动车组牵引供电系统关键设备使用寿命评估方法

马 莉,殷培峰，畅丽霞

(1.兰州石化职业技术学院 电子电气工程学院，甘肃 兰州 730060；2.兰州市大数据社会服务管理局，甘肃 兰州 730000)

动车牵引供电设备种类繁多、数量巨大、运行环境非常复杂。这些牵引供电设备的使用寿命受到各种不同因素的影响，使用年份继续增加也会增强设备老化，导致维护成本增加，这些都是动车供电系统设备维护将会面临的问题。如何确定高速铁路牵引供电设备使用状态，如何评估这些设备的使用寿命，将会成为运营者和管理者特别关注的问题。国内外学者对动车牵引系统及其故障诊断技术进行了深入的研究，有学者研究了高速列车信息控制系统的故障诊断技术[1]，有学者对电气化铁路牵引供电系统可靠性评价系统及其安全进行了研究[2-3]，有学者对高铁设备使用寿命的评估方法进行了研究[4-6]，还有学者运用视频监控技术研究了基于软件监控的变电站系统[7]。对动车牵引供电设备使用影响因素利用层次分析法进行权重分析，对各因素利用模糊评价进行评估等级划分，最后对动车牵引供电设备使用寿命进行综合评价。

1 设备使用寿命

采用优、良、中、差来评价设备使用状态等级，用来反映设备的使用寿命[2]。对应关系如表1所示。

表1 设备使用状态评价等级表

2 设备使用寿命评估方法

本文使用模糊层次分析法，将其应用在牵引供电系统关键设备，进而评估这些设备的使用寿命。其设备使用寿命评价递阶层次模型如图1所示。

图1 设备使用寿命评价递阶层次模型

3 动车组牵引供电系统关键设备使用寿命分析与评价

牵引供电系统主电路主要由高压电器系统、牵引变压系统、牵引交流器系统和牵引电机系统组成。

3.1 评价指标的选取

对设备使用寿命的评估，在考虑设备自身情况的同时，也要考虑设备管理的过程。动车牵引供电系统使用寿命评价系统，主要是利用高压电器系统、牵引变压器系统、牵引交流器系统、牵引电机这四个组成结构作为评价准侧进行分析，其评价体系结构如图2所示。

图2 动车组牵引供电系统关键设备使用寿命评价体系结构图

3.2 确定动车组牵引供电系统使用寿命各影响因素权重

本文在以大量同类相关论文的基础上，认为大连交通大学卢碧红老师《动车组牵引供电系统故障模式影响与危害分析》一文的研究成果，对本文工作很有帮助。该文从动车组牵引供电系统故障出现频率描述的角度出发，系统的分析了动车组牵引供电系统故障的类型和故障出现的百分比，研究成果保证了动车组牵引系统运行可靠性。故直接采用文献[8]中故障名称及故障出现的百分比数据，将故障出现的百分比求倒数即为动车牵引供电系统使用寿命评估递阶结构模型的各要素权重如表2所示。

表2 动车组牵引供电系统使用寿命影响因素权重表

续表

专业人士按指标将评定等级进行划分，并根据当前状态确定指标评价等级隶属度[9-10]。根据模糊综合评价方法，按动车组牵引供电系统使用寿命评价结构模型从下往上进行评价，最终A-B层评价结果如表3所示。

表3 使用寿命影响因素评价表

根据表3各评价等级数值，本文将评价标尺选取为评价等级数值区间的中间值而进行计算。计算所得评价级的尺度标量为

C=(0.7720,0.7303,0.6623,0.6615)

(1)

综合评价算子：

d=CBT=0.7175

(2)

以表1为准，则动车组牵引供电系统使用寿命处于良的状态，但是最终综合评价算子数值已经很接近优的数值，所以其结果显示该高速列车在运行过程中存在程度不大的风险，需加强预防性检修。

4 结束语

本文结合使用了层次分析法和模糊综合评价方法，最终分析评价了动车牵引供电系统关键设备的使用寿命。对国外某动车牵引供电系统关键设备进行了使用寿命评价，结果显示，动车组牵引供电系统使用寿命处于良的状态，但是最终综合评价算子数值已经很接近优的数值，所以其结果显示列车运行过程中存在一些风险，但是风险程度不大，还需加强预防性检修。