高速铁路牵引供电设备设施运行及寿命周期管理探究

中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段 施自强

近年来我国高铁迅速发展，牵引供电系统拥有资产规模不断扩大，利用牵引供电系统资产关系到系统运行安全，高铁牵引供电系统传统运维方式存在一些问题，如部分易老化设备寿命周期短，牵引供电系统规模与运维人员短缺矛盾等，急需长效的运维管理模式提高设备管理水平。高铁牵引供电系统设备寿命周期管理是实现成本最低的管理理念，高铁牵引供电单位管辖范围不断扩大，经过维护管理工作经验积累，设备信息传递等方面取得一定成果，但日常工作检测仍靠手工检查方式，未突破既有设备设施维护管理模式。依托大数据分析建立故障数据模型，通过对设备运行情况诊断可判断牵引设备健康状态，提出针对性的维修管理方案，有效提高检修效率质量。

1 高铁牵引供电设备寿命周期管理概述

1.1 设备全寿命周期管理理论

日本模式设备综合管理模式以生命周期为管理对象，设备全生命周期从制造申请开始，按时间段分为前中后期管理部分，前期管理包括设备论证采购等阶段，中期管理包括使用维护；后期包括回收阶段。设备寿命周期经济性采用LCC 法计量方法，设备维护管理单位为使用单位，费用管理不包含设计制造费用，仅考虑采购使用成本等费用统计。设备管理单位需综合考虑生命周期费用，考虑后续使用中产生的成本。寿命周期费用是在概念设计、服役期后处理等过程支付费用总和，包括设计建造、施工安装等成本及故障引起环境破坏产生成本。

1.2 牵引供电设备维修管理模式

牵引供电设备分为接触网与变电所设备，变电所设备包括断路器、主变、二次综合自动化保护系统等；接触网设备由接触线、正馈线等设备组成；分区所设备包括电动手动隔离开关、电压及电流互感器、交直流电源系统等。日常维修任务是设备检修实验。过去普通铁路设备维修管理中，采用事后维修方式。随着高铁设计标准提高，状态维修理念的推广应用，相关设备检测技术引入牵引设备状态监测中。

设备维修相关理论技术不断变革，从事后维修阶段到预防维修及状态维修阶段，人们为设备故障维护关系转变为故障前维护。设备高科技含量不断提升，人们对设备日常运行安全性要求提升，应围绕故障转移到围绕寿命周期健康状态转型，主动维护任务是针对设备故障原因分析，避免设备失效发生[1]。主动维护可充分保持设备健康属性，被动维修只能延缓故障发展过程，主动维护实施可通过更改设计架构、升级施工过程工艺等手段实现。主动维护希望将设备实时监测数据充分收集利用，结合牵引供电系统特单形成标准，更好地优化既牵引供电设备维修体系。

1.3 高铁牵引供电设备寿命周期费用模型构建

科学精确预估高铁牵引供电设备管理寿命周期是关键，根据费用分解结构搭建HSRT-LCC 估算模型，可称为静态成本模型。将成本转换为动态成本，经济分析应使得不同设备具有类比性。高铁牵引供电系统设备建造是长周期过程，包括前期设计阶段、实施运维阶段等。设计阶段包含初步设计施工图，是工程造价管理重要环节，需确定施工方案提交有关部门审核。前期阶段包含可行性研究，论证项目建设必要性，技术方案制定选择技术经济方案。

实施阶段分为施工与招标环节[2]。施工招标工程造价管理以业主批复预算为基础，技术标准评价考虑施工组织方案，选择具有较高综合效益的技术方案，采取合理的全寿命周期成本最低评价标准。施工阶段编制资金计划，为工程投资控制提供依据，发现偏差及时纠正。以施工文件为控制要求，控制工程付款进度。工程实施阶段考虑寿命周期费用。项目施工计划考虑后期运维影响，减少运维费用。竣工验收阶段是确定最终工程投资重要阶段，全面审视决策设计阶段成本控制效果，关键加强工程竣工审计工作，避免发生定额高等乱象，项目施工阶段后进入运维阶段，重点关注生产者培训等工作。运维阶段以最低寿命周期成本进行管理，保证工程质量下，实现对设备全方位统一管理。

2 高铁牵引供电设备设施运行管理现状分析

2.1 高铁牵引供电设备运维管理中的问题

铁路供电段是铁路生产运输系统核心业务部门，负责铁路运输信号供电、电力设备检修等工作，满足日常客货运供电需求。按专业分为变电与接触网组含有，变电专业负责维护变电所设备满足电力机车取流需求[3]；接触网专业负责将牵引供电送至电力机车受电弓；电力专业负责为铁路运输信号装置提供稳定电源。供电段牵引设备维护管理受技术发展等因素制约发展缓慢，随着高铁建设标准提高，牵引供电设备运行稳定性得到提升。

牵引供电设备维护管理在维修组织结构、维修模式流程等方面存在一些问题。维修组织结构中专业技术人才比例低，原因包括组织结构纵向增加、专业技术人才培养周期长、职能科室人数不断增多。设备维修模式问题包括决策缺乏针对性、周期维修模式固化、维修绩效机制不健全；原因是新设备技术认识不足、基层员工技术水平参差不齐、传统加量试验维修模式测不出关键问题。维修流程问题表现为特殊巡视工作流程难以达标，故障应急抢修流程存在局限性、计划性周期维修流程缺乏标准化；关键因素为巡视流程复杂、标准化作业水平低，监测预警能力不足，基层职工不具备专业验收能力。

2.2 HRST-LCC 影响因素分析

高铁牵引供电设备运维管理问题影响因素包括产品设计阶段，招投标模式，牵引供电设备基础数据建立等。传统设计方案仅考虑单一工程项目投资，设备选型未考虑未来发展需要，设计人员运用寿命周期理论意识不强，未充分考虑全寿命周期[4]。研发阶段决定产品寿命周期阶段主要成本，设计开发阶段决定产品成本的70%，制造成本在设备成本构成中占30%，设备设计机制影响寿命周期成本。

目前招投标方式通常重点关注价格指标，忽视后期运营成本，后期维护成本因质量缺陷增加。提高高铁牵引供电设备服役性能水平非常重要，采用不同维修手段导致成本出现差异，铁路设备数量多，为取得最优维修效果，实现提质增效目标，需要结合智能巡检等技术，比较不同维修成本。设备寿命周期费用预估应根据现有资料，以设备选型为出发点，依据详细的记录对设备服役性评估，建立高铁牵引供电设备设施各阶段衔接，形成统一设备台账数据系统。

3 高铁牵引供电设备寿命周期管理对策

随着信息技术的发展，高铁牵引供电系统信息化建设得到长足发展。顺应大数据技术发展，铁路行业积极开展大数据技术应用研究。高铁牵引供电领域研制大数据多源信息整合分析系统，打造高效环保智能化系统。高铁牵引供电设备管理是从设计、生产、安装、调试、后期接管、维护试验各个环节全寿命管理，并建立在大数据平台上，跟踪各环节的状态，以达到全寿命管理、健康运行、提早诊断故障、做好预防的目的。

3.1 牵引供电设备维修管理优化

针对高铁牵引供电设备管理存在的问题，制定维修组织结构可行目标，提升牵引供电设备整体管理水平。维修模式优化要确立设备最佳预防维修周期，建立故障预警机制。维修流程优化目标是完善故障预警机制，充分发挥调度指挥中心集中监控功能，利用PDCA 循环对相关流程标准化，检查过程确保精确性，提出适合设备维修管理方法。维修组织结构优化目标是定期与专业技术人员轮岗，注重大学生五年基层培养效果，采取提前锻炼培养式，提升优秀专业技术人员福利待遇。

维修管理组织结构优化是通过裁员建立扁平化组织结构，抓好全段安全生产工作，各技术科由主管副段长负责，完成上级下达各项生产工作。车间主任负责日常生产任务管理，生产信息反馈，不断提高车间生产效率。积极配合协调人员需求，实现优化企业组织结构、实现战略落地方面具有突出效能。维修模式优化要建立故障辅助决策机制，建立故障预警机制。利用现有设备调度系统集中监控功能，采集主要设备状态信息。保障供电设施外部安全，实现系统运行提供可视化管理。利用设施运行状态在线监测，将故障数据相关性分析出故障失效模型，完善日常运行数据维护管理。

3.2 牵引供电设备寿命周期管理措施

HSRT-LCC 管理需要利用信息管理手段，建立各环节数据分析模型，形成持续优化闭环管理机制。建议转变传统价值观念，以寿命周期理论核算成本价值为出发点，创新管理方法，需要对供应商及企业进行宣传，使LCC 管理渗透到各部门。建立专门的HSRT-LCC 管理机构，建立高效的牵引供电管理体系，指导系统规划设计与维护管理。不断开创运维新模式，设备后期运维管理费用占比较大，需要创新研究告系统运维新模式，建立基础数据采集系统，通过第一手资料提供科学计算依据。

牵引供电设备寿命周期管理优化需要有组织人力与技术保障。组织保障是为新的设备维修管理体系应用采取的措施，设备维修管理体系运行需要全员参与统筹管理，为设备维修管理体系提供组织保障。要求强化生产组织管理，提升生产过程质量控制水平，注重引导员工主动维护意识。人力保障措施要加强基层团队建设、职工专业素质培养，落实奖惩绩效考核机制。信息化系统是牵引系统设备维修体系高速运转的基础，信息系统实现对信息共享，逐步形成自动化信息管理平台，要充分发挥高科技优势，信息系统实现平台整合，完善现有牵引供电远动系统，在铁路线推广使用综合检修列车。