动车组主变流器故障诊断技术研究

李岚

摘要：动车组的机车主变流器检测参数多、结构复杂、参数之间关系复杂；故障现象多、同一故障现象的产生原因可能又不同；工作电压、电流很大，直接人工诊断对人的生命安全构成严重危险。该文利用现代故障诊断技术，对动车组的机车主变流器故障进行非人工的智能诊断，可有效地对机车主变流器的故障进行准确诊断；提高主变流器的诊断效率，同时，对铁路现场的故障诊断技术、设备故障诊断学科的发展，都具有积极的促进作用。

关键词：动车组；机车主变流器；参数检测；故障诊断。

中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）33-0144-02

Research of EMU Main Converter Fault Diagnosis Technology

LI Lan

（Hunan Railway Professional Technology College， Zhuzhou 412001， China）

Abstract： EMU locomotive converter complex structure， test parameters and more complex relationship between the parameters； fault phenomenon more， causes the same fault phenomenon may yet different； working voltage， current large， direct labor diagnosis of human life and safety pose a serious danger. In this paper， fault diagnosis using modern technology， the EMU locomotive converter non-artificial intelligent fault diagnosis， can effectively locomotive converter for accurate fault diagnosis； improve primary converter diagnostic efficiency while， the development of railway site fault diagnosis， fault diagnosis disciplines， have a positive role in promoting.

Key words： EMU； locomotive converter； parameter detection； fault diagnosis.

动车组的机车主变流器检测参数多、结构复杂、参数之间关系复杂；故障现象多、同一故障现象的产生原因可能又不同；工作电压、电流很大，直接人工诊断对人的生命安全构成严重危险。

本文利用现代故障诊断技术，对动车组的机车主变流器故障进行非人工的智能诊断，可有效地对机车主变流器的故障进行准确诊断；提高主变流器的诊断效率，有望节省大量劳动力。同时，对铁路现场的故障诊断技术、设备故障诊断学科的发展，都具有积极的促进作用。

1 测试系统中高精度恒温的实现

1.1 机车故障研究现状

在现代诊断技术的迅猛发展状态下，机车故障诊断技术在国外相应的诊断设备中已经应用在了机车中。我国机车故障诊断技术起步比较晚，经过多年的努力取得一定进步，但真正能投入现场使用的诊断设备不多，目前仍处于理论研究阶段。从当前的发展趋势来看，机车故障诊断技术将向信息诊断、智能诊断有机融合、集成的方向发展。

1.2 支持向量机在设备故障诊断中的研究现状

当前，当机器设备出现各种故障后，一般有两种比较常见的诊断方法：

1）传统方法。主要以时间序列方法为主。

2）人工智能方法。主要以神经网络法为主。

而新兴的一种方法--支持向量机、简称SVM，正在得到越来越多的关注。该方法可以实现实际风险最小化，在寻求结构风险最小化的前提下，可以在少量样本量较少的分析情况下，学习效果也会较好。此外，SVM可以归结为一个二次优化问题，其解是全局最优解，在处理非线性分类、回归等实际问题时非常实用并且有效。

2 故障处理流程分析

首先利用电压互感器构成信号采集电路取样输出电压，通过小波分析法对输出电压进行处理，提取主变流器的故障信息；进而，构造故障特征向量以表征主变流器的各种故障；最后，利用支持向量机（或神经网络）实现对故障类别的智能判别。大致的流程图如图1所示。

3 主变流器故障的分布、故障原因

1）主变流器电路原理

电路如下图2。

第一部分由1V1（2V1）到1V6 （2V6） 6个桥臂组成，其中1V1（2V1）和1V2 （2V2）为整流臂，它们分别与1V3 （2V3），1V4 （2V4）及1V5 （2V5），1V6 （2V6）可控臂组成两个控桥。

第二部分由1V7 （2V7）到1V2 （2V12） 6个桥臂组成，它只有一个半控桥，由整流臂1V7 （2V7） ， 1V8 （2V8）和可控臂1V10 （2V10） ， 1V11（2V11）组成，在机车牵引时作相控整流，制动时提供励磁电流。

2）主变流器各功率元件处于各牵引工况时的工作情况分析

为了便于分析我们把主变流器的电路结构进行简化如图3。

1）启动初期阶段

此阶段仅由UD3， VD4， VTS，VT6处于半控桥移相导通工况；VT6组成的大段桥提供相控电源。VD3， UD4， VT5。VD1， VD2续流；UT1， VT2， VT3， VT4未导通

2）启动中期阶段

此阶段由VD3， VD4， VTS， VT6组成的大段桥以及VD1， VD2， VTl， VT2组成的小段桥提供相控电源。VD3， VD4， VTS， VT6导通半个周期；UD1} VD2， UTl， VT2

处于半控桥移相导通工况；VT3， VT4未导通。

3）启动末期及额定运行阶段

此阶段由整个不等分三段半控桥提供相控电源，UDl， UD2， VD3， VD4， VTS，

VT6导通半个周期，VTl， VT2， VT3， VT4处于移相导通工况。

4）制动阶段

此阶段电力机车主电路通过两位置开关的转换，电路连接形式己变化。VD3、VD4， VTS， VT6仅给电机提供励磁电流，但VD1， VD2始终流过电机的制动电流。假设电机总制动电流为IZ，在a，x1段桥进入加馈制动前，VD1， VD2始终为续流工况。

4主变流器故障分析与总结

本文在分析变流器的工作情况时，重点考虑了变流器的输出参数。由于电感和牵引电机的作用，电流的输出滞后且为脉动状态，且谐波含量很大，不易进行信号处理。而输出电压波形基本不随负载的变化而改变，只有当整流元件出现故障时，其输出电压波形才会有明显的畸变，通过实验分析，可以及时发现故障并进行准确定位。

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