城市轨道交通变电设备健康度评价及主动维护体系的研究

城市轨道交通变电设备健康度评价及主动维护体系的研究

冯玉好

天津轨道交通运营集团有限公司 300380

【摘要】城市轨道交通设施设备的安全可靠是系统正常运行的基础，国家、地方、行业颁布多项办法规定，对城市轨道交通运营设施设备定期检查、检测评估、养护维修、更新改造等方面提出具体关要求，明确要强化关键设施设备管理，建立健全设施设备维修技术规范和检测评估、维修保养制度。现阶段城市轨道交通的运营维保模式主要以传统的计划维修和故障修为主，当前运维工作存在以下三方面不足：1）系统及设备状态判断存在不足，考虑单一设备运行状态较多，对系统的状态进行整体把控较少；利用当前值进行阈值比较较多，结合历史数据，预测设备运行趋势较少。2）如何合理确定设备维修项目、时间，缺乏依据较多。 3）维护模式有待完善改进，计划式的检查、维修工作存在维修不足或者维修过剩的情况。随着运营规模持续扩大，设备管理工作量将大幅度提升，部分线路的关键设施设备陆续进入大修阶段的背景下，如何科学有效的评价变电设备整个生命周期健康状态，搭建变电设备健康度综合评价体系，提前针对性地开展主动维护就变得尤为重要。

关键词：变电设备；健康度评价；主动维护

一、项目概况

本项目通过运行表现分析、检查测量、试验校验、带电检测及智能监测手段获取变电设备多维度全状态运行参量，依据设备部件划分层级、指标赋权法及可靠性评价模型，联合决策综合评价设备健康分值，科学准确地开展变电设备运行数据处理、故障预测、健康评估及可靠性风险分析，收集智能化运维阈值，绘制设备全生命周期运行曲线，辅助决策优化，主动开展状态维护，降本增效。 天津津轨道交通变电设备健康度评价系统自2018年搭建形成以来，逐渐完善成为覆盖12个设备系统548个维度的综合性评价体系，开展78站次设备健康度评价，针对不同线路变电设备评价等级，先后制定了维修规程调整、关键部件轮转修、开展改造项目、应用新技术等维修调整策略。对比传统维护方式，在设备健康性、可靠性及安全性等方面得到显著提升，在轨道交通行业可广泛推广。本文重点对牵引直流系统、电力电缆健康度评价体系进行介绍。

二、牵引直流系统健康度综合评价

牵引直流系统供电直接关系到地铁列车的安全稳定运行。通过分析直流设备的工作原理，依据设备元器件功能重要性、影响范围及故障率等，对设备元器件进行分级管理，从150余项元器件清单中梳理5类14项关键部件为影响直流设备可靠性的关键元器件。依据关键点位在线、离线、专业检测等收集的数据信息，对劣化程度进行赋值和加权集成，划分健康状态等级。

表1：直流系统关键部件状态量

直流系统状态量权重：视状态量对直流开关柜安全运行的影响程度，从轻到重分为四个等级，对应的权重分别为权重1、权重2、权重3、权重4，其系数为1、2、3、4。权重1、权重2与一般状态量对应，权重3、权重4与重要状态量对应。

直流系统状态量劣化程度：视状态量的劣化程度从轻到重分为四级，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级。其对应的基本扣分值为2、4、8、10分。

直流系统状态量扣分值：状态量应扣分值由状态量劣化程度和权重共同决定，即状态量应扣分值等于该状态量的基本扣分值乘以权重系数（见表2）。状态量正常时不扣分。

表2 状态量的评价表

直流开关柜的状态评价为整体评价。根据直流开关柜运行特点，按照设备运行、一次回路、二次回路、预防性试验四个类别进行状态评价。根据直流开关柜状态量扣分标准，直流开关柜状态评价状态按扣分的大小分为“正常状态”、“注意状态”、“异常状态”和“严重状态”。直流开关柜的评价应同时考虑单项状态量的扣分和类别合计扣分情况，部件状态评价标准见表3。

当任一状态量单项扣分和类别合计扣分同时达到表3规定时，视为正常状态；

当任一状态量单项扣分或类别所有状态量合计扣分达到表3规定时，视为注意状态；

当任一状态量单项扣分达到表3规定时，视为异常状态或严重状态。

表3 直流开关柜总体评价标准

三、电力电缆健康度综合评价

3.1实施背景。目前地铁供电电缆的总体规模、增速、电缆老化率呈逐年上升趋势；设备量大、运维手段单一；电缆及附件质量不达标，电缆故障频发，是目前面对及需要解决的问题。目前现有的检测方法仅使用绝缘测试，耐压测试测试方法来诊断电缆整体绝缘健康状态。但是电缆耐压试验通过后仍有电缆故障情况出现，随着老电缆运行年限的增加，切割工程中发现的电缆缺陷逐年增多，但常规耐压试验无法确定故障类型、原因，且部分隐患电缆当时能通过正常的耐压试验，该部分电缆带缺陷运行，给地铁供电的安全运行带来了安全隐患。受现场现场条件制约，目前所采用的交流耐压试验仪器（串联谐振耐压试验仪）较重，无法及时运送至变电所内进行交流耐压试验。

3.2实施方法。传统电缆检测只测试单一特征指标，做出“正常”“故障”的二元判断，不能反映电缆运行的中间状态。根据电缆运行特点，综合多参量制定运行状态评价标准，采集电缆的红外、局放、介损等关键数据，全面掌握电缆的绝缘老化、进水受潮的情况，带电实时掌握电缆运行数据，绘制全寿命周期运行曲线。根据实时信息及曲线走势，对电缆主体及附件健康状态进行正常、注意、异常三种等级评价，给出正常维护、密切关注、立即停电检查等维护建议。

四、项目成果

根据设备系统健康度评价结果，开展主动维修。主动维护是对传统计划性维修的质的提升，通过设备健康度评价、设备可靠性提升分析、新工艺新技术应用探究，在设备出现异常前，预先精准订制并开展设备维修。 第一，发现单一设备严重缺陷，立即处理；第二，发现系统性缺陷，专项维修；第三，发现设备可靠性下降趋势，制定大修项目需求，开展大修；第四，发现设备新工艺技术、可靠性提升需求，开展项目类更新改造。

结束语：

该项目针对不同线路变电设备评价等级，先后制定了维修规程调整、关键部件轮转修、开展改造项目、应用新技术等维修调整策略。对比传统维护方式，在设备健康性、可靠性及安全性等方面得到显著提升，在轨道交通行业可广泛推广。根据设备实时信息数据，基于模糊算法/案例推理等多参量，在健康状态劣化超过阈值前开展预测预警。在数据处理、健康度评价及可靠性分析基础上，建立联合决策模型，依据企业维修管理模式，为维修时间、方式、周期、程度调整提供依据。提前开展主动维护，可提高设备可用性，减少盲目机械的定期维修，减少设备故障，节省人力、物资储备及故障影响成本。

参考文献：

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[2]张浩,马诚佳,孙一通,沈峰,涂楠.高压电缆故障测试技术培训的智能化改进及探讨电子测试,2021(13):127-129.