diagnostika trakčního vedení se neprovádí vůbec. Termografické pracoviště TÚDC vybavené přenosnou kamerou AGA 782 ukončilo svou činnost před více než 10 lety, především z důvodu zastaralosti této techniky a cenové nedostupnosti nových termografických kamer. SDC dávají mnoho podnětů ke znovuzavedení termografické diagnostiky v elektroenergetice SŽDC a to především na základě analýzy závad v napájecí soustavě a trakčním vedení. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 52

53 Termografická technika, která je v současnosti na trhu, je již schopna vreálném čase snímat a analyzovat obraz dle zadaných parametrů. ů TÚDC se proto rozhodla zavést termografickou diagnostiku trakčního vedení s využitím pravidelných jízd měřicího vozu pevných trakčních zařízení. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 53

54 Termovizní technika, myšleno termovizní kamera, objektivy a příslušenství, byla pořízena jako hlavní součást Diagnostického termografického systému napájecích vedení. Ten se skládá dále zpočítače sběru termografických dat a lokalizace dat na bázi inerciální navigace. Kamera bude při měřeních umístěna v krytu na střeše měřicího vozu za speciálním germaniovým oknem. Prvky na objektech trakčního vedení, které budou vykazovat nadměrné oteplení oproti jiným prvkům stejné funkce, bude třeba označit a navrhnout k dalšímu sledování, konzultovat se správci anebo doporučit místní prohlídku s termovizní technikou v delším časovémé úseku aseznámými průběhy proudů, při kterých toto oteplení vzniká. Také chceme obnovit termografickou diagnostiku na napájecích a spínacích stanicích SŽDC, která bude prováděna dle požadavků SDC a doplní ostatní diagnostické metody na napájecích stanicích. Úkolem systému je odhalovat specifické závady na napájecích vedeních, které nelze zjistit jinými metodami a předejít tak jejich poškození s následky na plynulosti dopravy. Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 54

55 Děkuji Vám za pozornost Přednášející: Ing. Jiří Suchánek 55