HXD1機車牽引變流器檢修數據分析及修程優化研究

屈波

摘要：本文收集分析HXD1型機車牽引變流器日常運用檢修數據以及C6修必換件、偶換件等數據，基于時間序列等數據分析方法，對牽引變流器檢修數據進行挖掘分析，研究了其故障發生的規律，提出機車牽引變流器檢修修程的優化建議。

關鍵詞：變流器;檢修;數據分析;修程優化

0? 引言

大功率HXD1型機車是神朔重載鐵路運輸的主要機型，HXD1型機車采用先進復雜的控制系統，機車維修、維護成本較高。據統計，HXD1型機車造修比達接近1：2.17，維修、維護費用占全生命周期成本的68%[5]。其中牽引變流器是機車比較關鍵、復雜的部件，其性能是保障機車正常運行的關鍵因數。通過對牽引變流器檢修數據進行挖掘分析，研究優化機車牽引變流器檢修修程，可充分發揮牽引變流器部件的使用壽命，實現降本增效。

1? 數據分析方法簡介

機務段現有牽引變流器碎修數據按照一車一檔存儲，但故障發生時間隨機性強，為方便尋找故障發生的規律，本文采用統計學的分組分析和時間序列分析方法，對牽引變流器故障數據進行統計、挖掘分析。

1.1 分組分析

分組分析是根據研究需要和數據的特征、性質，按一定的指標劃分為若干部分，進行對比分析。主要有三方面的作用：①劃分類型;②反映數據內部結構;③分析各部分之間的依存關系。

根據指標的性質，分組分析法可分為：①屬性指標，說明事物的性質、特征;②數量指標，說明事物的數量特征。

1.2 時間序列分析

時間序列是指將同一指標的數值，按時間先后順序進行排列的數列，包含兩個基本要素：時間和同一指標在不同時間的數值，能客觀描述現象發展過程和規律，揭示變化趨勢。時間序列分析有三個基本特點：①發展趨勢向未來延伸;②數據隨機;③不考慮因果關系。時間序列分析可利用歷史數據預測未來。

絕對數時間序列是最基本的時間序列[1]，它是把同一指標在不同時間上的數值按時間先后順序排列而形成的時間序列，反映現象在不同時間上所達到的總量及其增減變化的過程。在其基礎上派生出相對數時間序列和平均數時間序列。

時間序列中各指標值應具有可比性，編制序列時必須保證：時間的長短一致，指標總體范圍、內容涵義、計算方法等可比，計量單位一致。[2-3]

時間序列主要受長期趨勢、季節變動、循環波動和不規則變動四類因素影響[4]。分析各因素對事物發展的影響，研究事物發展變化的原因及規律，即可預測未來。

2? 牽引變流器檢修數據分析

牽引變流器碎修記錄數據涉及20列機車，時間跨度為2013-2019年共6年時間，一共記錄263起故障，其中已知故障原因171起，未知故障原因92起。

已知原因的故障根據故障形式可分為27類（見圖1），其中發生5次以上的故障有8類，發生4次的故障有4類，發生2次的故障有4類，剩余的故障均只發生一次。27類故障中，有6類故障屬外界環境和運用維護問題，與機車本身性能無關，故障率統計時不予考慮，因此所有故障中因機車本身部件性能原因造成的故障，且具有實際參考價值的故障有78起。

2.1 按故障對象分組分析

機車本身部件性能原因的故障中接觸器故障發生頻率最高，一共出現28次，約占總數的36%，發生故障的接觸器主要為交流接觸器（Q101/Q201）、輔助電源斷路器（K111/K211）。（表1）

9起溫度傳感器故障中8起為電機溫度傳感器故障，1起為輔助變壓器溫度傳感器故障。

8起插件故障涉及的具體變流器插件不盡相同，除G011板發生兩次故障外，其他插件故障均只發生1次。（表3）

牽引變流器（開關）、模塊、CPU故障統計見表4至表6。

發生次數在2次以下的偶發故障統計如表7所示。

根據以上分析可知，牽引變流器故障多發生在頻繁動作部件（接觸器、開關），數據采集部件（傳感器），信號傳輸處理部件（模塊、板卡）等處。

2.2 按時間序列（公里數）分析

根據故障發生的時間先后順序，統計每10萬公里間隔內發生故障的次數，如圖2所示。由圖可知每10萬公里內故障發生的次數不盡相同，其中發生故障較多的區間為140～150萬公里（11次）和190～200萬公里（12次），其余區間均在10次以下。故障發生次數最少的區間為90～100萬公里和180～190萬公里（均為1次），這兩個區間為C4修（50～60萬公里）后的第一個10萬公里區間。從曲線變化的整體趨勢看，發現100～150萬公里期間，隨著公里數的增加，故障率有逐漸增大的趨勢;150～190公里期間，隨著公里數的增加，故障率逐漸降低。但從整個C5～C6修程區間來看，故障發生的時機無明顯規律[6][7]。

為進一步查找故障發生時機的規律，擴大時間間隔，統計每20萬公里間隔內發生故障的次數，如圖3所示。由圖可知100～160萬區間，隨著公里數增加，故障率越高;160～220萬公里區間隨著公里數增加，故障率越低。故障主要出現在120～200萬公里區間，故障占比75.6%;故障率最高的公里區間為140～160萬公里，故障占比24.4%。

根據以上分析可知，C4修（150～180萬公里之間進行）可有效降低牽引變流器的故障率。

3? 結語

機車C6修對牽引變流器的檢修項點如表8所示，多數部件為外觀和功能狀態檢測，對異常部件及關鍵部件的易損易耗零件進行更換。部分部件，如諧振電容、接地檢測電容、輔助接觸器、輔助電源斷路器、預充電接觸器、濾波器及水壓傳感器等需要整體更換。

根據牽引變流器故障率，及C6修檢修內容，建議對機車牽引變流器修程及進行如下優化：

①故障頻發的交流接觸器（Q101/Q201），故障時的運行里程集中在110-200萬公里之間。建議結合C5修對其進行檢測并更換關鍵零件（具體更換項點，需研究故障接觸器的具體故障點）。若C5修有對交流接觸器的檢修項目，建議在C4修中增加該檢修項目。

②C6修必換件中的諧振電容、接地檢測電容、輔助接觸器、預充電接觸器、濾波器及水壓傳感器故障率基本為零，建議首輪C6修取消對其整體更換的項目，進行外觀、功能檢測，有異常進行更換，延長這些部件的整體更換節點。建議現車驗證每360萬公里進行整體更換的可行性。

參考文獻：

[1]吳蕓蕓，左廷英，朱建軍.時間序列分析在變形監測中的應用[J].工程勘察，2012（1）.

[2]張樹京，齊立心.時間序列分析簡明教程[M].北方交通大學出版社，2003.

[3]滕云龍，師奕兵.GPS載波相位測量數據的時間序列分析建模研究[J].電子測量與儀器學報，2009（09）.

[4]田龍輝，蘇厚勤，馮娟.時間序列分析在軌道交通客流預報中的應用研究[J].計算機應用與軟件，2009（01）.

[5]楊春霞.關于朔黃全線機車檢修數據分析[J].內燃機與配件，2018（09）.

[6]張敏，張寧.動車組故障檢修數據處理技術研究與應用[J].鐵路計算機應用，2018（01）.

[7]王育玲，成晉康.淺談機車檢修數據資料的管理與運用[J].山西科技，2013（05）.