電力機車狀態修方案的研究

曹津暉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

隨著鐵路快速發展，鐵路機車運營體制改革也在不斷深化和探索，機車提速、重載導致列車牽引布局、機務乘務體制、機車檢修體制發生了重大變化。目前，機車整備部門普遍存在的問題是:缺乏行之有效的狀態檢測故障診斷設備和現代化管理手段，采用的是一種模糊的、感官化的經驗型檢修作業方式，檢修質量主要依賴于人，然而此環節中人是最不可靠的，成為最薄弱環節，甚至流于形式，設備的檢修質量和狀態難以掌握和管理。這種檢修方式，已經完全不能適應鐵路發展的要求，亟待開發一整套適合機務段整備現場作業的檢測設備，能夠快速、準確判斷設備當前狀態及影響機車正常運行的潛在隱患。

因此，針對機務段整備廠整備作業，兼顧小輔修作業提出了機車狀態修方案。主要研究對象為現場檢測直接影響機車運行的故障和故障隱患。

1 機車狀態修方案原則

針對現場情況，設備全部采用便攜式，用電池供電;機械設備檢測時，不做任何現場拆解;不拆卸元器件;不改變線路接線。

所有設備采用計算機控制，根據內建標準自動評判設備狀態性能，配備專家分析系統。配備以太網、藍牙、移動存儲接口，方便檢測結果的網絡共享、轉儲，實現數據信息化管理，提高現代化管理水平。被檢測設備的歷史數據形成數據庫，上傳至計算機服務器，建立設備狀態隨時間變化趨勢報表，進行趨勢跟蹤，通過綜合分析，實現預知維修。另外，單臺設備趨勢數據可導入檢測設備，實現現場檢測的趨勢分析;利于操作人員現場綜合判斷。檢測數據統一綜合處理，作為機車狀態數據，建立狀態報表。

2 總體設計方案

2.1 電力機車狀態修方案檢測項目

電力機車狀態修方案不是將目前國內便攜式檢測設備的簡單羅列，而是根據機車的功能、特點及運用條件，對機車的重要部件、易發生故障部件及影響機車安全性能的機械、電氣性能狀態進行綜合檢測。具體檢測項目如下。

(1)機車主線路及主要控制線路邏輯功能測試。

(2)輔助風機、電機等旋轉類設備的振動檢測與分析。

(3)主要電器元件、主要電線路工作狀態檢測，主要檢測故障對象為主要電線路存在的“軟”故障，即故障隱患，以虛接為主，同時適應元件不工作或工作性能劣化現象。

(4)交、直流電機、變壓器、繞組、線圈、電容檢測。

(5)機車關鍵部件檢測。

(6)常規參數測量。

(7)設備性能的趨勢狀態分析。

狀態修實施流程如圖1所示。

圖1 狀態修實施流程

2.2 電力機車狀態修方案設備構成

2.2.1 機車線路綜合測試儀

目前國內機車檢測行業已有成熟產品，能夠完成主線路及主要控制線路邏輯功能測試。本方案的機車線路綜合測試儀除具有現有產品的測試功能外，還需要增加計算機數據轉儲功能，將檢測結果轉儲到計算機服務器，完成機車線路狀態的趨勢分析，提示檢修人員當前機車線路狀態。并增加檢測數據判斷標準，在設備自配電源、體積、質量、用戶易于操作等方面進行改進。

2.2.2 設備故障診斷儀

該設備之前還未曾在機車上使用，但在其他行業的設備，如大型發電機組、齒輪箱、空壓機等往復式機械設備的檢測與診斷等方面均有典型運用。設備故障診斷儀應具有自動/手動操作模式、數據分析及頻譜分析功能，主要用于機車輔助風機、電機等旋轉類設備的故障診斷。

自動操作模式:診斷儀根據被測設備對象具體參數預先內建對應的分析策略，選定對象型號，程序自動執行故障分析策略，根據設備對應評判標準，輸出狀態診斷結果。

手動操作模式:由于狀態診斷的復雜性，對于經驗豐富的操作人員，或者針對需要進一步精密診斷的設備，采用手動方式，利用診斷儀提供的各種分析手段，現場更為準確地判斷被測設備是否存在故障及設備的當前狀態。

時域分析功能包括時域波形、概率密度、自相關分析、互相關分析等，實時顯示多種有量綱參數(峰值、平均值、有效值)和多種無量綱參數;便于運行狀態判斷和故障的精密診斷。頻譜分析功能包括幅值譜、對數譜、相位譜、倒頻譜分析等，實時顯示6個最大譜峰及對應頻率，各種窗函數任選;線性譜、對數譜可選擇;用于不平衡、不對中、軸彎曲、軸裂紋等各種旋轉機械常見故障分析。

2.2.3 紅外熱像診斷儀

長期以來，在電氣系統中接點(包括觸點、連接點等)接觸質量差，在常規檢測手段下，很難發現故障部位，長期運行后出現觸點燒死、燒斷、局部過熱燃燒等現象，將直接影響列車的安全運行。另外，元件本身性能劣化，甚至個別元件不工作，而從表面看機車仍然“正常”運行，但實際存在故障隱患。例如機車變流裝置的并聯支路硅元件均流性能差，將導致大電流元件發熱嚴重，直至燒毀引發故障。綜合上述諸多問題，急需一種行之有效的檢測手段，能夠在故障發生早期及時發現隱患存在部位，及時處理，避免重大事故發生。分析故障及故障隱患異常發熱的特點，采用紅外熱成像診斷儀，結合針對機車檢修作業的專門分析軟件，成為電氣系統狀態檢測的有力助手。

熱像儀屬于高科技產品，并已在許多行業成功運用。本方案熱像儀采用美國FLUKE公司E65產品，該設備采用焦平面、非制冷、微熱量型探測器，熱靈敏度高達0.10℃，能夠反映細小的溫度變化，可以提供清晰、無噪聲的優質圖像;通過修改軟件可自動查找熱點和冷點，即熱像圖內的最高和最低溫度點位置;計算整幅圖片的平均溫度，計算任意兩點的溫度差。

本設備用于檢測機車電氣線路中接觸點虛接、關鍵元器件性能劣化等故障隱患部位，確定其狀態性能。

2.2.4 電機故障診斷儀

此類設備屬于成熟產品，經過適當參數變化可用于三相交流電機、直流機、變壓器、定子、轉子、單個線圈的全面狀態檢測。自動測試電阻、阻抗、電感、相角、對地絕緣等繞組參數;利用電流/頻率動態關系，倍頻測試將給出數字化的匝間品質評定，發現早期微小的匝間短路，同時判斷整體電磁特性;準確判斷匝間短路、開路、三相不平衡、轉子匝間短路、斷條、對地短路等。

2.2.5 機車主斷路器性能測試儀

該設備在鐵路行業已有定型產品，測試功能基本滿足要求。本方案設備除具有在線及離線測試功能，還需能測試空氣主斷路器的固有分閘時間、延遲時間、固有合閘時間、輔助觸點邏輯閉合關系;測試真空主斷路器的分閘時間、合閘時間、輔助觸點邏輯閉合關系;并增加數據轉儲功能。

在線測試方式下，利用機車氣路系統、控制電路、指令開關控制主斷路器的分合操作動作，計算機自動采集主斷路器合分閘線圈的通電時刻并啟動測量程序，測量主斷路器的固有分閘時間、延遲時間以及固有合閘時間。

離線測試方式下，測試儀利用機車空氣系統，在外加直流測試電源條件下，直接控制主斷路器的合分閘操作，測量主斷路器的固有分閘時間、延遲時間以及固有合閘時間，同時完成主斷路器所有輔助觸點的邏輯閉合關系的測量。

2.2.6 受電弓性能測試儀

受電弓為機車關鍵部件，其運行條件惡劣，故障率較高，其性能直接關系到機車能否正常運行。本方案設備采用鋼絲拉繩控制被測受電弓勻速升降，以實現相對法測試靜態接觸壓力的功能。通過設定停止位置，可進行任一高度的精細作用力調整。跟蹤測量受電弓升弓即時高度以及最大高度。用光電行程元件和限高帶測試升、降弓時間以及快速降弓脫網時間。能夠進行單臂、雙臂受電弓的動作演示和特性試驗、接觸壓力測量(測試靜態接觸壓力、同高壓力差、同向壓力差);最大升弓高度，升弓、降弓時間測試，快速降弓脫網時間等參數測試。

2.2.7 司機控制器性能測試儀

司機控制器為機車重要部件，本方案設備完成司控器邏輯閉合關系以及觸點接觸性能狀態的檢測，調速電位器性能檢測，邏輯觸點狀態采用屏幕圖形顯示;同時顯示邏輯觸點的接觸電阻，并自動判斷是否超差。

2.2.8 蓄電池狀態測試儀

該設備用于機車鉛酸蓄電池狀態檢測，掌握電池的狀態，避免出現未到報廢年限過度老化引起的突然失效等故障。檢測時，將反應電池壽命的電池內電壓、內阻參數作為電池狀態數據輸入計算機，用于網絡數據上傳或轉儲;對于潛在失效電池給出重點警示，提醒檢測人員重點關注，同時根據試件編號可將被測試設備的狀態趨勢數據導入測試儀，進行現場趨勢分析。檢測過程中無須解體電池組或中斷供電，對電池無損害、不起化學變化。

2.2.9 絕緣電阻測試儀

完成機車主、輔回路絕緣性能檢測。測試過程中，測試儀自動選擇并轉換至合適的量程;同時在測試儀輸出端短路情況下，應自動封鎖高壓輸出，測試輸出電壓、電流均為零，以避免燒毀測試儀。

2.2.10 耐壓測試儀

用于機車上對電器設備的交、直流耐壓試驗，漏電流、耐壓時間在規定范圍內任意設定，當被測設備漏電流超過預置值時，發出聲光報警。

2.2.11 設備管理分析軟件

根據狀態修方案選用計算機服務器，編制軟件，實現機車設備檢修檔案的信息化，完成段內以至跨段、跨局信息共享。通過設備管理分析軟件能夠將機車部件發展趨勢檔案和信息檔案數據進行綜合分析，更為準確地診斷和預知維修。

3 方案的可行性分析及經濟效益分析

針對機車狀態修設備的研制方案，對各機務段機車整備環節檢修現狀進行全面了解，對檢修設備需求方向及各車型機車出現的機破、臨修、碎修故障進行了調研與綜合分析，以此作為設計的依據。

該機車狀態修總體設計方案完全符合機車現有條件，可減少檢修部門小、輔修次數，減輕工人的勞動強度，提高機車運行質量，增加機車的運用效率，如果按100臺車計，每段每年可節約費用大約150萬元。因此本設計方案具有較大的推廣價值。

4 結論

機車狀態修檢修方案，將傳統的整備作業轉化為機車的狀態檢測和維修的形式，引進了現代化設備維修與檢修質量控制管理的全新理念，是未來機車檢修的信息化科學管理的一種嘗試，尤其對大功率機車專業化的運用維修具有指導意義，對當前鐵路快速發展意義重大。

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