动车组变压器故障模式影响分析

傅培旺

中国中车唐山机车车辆有限公司国铁服务事业部 河北省唐山市 063035

摘 要：故障模式分析(FMEA)是一种常见的稳定性分析方式。以动车组列车主变压器为分析目标，对其构件按作用开展分类，并制作作用框架图，分析动能、化学物质和数据信号在主变压器中的传播全过程。对主变压器的故障方式、缘故、影响和检验方式实现了逐一分析，并对主变压器故障影响的明显水平实现了判定分类。最终，全方位分析了主变压器的故障状况，对主变压器的设计方案、维护保养和技术创新具备指导意义。

关键词：动车组 变压器 故障模式

故障模式分析(FMECA)是一种分类分析方式，分析全部可能的失效模式以及很有可能造成的影响，并按照每一个失效模式的明显水平开展分类。其基本目地是以差异视角发觉存在的问题和薄弱点，采取相应的完善和处理对策，保证其稳定性。FMECA方式始于英国，其使用从航天航空、船只、武器装备等国防行业慢慢渗入机械设备、城市轨道、医疗设备等民用型行业，并得到了明显的实际效果。

1. 动车组变压器概述

主变压器是动车组列车牵引带系统的关键构成部分。文中探讨的主变压器不但包含传统式上由变压器铁芯和绕阻构成的本身，还涉及别的配件，如制冷设备、保护设备、精确测量元器件、联接元器件等，如下图1所显示。

图1. 主变压器的构成

电磁能从受电弓等高压电器接受，根据T型电源插头和髙压接线端子传至绕阻和变压器铁芯，再根据低电压接线端子提供牵引带变流器。根据电压互感器、温度感应器、汽体汽车继电器等精确测量维护元器件传播主变压器数据信号，高并发传输到控制器，使主变压器一切工作正常，锁住或减少输出功率。主变压器选用油冷方法，绝缘油在制冷控制回路中循环系统，并在根据换热器时由冷却风扇开展蒸发冷却。汽油泵为油循环系统给予足够的驱动力，风冷式绝缘油流回到机油箱中，完成主变压器的制冷。

FMECA始于英国。FMECA技术性于20世际50时代初次用以美国战斗机控制系统的设计方案剖析，获得了较好的实际效果。数据分析系统、构件和零件全部有可能的失效模式，剖析失效模式对顶层或总体的干扰和影响水平，找到损坏缘故并明确提出整改措施，为检修、延长使用寿命管理方法和产品研发给予依据，制定设计方案。FMECA有两类主要方式：硬件方法和功能方式。硬件法列举全部硬件商品，剖析全部潜在的故障，并依据硬件商品的功能对每一种故障方式开展评定。依据材料，点评分成判定和定量分析^【1】。

2. 故障模式分析

故障模式是错误的主要表现。在故障运作模式中，应留意区别功能性故障和潜在故障。主变压器功能故障就是指主变压器或其一部分忽然丧失要求功能的情况，如绕阻忽然短路故障、变压器铁芯接地装置故障、精确测量元器件运作毁坏、髙压接线端子充放电故障、电源插头和布线损坏等。

因为主变压器选用油制冷，其构件最多见的故障模式类型是漏油，主要是因为铸造件自身的缺点、密封性欠佳和电焊焊接欠佳引起的。但漏油量较小，不容易危害主变压器的特性。另一种常见的故障方式是主变压器超温。假如制冷模块排热功效不太好，主变压器内部结构溫度会上升，电缆护套会质变热裂解，主变压器的油也会质变。比较严重时，动车组列车会减速运作。

主变压器潜在性故障就是指主变压器或其一部分将难以进行预订功能的情况，是一种可鉴别的情况(借助人力观查或仪器检测)来表明产生了功能故障。主变压器的潜在性故障主要包含漏油、出现异常噪声、机械设备损坏或裂痕、过滤网污迹和轻煤层气等。这种故障的产生不容易危害主变压器的性能指标，但假如持续发展，很有可能会造成主变压器丧失功能，造成后果很严重的功能性故障。

3. 动车组变压器故障处理措施

3.1故障根本原因

主变压器故障缘故应按照实际的故障方式开展剖析。出现故障的因素主要有2种，即根本原因和间接原因。故障的直接原因就是指因为主变压器以及构件的转变，如绝缘层衰老、防潮剂品质不好等造成的主变压器的作用故障或潜在性故障。间接原因就是指别的故障、如环境要素和人为要素致使的主变压器故障，如过压、路线环境较差、强烈震动、安裝不合理等。

有一些故障处于根本原因和间接原因中间，如零件裂痕、地脚螺栓和接线端子松脱等。也是有一部分是运作中强烈振动造成的间接性故障，但无法清除零配件品质不太好造成的直接故障。

3.2故障归类

通常在FMECA剖析中，故障的明显的程度是依据其对EMU的干扰来界定的^【2】，用以评定风险情况很有可能产生的伤害。客户可以界定严重后果和不良影响。要是没有确定的界定，可以依照相关规定进行界定。A类故障：很有可能会导致作用缺失，严重危害驾驶安全，并很有可能导致伤亡事故。B类故障：危害驾驶安全，很有可能造成主要构件性能降低的情况，短期内内没法修复。C级故障：不危害驾驶安全，但是造成悬架或性能降低，短期内内可修复。D级故障：一般不可能导致待机或性能降低，不用拆换零件就可以在短期内轻轻松松修补。

3.3故障检验和统计分析方法

该故障检验方式能为主变压器以及构件的维护保养和试验给予根据。一般可以分成前测和后测。针对潜在性的失效模式，应尽量设计方案预检验。现阶段对主变压器的检查和修理是在规范的级别检修和平常检查时才开展差异水平的检查和检修，即事前开展试验，其余全是在故障后开展试验。

最经典的预估试是按时检查主变压器的油。根据剖析油中融解空气的成份、特点汽体成分分析，可以分辨主变压器是不是具有内部结构潜在性故障及其故障的特性。主变压器的后检查主要包含试压试验、无损检测技术、电气设备性能试验、运作性能试验、吊芯检查、输出功率和电流量试验等。

适用主变压器的故障检验方式也可分成看着检查、车外检查、当场试验等。根据看着检查可以发觉故障的具体位置和明显水平，如零件渗油、防潮剂掉色、零件松脱、散热器和滤网阻塞等。假如绝缘层毁坏，减压阀工作中异常，精确测量元器件毁坏，故障当场没法处理，只能进行关机检查。当油排汽车继电器毁坏时，可根据原点检测来检验汽油泵和风机的故障。

结语：

根据FMECA方式，对某动车组列车牵引供电系统的故障方式、缘故、危害、频率和严重程度开展综合分析，并对其危害程度进行定性研究。得到体系的风险故障源包含：IGBT控制模块监管故障、变压器油泵34-F55断电、冷却风扇故障、绝缘油流受阻等。该办法从故障产生几率以及危害程度2个层面综合性分辨故障系统的综合性危害程度，并根据系统危害对高危害故障制订对应的防止或纠正措施，进而完成牵引供电系统的稳定运作。该办法为动车组系统的故障科学研究带来了服务支持^【3】。

参考文献：

1. 刘冰.关于高速动车组主变压器故障模式的分析[J].信息周刊, 2019,000(008):1-1.

2. 刘诗佳,杨宏博,王华胜,等.动车组主变压器故障模式影响分析[J].铁道机车车辆，2014(01):73-78.

[3]卢碧红,张秉海,曲宝章.动车组牵引供电系统故障模式影响与危害分析[J].振动、测试与诊断,2016,000(001):97-101.