动车组牵引变压器空气滤网预测性维修

高亮

摘要：随着我国高速铁路的迅速发展，高速动车组的运用为高铁建设奠定了良好的基础。然而动车组在为人们出行提供方便的同时，也给车辆运用检修部门提出了新的要求。传统的计划修，尤其是根据一级修、二级修规程进行定期维护的修程，可能存在过度维修问题。而预测性维修是以状态为依据的维修，可以降低维修成本，减少维修时间，提升列车运营的效率，同时，避免重大恶性事故发生，是对现行维修服务体系的创新。

关键词：动车组；牵引变压器；空气滤网；预测性维修

目前借助于先进的传感器技术，使得列车运行数据信息能够被采集起来，而如何使用这些数据用于指导设备的维修和制定先进维修策略是当前维修工作的重要研究内容。随着具有完全自主知识产权、达到世界先进水平的复兴号动车组列车的上线运营，相比其他型列车增加许多传感器，使得地面PHM收到新更多动车组运行状态参数信息。基于以上情况，有必要结合标准动车组的运用修修程，通过数据分析和挖掘建立维修预测模型，实现部分易损易耗件的维修预测，助力动车组运维模式从故障维修、计划维修向基于状态的预测性维修转变，提升列车安全运营保障能力，在保证设备安全、稳定运营情况下，减少维护成本，缩短检修时间，为用户提供更高品质的服务。

1预测性维修分析与研究

1.1业务分析

标准动车组列车牵引变压器组成主要由变压器本体和冷却系统组成，变压器本身包括铁芯、绕组，冷却系统主要部件有过滤器、油冷却器、电动油泵、电动送风机、油流继电器、出风道、滤网等。故障原理：变压器运行时，由于电阻和磁阻的存在，铁芯、线圈和其他铁构件均要产生损耗，包括铁心的磁滞损耗、涡流损耗，铜线中的电阻损耗、杂散损耗。板翅式换热器空气滤网脏堵，将导致滤网换热器换热效率衰减，导致冷却系统失效。

1.2数据准备与探索

（1）原始数据分析：标准动车组车载数据中涉及列车多个系统多个部件的字段，根据相关业务知识，筛选关于列车牵引传动系统中牵引变压器数值型相关字段。（2）数据预处理分析：①删除重复项；以时间、车厢为字段，删除重复项；②删除极端值；如新风温度为-50℃、-100℃，油温为-100℃、205℃等。（3）数据探索分析：对反应变压器滤网堵塞相关量进行处理，分析其均值、最值随时间变化规律，发下如下规律：①单列车日均温升长期在特定水平上波动，随季节微弱波动，受滤网堵塞影响显著。②不同列的温升均值较稳定，但温升最值波动较大，与列车运行环境、变压器厂商等有关。

1.3滤网堵塞预测

（1）特征构造：相对温升及其相关指标与换热器效率密切相关，可用来构建反应滤网堵塞的特征量。为了体现变压器滤网堵塞程度变化，构建了一个综合指标，它是由油温、油温升幅、不通车油温偏差等相关量组合加权得到的结果，各个指标权重系数是根据业务经验给出。（2）阈值选择：本模型构建一个油温、温升、温差加权组合得出的综合指标来反应滤网堵塞程度，规则模型需要给出综合指标体现滤网堵塞与否的阈值。牵引变压器在2017-09～2018-10内无滤网堵塞故障，因此可分析牵引变压器在全年范围内综合指标的边界来表示标动车牵引变压器滤网堵塞的边界。取综合指标的边界为较大10%均值和较小10%的指标取值作为堵塞与清理状态对应的指标值。综合指标阈值范围。（3）规则模型及预测结果：牵引变压器滤网堵塞规则模型为综合指标>20。综合指标大于20为滤网堵塞。

2变压器真空气相干燥法的应用

2.1准备阶段

将变压器利用抽真空机进行抽真空，使内部的压力下降到700Pa以下。同时对真空罐罐体进行加热并保温，煤油蒸发器对煤油进行预热处理，使煤油蒸汽出口的温度由98℃升高到130℃，干燥用的煤油由液体状态变为蒸汽状态，在真空金属罐内扩散。

2.2加热阶段

这个时候变压器只需要1台真空维持泵保持工作，煤油蒸汽通过高压注入到变压器内进行热交换，在遇到绝缘材料或器壁发生冷凝再流到煤油采集罐，然后返回到蒸发器，构成了一个循环系统。

2.3降压阶段（又叫低真空处理阶段）

停止向蒸发器内注入煤油，并持续的把真空罐内的气体抽出，通过变压器内的高温效应使残留在绝缘纸板上的煤油再次蒸发，最后进行冷凝回收。针对变压器的容量与电压等级的差异，有的处理过程中采取降压阶段和加热阶段交替进行，以便内部干燥处理效果符合要求。

2.4高真空阶段

启用主真空系统将真空罐继续抽真空。使得真空罐内的最终压力降到10Pa以下。变压器器身的温度达到工艺规定的值，且内部绝缘材料每小时每吨的出水率降至10g/t.h以下时，干燥处理过程才能结束。

3变压器真空气相干燥设备的优点

3.1干燥器身温度均匀

由于利用煤油蒸气冷凝时放出的热量进行加热，温度越低的地方冷凝越剧烈，即放热量越大，因此器身温度均匀。

3.2加热温度高

煤油气相干燥工艺过程中，器身一直处于真空状态下，绝缘材料老化过程十分缓慢。与热风循环真空干燥相比，加热温度可提高30℃左右，达到130℃左右。

3.3干燥速度快

器身一直处于真空状态下，由此出水过程贯穿整个干燥周期。例如：原来利用热风循环真空干燥方法干燥，一台SFP9-15万kVA/220kV变压器需要95小时，现在用真空变压法干燥方法干燥相同容量的变压器只要43小时，时间缩短了1.21倍，可见利用煤油气相干燥方法较大的缩短了生产周期，其經济性和效率都体现了出来。

3.4对器身具有清洗作用

煤油蒸气冷凝成液体后，对器身内外具有清洗作用，这一点在处理返修变压器时具有独特的优越性，器身处理后表面清洁，无油垢、污渍。

4应用探析

通常而言，对于大型变压器、电抗器的检修而言，所用的时间都会大于一天，因此在次日若需要继续进行内部检修，便可以采用无油充气过夜的方式，以此保证次日的检修工作顺利进行。但是，传统的无油充气过夜存在一些缺陷，比如成本过高、效果不佳等，若采用干燥空气进行无油过夜，便能解决传统方式下的缺陷。具体而言，在本体中充入了干燥空气之后，可以让绝缘材料外围形成小环境，此环境湿度低且压力大，加之干燥空气干燥性很高，因此其中所含水分少之又少，即使出现温度变化过大，充入本体中的空气也不会出现凝结现象。一般而言，在具体的操作过程中，我们充入变压器内的干燥空气应为+0.0lMPa～0.02MPa（受到了具体的季节与天气环境的影响），同时还要对本体内的压力进行必要的连续监测，判断本体内是否密封严实，若出现了漏洞应该及时采取措施补救。若不及时补救，则会出现一些难以弥补的错误，因为有漏气点出现，压力就会快速下降，这样就会打乱原本的内外部平衡，从而使得干燥空气的作用得不到保障。总的来说，只要变压器内部的压力一直保持为正，那么便能很好的规避因密封不严等问题造成的绝缘材料受潮。

结论

论述了牵引变压器的冷却系统工作原理，阐述了动车组当前针对牵引变压器空气滤网清理规则及其存在的弊端。并通过对列车牵引变压器油温试验，基于油温温升、滤网堵塞面积百分比数据以及油温-外温差与滤网堵塞面积百分比数据，形成滤网堵塞程度预测模。随着动车组的高速发展，数据会逐渐变得丰富，对动车组的维修状态也会越来越重视，希望此文能为预测性维修提供一定的参考。

参考文献

[1]元孝武.变压器内部温升计算与运行方式优化[D].山东：山东大学，2017.

[2]余丹萍.电气化铁路牵引供电系统的仿真及影响研究[D].浙江：浙江大学，2017.

（作者单位：北京铁路集团天津动车客车段天津动车所）