高亮

摘要：隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展，高速動(dòng)車組的運(yùn)用為高鐵建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。然而動(dòng)車組在為人們出行提供方便的同時(shí)，也給車輛運(yùn)用檢修部門提出了新的要求。傳統(tǒng)的計(jì)劃修，尤其是根據(jù)一級(jí)修、二級(jí)修規(guī)程進(jìn)行定期維護(hù)的修程，可能存在過(guò)度維修問(wèn)題。而預(yù)測(cè)性維修是以狀態(tài)為依據(jù)的維修，可以降低維修成本，減少維修時(shí)間，提升列車運(yùn)營(yíng)的效率，同時(shí)，避免重大惡性事故發(fā)生，是對(duì)現(xiàn)行維修服務(wù)體系的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；牽引變壓器；空氣濾網(wǎng)；預(yù)測(cè)性維修

目前借助于先進(jìn)的傳感器技術(shù)，使得列車運(yùn)行數(shù)據(jù)信息能夠被采集起來(lái)，而如何使用這些數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)設(shè)備的維修和制定先進(jìn)維修策略是當(dāng)前維修工作的重要研究?jī)?nèi)容。隨著具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、達(dá)到世界先進(jìn)水平的復(fù)興號(hào)動(dòng)車組列車的上線運(yùn)營(yíng)，相比其他型列車增加許多傳感器，使得地面PHM收到新更多動(dòng)車組運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信息?；谝陨锨闆r，有必要結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的運(yùn)用修修程，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和挖掘建立維修預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)部分易損易耗件的維修預(yù)測(cè)，助力動(dòng)車組運(yùn)維模式從故障維修、計(jì)劃維修向基于狀態(tài)的預(yù)測(cè)性維修轉(zhuǎn)變，提升列車安全運(yùn)營(yíng)保障能力，在保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)情況下，減少維護(hù)成本，縮短檢修時(shí)間，為用戶提供更高品質(zhì)的服務(wù)。

1預(yù)測(cè)性維修分析與研究

1.1業(yè)務(wù)分析

標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組列車牽引變壓器組成主要由變壓器本體和冷卻系統(tǒng)組成，變壓器本身包括鐵芯、繞組，冷卻系統(tǒng)主要部件有過(guò)濾器、油冷卻器、電動(dòng)油泵、電動(dòng)送風(fēng)機(jī)、油流繼電器、出風(fēng)道、濾網(wǎng)等。故障原理：變壓器運(yùn)行時(shí)，由于電阻和磁阻的存在，鐵芯、線圈和其他鐵構(gòu)件均要產(chǎn)生損耗，包括鐵心的磁滯損耗、渦流損耗，銅線中的電阻損耗、雜散損耗。板翅式換熱器空氣濾網(wǎng)臟堵，將導(dǎo)致濾網(wǎng)換熱器換熱效率衰減，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)失效。

1.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與探索

（1）原始數(shù)據(jù)分析：標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組車載數(shù)據(jù)中涉及列車多個(gè)系統(tǒng)多個(gè)部件的字段，根據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)知識(shí)，篩選關(guān)于列車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中牽引變壓器數(shù)值型相關(guān)字段。（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理分析：①刪除重復(fù)項(xiàng)；以時(shí)間、車廂為字段，刪除重復(fù)項(xiàng)；②刪除極端值；如新風(fēng)溫度為-50℃、-100℃，油溫為-100℃、205℃等。（3）數(shù)據(jù)探索分析：對(duì)反應(yīng)變壓器濾網(wǎng)堵塞相關(guān)量進(jìn)行處理，分析其均值、最值隨時(shí)間變化規(guī)律，發(fā)下如下規(guī)律：①單列車日均溫升長(zhǎng)期在特定水平上波動(dòng)，隨季節(jié)微弱波動(dòng)，受濾網(wǎng)堵塞影響顯著。②不同列的溫升均值較穩(wěn)定，但溫升最值波動(dòng)較大，與列車運(yùn)行環(huán)境、變壓器廠商等有關(guān)。

1.3濾網(wǎng)堵塞預(yù)測(cè)

（1）特征構(gòu)造：相對(duì)溫升及其相關(guān)指標(biāo)與換熱器效率密切相關(guān)，可用來(lái)構(gòu)建反應(yīng)濾網(wǎng)堵塞的特征量。為了體現(xiàn)變壓器濾網(wǎng)堵塞程度變化，構(gòu)建了一個(gè)綜合指標(biāo)，它是由油溫、油溫升幅、不通車油溫偏差等相關(guān)量組合加權(quán)得到的結(jié)果，各個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)是根據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)給出。（2）閾值選擇：本模型構(gòu)建一個(gè)油溫、溫升、溫差加權(quán)組合得出的綜合指標(biāo)來(lái)反應(yīng)濾網(wǎng)堵塞程度，規(guī)則模型需要給出綜合指標(biāo)體現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞與否的閾值。牽引變壓器在2017-09～2018-10內(nèi)無(wú)濾網(wǎng)堵塞故障，因此可分析牽引變壓器在全年范圍內(nèi)綜合指標(biāo)的邊界來(lái)表示標(biāo)動(dòng)車牽引變壓器濾網(wǎng)堵塞的邊界。取綜合指標(biāo)的邊界為較大10%均值和較小10%的指標(biāo)取值作為堵塞與清理狀態(tài)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值。綜合指標(biāo)閾值范圍。（3）規(guī)則模型及預(yù)測(cè)結(jié)果：牽引變壓器濾網(wǎng)堵塞規(guī)則模型為綜合指標(biāo)>20。綜合指標(biāo)大于20為濾網(wǎng)堵塞。

2變壓器真空氣相干燥法的應(yīng)用

2.1準(zhǔn)備階段

將變壓器利用抽真空機(jī)進(jìn)行抽真空，使內(nèi)部的壓力下降到700Pa以下。同時(shí)對(duì)真空罐罐體進(jìn)行加熱并保溫，煤油蒸發(fā)器對(duì)煤油進(jìn)行預(yù)熱處理，使煤油蒸汽出口的溫度由98℃升高到130℃，干燥用的煤油由液體狀態(tài)變?yōu)檎羝麪顟B(tài)，在真空金屬罐內(nèi)擴(kuò)散。

2.2加熱階段

這個(gè)時(shí)候變壓器只需要1臺(tái)真空維持泵保持工作，煤油蒸汽通過(guò)高壓注入到變壓器內(nèi)進(jìn)行熱交換，在遇到絕緣材料或器壁發(fā)生冷凝再流到煤油采集罐，然后返回到蒸發(fā)器，構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。

2.3降壓階段（又叫低真空處理階段）

停止向蒸發(fā)器內(nèi)注入煤油，并持續(xù)的把真空罐內(nèi)的氣體抽出，通過(guò)變壓器內(nèi)的高溫效應(yīng)使殘留在絕緣紙板上的煤油再次蒸發(fā)，最后進(jìn)行冷凝回收。針對(duì)變壓器的容量與電壓等級(jí)的差異，有的處理過(guò)程中采取降壓階段和加熱階段交替進(jìn)行，以便內(nèi)部干燥處理效果符合要求。

2.4高真空階段

啟用主真空系統(tǒng)將真空罐繼續(xù)抽真空。使得真空罐內(nèi)的最終壓力降到10Pa以下。變壓器器身的溫度達(dá)到工藝規(guī)定的值，且內(nèi)部絕緣材料每小時(shí)每噸的出水率降至10g/t.h以下時(shí)，干燥處理過(guò)程才能結(jié)束。

3變壓器真空氣相干燥設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

3.1干燥器身溫度均勻

由于利用煤油蒸氣冷凝時(shí)放出的熱量進(jìn)行加熱，溫度越低的地方冷凝越劇烈，即放熱量越大，因此器身溫度均勻。

3.2加熱溫度高

煤油氣相干燥工藝過(guò)程中，器身一直處于真空狀態(tài)下，絕緣材料老化過(guò)程十分緩慢。與熱風(fēng)循環(huán)真空干燥相比，加熱溫度可提高30℃左右，達(dá)到130℃左右。

3.3干燥速度快

器身一直處于真空狀態(tài)下，由此出水過(guò)程貫穿整個(gè)干燥周期。例如：原來(lái)利用熱風(fēng)循環(huán)真空干燥方法干燥，一臺(tái)SFP9-15萬(wàn)kVA/220kV變壓器需要95小時(shí)，現(xiàn)在用真空變壓法干燥方法干燥相同容量的變壓器只要43小時(shí)，時(shí)間縮短了1.21倍，可見(jiàn)利用煤油氣相干燥方法較大的縮短了生產(chǎn)周期，其經(jīng)濟(jì)性和效率都體現(xiàn)了出來(lái)。

3.4對(duì)器身具有清洗作用

煤油蒸氣冷凝成液體后，對(duì)器身內(nèi)外具有清洗作用，這一點(diǎn)在處理返修變壓器時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，器身處理后表面清潔，無(wú)油垢、污漬。

4應(yīng)用探析

通常而言，對(duì)于大型變壓器、電抗器的檢修而言，所用的時(shí)間都會(huì)大于一天，因此在次日若需要繼續(xù)進(jìn)行內(nèi)部檢修，便可以采用無(wú)油充氣過(guò)夜的方式，以此保證次日的檢修工作順利進(jìn)行。但是，傳統(tǒng)的無(wú)油充氣過(guò)夜存在一些缺陷，比如成本過(guò)高、效果不佳等，若采用干燥空氣進(jìn)行無(wú)油過(guò)夜，便能解決傳統(tǒng)方式下的缺陷。具體而言，在本體中充入了干燥空氣之后，可以讓絕緣材料外圍形成小環(huán)境，此環(huán)境濕度低且壓力大，加之干燥空氣干燥性很高，因此其中所含水分少之又少，即使出現(xiàn)溫度變化過(guò)大，充入本體中的空氣也不會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。一般而言，在具體的操作過(guò)程中，我們充入變壓器內(nèi)的干燥空氣應(yīng)為+0.0lMPa～0.02MPa（受到了具體的季節(jié)與天氣環(huán)境的影響），同時(shí)還要對(duì)本體內(nèi)的壓力進(jìn)行必要的連續(xù)監(jiān)測(cè)，判斷本體內(nèi)是否密封嚴(yán)實(shí)，若出現(xiàn)了漏洞應(yīng)該及時(shí)采取措施補(bǔ)救。若不及時(shí)補(bǔ)救，則會(huì)出現(xiàn)一些難以彌補(bǔ)的錯(cuò)誤，因?yàn)橛新恻c(diǎn)出現(xiàn)，壓力就會(huì)快速下降，這樣就會(huì)打亂原本的內(nèi)外部平衡，從而使得干燥空氣的作用得不到保障。總的來(lái)說(shuō)，只要變壓器內(nèi)部的壓力一直保持為正，那么便能很好的規(guī)避因密封不嚴(yán)等問(wèn)題造成的絕緣材料受潮。

結(jié)論

論述了牽引變壓器的冷卻系統(tǒng)工作原理，闡述了動(dòng)車組當(dāng)前針對(duì)牽引變壓器空氣濾網(wǎng)清理規(guī)則及其存在的弊端。并通過(guò)對(duì)列車牽引變壓器油溫試驗(yàn)，基于油溫溫升、濾網(wǎng)堵塞面積百分比數(shù)據(jù)以及油溫-外溫差與濾網(wǎng)堵塞面積百分比數(shù)據(jù)，形成濾網(wǎng)堵塞程度預(yù)測(cè)模。隨著動(dòng)車組的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)會(huì)逐漸變得豐富，對(duì)動(dòng)車組的維修狀態(tài)也會(huì)越來(lái)越重視，希望此文能為預(yù)測(cè)性維修提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]余丹萍.電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的仿真及影響研究[D].浙江：浙江大學(xué)，2017.

（作者單位：北京鐵路集團(tuán)天津動(dòng)車客車段天津動(dòng)車所）