城軌車(chē)輛電傳動(dòng)系統(tǒng)智能運(yùn)維方案（培訓(xùn)）

2020年城軌車(chē)輛電傳動(dòng)系統(tǒng)智能運(yùn)維方案目錄背景概述總結(jié)展望技術(shù)方案Page2一、背景概述中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20154背景概述1隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，城市軌道交通運(yùn)輸需求量不斷增加，對(duì)車(chē)輛

運(yùn)行可靠性要求也越來(lái)越高，車(chē)輛故障處理與維修工作的重要性日益凸顯。

電傳動(dòng)系統(tǒng)是城軌車(chē)輛的核心子系統(tǒng)。一旦發(fā)生故障，將直接影響

車(chē)輛的正常運(yùn)行。

1.1背景城軌車(chē)輛牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)智能運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20155背景概述11.1背景

提高車(chē)輛檢修維護(hù)效率，降低檢修維護(hù)成本；

轉(zhuǎn)變車(chē)輛檢修維護(hù)方式，從傳統(tǒng)的故障維修和計(jì)劃維修轉(zhuǎn)化為

智能的狀態(tài)維修；

提高車(chē)輛的可維護(hù)性和可用性，提升運(yùn)輸能力。

中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20156背景概述11.1背景

提高電傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)感知和故障預(yù)警能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電傳動(dòng)系統(tǒng)

關(guān)鍵部件的故障預(yù)測(cè)與健康管理；

降低電傳動(dòng)系統(tǒng)故障發(fā)生率，提升產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)可靠性；

優(yōu)化電傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2目標(biāo)背景概述17牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）搭建牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)智能運(yùn)維平臺(tái)在線故障率降低20%維保效率提高10%實(shí)現(xiàn)牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)的智能運(yùn)維。預(yù)防維修視情維修牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)PHM二、技術(shù)方案中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20159城軌車(chē)輛牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)由牽引變流器、牽引電機(jī)組成，故障影響大、是關(guān)鍵核心部件。牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)牽引變流器牽引電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)基于牽引系統(tǒng)關(guān)鍵部件相關(guān)狀態(tài)感知量，建立部件健康管理數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品預(yù)測(cè)性維修及維修管理智能運(yùn)維平臺(tái)車(chē)載單元完成狀態(tài)感知檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障判斷、數(shù)據(jù)傳輸?shù)孛嫱瓿蓴?shù)據(jù)分析、故障診斷、健康預(yù)測(cè)、運(yùn)維決策及備件管理等應(yīng)用驗(yàn)證裝車(chē)運(yùn)行檢測(cè)，運(yùn)行數(shù)據(jù)收集，大數(shù)據(jù)分析處理，示范應(yīng)用驗(yàn)證技術(shù)方案2中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有201510硬件軟件功能模塊核心算法功能模塊牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)—變流器、牽引電機(jī)車(chē)載單元系統(tǒng)地面管理系統(tǒng)軟件硬件牽引系統(tǒng)關(guān)鍵部件的工作機(jī)理、失效模式、健康狀態(tài)表征指標(biāo)及演化特性故障診斷模型設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)及維修決策構(gòu)建關(guān)鍵部件的壽命數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維搭建大容量車(chē)載及地面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、分析系統(tǒng)智能感知技術(shù)信息挖掘技術(shù)組網(wǎng)比較技術(shù)數(shù)據(jù)算法技術(shù)技術(shù)方案211中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.1總體方案（整車(chē)）技術(shù)方案312中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.2系統(tǒng)架構(gòu)（M1單車(chē)）技術(shù)方案3牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)PHM框圖13中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.2系統(tǒng)架構(gòu)（M1單車(chē)）技術(shù)方案3

牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元信號(hào)采集單元大容量存儲(chǔ)單元車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)TCUIGBT模塊電容器接觸器傳感器牽引電機(jī)溫度信息電壓、電流冷卻風(fēng)機(jī)溫度信息電壓、電流動(dòng)作反饋信號(hào)觸頭閉合計(jì)數(shù)傳感器輸出溫度電流功率模塊溫度振動(dòng)14中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.3系統(tǒng)功能主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：狀態(tài)監(jiān)控、故障預(yù)警、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、健康評(píng)估、維修策略、維修排程七大功能模塊。技術(shù)方案3123456狀態(tài)監(jiān)控故障預(yù)警故障診斷故障預(yù)測(cè)維修策略維修排程7健康評(píng)估系統(tǒng)功能15中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4關(guān)鍵部件監(jiān)測(cè)方案牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)牽引變流器傳感器（電壓、電流、溫度等）IGBT模塊（含驅(qū)動(dòng)及電源）電容器接觸器TCU及控制電源牽引電機(jī)

通過(guò)針對(duì)關(guān)鍵部件開(kāi)展失效分析研究，掌握失效機(jī)理，確定與性能退化失效相關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)量。技術(shù)方案3盡量減少主電路改動(dòng)可靠性重要程度綜合考慮成本盡量利用已有傳感器原則冷卻風(fēng)機(jī)16中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.1關(guān)鍵部件-傳感器部件失效模式失效判據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)量電壓傳感器燒損；

受干擾波動(dòng)；高壓下無(wú)輸出；

輸出隨機(jī)波動(dòng)；傳感器輸出電流傳感器燒損；

線性度變差；

零點(diǎn)漂移過(guò)大；無(wú)輸出；零點(diǎn)輸出過(guò)大；傳感器輸出溫度傳感器燒損；受干擾，波動(dòng)不穩(wěn)定；無(wú)輸出或輸出過(guò)大；運(yùn)行中突變，不穩(wěn)定；傳感器輸出技術(shù)方案317中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.1關(guān)鍵部件-傳感器技術(shù)方案3電壓信號(hào)電流信號(hào)溫度信號(hào)控制單元數(shù)據(jù)采集電壓信號(hào)值電流信號(hào)值溫度信號(hào)值狀態(tài)監(jiān)測(cè)量基于測(cè)量值的失效判別與預(yù)警控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車(chē)輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳感器異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)警18中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.2關(guān)鍵部件-IGBT技術(shù)方案3IGBT的失效機(jī)理：溫度是導(dǎo)致IGBT模塊失效的主要因素失效分析鍵合線脫落IGBT器件焊層開(kāi)裂19中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.2關(guān)鍵部件-IGBT技術(shù)方案3變流器電流IGBT的溫度控制單元數(shù)據(jù)采集

IGBT的結(jié)溫和殼溫IGBT老化程度狀態(tài)監(jiān)測(cè)量推算IGBT的剩余有效壽命控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車(chē)輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)IGBT狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與剩余有效壽命20中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.3關(guān)鍵部件-線路接觸器技術(shù)方案3線圈吸力過(guò)小彈簧彈力偏小粉塵積累觸頭氧化失效分析吸合時(shí)間釋放時(shí)間吸合次數(shù)失效判據(jù)閉合指令釋放指令輔助常開(kāi)觸頭反饋輔助常閉觸頭反饋狀態(tài)檢測(cè)量21中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.3關(guān)鍵部件-線路接觸器技術(shù)方案3閉合指令釋放指令輔助常開(kāi)觸頭反饋輔助常閉觸頭反饋控制單元數(shù)據(jù)采集釋放時(shí)間吸合時(shí)間觸點(diǎn)閉合計(jì)數(shù)動(dòng)作反饋延時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)量提取接觸器退化特征進(jìn)行故障預(yù)警及壽命預(yù)測(cè)控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車(chē)輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接觸器狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與故障預(yù)警22中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.4關(guān)鍵部件-TCU及控制電源技術(shù)方案3TCU工作異常失效分析控制電源異?？刂扑罊C(jī)輸出異常失效判據(jù)控制電源監(jiān)測(cè)CPU運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)（增加通訊生命信號(hào)）基板溫度監(jiān)測(cè)狀態(tài)檢測(cè)量23中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.4關(guān)鍵部件-TCU及控制電源技術(shù)方案3控制電源監(jiān)測(cè)信號(hào)CPU運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)（通訊生命信號(hào)）基板溫度監(jiān)測(cè)控制單元數(shù)據(jù)采集電源電壓通訊生命信號(hào)基板溫度狀態(tài)監(jiān)測(cè)量通過(guò)TCU運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障預(yù)警及壽命預(yù)測(cè)控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車(chē)輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)TCU狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與故障預(yù)警24中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.5關(guān)鍵部件-支撐電容技術(shù)方案3由于介質(zhì)損耗引起電容器容值變化電容器工作溫度異常失效分析電容器容值電容器溫度失效判據(jù)在不增加傳感器的情況下基于現(xiàn)有TCU數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)容值計(jì)算溫度監(jiān)測(cè)狀態(tài)檢測(cè)量25中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.5關(guān)鍵部件-支撐電容技術(shù)方案3電容電壓架線電壓充電時(shí)間電感電流電容溫度控制單元數(shù)據(jù)采集電容容值電容溫度狀態(tài)監(jiān)測(cè)量基于測(cè)量閥值的預(yù)警基于溫度的預(yù)警控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車(chē)輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐電容狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)警26中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.6關(guān)鍵部件-冷卻風(fēng)機(jī)技術(shù)方案3繞組短路電機(jī)溫升過(guò)快失效分析電機(jī)電流異常溫升異常失效判據(jù)電機(jī)電流（新增）溫度傳感器（新增）狀態(tài)檢測(cè)量27中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.6關(guān)鍵部件-冷卻風(fēng)機(jī)技術(shù)方案3電機(jī)電流變流器溫度控制單元數(shù)據(jù)采集電機(jī)電流變流器溫度值狀態(tài)監(jiān)測(cè)量基于測(cè)量閥值的預(yù)警控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車(chē)輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)警28中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.4.7關(guān)鍵部件-牽引電機(jī)

技術(shù)方案3軸承燒損繞組溫度高失效分析軸承溫度異常繞組溫度異常失效判據(jù)電壓、電流電機(jī)轉(zhuǎn)速（速度傳感器）軸承溫度（軸承溫度傳感器）繞組溫度（繞組溫度傳感器）軸承振動(dòng)（振動(dòng)加速度傳感器）狀態(tài)檢測(cè)量29中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有20153.5PHM系統(tǒng)展示

技術(shù)方案3地面數(shù)據(jù)中心

三、總結(jié)展望31中國(guó)中車(chē)股份有限公司版權(quán)所有2015總結(jié)與展望3

電傳動(dòng)系統(tǒng)的智慧運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)能夠提高車(chē)輛檢修維護(hù)效率，降低檢修維護(hù)成本；

轉(zhuǎn)變車(chē)輛檢修維護(hù)方式