Россия: Локомотивы 2ТЭ25А, выпускавшиеся на Брянском машиностроительном заводе (БМЗ) в 2006-2016 годах и ставшие первыми магистральными тепловозами с асинхронным приводом в России, сегодня достигают срока прохождения среднего ремонта. В 2024 году ремонты в таком объеме освоил сам БМЗ.
В свою очередь проект по первой в России постановке в капремонт тяговых преобразователей на IGBT-транзисторах, применяемых в данных тепловозах, реализовал институт РЖД — ВНИКТИ. В сборнике по итогам конференции ПГУПС «Локомотивы. Электрический транспорт — XXI век», проходившей в мае 2024 года, вышел материал его сотрудников о проведенной работе. Редакция ROLLINGSTOCK приводит его в полном объеме.
В настоящее время основным тепловозом, обеспечивающим магистральную работу на участках Тында – Таксимо, Тында – Нерюнгри и Тына – Сковородино, является 2ТЭ25А.
Локомотивы серии 2ТЭ25А начали эксплуатироваться в депо Тында с 2011 года и на текущий момент их количество насчитывает 55 единиц. Данный тепловоз является первым отечественным серийным тепловозом, на котором используются асинхронные тяговые двигатели. 2ТЭ25А полностью создан на отечественной технологической базе [1].
Тяговый электропривод разработки ВНИКТИ построен с использованием преобразователей напряжения на IGBT-транзисторах (ТП). Применение ТП позволяет обеспечить плавное регулирование скорости и момента асинхронного тягового двигателя (АТД), бесконтактный реверс направления движения тепловоза, электрическое реостатное торможение, защиту от боксования и юза колесных пар и защиту от недопустимых режимов работы. Инновационным решением стало внедрение в ТП системы самодиагностики технического состояния основных элементов тяговой электропередачи с передачей информации на управляющую ЭВМ верхнего уровня, обеспечивающей непрерывное сохранение данных на встроенной карте памяти типа SDHC объемом до 16 Gb [2].
В 2022 году локомотив серии 2ТЭ25А № 005 по пробегу достиг проведения среднего ремонта и был направлен на БМЗ. При этом тяговые преобразователи, в соответствии с техническими условиями ТУ32-ВНИКТИ-46-2008, нуждались в проведении капитального ремонта и были переданы для проведения работ во ВНИКТИ.
Предварительно перед началом выполнения ремонта было разработано и согласовано со всеми причастными подразделениями РЖД и утверждено руководство по капитальному ремонту 27.Т.176.01.00.000.2 РК. Его разработка велась с учетом более чем десятилетнего опыта ВНИКТИ по изготовлению, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту преобразовательной техники. При определении объемов предстоящего ремонта были проанализированы данные по работе ТП за весь период, все выполненные мероприятия по повышению надежности, а также проводимая работа по импортозамещению. Таким образом, в ходе капитального ремонта не просто восстанавливается работоспособное состояние ТП, а выполняется его модернизация для обеспечения устойчивой эксплуатации еще минимум на 10 лет вперед.
Основные технологические операции по ремонту выполняются во ВНИКТИ, кроме ремонта и покраски обшивки. Эти работы передаются на договорной основе соисполнителям на специализированные производственные площадки, обладающие покрасочным производством, участком механической обработки, гравировки, лакировки.
Основные этапы проведения капитального ремонта:
-
- приемка изделия, в ходе которой оценивается его общее техническое состояние и комплектность. Каждый преобразователь фотографируется, составляется акт приемки в ремонт;
- разборка преобразователя. Снимаются все комплектующие для дальнейшей очистки от загрязнений. Корпус с радиаторами для выполнения очистки, ремонта и покраски отправляются подрядчику;
- дефектация демонтированного оборудования, в том числе: IGBT-модули и диоды, драйвера управления, силовые конденсаторы, датчики тока и напряжения, мотор-вентиляторы охлаждения инверторов напряжения, система автоматического управления, силовая коммутационная аппаратура.
Дефектация является одним из ключевых этапов ремонта, от которого зависит последующая надежность преобразователя. Для этих целей в ВНИКТИ были разработаны методики дефектации и изготовлены специализированные стенды, а именно:
-
- стенд балансировочный мотор-вентиляторов тягового преобразователя на 2ТЭ25А 27.С.731.00.00.000;
- комплекс проверочной аппаратуры для диагностики системы управления тягового преобразователя (КПА САУ ТП) тепловоза 2ТЭ25А(АМ) 27.С.732.00.00.000;
- стенд для проверки IGBT-транзисторов и их управляющих драйверов 27.С.735.00.00.000;
- стенд для проверки датчиков «LEM» LTC600, LTC1000, «LEM» CV3-2000 и «MORSMITT» MSV-200 тепловоза 2ТЭ25А 27.С.738.00.00.000.
Разработанное стендовое оборудование успешно зарекомендовало себя в ходе выполнения ремонтов в сервисном локомотивном депо «Тында – Северная». Все стенды выполняют проверки в автоматизированном режиме. Инженеру достаточно только установить испытуемое оборудование и запустить процесс тестирования.
Необходимо отметить, что при разработке методик дефектации специалисты ВНИКТИ столкнулись с отсутствием информации и публикаций на тему диагностики состояния IGBT-транзисторов. Требовалось разработать простую и эффективную методику, которая бы без использования дорогостоящих технологий (например, рентгеноскопия) смогла оценить состояние транзистора и определить его пригодность для дальнейшей работы.
Такая задача была решена специалистами института. Комплексная методика позволяет всесторонне оценить IGBT-транзистор с помощью универсального и специализированного оборудования. Так, например, на стенде по проверке IGBT-транзисторов выполняется комплексная проверка модулей и управляющих драйверов на предмет прохождения команд на открытие/закрытие, имитация аварийных ситуаций с формированием соответствующих сигналов.
Стенд для проверки IGBT-транзисторов и их управляющих драйверов. Источник: Сборник материалов «Локомотивы. Электрический транспорт — XXI век», 2024 год
Дополнительно к стендовой проверке IGBT-транзисторы проверяют под максимальным напряжением с помощью пробойной установки постоянного тока. Контроль тока утечки в закрытом состоянии позволят оценить общее состояние транзистора и его стойкость к аварийным ситуациям, когда ток короткого замыкания сопровождается выбросом напряжения, что может привести к пробою полупроводника. Транзисторы с током утечки выше паспортного значения бракуются.
После выполнения отмывки, ремонта или замены, комплектующие и корпус поступают на участок сборки. При сборке используется специализированный слесарный инструмент, динамометрические ключи, специальный инструмент для работы с разъемами и трафареты для нанесения термопасты. Причем трафарет в данном случае – не данность, а необходимость, так как важной задачей является обеспечение максимальной эффективности охлаждения модулей [3]. Согласно техническому описанию Infineon [4], оптимальный слой термопасты должен составлять 50-100 мкм.
Реализовать данное требованием можно с помощью трафарета или нанеся определенный объем термопасты, и равномерно распределив его шпателем. Несомненно, вариант с трафаретом выглядит предпочтительнее, так как конечный результат не зависит от квалификации исполнителя. ВНИКТИ располагает трафаретами на все IGBT-модули, которые используются в продукции института.
Трафарет для нанесения термопасты. Источник: Сборник материалов «Локомотивы. Электрический транспорт — XXI век», 2024 год
Следующий этап – испытание и контроль качества. После сборки преобразователь поступает на участок контроля, где службой контроля качества выполняются:
-
- проверка внешнего вида и качества сборки;
- проверка сопротивления электрической изоляции;
- испытание прочности электрической изоляции;
- проверка функционирования и приемо-сдаточные испытания.
Испытания проходят на аттестованном стенде переменного тока СТ-121, оснащенным тяговым двигателем типа АД917 с полной имитацией режимов работы локомотива 2ТЭ25А (тяга, реверс, электродинамический тормоз, нагружение на реостат).
Тяговый преобразователь после ремонта на участке приемо-сдаточных испытаний. Источник: Сборник материалов «Локомотивы. Электрический транспорт — XXI век», 2024 год
В 2023 году были отремонтированы 4 опытных преобразователя, которые подверглись предварительным испытаниям на территории ВНИКТИ, а также приемочным испытания в составе тепловоза 2ТЭ25А №005 на территории БМЗ с положительным результатом.
Приемочной комиссией, сформированной из представителей департаментов РЖД, «Трансмашхолдинг» и ВНИКТИ результаты опытного ремонта признаны успешными, а ремонтной документации ВНИКТИ присвоена литера «РО1» с возможностью выполнения ремонта установочной серии преобразователей.
Подготовлено на основе статьи «Постановка на ремонтное производство тяговых преобразователей на IGBT-транзисторах М-Т3ТП-Т2-У2 тепловозов 2ТЭ25А», сборник материалов IX международной научно-технической конференции ПГУПСА «Локомотивы. Электрический транспорт — XXI век», 2024 год
Авторы:
Кирилл Карасев, Николай Грачев, Никита Бенькович, Вячеслав Евсеев, Евгения Хлюстова, Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ВНИКТИ)
Список литературы
1. Бенькович, Н.И. Тепловозы 2ТЭ25А на БАМе / Н. И. Бенькович, Ю. В. Бабков, Г. Ф. Кашников Г.Ф. [и др.]. // Локомотив. – 2018. – № 10 (742). – с. 29–31;
2. Бенькович, Н. И. Система автоматической регистрации параметров тягового электропривода тепловозов 2ТЭ25А / Н. И. Бенькович, К. С. Перфильев, А. А. Плешаков. // Вестник ВЭлНИИ. – 2012. – №2 (64). – с. 133–138.
3. Колпаков, А. Применение термопасты в силовой электронике: практические аспекты / А. Колпаков. // Силовая электроника. – 2018. – № 6. – С. 50–60.
4. EconoDUAL™3 Mounting instructions : Application note // AN 2006-05 Edition 2013-02-01. Infineon Technologies AG : Warstein, Germany. – 2013. – 18 p.
Следите оперативно за новостями рынков подвижного состава в Telegram-канале ROLLINGSTOCK
