趙培連

摘 要：文章闡述了CRH3型動(dòng)車組項(xiàng)目牽引變流器冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)安全性與系統(tǒng)可靠性、可用性以及可維修性（RAMS）的要求，目的是確保冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)保證工作能夠與車輛廠保持同步開展，以保證列車的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：CRH3型動(dòng)車組；牽引變流器冷卻系統(tǒng)；RAMS；可靠性框圖（RBD）

前言

CRH3電動(dòng)車組在運(yùn)行過程中，牽引變流器會(huì)產(chǎn)生大量的熱損耗，而牽引變流器冷卻系統(tǒng)的作用就是能夠及時(shí)將這些熱量帶走，足見其地位的重要性，因此對(duì)其安全性、可靠性、可用性以及可維修性的分析驗(yàn)證，也就變得尤為關(guān)鍵。

1 系統(tǒng)概述

電網(wǎng)提供25kv單相工頻高壓電、高壓電經(jīng)網(wǎng)側(cè)高壓電氣設(shè)備傳遞給牽引變壓器，牽引變壓器將高壓電降壓后的單相工頻電流輸出給牽引變流器，牽引變流器將輸入電流進(jìn)行整流、濾波和逆變，輸出可調(diào)頻、調(diào)壓的三相交流電，驅(qū)動(dòng)三相交流異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)、列車運(yùn)行。在這個(gè)能量轉(zhuǎn)化和動(dòng)力傳遞過程中，牽引變壓器、牽引變流器和牽引電機(jī)的電氣元件在工作中會(huì)產(chǎn)生熱損耗，引起電氣元件溫度上升，如果溫度超出元件所能承受的范圍，變壓器、變流器和電機(jī)等將不能正常工作，甚至可能會(huì)使電氣元件產(chǎn)生絕緣失效、著火等危險(xiǎn)。因此，必須采用合適的冷卻系統(tǒng)將變壓器、變流器和電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，這樣才能保證牽引變壓器、牽引變流器和牽引電機(jī)正常工作，從而保證機(jī)車安全運(yùn)行。

以16節(jié)車廂的動(dòng)車組長編組為例，牽引變流器冷卻系統(tǒng)共8個(gè)，分別懸掛在動(dòng)力車廂EC01、VC03、IC06、IC08、BC09、IC11、IC14、EC16的車底。如圖1所示。

圖1 牽引變流器冷卻系統(tǒng)在列車上的分布

牽引變流器冷卻系統(tǒng)構(gòu)成及原理：CRH3高速電動(dòng)車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)為水冷卻系統(tǒng)。由以下主要部件構(gòu)成：水冷基板、冷卻裝置、膨脹水箱、水泵、過濾器、傳感器、各種控制閥門及管路等，其中冷卻裝置由空氣過濾器、散熱器、風(fēng)機(jī)組、安裝箱體等部件組成。典型牽引變流器冷卻系統(tǒng)工作原理見圖2。

圖2 動(dòng)車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)的原理示意圖

1-截止閥；2-波紋管；3-散熱器；4-風(fēng)機(jī)組；5-水泵；6-膨脹箱；

7-膨脹箱視窗；8-水冷基板；9-功率模塊

2 RAMS分析展開

2.1 適用范圍

本次RAMS分析的范疇包括變流器冷卻系統(tǒng)的主要部件，而不是所有部件，如空氣過濾器、散熱器、風(fēng)機(jī)組、安裝箱體、膨脹水箱、水泵、過濾器、傳感器、各種控制閥門及管路等。

2.2 術(shù)語和縮寫詞

FMECA：故障模式、影響及危害性分析

MTBF：平均故障間隔時(shí)間

MTTR：平均修復(fù)時(shí)間

RAMS：可靠性、可用性、可維修性與安全性

RBD：可靠性框圖

FTA：故障樹分析

λ：反應(yīng)故障發(fā)生的次數(shù)（x）與發(fā)生故障部件的數(shù)量（n）和運(yùn)行時(shí)間（t）的關(guān)系

2.3 RAMS目標(biāo)

可靠性目標(biāo)：

可用性目標(biāo)：

可維修性：

■必須保證冷卻系統(tǒng)使用正規(guī)工廠的設(shè)備和工具，特殊工具的使用盡量少；

■避免不必要的螺釘連接，使用插接式部件防止錯(cuò)插；

■清洗時(shí)，能夠在僅打開側(cè)裙板，拆開過濾網(wǎng)和過濾器的情況下進(jìn)行，并確保排水順暢；

■能夠在不使用任何特殊保護(hù)措施的情況下用自動(dòng)刷洗設(shè)備清洗車輛外部。運(yùn)行中水的飛濺不會(huì)引起故障、失靈和限制，壓力傳感器、溫度傳感器等電器件插頭防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP67；

■帶冷卻液運(yùn)行時(shí)，不得有泄漏現(xiàn)象，出現(xiàn)故障能夠單獨(dú)更換冷卻器或閥門；

■各部件不得有裂紋、斷裂、松動(dòng)現(xiàn)象，出現(xiàn)故障能單獨(dú)更換故障件。

安全性：

■不允許配件出現(xiàn)裂紋、斷裂、松動(dòng)現(xiàn)象。

2.4 RAMS建模與設(shè)計(jì)

2.4.1 假設(shè)

一般情況下，外來因素引起的事故，如外來電力中斷、水淹或員工錯(cuò)誤等，不列為故障。以下非責(zé)任故障不會(huì)影響產(chǎn)品的RAMS運(yùn)行考核結(jié)果：（1）超過壽命期的損耗件；（2）連帶故障（由前級(jí)故障導(dǎo)致的故障）；（3）修復(fù)前相同故障的重復(fù)出現(xiàn)；（4）碰撞、事故、故意破壞；（5）操作或維修人員的疏忽或不遵守操作規(guī)程；（6）不按本公司提供的操作或維護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書要求操作和維護(hù)；（6）由于預(yù)防性維護(hù)工作失誤導(dǎo)致的故障（如忘記加冷卻液等）。

2.4.2 建立RAMS可靠性框圖（RBD）

當(dāng)變流器在工作時(shí)，因熱損耗產(chǎn)生的熱量首先傳到水冷基板上，水冷基板再將熱量傳導(dǎo)到內(nèi)腔的冷卻水中，系統(tǒng)通過水泵將水冷基板內(nèi)腔中的水強(qiáng)制循環(huán)到散熱器中，高溫水在散熱器中通過外部風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)散熱，完成熱交換后的冷卻水再流回水冷基板內(nèi)腔重復(fù)上述冷卻過程。

冷卻系統(tǒng)中安裝膨脹箱，其作用是補(bǔ)償溫度變化引起的冷卻液體積的變化；調(diào)節(jié)水泵進(jìn)口的壓力，若膨脹箱內(nèi)部的空氣壓力大于某一規(guī)定值時(shí)，可以通過膨脹箱上的螺桿閥自動(dòng)排氣。膨脹箱上安裝的可視液位儀可以方便地監(jiān)視系統(tǒng)液位的變化。

由此可知，該系統(tǒng)中的任一部件的失效都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障，根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖形式，最終得出牽引變流器冷卻系統(tǒng)的串聯(lián)可靠性框圖（見圖3）.

圖3 變流器冷卻系統(tǒng)可靠性框圖

2.5 RAMS分析過程

2.5.1 RAMS性能的預(yù)計(jì)

牽引變流器冷卻單元成功借鑒CRH3動(dòng)車組前身德國ICE動(dòng)車組進(jìn)行可靠性的預(yù)計(jì)，并結(jié)合CRH3動(dòng)車組上線以來的故障記錄及實(shí)際運(yùn)營期間所得的故障數(shù)據(jù)更新了預(yù)計(jì)，以準(zhǔn)確把握RAMS性能與客戶要求的相符性。

同時(shí)通過以下幾方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化大大降低了冷卻系統(tǒng)的故障率：（1）散熱器外部涂層的優(yōu)化，提升了防腐蝕性能；（2）風(fēng)箱及底板的加強(qiáng)方案，避免了裂紋的發(fā)生；（3）浮標(biāo)開關(guān)限位更改為焊接形式，確保了其定位的準(zhǔn)確性和牢固性；（4）為適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境，提高溫度、壓力傳感器的防水等級(jí)。

2.5.2 RAMS目標(biāo)值的測(cè)試和驗(yàn)證

以冷卻能力為例，規(guī)范中要求的200Pa車輛負(fù)壓下的初始冷卻能力為67KW，而驗(yàn)證的結(jié)果為74.6KW，即使在負(fù)壓值達(dá)到700Pa時(shí)，冷卻能力雖有下降，但仍可滿足67KW的總體要求。如圖4所示。

除型式試驗(yàn)以外，牽引變流器冷卻系統(tǒng)的各類例行試驗(yàn)，如接地測(cè)試、絕緣測(cè)試、耐壓測(cè)試、以及電機(jī)的功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果正常。

同時(shí)，通過對(duì)各類故障數(shù)據(jù)積累、FTA故障樹分析、FMECA分析、維修信息的把握，最終得出結(jié)論：牽引變流器冷卻系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維修性以及安全性完全能夠滿足技術(shù)規(guī)范的要求。

3 結(jié)束語

RAMS工作是一個(gè)長期的系統(tǒng)不斷積累不斷改進(jìn)的過程，還需要專業(yè)技術(shù)人員不斷的堅(jiān)持不懈的更新和維護(hù)，以期能夠最大限度的保證產(chǎn)品的正常運(yùn)行和使用。

參考文獻(xiàn)

[1]牽引變流器冷卻系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，2009[S].

[2]CRH3項(xiàng)目FMECA分析，2010[S].

[3]鐵路應(yīng)用.可靠型，可用性，可維修性和安全性（RAMS）的演示和規(guī)范-EN50126-1：1999[S].

[4]可靠性分析技術(shù).可靠性方框圖法-IEC61078：2006[S].

[5]系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)-故障模式與效果分析程序（FMEA）IEC6081

2：1985[S].endprint

摘 要：文章闡述了CRH3型動(dòng)車組項(xiàng)目牽引變流器冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)安全性與系統(tǒng)可靠性、可用性以及可維修性（RAMS）的要求，目的是確保冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)保證工作能夠與車輛廠保持同步開展，以保證列車的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：CRH3型動(dòng)車組；牽引變流器冷卻系統(tǒng)；RAMS；可靠性框圖（RBD）

前言

CRH3電動(dòng)車組在運(yùn)行過程中，牽引變流器會(huì)產(chǎn)生大量的熱損耗，而牽引變流器冷卻系統(tǒng)的作用就是能夠及時(shí)將這些熱量帶走，足見其地位的重要性，因此對(duì)其安全性、可靠性、可用性以及可維修性的分析驗(yàn)證，也就變得尤為關(guān)鍵。

1 系統(tǒng)概述

電網(wǎng)提供25kv單相工頻高壓電、高壓電經(jīng)網(wǎng)側(cè)高壓電氣設(shè)備傳遞給牽引變壓器，牽引變壓器將高壓電降壓后的單相工頻電流輸出給牽引變流器，牽引變流器將輸入電流進(jìn)行整流、濾波和逆變，輸出可調(diào)頻、調(diào)壓的三相交流電，驅(qū)動(dòng)三相交流異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)、列車運(yùn)行。在這個(gè)能量轉(zhuǎn)化和動(dòng)力傳遞過程中，牽引變壓器、牽引變流器和牽引電機(jī)的電氣元件在工作中會(huì)產(chǎn)生熱損耗，引起電氣元件溫度上升，如果溫度超出元件所能承受的范圍，變壓器、變流器和電機(jī)等將不能正常工作，甚至可能會(huì)使電氣元件產(chǎn)生絕緣失效、著火等危險(xiǎn)。因此，必須采用合適的冷卻系統(tǒng)將變壓器、變流器和電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，這樣才能保證牽引變壓器、牽引變流器和牽引電機(jī)正常工作，從而保證機(jī)車安全運(yùn)行。

以16節(jié)車廂的動(dòng)車組長編組為例，牽引變流器冷卻系統(tǒng)共8個(gè)，分別懸掛在動(dòng)力車廂EC01、VC03、IC06、IC08、BC09、IC11、IC14、EC16的車底。如圖1所示。

圖1 牽引變流器冷卻系統(tǒng)在列車上的分布

牽引變流器冷卻系統(tǒng)構(gòu)成及原理：CRH3高速電動(dòng)車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)為水冷卻系統(tǒng)。由以下主要部件構(gòu)成：水冷基板、冷卻裝置、膨脹水箱、水泵、過濾器、傳感器、各種控制閥門及管路等，其中冷卻裝置由空氣過濾器、散熱器、風(fēng)機(jī)組、安裝箱體等部件組成。典型牽引變流器冷卻系統(tǒng)工作原理見圖2。

圖2 動(dòng)車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)的原理示意圖

1-截止閥；2-波紋管；3-散熱器；4-風(fēng)機(jī)組；5-水泵；6-膨脹箱；

7-膨脹箱視窗；8-水冷基板；9-功率模塊

2 RAMS分析展開

2.1 適用范圍

本次RAMS分析的范疇包括變流器冷卻系統(tǒng)的主要部件，而不是所有部件，如空氣過濾器、散熱器、風(fēng)機(jī)組、安裝箱體、膨脹水箱、水泵、過濾器、傳感器、各種控制閥門及管路等。

2.2 術(shù)語和縮寫詞

FMECA：故障模式、影響及危害性分析

MTBF：平均故障間隔時(shí)間

MTTR：平均修復(fù)時(shí)間

RAMS：可靠性、可用性、可維修性與安全性

RBD：可靠性框圖

FTA：故障樹分析

λ：反應(yīng)故障發(fā)生的次數(shù)（x）與發(fā)生故障部件的數(shù)量（n）和運(yùn)行時(shí)間（t）的關(guān)系

2.3 RAMS目標(biāo)

可靠性目標(biāo)：

可用性目標(biāo)：

可維修性：

■必須保證冷卻系統(tǒng)使用正規(guī)工廠的設(shè)備和工具，特殊工具的使用盡量少；

■避免不必要的螺釘連接，使用插接式部件防止錯(cuò)插；

■清洗時(shí)，能夠在僅打開側(cè)裙板，拆開過濾網(wǎng)和過濾器的情況下進(jìn)行，并確保排水順暢；

■能夠在不使用任何特殊保護(hù)措施的情況下用自動(dòng)刷洗設(shè)備清洗車輛外部。運(yùn)行中水的飛濺不會(huì)引起故障、失靈和限制，壓力傳感器、溫度傳感器等電器件插頭防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP67；

■帶冷卻液運(yùn)行時(shí)，不得有泄漏現(xiàn)象，出現(xiàn)故障能夠單獨(dú)更換冷卻器或閥門；

■各部件不得有裂紋、斷裂、松動(dòng)現(xiàn)象，出現(xiàn)故障能單獨(dú)更換故障件。

安全性：

■不允許配件出現(xiàn)裂紋、斷裂、松動(dòng)現(xiàn)象。

2.4 RAMS建模與設(shè)計(jì)

2.4.1 假設(shè)

一般情況下，外來因素引起的事故，如外來電力中斷、水淹或員工錯(cuò)誤等，不列為故障。以下非責(zé)任故障不會(huì)影響產(chǎn)品的RAMS運(yùn)行考核結(jié)果：（1）超過壽命期的損耗件；（2）連帶故障（由前級(jí)故障導(dǎo)致的故障）；（3）修復(fù)前相同故障的重復(fù)出現(xiàn)；（4）碰撞、事故、故意破壞；（5）操作或維修人員的疏忽或不遵守操作規(guī)程；（6）不按本公司提供的操作或維護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書要求操作和維護(hù)；（6）由于預(yù)防性維護(hù)工作失誤導(dǎo)致的故障（如忘記加冷卻液等）。

2.4.2 建立RAMS可靠性框圖（RBD）

當(dāng)變流器在工作時(shí)，因熱損耗產(chǎn)生的熱量首先傳到水冷基板上，水冷基板再將熱量傳導(dǎo)到內(nèi)腔的冷卻水中，系統(tǒng)通過水泵將水冷基板內(nèi)腔中的水強(qiáng)制循環(huán)到散熱器中，高溫水在散熱器中通過外部風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)散熱，完成熱交換后的冷卻水再流回水冷基板內(nèi)腔重復(fù)上述冷卻過程。

冷卻系統(tǒng)中安裝膨脹箱，其作用是補(bǔ)償溫度變化引起的冷卻液體積的變化；調(diào)節(jié)水泵進(jìn)口的壓力，若膨脹箱內(nèi)部的空氣壓力大于某一規(guī)定值時(shí)，可以通過膨脹箱上的螺桿閥自動(dòng)排氣。膨脹箱上安裝的可視液位儀可以方便地監(jiān)視系統(tǒng)液位的變化。

由此可知，該系統(tǒng)中的任一部件的失效都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障，根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖形式，最終得出牽引變流器冷卻系統(tǒng)的串聯(lián)可靠性框圖（見圖3）.

圖3 變流器冷卻系統(tǒng)可靠性框圖

2.5 RAMS分析過程

2.5.1 RAMS性能的預(yù)計(jì)

牽引變流器冷卻單元成功借鑒CRH3動(dòng)車組前身德國ICE動(dòng)車組進(jìn)行可靠性的預(yù)計(jì)，并結(jié)合CRH3動(dòng)車組上線以來的故障記錄及實(shí)際運(yùn)營期間所得的故障數(shù)據(jù)更新了預(yù)計(jì)，以準(zhǔn)確把握RAMS性能與客戶要求的相符性。

同時(shí)通過以下幾方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化大大降低了冷卻系統(tǒng)的故障率：（1）散熱器外部涂層的優(yōu)化，提升了防腐蝕性能；（2）風(fēng)箱及底板的加強(qiáng)方案，避免了裂紋的發(fā)生；（3）浮標(biāo)開關(guān)限位更改為焊接形式，確保了其定位的準(zhǔn)確性和牢固性；（4）為適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境，提高溫度、壓力傳感器的防水等級(jí)。

2.5.2 RAMS目標(biāo)值的測(cè)試和驗(yàn)證

以冷卻能力為例，規(guī)范中要求的200Pa車輛負(fù)壓下的初始冷卻能力為67KW，而驗(yàn)證的結(jié)果為74.6KW，即使在負(fù)壓值達(dá)到700Pa時(shí)，冷卻能力雖有下降，但仍可滿足67KW的總體要求。如圖4所示。

除型式試驗(yàn)以外，牽引變流器冷卻系統(tǒng)的各類例行試驗(yàn)，如接地測(cè)試、絕緣測(cè)試、耐壓測(cè)試、以及電機(jī)的功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果正常。

同時(shí)，通過對(duì)各類故障數(shù)據(jù)積累、FTA故障樹分析、FMECA分析、維修信息的把握，最終得出結(jié)論：牽引變流器冷卻系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維修性以及安全性完全能夠滿足技術(shù)規(guī)范的要求。

3 結(jié)束語

RAMS工作是一個(gè)長期的系統(tǒng)不斷積累不斷改進(jìn)的過程，還需要專業(yè)技術(shù)人員不斷的堅(jiān)持不懈的更新和維護(hù)，以期能夠最大限度的保證產(chǎn)品的正常運(yùn)行和使用。

參考文獻(xiàn)

[1]牽引變流器冷卻系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，2009[S].

[2]CRH3項(xiàng)目FMECA分析，2010[S].

[3]鐵路應(yīng)用.可靠型，可用性，可維修性和安全性（RAMS）的演示和規(guī)范-EN50126-1：1999[S].

[4]可靠性分析技術(shù).可靠性方框圖法-IEC61078：2006[S].

[5]系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)-故障模式與效果分析程序（FMEA）IEC6081

2：1985[S].endprint

摘 要：文章闡述了CRH3型動(dòng)車組項(xiàng)目牽引變流器冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)安全性與系統(tǒng)可靠性、可用性以及可維修性（RAMS）的要求，目的是確保冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)保證工作能夠與車輛廠保持同步開展，以保證列車的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：CRH3型動(dòng)車組；牽引變流器冷卻系統(tǒng)；RAMS；可靠性框圖（RBD）

前言

CRH3電動(dòng)車組在運(yùn)行過程中，牽引變流器會(huì)產(chǎn)生大量的熱損耗，而牽引變流器冷卻系統(tǒng)的作用就是能夠及時(shí)將這些熱量帶走，足見其地位的重要性，因此對(duì)其安全性、可靠性、可用性以及可維修性的分析驗(yàn)證，也就變得尤為關(guān)鍵。

1 系統(tǒng)概述

電網(wǎng)提供25kv單相工頻高壓電、高壓電經(jīng)網(wǎng)側(cè)高壓電氣設(shè)備傳遞給牽引變壓器，牽引變壓器將高壓電降壓后的單相工頻電流輸出給牽引變流器，牽引變流器將輸入電流進(jìn)行整流、濾波和逆變，輸出可調(diào)頻、調(diào)壓的三相交流電，驅(qū)動(dòng)三相交流異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)、列車運(yùn)行。在這個(gè)能量轉(zhuǎn)化和動(dòng)力傳遞過程中，牽引變壓器、牽引變流器和牽引電機(jī)的電氣元件在工作中會(huì)產(chǎn)生熱損耗，引起電氣元件溫度上升，如果溫度超出元件所能承受的范圍，變壓器、變流器和電機(jī)等將不能正常工作，甚至可能會(huì)使電氣元件產(chǎn)生絕緣失效、著火等危險(xiǎn)。因此，必須采用合適的冷卻系統(tǒng)將變壓器、變流器和電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，這樣才能保證牽引變壓器、牽引變流器和牽引電機(jī)正常工作，從而保證機(jī)車安全運(yùn)行。

以16節(jié)車廂的動(dòng)車組長編組為例，牽引變流器冷卻系統(tǒng)共8個(gè)，分別懸掛在動(dòng)力車廂EC01、VC03、IC06、IC08、BC09、IC11、IC14、EC16的車底。如圖1所示。

圖1 牽引變流器冷卻系統(tǒng)在列車上的分布

牽引變流器冷卻系統(tǒng)構(gòu)成及原理：CRH3高速電動(dòng)車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)為水冷卻系統(tǒng)。由以下主要部件構(gòu)成：水冷基板、冷卻裝置、膨脹水箱、水泵、過濾器、傳感器、各種控制閥門及管路等，其中冷卻裝置由空氣過濾器、散熱器、風(fēng)機(jī)組、安裝箱體等部件組成。典型牽引變流器冷卻系統(tǒng)工作原理見圖2。

圖2 動(dòng)車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)的原理示意圖

1-截止閥；2-波紋管；3-散熱器；4-風(fēng)機(jī)組；5-水泵；6-膨脹箱；

7-膨脹箱視窗；8-水冷基板；9-功率模塊

2 RAMS分析展開

2.1 適用范圍

本次RAMS分析的范疇包括變流器冷卻系統(tǒng)的主要部件，而不是所有部件，如空氣過濾器、散熱器、風(fēng)機(jī)組、安裝箱體、膨脹水箱、水泵、過濾器、傳感器、各種控制閥門及管路等。

2.2 術(shù)語和縮寫詞

FMECA：故障模式、影響及危害性分析

MTBF：平均故障間隔時(shí)間

MTTR：平均修復(fù)時(shí)間

RAMS：可靠性、可用性、可維修性與安全性

RBD：可靠性框圖

FTA：故障樹分析

λ：反應(yīng)故障發(fā)生的次數(shù)（x）與發(fā)生故障部件的數(shù)量（n）和運(yùn)行時(shí)間（t）的關(guān)系

2.3 RAMS目標(biāo)

可靠性目標(biāo)：

可用性目標(biāo)：

可維修性：

■必須保證冷卻系統(tǒng)使用正規(guī)工廠的設(shè)備和工具，特殊工具的使用盡量少；

■避免不必要的螺釘連接，使用插接式部件防止錯(cuò)插；

■清洗時(shí)，能夠在僅打開側(cè)裙板，拆開過濾網(wǎng)和過濾器的情況下進(jìn)行，并確保排水順暢；

■能夠在不使用任何特殊保護(hù)措施的情況下用自動(dòng)刷洗設(shè)備清洗車輛外部。運(yùn)行中水的飛濺不會(huì)引起故障、失靈和限制，壓力傳感器、溫度傳感器等電器件插頭防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP67；

■帶冷卻液運(yùn)行時(shí)，不得有泄漏現(xiàn)象，出現(xiàn)故障能夠單獨(dú)更換冷卻器或閥門；

■各部件不得有裂紋、斷裂、松動(dòng)現(xiàn)象，出現(xiàn)故障能單獨(dú)更換故障件。

安全性：

■不允許配件出現(xiàn)裂紋、斷裂、松動(dòng)現(xiàn)象。

2.4 RAMS建模與設(shè)計(jì)

2.4.1 假設(shè)

一般情況下，外來因素引起的事故，如外來電力中斷、水淹或員工錯(cuò)誤等，不列為故障。以下非責(zé)任故障不會(huì)影響產(chǎn)品的RAMS運(yùn)行考核結(jié)果：（1）超過壽命期的損耗件；（2）連帶故障（由前級(jí)故障導(dǎo)致的故障）；（3）修復(fù)前相同故障的重復(fù)出現(xiàn)；（4）碰撞、事故、故意破壞；（5）操作或維修人員的疏忽或不遵守操作規(guī)程；（6）不按本公司提供的操作或維護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書要求操作和維護(hù)；（6）由于預(yù)防性維護(hù)工作失誤導(dǎo)致的故障（如忘記加冷卻液等）。

2.4.2 建立RAMS可靠性框圖（RBD）

當(dāng)變流器在工作時(shí)，因熱損耗產(chǎn)生的熱量首先傳到水冷基板上，水冷基板再將熱量傳導(dǎo)到內(nèi)腔的冷卻水中，系統(tǒng)通過水泵將水冷基板內(nèi)腔中的水強(qiáng)制循環(huán)到散熱器中，高溫水在散熱器中通過外部風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)散熱，完成熱交換后的冷卻水再流回水冷基板內(nèi)腔重復(fù)上述冷卻過程。

冷卻系統(tǒng)中安裝膨脹箱，其作用是補(bǔ)償溫度變化引起的冷卻液體積的變化；調(diào)節(jié)水泵進(jìn)口的壓力，若膨脹箱內(nèi)部的空氣壓力大于某一規(guī)定值時(shí)，可以通過膨脹箱上的螺桿閥自動(dòng)排氣。膨脹箱上安裝的可視液位儀可以方便地監(jiān)視系統(tǒng)液位的變化。

由此可知，該系統(tǒng)中的任一部件的失效都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障，根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖形式，最終得出牽引變流器冷卻系統(tǒng)的串聯(lián)可靠性框圖（見圖3）.

圖3 變流器冷卻系統(tǒng)可靠性框圖

2.5 RAMS分析過程

2.5.1 RAMS性能的預(yù)計(jì)

牽引變流器冷卻單元成功借鑒CRH3動(dòng)車組前身德國ICE動(dòng)車組進(jìn)行可靠性的預(yù)計(jì)，并結(jié)合CRH3動(dòng)車組上線以來的故障記錄及實(shí)際運(yùn)營期間所得的故障數(shù)據(jù)更新了預(yù)計(jì)，以準(zhǔn)確把握RAMS性能與客戶要求的相符性。

同時(shí)通過以下幾方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化大大降低了冷卻系統(tǒng)的故障率：（1）散熱器外部涂層的優(yōu)化，提升了防腐蝕性能；（2）風(fēng)箱及底板的加強(qiáng)方案，避免了裂紋的發(fā)生；（3）浮標(biāo)開關(guān)限位更改為焊接形式，確保了其定位的準(zhǔn)確性和牢固性；（4）為適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境，提高溫度、壓力傳感器的防水等級(jí)。

2.5.2 RAMS目標(biāo)值的測(cè)試和驗(yàn)證

以冷卻能力為例，規(guī)范中要求的200Pa車輛負(fù)壓下的初始冷卻能力為67KW，而驗(yàn)證的結(jié)果為74.6KW，即使在負(fù)壓值達(dá)到700Pa時(shí)，冷卻能力雖有下降，但仍可滿足67KW的總體要求。如圖4所示。

除型式試驗(yàn)以外，牽引變流器冷卻系統(tǒng)的各類例行試驗(yàn)，如接地測(cè)試、絕緣測(cè)試、耐壓測(cè)試、以及電機(jī)的功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果正常。

同時(shí)，通過對(duì)各類故障數(shù)據(jù)積累、FTA故障樹分析、FMECA分析、維修信息的把握，最終得出結(jié)論：牽引變流器冷卻系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維修性以及安全性完全能夠滿足技術(shù)規(guī)范的要求。

3 結(jié)束語

RAMS工作是一個(gè)長期的系統(tǒng)不斷積累不斷改進(jìn)的過程，還需要專業(yè)技術(shù)人員不斷的堅(jiān)持不懈的更新和維護(hù)，以期能夠最大限度的保證產(chǎn)品的正常運(yùn)行和使用。

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