動車組牽引變壓器空氣濾網(wǎng)預測性維修

高亮

摘要：隨著我國高速鐵路的迅速發(fā)展，高速動車組的運用為高鐵建設奠定了良好的基礎。然而動車組在為人們出行提供方便的同時，也給車輛運用檢修部門提出了新的要求。傳統(tǒng)的計劃修，尤其是根據(jù)一級修、二級修規(guī)程進行定期維護的修程，可能存在過度維修問題。而預測性維修是以狀態(tài)為依據(jù)的維修，可以降低維修成本，減少維修時間，提升列車運營的效率，同時，避免重大惡性事故發(fā)生，是對現(xiàn)行維修服務體系的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：動車組；牽引變壓器；空氣濾網(wǎng)；預測性維修

目前借助于先進的傳感器技術(shù)，使得列車運行數(shù)據(jù)信息能夠被采集起來，而如何使用這些數(shù)據(jù)用于指導設備的維修和制定先進維修策略是當前維修工作的重要研究內(nèi)容。隨著具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、達到世界先進水平的復興號動車組列車的上線運營，相比其他型列車增加許多傳感器，使得地面PHM收到新更多動車組運行狀態(tài)參數(shù)信息?；谝陨锨闆r，有必要結(jié)合標準動車組的運用修修程，通過數(shù)據(jù)分析和挖掘建立維修預測模型，實現(xiàn)部分易損易耗件的維修預測，助力動車組運維模式從故障維修、計劃維修向基于狀態(tài)的預測性維修轉(zhuǎn)變，提升列車安全運營保障能力，在保證設備安全、穩(wěn)定運營情況下，減少維護成本，縮短檢修時間，為用戶提供更高品質(zhì)的服務。

1預測性維修分析與研究

1.1業(yè)務分析

標準動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)主要部件有過濾器、油冷卻器、電動油泵、電動送風機、油流繼電器、出風道、濾網(wǎng)等。故障原理：變壓器運行時，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，將導致濾網(wǎng)換熱器換熱效率衰減，導致冷卻系統(tǒng)失效。

1.2數(shù)據(jù)準備與探索

（1）原始數(shù)據(jù)分析：標準動車組車載數(shù)據(jù)中涉及列車多個系統(tǒng)多個部件的字段，根據(jù)相關(guān)業(yè)務知識，篩選關(guān)于列車牽引傳動系統(tǒng)中牽引變壓器數(shù)值型相關(guān)字段。（2）數(shù)據(jù)預處理分析：①刪除重復項；以時間、車廂為字段，刪除重復項；②刪除極端值；如新風溫度為-50℃、-100℃，油溫為-100℃、205℃等。（3）數(shù)據(jù)探索分析：對反應變壓器濾網(wǎng)堵塞相關(guān)量進行處理，分析其均值、最值隨時間變化規(guī)律，發(fā)下如下規(guī)律：①單列車日均溫升長期在特定水平上波動，隨季節(jié)微弱波動，受濾網(wǎng)堵塞影響顯著。②不同列的溫升均值較穩(wěn)定，但溫升最值波動較大，與列車運行環(huán)境、變壓器廠商等有關(guān)。

1.3濾網(wǎng)堵塞預測

（1）特征構(gòu)造：相對溫升及其相關(guān)指標與換熱器效率密切相關(guān)，可用來構(gòu)建反應濾網(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)建了一個綜合指標，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，各個指標權(quán)重系數(shù)是根據(jù)業(yè)務經(jīng)驗給出。（2）閾值選擇：本模型構(gòu)建一個油溫、溫升、溫差加權(quán)組合得出的綜合指標來反應濾網(wǎng)堵塞程度，規(guī)則模型需要給出綜合指標體現(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)綜合指標的邊界來表示標動車牽引變壓器濾網(wǎng)堵塞的邊界。取綜合指標的邊界為較大10%均值和較小10%的指標取值作為堵塞與清理狀態(tài)對應的指標值。綜合指標閾值范圍。（3）規(guī)則模型及預測結(jié)果：牽引變壓器濾網(wǎng)堵塞規(guī)則模型為綜合指標>20。綜合指標大于20為濾網(wǎng)堵塞。

2變壓器真空氣相干燥法的應用

2.1準備階段

將變壓器利用抽真空機進行抽真空，使內(nèi)部的壓力下降到700Pa以下。同時對真空罐罐體進行加熱并保溫，煤油蒸發(fā)器對煤油進行預熱處理，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)擴散。

2.2加熱階段

這個時候變壓器只需要1臺真空維持泵保持工作，煤油蒸汽通過高壓注入到變壓器內(nèi)進行熱交換，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，通過變壓器內(nèi)的高溫效應使殘留在絕緣紙板上的煤油再次蒸發(fā)，最后進行冷凝回收。針對變壓器的容量與電壓等級的差異，有的處理過程中采取降壓階段和加熱階段交替進行，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到工藝規(guī)定的值，且內(nèi)部絕緣材料每小時每噸的出水率降至10g/t.h以下時，干燥處理過程才能結(jié)束。

3變壓器真空氣相干燥設備的優(yōu)點

3.1干燥器身溫度均勻

由于利用煤油蒸氣冷凝時放出的熱量進行加熱，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程中，器身一直處于真空狀態(tài)下，絕緣材料老化過程十分緩慢。與熱風循環(huán)真空干燥相比，加熱溫度可提高30℃左右，達到130℃左右。

3.3干燥速度快

器身一直處于真空狀態(tài)下，由此出水過程貫穿整個干燥周期。例如：原來利用熱風循環(huán)真空干燥方法干燥，一臺SFP9-15萬kVA/220kV變壓器需要95小時，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，時間縮短了1.21倍，可見利用煤油氣相干燥方法較大的縮短了生產(chǎn)周期，其經(jīng)濟性和效率都體現(xiàn)了出來。

3.4對器身具有清洗作用

煤油蒸氣冷凝成液體后，對器身內(nèi)外具有清洗作用，這一點在處理返修變壓器時具有獨特的優(yōu)越性，器身處理后表面清潔，無油垢、污漬。

4應用探析

通常而言，對于大型變壓器、電抗器的檢修而言，所用的時間都會大于一天，因此在次日若需要繼續(xù)進行內(nèi)部檢修，便可以采用無油充氣過夜的方式，以此保證次日的檢修工作順利進行。但是，傳統(tǒng)的無油充氣過夜存在一些缺陷，比如成本過高、效果不佳等，若采用干燥空氣進行無油過夜，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)溫度變化過大，充入本體中的空氣也不會出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。一般而言，在具體的操作過程中，我們充入變壓器內(nèi)的干燥空氣應為+0.0lMPa～0.02MPa（受到了具體的季節(jié)與天氣環(huán)境的影響），同時還要對本體內(nèi)的壓力進行必要的連續(xù)監(jiān)測，判斷本體內(nèi)是否密封嚴實，若出現(xiàn)了漏洞應該及時采取措施補救。若不及時補救，則會出現(xiàn)一些難以彌補的錯誤，因為有漏氣點出現(xiàn)，壓力就會快速下降，這樣就會打亂原本的內(nèi)外部平衡，從而使得干燥空氣的作用得不到保障?？偟膩碚f，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)避因密封不嚴等問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，闡述了動車組當前針對牽引變壓器空氣濾網(wǎng)清理規(guī)則及其存在的弊端。并通過對列車牽引變壓器油溫試驗，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)堵塞程度預測模。隨著動車組的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)會逐漸變得豐富，對動車組的維修狀態(tài)也會越來越重視，希望此文能為預測性維修提供一定的參考。

參考文獻

[1]元孝武.變壓器內(nèi)部溫升計算與運行方式優(yōu)化[D].山東：山東大學，2017.

[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，2017.

（作者單位：北京鐵路集團天津動車客車段天津動車所）