2019城轨车辆电传动系统智能运维方案探讨

月安全高效绿色智能城轨车辆电传动系统智能运维方案探讨目录背景概述总结展望技术方案•Page2一、背景概述中国中车股份有限公司版权所有20154背景概述1随着国民经济持续快速增长，城市轨道交通运输需求量不断增加，对车辆运行可靠性要求也越来越高，车辆故障处理与维修工作的重要性日益凸显。电传动系统是城轨车辆的核心子系统。一旦发生故障，将直接影响车辆的正常运行。1.1背景城轨车辆牵引电传动系统智能运维的实现具有重要意义。中国中车股份有限公司版权所有20155背景概述11.1背景提高车辆检修维护效率，降低检修维护成本；转变车辆检修维护方式，从传统的故障维修和计划维修转化为智能的状态维修；提高车辆的可维护性和可用性，提升运输能力。中国中车股份有限公司版权所有20156背景概述11.1背景提高电传动系统的状态感知和故障预警能力，实现对电传动系统关键部件的故障预测与健康管理；降低电传动系统故障发生率，提升产品运营可靠性；优化电传动系统的设计方案，提高产品质量。1.2目标背景概述17•牵引电传动系统故障预测与健康管理（PHM）•搭建牵引电传动系统智能运维平台•在线故障率降低20%•维保效率提高10%实现牵引电传动系统的智能运维。预防维修视情维修牵引电传动系统PHM二、技术方案中国中车股份有限公司版权所有20159城轨车辆牵引电传动系统由牵引变流器、牵引电机组成，故障影响大、是关键核心部件。牵引电传动系统牵引变流器牵引电机关键技术基于牵引系统关键部件相关状态感知量，建立部件健康管理数学模型，实现产品预测性维修及维修管理智能运维平台车载单元完成状态感知检测、数据存储、故障判断、数据传输地面完成数据分析、故障诊断、健康预测、运维决策及备件管理等应用验证装车运行检测，运行数据收集，大数据分析处理，示范应用验证技术方案2中国中车股份有限公司版权所有201510硬件软件功能模块核心算法功能模块牵引电传动系统—变流器、牵引电机车载单元系统地面管理系统软件硬件牵引系统关键部件的工作机理、失效模式、健康状态表征指标及演化特性故障诊断模型设计、实现故障预测及维修决策构建关键部件的寿命数学模型，实现智能运维搭建大容量车载及地面数据存储、传输、分析系统智能感知技术信息挖掘技术组网比较技术数据算法技术技术方案211中国中车股份有限公司版权所有20153.1总体方案（整车）技术方案3MMMMTCMPMPTCMMM1MMM2ACUPHM信息处理盒TCU(ACU)PHM信号采集盒MMMMPHM信号采集盒MMMMPHM信号采集盒MMMMTCUPHM信号采集盒MMMM车辆维护网APUVVVFVVVF（APU）TCU(ACU)VVVF（APU）ACUAPU以太网硬线TCUVVVFMMMMMM12中国中车股份有限公司版权所有20153.2系统架构（M1单车）技术方案3牵引电传动系统PHM框图采集对象牵引电机温度、振动新增传感器温度传感器1、2...振动传感器1、2...16路模拟信号传感器硬线PHM采集盒牵引系统新增传感器信息采集、汇聚与传递牵引系统PHM信息计算单元牵引系统原始数据处理、状态监测功能、故障诊断功能、故障预警功能实现数字信号以太网口牵引控制单元（+ACU）牵引变流器（+APU）数字信号TCU以太网口牵引系统PHM信息存储单元牵引系统原始数据、状态监测数据、故障诊断与预警信息存储并行总线车辆PHM系统车辆综合通讯系统数字信号以太网口状态监测数据、故障诊断与预警信息实时传输数字信号以太网口原始数据到站传输已有传感器信号PHM信息处理盒车辆维护网数字信号以太网口M1车13中国中车股份有限公司版权所有20153.2系统架构（M1单车）技术方案3牵引系统PHM信息处理单元信号采集单元大容量存储单元车辆智能运维系统TCUIGBT模块电容器接触器传感器牵引电机温度信息电压、电流冷却风机温度信息电压、电流动作反馈信号触头闭合计数传感器输出温度电流功率模块温度振动14中国中车股份有限公司版权所有20153.3系统功能主要实现的功能包括：状态监控、故障预警、故障诊断、故障预测、健康评估、维修策略、维修排程七大功能模块。技术方案3123456状态监控故障预警故障诊断故障预测维修策略维修排程7健康评估系统功能15中国中车股份有限公司版权所有20153.4关键部件监测方案牵引电传动系统牵引变流器传感器（电压、电流、温度等）IGBT模块（含驱动及电源）电容器接触器TCU及控制电源牵引电机通过针对关键部件开展失效分析研究，掌握失效机理，确定与性能退化失效相关的状态监测量。技术方案3尽量减少主电路改动可靠性重要程度综合考虑成本尽量利用已有传感器原则冷却风机16中国中车股份有限公司版权所有20153.4.1关键部件-传感器部件失效模式失效判据状态监测量电压传感器烧损；受干扰波动；高压下无输出；输出随机波动；传感器输出电流传感器烧损；线性度变差；零点漂移过大；无输出；零点输出过大；传感器输出温度传感器烧损；受干扰，波动不稳定；无输出或输出过大；运行中突变，不稳定；传感器输出技术方案317中国中车股份有限公司版权所有20153.4.1关键部件-传感器技术方案3电压信号电流信号温度信号控制单元数据采集电压信号值电流信号值温度信号值状态监测量基于测量值的失效判别与预警控制单元牵引系统PHM信息处理单元车辆PHM系统以太网口实时数据传感器异常监测数据与预警18中国中车股份有限公司版权所有20153.4.2关键部件-IGBT技术方案3IGBT的失效机理：温度是导致IGBT模块失效的主要因素失效分析键合线脱落IGBT器件焊层开裂19中国中车股份有限公司版权所有20153.4.2关键部件-IGBT技术方案3变流器电流IGBT的温度控制单元数据采集IGBT的结温和壳温IGBT老化程度状态监测量推算IGBT的剩余有效寿命控制单元牵引系统PHM信息处理单元车辆PHM系统以太网口实时数据IGBT状态监测数据与剩余有效寿命20中国中车股份有限公司版权所有20153.4.3关键部件-线路接触器技术方案3线圈吸力过小弹簧弹力偏小粉尘积累触头氧化失效分析吸合时间释放时间吸合次数失效判据闭合指令释放指令辅助常开触头反馈辅助常闭触头反馈状态检测量21中国中车股份有限公司版权所有20153.4.3关键部件-线路接触器技术方案3闭合指令释放指令辅助常开触头反馈辅助常闭触头反馈控制单元数据采集释放时间吸合时间触点闭合计数动作反馈延时状态监测量提取接触器退化特征进行故障预警及寿命预测控制单元牵引系统PHM信息处理单元车辆PHM系统以太网口实时数据接触器状态监测数据与故障预警22中国中车股份有限公司版权所有20153.4.4关键部件-TCU及控制电源技术方案3TCU工作异常失效分析控制电源异常控制死机输出异常失效判据控制电源监测CPU运行状态监测（增加通讯生命信号）基板温度监测状态检测量23中国中车股份有限公司版权所有20153.4.4关键部件-TCU及控制电源技术方案3控制电源监测信号CPU运行状态监测（通讯生命信号）基板温度监测控制单元数据采集电源电压通讯生命信号基板温度状态监测量通过TCU运行状态进行故障预警及寿命预测控制单元牵引系统PHM信息处理单元车辆PHM系统以太网口实时数据TCU状态监测数据与故障预警24中国中车股份有限公司版权所有20153.4.5关键部件-支撑电容技术方案3由于介质损耗引起电容器容值变化电容器工作温度异常失效分析电容器容值电容器温度失效判据在不增加传感器的情况下基于现有TCU数据实现容值计算温度监测状态检测量25中国中车股份有限公司版权所有20153.4.5关键部件-支撑电容技术方案3电容电压架线电压充电时间电感电流电容温度控制单元数据采集电容容值电容温度状态监测量基于测量阀值的预警基于温度的预警控制单元牵引系统PHM信息处理单元车辆PHM系统以太网口实时数据支撑电容状态监测数据与预警26中国中车股份有限公司版权所有20153.4.6关键部件-冷却风机技术方案3绕组短路电机温升过快失效分析电机电流异常温升异常失效判据电机电流（新增）温度传感器（新增）状态检测量27中国中车股份有限公司版权所有20153.4.6关键部件-冷却风机技术方案3电机电流变流器温度控制单元数据采集电机电流变流器温度值状态监测量基于测量阀值的预警控制单元牵引系统PHM信息处理单元车辆PHM系统以太网口实时数据冷却风机状态监测数据与预警28中国中车股份有限公司版权所有20153.4.7关键部件-牵引电机技术方案3轴承烧损绕组温度高失效分析轴承温度异常绕组温度异常失效判据电压、电流电机转速（速度传感器）轴承温度（轴承温度传感器）绕组温度（绕组温度传感器）轴承振动（振动加速度传感器）状态检测量29中国中车股份有限公司版权所有20153.5PHM系统展示技术方案3地面数据中心三、总结展望31中国中车股份有限公司版权所有2015总结与展望3电传动系统的智慧运维的实现能够提高车辆检修维护效率，降低检修维护成本；转变车辆检修维护方式，从传统的故障维修和计划维修转化为智能的状态维修；提高车辆的可维护性和可用性，提升运输能力。电传动系统的智慧运维的实现依赖于电传动系统供应商、车辆供应商与业主共同紧密合作。西安中车永电捷通电气有限公司西安中车永电捷通电气有限公司坚持以成为”具有国际竞争力的电传动系统解决方案提供商“为目标，坚持创新驱动，打造安全、绿色、智能的牵引电传动系统，为客户创造价值。感谢观看！