基于大数据的CR400AF 型动车组牵引变流器滤网视情修研究

余飞

(中国铁路广州局集团有限公司广州动车段,广东 广州 511483)

1 问题提出

为确保动车组运行稳定,在现行检修规程规定的基础上,杨柳絮高温季节进一步缩短了CR400AF 型动车组牵引变流器统冷却单元滤网清洗维护周期,且未有效针对动车组实际运行环境及部件性能状态进行差异化检修,导致部分车组过度维修,而部分车组因运行环境原因,牵引变流器滤网脏堵较快,无法满足运行需求。因此需通过牵引变流器冷却水温度、环境温度、牵引变流器工作功率等参数综合判断牵引变流器的散热效率,进而判断滤网的脏堵状态。通过地面PHM 软件系统在线监测线路运行列车的牵引变流器状态,根据预设的判断条件来确定是否进行变流器滤网的清理工作,以减少运用现场牵引变流器滤网的维护工作量。

2 CR400AF 型动车组牵引变流器滤网视情清洗模型方案

CR400AF 型动车组牵引变流器滤网状态相关的数据主要有：牵引变流器冷却水进口1 温度、牵引变流器冷却水出口1 温度、牵引变流器冷却水进口2 温度、牵引变流器冷却水出口2 温度、车外温度等。

对变流器数据进行特性分析,包括单个变流器温度数据和整车所有变流器温度对比分析。

对于单个变流器：在相同功率条件下,分析各项点温度的绝对值、变化率、与环境温度的差值等特性的分布特性。

对于整车所有变流器：对比分析不同变流器相同项点温度的差值分布特性。

通过对历史正常数据和故障数据的特性分析结果对比,拟定预警策略,方案如下：

(1)温度绝对值>阈值;

(2)温度变化率>阈值;

(3)温度与环境温度差>阈值;

(4)不同变流器温度差>阈值。

当以上条件某一个或某几个同时触发时进行预警,考虑到个别异常数据还应考虑条件触发的持续时间。

3 CR400AF 型动车组牵引变流器运行数据分析

选取5 列CR400AF 型动车组(3 列16 编组、2 列8 编组)正常运营车载网络数据(MVB 数据),涉及32 个牵引变流器,3142个小时的数据,时间跨度四个季节(春夏秋冬)。

3.1 进出口温度值

对所有牵引变流器的冷却水进出口温度进行统计,分析了不同温度区间的占比,如图1 所示。本批次数据的牵引变流器进出口温度几乎均小于55℃(6.3 亿数据点出现20 个＞55 的点),超过95%的温度值小于40℃。

图1 牵引变流器进出口温度分布

3.2 温度变化率

对所有牵引变流器的冷却水进出口温度的变化率(℃/min)进行统计分析,温度变化率分析结果如图2 所示。由图可知,本批次数据的牵引变流器进出口温度变化率超过99.9%的值小于4℃/min,升温速率主要分布在0～1℃/min,降温速率主要分布在0～1℃/min 之间,约0.014‰的温度变化率≥5℃/min。

图2 牵引变流器进出口温度变化率分布

3.3 偏离车外温度值

偏离车外温度值即进出口温度与车外环境温度的差值,对所有牵引变流器的冷却水进出口温度与车外温度的偏差值进行统计分析,结果如图3 所示。分析结果显示,本批次数据的牵引变流器进出口温度偏离车外温度的值绝大多数小于20℃(高于20℃占比小于0.003‰),超过90%的偏离值分布在0～10℃之间。

图3 牵引变流器进出口温度偏离车外温度值分布

3.4 温度偏差值

变流器冷却水温度偏差值计算方法：先计算全列牵引变流器相同位置(进口1、出口1、进口2、出口2)的平均温度,再计算每个变流器各处冷却水温度与对应位置的平均值的差值,即得温度偏差值。分析结果如图4 所示,结果显示本批次数据的牵引变流器进出口温度偏差值绝大多数小于4℃(高于4℃占比小于0.05%),超过60%的偏离值分布在-1～1℃之间。

图4 牵引变流器进出口温度偏差值分布

3.5 最小温差值

最小温差值即全列所有牵引变流器同一位置冷却水温度的最大值与第二大值(两者可相同)的差值。对所有牵引变流器的冷却水进出口温度的最小差值进行统计分析,结果如图5 所示。结果显示本批次数据的牵引变流器进出口温度最小差值绝大多数小于4℃(高于4℃占比小于0.04%),超过98%的最小差值小于3℃。

3.6 预警模型

根据以上分析结果,建议对变流器冷却水温度预警模型设置如下：

3.6.1 牵引变流器进口(出口)温度≥55℃；

3.6.2 温度变化率≥5℃/min；

3.6.3 偏离车外温度≥20℃；

3.6.4 偏离平均温度≥4℃；

3.6.5 最小温差值≥6℃。

满足以上5 个条件的某一个或某几个条件同时满足时,进行牵引变流器进口(出口)温度异常预警。

图5 牵引变流器进出口温度最小差值分布

4 现场验证实施

综合考虑CR400AF 型动车组WTDS 数据传输情况及牵引变流器单体工作情况,实际在广州局动车组PHM 软件系统设置牵引变流器滤网脏堵预警模型如下：

4.1 牵引变流器进口(出口)温度≥55℃。

4.2 冷却液入口温度大于50℃,且冷却液出口温度大于环境温度16℃及以上。

4.3 冷却液出口温度比冷却液入口温度高6℃及以上。

图6 地面PHM 系统牵引变流器滤网脏堵预警规则设置

图7 地面PHM 系统牵引变流器滤网脏堵预警

5 结论

通过连续一年CR400AF(-A)型动车组进行牵引变流器滤网视情清洗验证,期间未发生超温故障,验证车组滤网视情修较固定周期清洗节省清洗任务量56.5%,论证了使用大数据方法利用地面PHM 系统软件进行数据分析开展CR400AF 型动车组牵引变流器滤网视情清洗的可行性,后续将结合实际情况对模型进一步优化。