城市軌道交通關鍵供電設備維修檢修模式研究

上海申通地鐵建設集團有限公司 秦康乾

1 城市軌道交通關鍵供電設備的構成

城市軌道交通牽引電力系統的關鍵設備包括：干式牽引變壓器、牽引整流器、直流開關柜、饋線電纜等，35kV 高壓交流電由電網一側或主變電所輸入的直流電壓轉化成1500V 直流電，供給城軌列車的供電(圖1)。

圖1 城軌牽引供電示意圖

干式牽引變壓器。在牽引電力系統中，干式牽引變壓器是一種很有作用的電力設備，一般由四個主要部分構成：線圈部分、鐵芯部分、分接開關部分和套管部分。由于其本身部件材料老化、磨損、外部高壓、大電流等環境因素的綜合影響，使其各項性能指標出現老化或機械作用力逐漸超標而發生故障導致失效。

牽引整流器。在城市軌道牽引變電站中占有重要地位。由于軌道交通系統中的直流牽引電壓較高，存在的諧波污染問題，因此一般都是由十二脈波整流柜并聯構成二十四脈波整流電路[1]。對散熱器的散熱有嚴格的要求，一般都是用水冷卻或強制空氣冷卻的方法。牽引整流器與干式牽引變壓器的閥側連接，其箱體為金屬箱體，在牽引電源系統中，獨立的金屬箱體是由交流電向直流電轉變的重要設備。牽引整流器由冷卻部分、主回路可控硅及其控制系統、總成部分和保護部分組成。

直流開關柜。在城市軌道交通牽引供電系統中，直流開關柜是城市軌道交通安全可靠供電的關鍵環節[2]，在城市軌道牽引供電系統中用來進行饋線、接觸網、接觸軌。對各種設備進行實時監測，保護和總線通信。它包括直流斷路器，直流隔離開關，直流避雷器，絕緣變壓器；直流饋線電纜。饋線是城市軌道電力系統中的最終環節，承擔著向接觸網或接觸網供電的任務。常見故障部位是電纜頭和電纜線。

2 關鍵供電設備維修檢修模式分類

事后維修。是早起供電設備維修的基本思想，它符合當時的設備狀況，因早期的裝備結構比較簡單，沒有比較復雜的結構，出現故障的幾率很小，且故障對設備的影響也很小，所以在設備出現故障無法使用的情況下才對其進行修理。該維修方式適合于裝置結構簡單，不需要維修，只在裝置發生故障或不能正常運行時才能進行維修。顯然這樣的緊急檢修不但要耗費大量的維修成本，且會帶來很大的經濟損失。

定期維修。整體的維修周期是以設備的工作時間為基礎的，由城市軌道電力設備生產廠家或城市軌道運營公司的維修人員，根據自己的經驗提供相應的預防性維修周期。由于城市軌道牽引供電系統中的關鍵設備不僅具有不同的生命周期，且其總體使用壽命也是不一樣的，如對全部設備都使用同一類型的維修方式，必然會導致維修費用的減少，從而導致城軌牽引供電設備的維修費用。所謂“維修過剩”就是修理的次數超出了正常的修理次數，修理的次數越多、維修的時間越長所用的時間就越短，從而導致大量的停機損耗。“維修不足”是指修理的次數不夠多，需進行適當的修理，這就導致了更嚴重的后果，因缺乏相應的維修體系而導致的失敗幾率會大大提高，如出現故障則會導致無法估量的停機損失。

狀態維修。相對于事后維修以供電設備是否已發生故障為判別準則，定期維修以供電設備的實際運行時間為準，狀態維修以設備的實際工作狀態來判別其是否需要進行維護檢修[3]。狀態維修模式是依靠傳感器技術對關鍵供電設備的各項運行參數和性能指標進行監測和評估，從而獲得設備的實際狀態，在設置的狀態閾值限度前進行維修計劃。狀態維修具有極強的針對性，特別適用于價格高昂、維護檢修難度大且一旦出現設備故障會導致較大損失的供電設備。

3 關鍵設備的維護檢修模式選擇

3.1 構建設備的層次結構模型

根據乘回歸到交通關鍵通電設備在運行過程中的對于可靠性的具體要求，設置準則層的評判準則分別為B1（設備重要度）、B2（維修費用）、B3（停機損失）、B4（人力資源供應程度）、B5（維修設備的供應程度）以及B6（維修的難易程度），最后以C1（事后維修）、C2（定期維修）以及C3（狀態維修）三種維護檢修模式為方案層，建立了如圖2的層次結構模型。

圖2 關鍵設備的層次結構模型

3.2 準則層權重及檢修模式得分的確定

準則層權重的確定。根據0～4評分法的規定，兩個評價指標進行重要程度對比時可分為以下三種情況：首先是重要程度為很重要時的評價指標得分為4分，另一評價指標得0分；其次是兩個憑借指標重要程度相同或相差不大時各得2分；最后是重要程度為較重要的評價指標得3分，另一評價指標得1分。

檢修模式得分的確定。本文采用專家打分法對3個備選方案中的各指標進行打分，并根據各指標的最優值構成理想方案。專家打分時評價等級和實際得分的對應關系為優得分為100分，評價為良時得分為80分，評價為中時得分為60分，評價為差時得分為40分，評價為劣時得分為0分。通過對專家的打分整理后得出不同設備在不同維護檢修模式下的實際得分。

3.3 關鍵供電設備維護檢修模式選擇

3.3.1 干式牽引變壓器

采用專家打分法對干式牽引變壓器中各準則層間的相對重要程度進行打分得到表1，根據專家對不同維護檢修模式的打分匯總后得到表2。由表1和表2可知C1、C2以及C3的得分如下：C1=0.150×60+0.183×80+0.233×40+0.133×60+0.133×60+0.167×80=62.28；C2=0.150×80+0.183×60+0.233×60+0.133×80+0.133×80+0.167×100=74.94；C3=0.150×80+0.183×80+0.233×100+0.133×80+0.133×80+0.167×80=84.58。其中C3（狀態維修）的總體得分最高，且遠超過C1（事后維修）和C2（定期維修），其中C1（事后維修）的總體得分最低，因此干式牽引變壓器的最佳維護檢修模式為C3（狀態維修）。

表1 干式牽引變壓器準則層得分及權重表

表2 干式牽引變壓器不同檢修模式得分表

3.3.2 牽引整流器

采用專家打分法對牽引整流器中各準則層之間的相對重要程度進行打分得到表3，根據專家對不同維護檢修模式的打分匯總后得到表4。由表3和表4可知C1、C2以及C3的得分如下：C1=0.117×60+0.0 67×80+0.217×60+0.117×60+0.183×60+0.3×80=67.4；C2=0.117×80+0.067×60+0.217×60+0.11 7×80+0.183×80+0.3×100=80.4；C3=0.117×80+0.067×80+0.217×80+0.117×80+0.183×80+0.3×100=86.08。其中C3（狀態維修）的的總體得分最高，C1（事后維修）的總體得分最低，因此牽引整流器的最佳維護檢修模式為C3（狀態維修）。

表3 牽引整流器準則層得分及權重表

表4 牽引整流器不同檢修模式得分表

3.3.3 直流開關柜

采用專家打分法對直流開關柜中各準則層之間的相對重要程度進行打分得到表5，根據專家對不同維護檢修模式的打分匯總后得到表6。由表5和表6可知C1、C2以及C3的得分如下：C1=0.033×80+0.0 83×80+0.1×80+0.183×80+0.267×60+0.333×80=74.58；C2=0.033×80+0.083×80+0.1×80+0.183×80+0.267×80+0.333×100=86.58；C3=0.033×8 0+0.083×80+0.1×60+0.183×80+0.267×80+0.333×80=77.92。通過對比可知，C1（事后維修）、C2（定期維修）以及C3（狀態維修）之間的得分差別不大，其中C2（定期維修）的總體得分最高，C1（事后維修）的總體得分最低。因此，當前三種維護檢修模式均可適用于直流開關柜，但最佳維護檢修模式為C2（定期維修）。

表5 直流開關柜準則層得分及權重表

表6 直流開關柜不同檢修模式得分表

3.3.4 直流饋線電纜

采用專家打分法對直流饋線電纜中各準則層之間的相對重要程度進行打分得到表7，根據專家對不同維護檢修模式的打分匯總后得到表8。

表7 直流饋線電纜準則層得分及權重表

表8 直流饋線電纜不同檢修模式得分表

由表7和表8可知C1、C2以及C3的得分如下：C1=0.017×100+0.083×80+0.100×80+0.217×10 0+0.283×80+0.300×80=84.68；C2=0.017×80+0.083×80+0.100×80+0.217×80+0.283×80+0.300×80=80；C3=0.017×70+0.083×60+0.100×60+0.217×80+0.283×80+0.300×80=76.17。通過對比可知，C1（事后維修）的得分最高，C3（狀態維修）得分最低，因此直流饋線電纜的最佳維護檢修模式為C1（事后維修）。