城軌車輛電傳動系統(tǒng)智能運維方案（培訓）

2020年城軌車輛電傳動系統(tǒng)智能運維方案目錄背景概述總結(jié)展望技術(shù)方案Page2一、背景概述中國中車股份有限公司版權(quán)所有20154背景概述1隨著國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長，城市軌道交通運輸需求量不斷增加，對車輛

運行可靠性要求也越來越高，車輛故障處理與維修工作的重要性日益凸顯。

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

車輛的正常運行。

1.1背景城軌車輛牽引電傳動系統(tǒng)智能運維的實現(xiàn)具有重要意義。中國中車股份有限公司版權(quán)所有20155背景概述11.1背景

提高車輛檢修維護效率，降低檢修維護成本；

轉(zhuǎn)變車輛檢修維護方式，從傳統(tǒng)的故障維修和計劃維修轉(zhuǎn)化為

智能的狀態(tài)維修；

提高車輛的可維護性和可用性，提升運輸能力。

中國中車股份有限公司版權(quán)所有20156背景概述11.1背景

提高電傳動系統(tǒng)的狀態(tài)感知和故障預警能力，實現(xiàn)對電傳動系統(tǒng)

關(guān)鍵部件的故障預測與健康管理；

降低電傳動系統(tǒng)故障發(fā)生率，提升產(chǎn)品運營可靠性；

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

1.2目標背景概述17牽引電傳動系統(tǒng)故障預測與健康管理（PHM）搭建牽引電傳動系統(tǒng)智能運維平臺在線故障率降低20%維保效率提高10%實現(xiàn)牽引電傳動系統(tǒng)的智能運維。預防維修視情維修牽引電傳動系統(tǒng)PHM二、技術(shù)方案中國中車股份有限公司版權(quán)所有20159城軌車輛牽引電傳動系統(tǒng)由牽引變流器、牽引電機組成，故障影響大、是關(guān)鍵核心部件。牽引電傳動系統(tǒng)牽引變流器牽引電機關(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)學模型，實現(xiàn)產(chǎn)品預測性維修及維修管理智能運維平臺車載單元完成狀態(tài)感知檢測、數(shù)據(jù)存儲、故障判斷、數(shù)據(jù)傳輸?shù)孛嫱瓿蓴?shù)據(jù)分析、故障診斷、健康預測、運維決策及備件管理等應(yīng)用驗證裝車運行檢測，運行數(shù)據(jù)收集，大數(shù)據(jù)分析處理，示范應(yīng)用驗證技術(shù)方案2中國中車股份有限公司版權(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系統(tǒng)—變流器、牽引電機車載單元系統(tǒng)地面管理系統(tǒng)軟件硬件牽引系統(tǒng)關(guān)鍵部件的工作機理、失效模式、健康狀態(tài)表征指標及演化特性故障診斷模型設(shè)計、實現(xiàn)故障預測及維修決策構(gòu)建關(guān)鍵部件的壽命數(shù)學模型，實現(xiàn)智能運維搭建大容量車載及地面數(shù)據(jù)存儲、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中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.1總體方案（整車）技術(shù)方案312中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.2系統(tǒng)架構(gòu)（M1單車）技術(shù)方案3牽引電傳動系統(tǒng)PHM框圖13中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.2系統(tǒng)架構(gòu)（M1單車）技術(shù)方案3

牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元信號采集單元大容量存儲單元車輛智能運維系統(tǒng)TCUIGBT模塊電容器接觸器傳感器牽引電機溫度信息電壓、電流冷卻風機溫度信息電壓、電流動作反饋信號觸頭閉合計數(shù)傳感器輸出溫度電流功率模塊溫度振動14中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.3系統(tǒng)功能主要實現(xiàn)的功能包括：狀態(tài)監(jiān)控、故障預警、故障診斷、故障預測、健康評估、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)控故障預警故障診斷故障預測維修策略維修排程7健康評估系統(tǒng)功能15中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.4關(guān)鍵部件監(jiān)測方案牽引電傳動系統(tǒng)牽引變流器傳感器（電壓、電流、溫度等）IGBT模塊（含驅(qū)動及電源）電容器接觸器TCU及控制電源牽引電機

通過針對關(guān)鍵部件開展失效分析研究，掌握失效機理，確定與性能退化失效相關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測量。技術(shù)方案3盡量減少主電路改動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機16中國中車股份有限公司版權(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)測量電壓傳感器燒損；

受干擾波動；高壓下無輸出；

輸出隨機波動；傳感器輸出電流傳感器燒損；

線性度變差；

零點漂移過大；無輸出；零點輸出過大；傳感器輸出溫度傳感器燒損；受干擾，波動不穩(wěn)定；無輸出或輸出過大；運行中突變，不穩(wěn)定；傳感器輸出技術(shù)方案317中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.4.1關(guān)鍵部件-傳感器技術(shù)方案3電壓信號電流信號溫度信號控制單元數(shù)據(jù)采集電壓信號值電流信號值溫度信號值狀態(tài)監(jiān)測量基于測量值的失效判別與預警控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實時數(shù)據(jù)傳感器異常監(jiān)測數(shù)據(jù)與預警18中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.4.2關(guān)鍵部件-IGBT技術(shù)方案3IGBT的失效機理：溫度是導致IGBT模塊失效的主要因素失效分析鍵合線脫落IGBT器件焊層開裂19中國中車股份有限公司版權(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信息處理單元車輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實時數(shù)據(jù)IGBT狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與剩余有效壽命20中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.4.3關(guān)鍵部件-線路接觸器技術(shù)方案3線圈吸力過小彈簧彈力偏小粉塵積累觸頭氧化失效分析吸合時間釋放時間吸合次數(shù)失效判據(jù)閉合指令釋放指令輔助常開觸頭反饋輔助常閉觸頭反饋狀態(tài)檢測量21中國中車股份有限公司版權(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)采集釋放時間吸合時間觸點閉合計數(shù)動作反饋延時狀態(tài)監(jiān)測量提取接觸器退化特征進行故障預警及壽命預測控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實時數(shù)據(jù)接觸器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與故障預警22中國中車股份有限公司版權(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輸出異常失效判據(jù)控制電源監(jiān)測CPU運行狀態(tài)監(jiān)測（增加通訊生命信號）基板溫度監(jiān)測狀態(tài)檢測量23中國中車股份有限公司版權(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)測信號CPU運行狀態(tài)監(jiān)測（通訊生命信號）基板溫度監(jiān)測控制單元數(shù)據(jù)采集電源電壓通訊生命信號基板溫度狀態(tài)監(jiān)測量通過TCU運行狀態(tài)進行故障預警及壽命預測控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實時數(shù)據(jù)TCU狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與故障預警24中國中車股份有限公司版權(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)實現(xiàn)容值計算溫度監(jiān)測狀態(tài)檢測量25中國中車股份有限公司版權(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)測量基于測量閥值的預警基于溫度的預警控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實時數(shù)據(jù)支撐電容狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與預警26中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.4.6關(guān)鍵部件-冷卻風機技術(shù)方案3繞組短路電機溫升過快失效分析電機電流異常溫升異常失效判據(jù)電機電流（新增）溫度傳感器（新增）狀態(tài)檢測量27中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.4.6關(guān)鍵部件-冷卻風機技術(shù)方案3電機電流變流器溫度控制單元數(shù)據(jù)采集電機電流變流器溫度值狀態(tài)監(jiān)測量基于測量閥值的預警控制單元牽引系統(tǒng)PHM信息處理單元車輛PHM系統(tǒng)以太網(wǎng)口實時數(shù)據(jù)冷卻風機狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與預警28中國中車股份有限公司版權(quán)所有20153.4.7關(guān)鍵部件-牽引電機

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（振動加速度傳感器）狀態(tài)檢測量29中國中車股份有限公司版權(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中國中車股份有限公司版權(quán)所有2015總結(jié)與展望3

電傳動系統(tǒng)的智慧運維的實現(xiàn)能夠提高車輛檢修維護效率，降低檢修維護成本；

轉(zhuǎn)變車輛檢修維護方式