电力机车状态修方案的研究

曹津晖

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

随着铁路快速发展，铁路机车运营体制改革也在不断深化和探索，机车提速、重载导致列车牵引布局、机务乘务体制、机车检修体制发生了重大变化。目前，机车整备部门普遍存在的问题是:缺乏行之有效的状态检测故障诊断设备和现代化管理手段，采用的是一种模糊的、感官化的经验型检修作业方式，检修质量主要依赖于人，然而此环节中人是最不可靠的，成为最薄弱环节，甚至流于形式，设备的检修质量和状态难以掌握和管理。这种检修方式，已经完全不能适应铁路发展的要求，亟待开发一整套适合机务段整备现场作业的检测设备，能够快速、准确判断设备当前状态及影响机车正常运行的潜在隐患。

因此，针对机务段整备厂整备作业，兼顾小辅修作业提出了机车状态修方案。主要研究对象为现场检测直接影响机车运行的故障和故障隐患。

1 机车状态修方案原则

针对现场情况，设备全部采用便携式，用电池供电;机械设备检测时，不做任何现场拆解;不拆卸元器件;不改变线路接线。

所有设备采用计算机控制，根据内建标准自动评判设备状态性能，配备专家分析系统。配备以太网、蓝牙、移动存储接口，方便检测结果的网络共享、转储，实现数据信息化管理，提高现代化管理水平。被检测设备的历史数据形成数据库，上传至计算机服务器，建立设备状态随时间变化趋势报表，进行趋势跟踪，通过综合分析，实现预知维修。另外，单台设备趋势数据可导入检测设备，实现现场检测的趋势分析;利于操作人员现场综合判断。检测数据统一综合处理，作为机车状态数据，建立状态报表。

2 总体设计方案

2.1 电力机车状态修方案检测项目

电力机车状态修方案不是将目前国内便携式检测设备的简单罗列，而是根据机车的功能、特点及运用条件，对机车的重要部件、易发生故障部件及影响机车安全性能的机械、电气性能状态进行综合检测。具体检测项目如下。

(1)机车主线路及主要控制线路逻辑功能测试。

(2)辅助风机、电机等旋转类设备的振动检测与分析。

(3)主要电器元件、主要电线路工作状态检测，主要检测故障对象为主要电线路存在的“软”故障，即故障隐患，以虚接为主，同时适应元件不工作或工作性能劣化现象。

(4)交、直流电机、变压器、绕组、线圈、电容检测。

(5)机车关键部件检测。

(6)常规参数测量。

(7)设备性能的趋势状态分析。

状态修实施流程如图1所示。

图1 状态修实施流程

2.2 电力机车状态修方案设备构成

2.2.1 机车线路综合测试仪

目前国内机车检测行业已有成熟产品，能够完成主线路及主要控制线路逻辑功能测试。本方案的机车线路综合测试仪除具有现有产品的测试功能外，还需要增加计算机数据转储功能，将检测结果转储到计算机服务器，完成机车线路状态的趋势分析，提示检修人员当前机车线路状态。并增加检测数据判断标准，在设备自配电源、体积、质量、用户易于操作等方面进行改进。

2.2.2 设备故障诊断仪

该设备之前还未曾在机车上使用，但在其他行业的设备，如大型发电机组、齿轮箱、空压机等往复式机械设备的检测与诊断等方面均有典型运用。设备故障诊断仪应具有自动/手动操作模式、数据分析及频谱分析功能，主要用于机车辅助风机、电机等旋转类设备的故障诊断。

自动操作模式:诊断仪根据被测设备对象具体参数预先内建对应的分析策略，选定对象型号，程序自动执行故障分析策略，根据设备对应评判标准，输出状态诊断结果。

手动操作模式:由于状态诊断的复杂性，对于经验丰富的操作人员，或者针对需要进一步精密诊断的设备，采用手动方式，利用诊断仪提供的各种分析手段，现场更为准确地判断被测设备是否存在故障及设备的当前状态。

时域分析功能包括时域波形、概率密度、自相关分析、互相关分析等，实时显示多种有量纲参数(峰值、平均值、有效值)和多种无量纲参数;便于运行状态判断和故障的精密诊断。频谱分析功能包括幅值谱、对数谱、相位谱、倒频谱分析等，实时显示6个最大谱峰及对应频率，各种窗函数任选;线性谱、对数谱可选择;用于不平衡、不对中、轴弯曲、轴裂纹等各种旋转机械常见故障分析。

2.2.3 红外热像诊断仪

长期以来，在电气系统中接点(包括触点、连接点等)接触质量差，在常规检测手段下，很难发现故障部位，长期运行后出现触点烧死、烧断、局部过热燃烧等现象，将直接影响列车的安全运行。另外，元件本身性能劣化，甚至个别元件不工作，而从表面看机车仍然“正常”运行，但实际存在故障隐患。例如机车变流装置的并联支路硅元件均流性能差，将导致大电流元件发热严重，直至烧毁引发故障。综合上述诸多问题，急需一种行之有效的检测手段，能够在故障发生早期及时发现隐患存在部位，及时处理，避免重大事故发生。分析故障及故障隐患异常发热的特点，采用红外热成像诊断仪，结合针对机车检修作业的专门分析软件，成为电气系统状态检测的有力助手。

热像仪属于高科技产品，并已在许多行业成功运用。本方案热像仪采用美国FLUKE公司E65产品，该设备采用焦平面、非制冷、微热量型探测器，热灵敏度高达0.10℃，能够反映细小的温度变化，可以提供清晰、无噪声的优质图像;通过修改软件可自动查找热点和冷点，即热像图内的最高和最低温度点位置;计算整幅图片的平均温度，计算任意两点的温度差。

本设备用于检测机车电气线路中接触点虚接、关键元器件性能劣化等故障隐患部位，确定其状态性能。

2.2.4 电机故障诊断仪

此类设备属于成熟产品，经过适当参数变化可用于三相交流电机、直流机、变压器、定子、转子、单个线圈的全面状态检测。自动测试电阻、阻抗、电感、相角、对地绝缘等绕组参数;利用电流/频率动态关系，倍频测试将给出数字化的匝间品质评定，发现早期微小的匝间短路，同时判断整体电磁特性;准确判断匝间短路、开路、三相不平衡、转子匝间短路、断条、对地短路等。

2.2.5 机车主断路器性能测试仪

该设备在铁路行业已有定型产品，测试功能基本满足要求。本方案设备除具有在线及离线测试功能，还需能测试空气主断路器的固有分闸时间、延迟时间、固有合闸时间、辅助触点逻辑闭合关系;测试真空主断路器的分闸时间、合闸时间、辅助触点逻辑闭合关系;并增加数据转储功能。

在线测试方式下，利用机车气路系统、控制电路、指令开关控制主断路器的分合操作动作，计算机自动采集主断路器合分闸线圈的通电时刻并启动测量程序，测量主断路器的固有分闸时间、延迟时间以及固有合闸时间。

离线测试方式下，测试仪利用机车空气系统，在外加直流测试电源条件下，直接控制主断路器的合分闸操作，测量主断路器的固有分闸时间、延迟时间以及固有合闸时间，同时完成主断路器所有辅助触点的逻辑闭合关系的测量。

2.2.6 受电弓性能测试仪

受电弓为机车关键部件，其运行条件恶劣，故障率较高，其性能直接关系到机车能否正常运行。本方案设备采用钢丝拉绳控制被测受电弓匀速升降，以实现相对法测试静态接触压力的功能。通过设定停止位置，可进行任一高度的精细作用力调整。跟踪测量受电弓升弓即时高度以及最大高度。用光电行程元件和限高带测试升、降弓时间以及快速降弓脱网时间。能够进行单臂、双臂受电弓的动作演示和特性试验、接触压力测量(测试静态接触压力、同高压力差、同向压力差);最大升弓高度，升弓、降弓时间测试，快速降弓脱网时间等参数测试。

2.2.7 司机控制器性能测试仪

司机控制器为机车重要部件，本方案设备完成司控器逻辑闭合关系以及触点接触性能状态的检测，调速电位器性能检测，逻辑触点状态采用屏幕图形显示;同时显示逻辑触点的接触电阻，并自动判断是否超差。

2.2.8 蓄电池状态测试仪

该设备用于机车铅酸蓄电池状态检测，掌握电池的状态，避免出现未到报废年限过度老化引起的突然失效等故障。检测时，将反应电池寿命的电池内电压、内阻参数作为电池状态数据输入计算机，用于网络数据上传或转储;对于潜在失效电池给出重点警示，提醒检测人员重点关注，同时根据试件编号可将被测试设备的状态趋势数据导入测试仪，进行现场趋势分析。检测过程中无须解体电池组或中断供电，对电池无损害、不起化学变化。

2.2.9 绝缘电阻测试仪

完成机车主、辅回路绝缘性能检测。测试过程中，测试仪自动选择并转换至合适的量程;同时在测试仪输出端短路情况下，应自动封锁高压输出，测试输出电压、电流均为零，以避免烧毁测试仪。

2.2.10 耐压测试仪

用于机车上对电器设备的交、直流耐压试验，漏电流、耐压时间在规定范围内任意设定，当被测设备漏电流超过预置值时，发出声光报警。

2.2.11 设备管理分析软件

根据状态修方案选用计算机服务器，编制软件，实现机车设备检修档案的信息化，完成段内以至跨段、跨局信息共享。通过设备管理分析软件能够将机车部件发展趋势档案和信息档案数据进行综合分析，更为准确地诊断和预知维修。

3 方案的可行性分析及经济效益分析

针对机车状态修设备的研制方案，对各机务段机车整备环节检修现状进行全面了解，对检修设备需求方向及各车型机车出现的机破、临修、碎修故障进行了调研与综合分析，以此作为设计的依据。

该机车状态修总体设计方案完全符合机车现有条件，可减少检修部门小、辅修次数，减轻工人的劳动强度，提高机车运行质量，增加机车的运用效率，如果按100台车计，每段每年可节约费用大约150万元。因此本设计方案具有较大的推广价值。

4 结论

机车状态修检修方案，将传统的整备作业转化为机车的状态检测和维修的形式，引进了现代化设备维修与检修质量控制管理的全新理念，是未来机车检修的信息化科学管理的一种尝试，尤其对大功率机车专业化的运用维修具有指导意义，对当前铁路快速发展意义重大。

［1］虞和济.设备故障诊断工程［M］.北京:机械工业经工业出版社，2001.

［2］夏新涛.滚动轴承噪声理论与实践［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［3］刘友梅.韶山3型4000系列电力机车［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］薄海青.电力机车“集中修”的推广应用［J］.铁道标准设计，2006(5):88-90.