（电力系统及其自动化专业论文）基于rcm的铁路牵引供电设备维修模式的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t e l e c t r i f i e dr a i l w a yh a sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nm o d e mt r a n s p o r t a t i o n sa n d s o c i a ld e v e l o p m e n ti nc h i n ab e c a u s eo fi t sh u g ec a p a c i t y , h i g he f f f i c i e n c y , h i g hs p e e d a n dl o wp o l l u t i o n t h ee q u i p m e n t so ft h et r a c t i o np o w e rs u p p l y , a st h ec o r eo f e l e c t r i f i e dr a i l w a y , a r er e q u i r e dh i g h l yr e l i a b l e ，h i g h l ya v a i l a b l ea n dl o w l yd i s s i p a t i v e i nm a i n t e n a n c e t h u s ，s t u d i e so nr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n sa n do p t i m u mm a i n t e n a n c e s c h e d u l i n go ft h e mn o to n l yh a v eag r e a ts i g n i f i c a n c eo ft h es a f t ya n dr e l i a b i l i t yo f t h et r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e m ，b u ta l s oa r ead e s i d e r a t ei s s u eo nr e f o r mo f m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n ts y s t e mi no u rc o u n t r y b ya n a l y z i n gc u r r e n tm a i n t e n a n c em o d ef o rt h ee q u i p m e n t so ft h et r a c t i o np o w e r s u p p l yi nc h i n aa n dc o m p a r i n gw i t ht h e i rd e v e l o p m e n ta th o m ea n da b r o a d ，t h e t h e s i s a d o p t s r c mt o a n a l y z e t h e e q u i p m e n t s f a u l t m o d e f a u l tm o d e a n a l y s i s ( f m e a ) m e t h o di si n t r o d u c e da n di m p r o v e dt om e e tt h en e e d so ff a u l t d i a g n o s i s t h e m o d eo fs y s t e md e f i n i t i o nf r o mt w o a s p e c t s ( s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n ) ，a n d t h ei t e m s ，s u c ha s f a u l ts y m p t o m a n d f a u l tc a u s e e n h a n c et h e a s s i s t a n c ef o rf a u l td i a g n o s i s f a u l tt r e ei sa p p l i e dt od e s c r i b et h ec a u s a lr e l a t i o no f s u b s t a t i o ne q u i p m e n tf a u l t s d u r i n gt h ee s t a b l i s h m e n to ff a u l tt r e e ，am e t h o db a s e do n f m e ai sp r e s e n t e dt os t r e n g t h e nt h eo b j i e c t i v i t yo ft r e e an e wm a i n t e n a n c em o d ef o rt h ee q u i p m e n t so ft h et r a c t i o np o w e rs u p p l yb a s e d o nr c mi sp r e s e n t e di nt h i st h e s i s ，o p t i m u mm a i n t e n a n c em o d em u s tb ea d o p t e d u n d e rf a u l tm o d ea n a l y s i s b e s i d e st h et h e o r e t i c a ls t u d y ，t h i st h e s i so p t i m i z e st b m a n dc m bw h i c ha r ea d o p t e di nt h en e wm a i n t e n a n c em o d e ，i ta l s oe d u c e sa c o n c l u s i o nb ye x a m p l ea n a l y s i s f i n a l l y , b a s e d o nr c m ，t h et h e s i s p r o v i d e st h e t e n t a t i v e p r o g r a m m e s o n c o m p u t e r i z e dm a i n t e n a n c em a n a g e m e n ts y s t e mf o rt h et r a c t i o np o w e rs u p p l y e q u i p m e n t s k e yw o r d s ：e q u i p m e n t so ft h et r a c t i o np o w e rs u p p l y , r c m ，f a u l tm o d ea n a l y s i s ， f a t , m a i n t e n a n c em o d e ，m a i n t e n a n c em a n a g e m e n ts y s t e m 西南交通大学四南父遗大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密。使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 氰圹 签 胗 燧 驴 导期指日 罐彳 殳矽 氢岁 登 。 者芬 作 卵 一耐 论 ： 位期学日 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 论文提出将以可靠性为中心的维修( r c m ) 引入当前设备维修，强调在进行 设备故障分析中加强f m e a 技术和f a t 技术的应用，通过对设备故障现象、原 因、后果分析，建立各类设备的故障模型，以解决设备在故障树搭建初期资料 调研分析阶段遇到的问题，以功能和部件相结合的方式来定义和划分设备系统， 通过设立故障征兆、故障原因和维修项目等分析项目，增强了模式分析结果对 故障诊断维修的支持性； 2 论文设计了对设备进行f m e a 的具体实施流程图，提出的基于r c m 的牵 引供电设备的维修模式，能够将传统的计划性预修方式、状态维修、点检和事 后维修工作等有机的结合起来，使得维修更加合理、全面； 3 根据牵引供电设备c m m s 的设计目标和技术支持的要求，结合当前的计 算机管理系统( c m m s ) ，初步设计了以可靠性为中心的牵引供电设备c m m s 管理系统，并对系统的各个模块的实现要求给出了详细阐述。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第 章绪论 1 ，1 研究背景及意义 - l ， 。1 世界高速铁路的发震规划 自从1 9 6 4 年网本建成世界上第条高速铁路东京至大阪高速铁路至今，高 速铁路己存4 0 多年酶历史”。1 9 9 4 年1 2 月，欧溯铁盟遗过了在2 0 2 0 年内建戒 泛欧高速铁路网的规划，规划的目标是新建1 0 0 0 k m 、可以满足列车以2 5 0 k m h 以上速度运行的高速铁路，改造1 5 0 0 0 k m 既有线，形成2 5 0 0 0 k m 的高速铁路溺，以 连接欧洲所有的主要城市嘲。国家发展和改革委员会 2 0 0 4 1 5 9 号文件一中长 期铁路网规划批准：“为满足快速增长的旅客运输要求，建立省会城市及大中 城市闻的快速客运通道，规划“四纵蹈横弦铁路快速客运通道以及三个城际快 速客运系统。建设客运专线1 2 万公里以上，客车速度目标值达到每小时2 0 0 公里及以上。按照这一巍划，裂2 0 2 0 年，我毽铁路营业墨程将达到王o 万公里， 主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到5 0 ，运输能力满足国民 经济霹社会发震需要，主要技寒装备达到或接近雹际先进承平。 - i 1 2 牵引供电系统设备维修现状 多年来，我国瞧气化铁路牵弓l 供电设备维修一直慕用周期维修制。这种修 制对设备缺陷的发现虽然具有一定的预防作用，但融于修前没有针对性，造成 定的修理“盲目性 。这种维修模式在电气化铁路运行初期，在设备整体质量 不高、备用方式不完备( 移动备震) 的情况下对及时僳持设备处于良好状态发 挥了积极作用。但随着技术的进步，设计水平、设备制造水平及施工工艺水平 的不断提高，牵辱| 供电设备静整体可靠牲褥到了大幅度提高。在这辫情况下， 周期修的弊端日益髭现，突出表现在维修的盲目性大，效率低。这不仅因维修 任务量大造成维修任务难数全殛完成，瑟且大量豹“富 骖也给铁路运输带来 严重干扰。加之铁路运输不间断、商密度、离负荷的特点，牵引供电系统必须 尽量提高提高和保障供电设备以及系统的可靠性，降低其失效风险，因为一旦 牵弓l 供电系统发生故障或事故，将造成铁路运输中断，给国民经济帮社会发展 造成巨大损失。周期维修制存在以下几方面弊端引： l 。露前实行的周麓修带来翡维修盲酲性大。计划维修标准项露和毒# 标准项 圈及其执行频度基本依靠经验制定，而不是建立在科学、系统地分析设备故障 的基爨上，维穆顼霹不麓徽到对症下药，维修串认蕊掰畜豹项霹都很重要、不 西亵交通大学硕士硪究生学位论文第2 页 可忽视，维修重点不突出，资源分配不合理；维修工作量大，造成人为、物力 资源的极大浪费； 2 ) 周期修存在维修过剩现象。状态良好的设备到了规定的维修周期，为了 碜理、检查也要进行拆卸裁组装，造成设备有效剩震时闻减少，大力、物力、 财力相对浪费，甚至引发维修故障。实践表明，因维修质量不高，造成良好设 备修螽投运裁塞现闯题的情况靖有发生，形成一耪“不修不出事一修就窭事” 的极不正常现象； 3 ) 。周期维修存在维修不足现象。设备由予多种原因在维修期未到时产生局 部故障，但受维修计划制约，不得不带病运行，有时故障的恶化造成维修代价 和维修费用增大以及不必要的事故损失； 4 ) 周期修可搡作性不强。由于不能停电等因素的影嚷，部分设备檄本不麓 拨规定的维修周期维修，造成设备超维修周期运行，周期修流于形式，缺乏约 寨力； 5 ) 周期修对开关设备过多不必要的分、台闸试验冲击，人为缩短了开关设 备的枫藏寿命。 随着铁路跨越式发展的不断深化，铁路发生了本质性的变化，加之新技术 装餐的层出不穷，运输生产力布局的不断调整等变化与既有体制产生了巨大的 冲击，各方面的改革势在必行。如何借鉴国内外现有的维修理论和实践的发展 成果，改革并探索牵引供电设备的维修管理制度，建立牵引供电设备新的维修 管理模式已是铁路系统一件追在盾睫的大事。 1 1 3 基于r c m 牵引供电设备维修模式的提出 剿车速度快、行车密度大要求供电容量大、供电可靠性高。牵零| 供电系统 作为一种故障多发性的特殊电力系统，其对设备的可靠性有糟更高的要求，科 学、经济的维修方式也就显褥这关重要。 以可靠性为中心的维修( r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a c e ，r c m 是近二十年 出众多维修理论中脱颖丽出，并逐步被广泛接受的一种用以确定资产预防性维 修需求、优化维修制度的系统工程方法，是霉前维修管理方式中最其代表性的 模式4 0 朝。它是建立在设备的设计特点、运行功能、失效模型和后果分析的基 础主，戮最大限度提高设备酌使焉可靠性茭鼹酶，通过现场故障数据统计、专 家评估、定量化建模等手段，在保证设备安全和完好的前提下，判别哪些子系 统和零部件是赣界状态，哪些需要修复、改进窝重薪设计，确定维掺的必要性 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 和可靠性，对维修要求进行重新评估，最终制订出实用、合理的维修计划或大 纲。r c m 的最大特点是扶故障后果的严重穰发出发，尽可能避免或至少减轻数 障后果，改交了避去那种根据设备故障的技术特性黠故障本身进行预防的传统 观念。r c m 实葳上是一套融事后维修、定期维修、状态维修、改进髓维修秀一 体酶、优纯的综合维修模式，以提离设备可靠性、减少生产和维修费用。 1 。1 。4 基于r c m 牵引供电设备维修的意义 从霹持续发展的战略角度考虑，有效的维修策略可以提高物质资源和入力 浚源豹剩用效率，避免设备使用寿命不足带来的浪费和设备过度使用带来的风 险费用，对于节约入力、物力以及组织有序、高效的铁路运输工作具有重要意 义。主要体现在：提高牵弓l 供电系统可靠性：降低失效风险和维修费用； 改善铁路运输服务水平。对牵弓| 供电系统的设备展歼以可靠性为中性的维修， 是因为通过r c m 分析新褥到的维修计划具有很强的针对性，克服了传统的“周 瓣修挣存在的弊端，避免了“多维修、多绦券、多多益善和“故障焉荐维修弦 的传统维修思想的影响，使维修工侔更具科学性。这不僵可以加深工俸人员对 整个供电系统的教障规律的认识，两且对躁后电气化铁路的建设、运营和维护 工作具鸯重要的指导意义。 1 ，2 国内外r c i d 的应用现状 军事方面：1 9 7 2 年美蠢首先将r c m 魔爝于海霉的p - 3 飞机和s 3 a 飞机， 盾来又应用于f - 4 飞机的维修大纲上。致使p 3 飞机的翻修期从3 年延长到5 苹，检查颂匿取消了5 5 锡( 改为攀露维修) ，还有2 0 | 骑项隧减少了缀修频数， 从面使飞机准备实践缩短了籀，维修停飞实践缩缀了7 9 ，而维修质量有了 嘴显的提嵩阅。巢歼击机根据r c m 制定的维修大缨的应用，将原来的定检工份 大大筛仡，其工体量减至1 3 甚至楚多，专家估测可节省3 0 的维修费用，飞 机的平均宪好率肖望提高2 0 以上 。 航空方面：美国联合航空公司从1 9 8 4 年至1 9 8 7 年对液蹑泵进行了将近碡 年的寿命探索，液压泵的维修间隔逐渐从6 0 0 0 h 增加到1 4 0 0 0 h 。在维修闯隔逐 渐增加酶4 年中事故维修攀反而大大降低。唯一可暖解释这现象的是由于维 修次数减少，维修过程中入凳错误导致设备敬障的可能性也大大减少泓。7 0 每 代初，由于执行了r c m 维修大纲，架波音7 4 7 飞枫每飞行2 万小时的结构大 检只需6 6 万工时，面5 q 颦代一架d c 一8 飞机每飞行2 万小时的结构大检则需 要4 0 0 万2 1 1 时，蕊者相差鳓倍。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ，在我国，航空维修理论研究起步较晚，2 0 世纪7 0 年代中期以前一直沿用苏 联的体制和方式方法，虽然在传统的“安全第一、预防为主”维修思想的指导 下进行了多次组织制度的改革并取得了一定的效果，但仍然没有突破苏联的早 期模式。1 9 7 9 年，我国民航和空军首先引进了以可靠性为中心的维修，取得了较 好的效果。随后，海军、陆军和各工业部门也逐渐开展了研究和应用。1 9 8 9 年 5 月，原航空航天工业部发布了航空工业标准h b 6 2 1 1 飞机、发动机及设备以 可靠性为中心的维修大纲的制订，并运用于轰炸机和教练机维修大纲的制订。 1 9 9 2 年国防科工委颁布了国家军用标准g j b l 3 7 8 装备预防性维修大纲的制定 要求与方法，该标准在海军、空军及二炮部队有关装备上的初步应用取得了显 著的军事、经济效益引。 电力方面：西方发达国家电力设备维修策略面临的主要问题是在设备逐步 进入老化期的情况下如何保持电力设备的高可靠性、降低设备维修费用、提高 企业的竞争力。为此，在设备维修上引入了状态维修，而在整体维修策略上则 大多转向以可靠性为中性的维修( r c m ) 。在日本，t u r k e y p o i n t 发电厂应用r c m 取得了节约人工费4 3 、节约外包装工程和材料费2 7 的效果呻1 。美国电力工 业则是从1 9 8 3 年开始r c m 维修大纲的研究与执行，并于1 9 8 4 年由美国电力研 究院( e p r i ) 将其用于核电厂的维修n 1 1 。 国内电力设备的维修主要是利用现有成熟的技术和方法对设备运行情况进 行状态监测，利用专家系统对设备在线和离线测试数据进行分析，综合判断设 备的运行状态，对设备未来的运行状态进行预测，以达到延长设备维修间隔时 间、提高设备维修合理性、降低整体维修费用的目的。目前r c m 维修策略的研 究与应用也主要集中在针对发电厂设备的维修优化方面。例如，我国大亚湾核 电站推行r c m ，取消c e x 系统中电动机1 0 年解体检修项目后，系统和设备的 可靠性没有降低，维修费用却得到很大的节省：修一台c e x 电动机人工费是3 万元，更新电动机轴承为1 5 2 7 2 元。初步估计解体一台电动机就算其它部件没 有问题最少也得花费4 5 - - 5 万元，6 5 台电动机的经济效益可想而知呻1 。这还是 仅从一个系统的设备来考虑，如果从整个系统乃至整个电站来考虑，工作量将 大为降低，维修费用的节省也将十分可观! 其它方面：由于进行了r c m 审查，某轧钢厂中的保温炉在最初的1 8 个月 的运行期间内，其可用度和期望值分别达到8 9 和9 5 ；石油平台上的固定式 燃气轮机的大修问隔从2 5 0 0 h 增加到4 0 0 0 h ，而不牺牲可靠性m 引。江苏省公路局 霞南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 美国c m i 公司的2 台r s 4 2 5 型稳定土路拌概，原维护费用离达2 8 6 万元，平 均每工俸小时的维修费用这4 6 7 0 0 霓，设备完好率仅在7 0 左右。盘1 9 8 3 年3 月执行r c m 维修大纲至1 9 9 9 年8 月，工作- y1 2 8 9 h ，发生维修保养费用为l o 7 l 万元左蠢，平均每工作小时的费用淹8 3 鸺元，仅必执行r c m 维修大缨前费用 孵1 7 。8 ，丽设餐的完好率达到9 0 t 。9 1 。 现在，r c m 已在许多豳家的觏空、武器、电力、铁路、汽车、核设施、海 洋技术、石油化工、建筑、食品及药晶等行业广泛应用阱。 1 3 本论文的主要研究内容 本文在分析辫蠹外设备维修模式程我煎电气化铁路牵号l 供电设备维修现状 的基础上，将设备可靠性理论和典型的设备故障模式引入牵引供电设备维修决 策，提擞牵弓l 供电设备基- t r c m 髂维修模式，并建立了该模式的整体框架，锈 确维修模式的蠢涵。初步解决不闻设备采用镑种维修方式以及如 霹优化维修周 期薅大闯题。 ， 本文的主要做了以下方面的工佟： ( 1 ) 分析了我鹰牵弓l 供电设簧采用“周期修 猩在的弊端；介绍了设备维修 的基本概念、维修模式和维修理论的发展与演变，对各种维修模式的优缺点傲 了详细的对比； ( 2 ) 对r c m 理论进行较为深入的研究，阐明了r c m 理论对设备维修所持 的基本观点、对故障及故障特性的认识、维修观念上的差异和优势； ( 3 ) 深入讨论了f m e a 和f a t 分析法在进行设餐维修初期稚准备阶段的应 用及重要作用；并对变压器、断路器、隔离开关、互感器等设备的进行了详细 的f m e a 分析； ( 4 ) 提出基予r c m 的铁路牵孳| 供电设餐衢的维修模式，然蔚就该模式中所采 用的定期维修( t m b ) 按照可用度最大原则翻总费用最小原煲l j 进行了建模；对状 态维修( c m b ) 的捡测蜀期进行了建模与优他。最嚣通过实例验证了模型的正 确性和可行性； ( 5 ) 最后，通过对牵号| 供电设备维修管理系统的设计誉标和技术支持的分 析，给啦牵孳| 供电设备基予r 麟的维修管理系统的初步设计方案，并对各模块 的功笼进行了详缁分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 贾 第2 章设备维修模式及r c m 理论研究 2 1 设备维修的基本概念 维修是对设备进行维护和修理的总称，它有两层含义：维护系统与设备按设 计正常运行；修复失效的系统与设备使其恢复设计的运行能力。维护是为保持 设备良好状态所徽的所有工作，包括清洗擦拭、滤滑涂漓、检查调校等；修理 是为恢复设备设计功能所做的所有工作，包括故障诊断、故障排除、故障排除 层的测试以及全面翻修、大修、中修、小修等陬3 。 设备维修是为保持和恢复设备功能而采取的技术活动。维修工作的目的是 保证设备处于良好的技术状态，满足生产需要，并使维修费用降低。 2 2 设备维修模式的演变 工业发展从手工作坊到机械化和电气化，各个时期的设备管理与维修方式 寄很大的变化，一般来说可概括为三个阶段。 1 第一阶段( 1 9 5 0 年以前) 在此阶段采用事后维修( b m ，b r e a km a i n t e n a n c e ) ，又称故障维修，这是最 早的维修方式。该维修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障且 无法继续运行时才进行维修，维修工作是非计划的，维修的霹的是消除故障。 采用事后维修的方式能够最大限度地提高设备利用率，减少不必要检修所造成 的浪费，但是这种应急维修需付出很大的代价和维修费用，不但严重威胁着设 备或入身安全，而且存在明显的维修不足，对系统安全极为不利。在现代设备 管理的要求下，事后维修仅用于对生产影响极小的非重点设备、有冗余配置的 设备或采掰其它维修方式不经济的设备。 2 第二阶段( 1 9 5 0 年1 9 7 0 年) 随着设备的冀益复杂，修理所占用的时间己成为影响生产的一个重要因素。 为了尽量减少设备修理对生产的影响，2 0 世纪5 0 年代，美国和前苏联等国提出 了定期维修( i b m ，t i m eb a s e dm a i n t e n a n c e ) 的概念，开始由事后维修向定期 维修转交，强调采用适当的方法和组织措施，尽可能早地发现设备的隐患，预 防和维修相结合，保证设备的正常运行。其维修间隔的确定主要根据经验和统 计资料，以保证设备( 系统) 的完好率处于定水平。这一时期对彳寸赦障的基 本思想是“预防为主，强调维护设备的安全性，减少考虑维修活动的经济性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 但是它很难预防由于随机因素引起的偶然事故，同时也会废弃了许多尚可使用 的备件，而且增加了不必要的拆装次数，造成浪费。 依据形式和实施方式的不同，定期维修又派生为以前苏联为代表的计划性 维修模式和以美嚣为代表的预防性维修模式两大体系。 预防性维修以摩擦学、诊断理论为依据，是一种通过对设备进行周期性的 检查和分析来制定维修计划的管理方法。它的优点是珂以减少菲计划翡故障停 机，依据检查情况调整后的维修计划可以部分减少维修的盲因性；缺点是由于 受检修手段、仪器设备和维修人员经验的制约，可能会使检查失误，进一步使 维修计划不准确，造成维修冗余或不足。 计划性维修以摩擦学与摩擦理论为基础。主要做法是依据制造厂提供的已 知设备的设计寿命、维修方式、维修计划以及平均故障间隔时间，制定相应的 维修程序，定期对设备进行大修、小修、临修、定期维护等。在该体制下，维 修顼慝、工麓安摊和维修周期均由管理部门根据经验预先制定好。定期维修贯 彻“到期必修，修必修好的原则，设备到达预定维修的时间周期时，不论设 备是否存在缺陷和阕题，都要进行维修。 我国电气设备的维修长期以来都是沿用前苏联实行的计划性维修体制，这 种模式的优点是可以减少非计划( 故障) 停机，可将潜在的故障隐患消灭在萌 芽状态；缺点是由于计划固定，没有考虑设备实际使用、负荷情况，容易产生 “无病 停机维修和计划问隔期内维修不足，维修的经济性差，不但造成设备 香效利用时间静损失和人力、物力、财力的浪费，甚至会孳| 发维修故障。 3 第三阶段( 1 9 7 0 年至今) 在这时期，电力设备赣着大型他、精密纯、自动纯、综合化、技术密集 化方向发展，使得维修呈现出多种发展模式，充分体现出可靠性、设备监测、 人工智能、信息、管理科学等多学科的发展成果。先后出现了预知维修和状态 维修、以利用率为中心的维修、全面计划质量维修、可靠性维修、适应性维修、 以可靠性为中心的维修、费用有效维修、以利润为中心的维修、绿色维修、再 制造工程的维修等维修模式。 预知维修和状态维修 预知维修( m p ，p r e d i c t v i em a i n t e n n a c e ) 产生予计娥预防维修之后，是最早 依赖计算机系统和软件来记录故障、评估系统和制定维修策略的方法。这一管 理模式向传统的以时闻为基础的预防维修( 鹂m ，t i m eb a s e dm a i n t e n a n c e ) 体制 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 提出了挑战。但这种方法受到了计算机技术、数据采集技术和故障预测技术的 影响和制约，在早期有效性不强。 随着监测手段的进步和计算机的发展，1 9 8 0 年代初形成了更为完善的体制， 帮以状态为基础的维修体制，称状态维修 按故障酶褶互关系区分单个故障与多重故障 单个故障包括独立故障和从属故障两种情况： 独立故障不是幽另一个设备弓 起的故障； 从属故障由于另设备而引起的故障。 多重敌障指出若于个连续发生的独立故障饼组藏的故障事件，它可 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 贾 能造成其中任何单个故障所不能产生的后果。 多重故障与隐蔽功能故障又关系密切，如采隐蔽功能故障没有及时被发现 和排除，就会造成多重故障的可能性，产生难以预料的严重后果。所以可采取 加大对隐蔽功能故障酶捡测频率，来及时撵除隐蔽功能故障，防止多重事故的 发生。 除上述三种划分辨，按故障螽栗区分时，故障可分为安全性( 环境性) 、任 务性和经济性后果故障。 2 。故障特性的磷究 预防维修是根据设备故障特征曲线或浴盆益线，在设备进入耗损故障期之 前安排进行的维修活动。另终，根据美国民航在过去3 0 多年里对设备从使用到 淘汰( 包括无形磨损造成酶设备报废) 所做的关于可靠性酶大量研究表明：设 笛故障特征曲线呈6 种不间的形状，如图2 - 2 所示。 e1 4 露2 2设备故障特征赫线 从图中可以看出， 模式a 显示了设备欲投入运营到退役整个赣闻的故障率； 模式b 开始为恒定或逐渐略增的故障率，最后进人耗损期； 模式c 显示了缓慢增长麓鼓障率，但没有囊显的耗损缨； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 模式d 显示了新设备刚如厂时的低故障率现象，很快增长为恒定的故障率； 模式e 显示了在整个寿命周期都保持恒定的故障率； 模式f 在开始有较高的初期故障率，很快降低为恒定或增长极慢的故障率。 6 种模式发生概率如图2 - 2 所示。研究表明，在设备越来越复杂的情况下， 更多的设备遵循e 和f 所代表的模式。这也更加证明，原来认为设备因使用时 阉越长磨损越严重丽导致赦障率迅速上升，这种理点不定正确。对于某种教 障模式起主导作用的设备，故障率可能与使用时间长短有关，而对于大多数设 备面言，使用时闻长短对于设备可靠性的影响不大。也就是说，经常修理设备 或定期大修，不一定会防止故障发生，反之可能将初期的高故障率引入稳定的 系统之中，增加设备总故障率。根据上面的认识，设备的定期大修只有在故障 后果严重越无法准确预测的情况下才必要，有条件则尽可能采取预测维修，一 般情况下则可采用闩常维护保养及润滑等措施。 2 。3 。4r c m 与传统维修观念的差异 根据上面的分析可以看出，r c m 归根到底是为了保持和恢复设备的固有可 靠性。这与传统维修的溉念有着较大的差别，如表2 - 1 所示： 表2 - 1r c m 与传统维修观念的差异 传统维修r c m 维修 a 设备纛，故障就多；设备新，a 设备老，故障不见得就多；设备新，故 故障就少；障也不见得就少； 定时拆修b 。设备赦障的发生、发震，与使 b 。只要骸酶枧件随坏涟修，设备故障与使 的作用用时间有点接关系；用时间一般就没有直接关系： c 定时拆修是对付故障普遍适c 定时拆修不趋对付故障普遍适用的有 用兹方法。利武器。 a 无明确的潜在故障概念。少量a 有明确的潜在故障概念，视情维修也往 潜在故障 视情维修往往是根据故障频率、往是根据潜在故障发展为功能故障的时 与功能故 危险程度来确定；阔采确定戆： b 如果定时维修和视情维修两b 如果定时维修和视情维修两者在技术 障的预防 者在技术上都可行时，则采用定上都可行时，则采取视情维修。 时维修。 a 无隐蔽功能故障概念；a 有隐蔽功能故障概念： 隐蔽故障 b 不了解隐蔽功能故障与多重b 了解隐蔽功能故障与多重故障有着密 与多重故 故障的关系； 甥的关系； c 多重故障的严熏后果是无法c 多重故障的严重后果憝有办法预防的， 障的认识 预防的，只能任其发生。至少可以降低到可接受的水平，它取决于 对隐蔽功能赦姆的检测频率和更改设计。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 颈防维修 预防性维修能够提高设餐的同预防性维修不能够提离设备的阑有可靠 有可靠经零平，麓够是设备僳持憷承平，最离只麓保持或达尉设备戆霹鸯 的作餍 做所期望做剜的事情。可靠性水平。 故障后果 预防性维修不仅能避免故障的预防性维修可以减少不故障的发生，但不 发生，两显蘸改变装障鹃磊栗。能馥交薮簿数后票，只有逶过设计才裁改 酶认识 变故障的尉果。 预防维修对可能出现的任何故障都要做只有故障詹聚严重，蕊且所做的维修性工 王作懿确预防缝维穆。作既要技术弼行，又要经济可褥，否鲻不 定做预防预防性维修工作。 初始预防维修大纲是在设备投初始预防维修入纲楚在设备投入使用之 维骖大缀入爱耀之后方裁订酶，露经裁前戆疆裁阶段就着手镧订戆，一般是不完 的制定订，一般不蒋进行修改。善的，需要在使用中不断地修订，才能逐 步完善。 维修大纲 一个完善蕊预防健维嫠大纲，麓个完善的预防霞绫修大缨，不熊单猿巍 单独由使用维修部门或研制部使用维修部门或研制部门制订出来，只有 的完善 i - j n 订出来。通过双方长期地共同协作才能究成。 2 3 5r c m 维修决策的数学分析方法 在r c m 的分析过程中，需要弄清故障模式、故障原因、故障后果等问题， 所以，f m e a 巍众多分析方法中是使慝最广泛最有效酶评估工具。它为分析提 供了完攘的思路。另外故障树( f 1 也作为有益的补充。 王。鹦蓬矗 f m e a 是故障模式及影响分析( f a i l u r em o d ee f f e c ta n a l y s i s ) 的简称。f m e a 是对系统鹤故障模式进行比较全谣麴定性分橱，主要包括故障模式分橱、故障 原因分析、故障检测方法分析、补偿措施分析与危害性分析等步骤。f m e a 所 提供的信息不仅对设计人员有用，两且对维修规划人员优化维修策略也有明显 的意义。根据f m e a 酶缭渠，维修规划人爨可以找盘系统中的缺陷和薄弱环节， 并找出控制和预防该故障发生的对策，从而提高系统可靠性。 躐黻薛分桥对象一般为硬俸，也可以分析获髂耪夫为阿题。它试匿播述掰 有可能的故障以及它们对系统造成的影响。f m e a 的分析层次从低到高包括h 船： 捣戒零件 组建 功能件 子系统 系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 入、环境等 2 礤杰 f t a ( f a u l t t r e e a n a l y s i s ) 是美国贝尔试验室的学者w a s t o n 和h a a s l - j - 1 驹1 年首先提融并应霜于空军的“民兵导弹发射控铡过程嘲。该方法是一种基予 图形的、自上到下的失效分析方法，它首先确定顶事件，通常是系统失效事件， 然后对造成顶事臀麴各释根本原匿( 底事释) 进行分轿，建立事故树框图模型， 张根据各个底事件的失效概率和彼此间的逻辑关系计算系统可靠性概率。 f a t 的价篷主要体现在如下咒点： 1 ) 查找设备( 系统) 中隐藏的故障； 2 ) 指趣设备( 系统) 中各类故障的重要性； 3 ) 借渤蚕形他的模型对系统深入分析，找出设备( 系统) 的薄弱环节； 4 ) 可以对设备( 系统) 可靠性进行定性与定量分析； 鑫) 在露一对闻集中分析某一设备( 系统) 故障； 6 ) 帮助分析人员更深刻地认识和分析系统，设备发生故障时，可以帮助分 析入员确定真正鳃原霞。 2 3 6r c m 的优势 通过上述分析讨论可知，r c m 与传统的维修方法捆兆，具有! 以下九大忧点： l 对设备的故障模式、机理等能有较好的了解； 2 ) 延长设备的使用寿命； 3 ) 增进设计、生产、使用帮维修部门之阆黪协箨精裤； 4 ) 提高运行性能和维修成本效益； 分大大减少维修项霹； 6 ) 节省人力、物力和财力，缩短维修时间； ? 以最低费用傺涯最大安全性和可靠性； 8 追求故障率最小、寿命周期费用最低、桃械综合经济效益最好； 9 ) 改善安全性和环境完整性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 第3 章基于f m e a 和f a t 的牵引供电设备故障分析 牵引供电系统的设备的统计范围应为牵引变电所一次侧进线隔离开关至电 力机车受电弓，包括牵引变电所、接触网系统以及分区所、开闭所等所有的设 施及设备。其中一次设备是电气化铁路使用过程中不可缺少的硬件设备，是直 接生产和输配电麓的设备，本文所研究的牵孳l 供电设备指的是牵引变电所、分 区所、开闭所等包含的一次设备，主要包括牵引变压器、开关设备、互感器、 电力电容器和避雷器等。由于系统设备的类型繁多、结构各异，且多属复杂系 统，导致其故障类型及划分呈现多种多样，如按故障发生的部位、按故障发生 的过程、按设备结构、按设备故障发生的部位等。这些原因都将造成设备异常 和故障情况的多样性，数至我髑在罗列帮分析设备的敏障模式时比较困难。针 对这些问题，本文在牵引供电系统设备的故障分析中运用r c m 理论所推崇的 f m e a 和f a t 技术，对牵孳| 供电系统的关键设备进行故障模式及项蜀分析。 3 1 设备的可靠性与维修性理论 3 ，_ l ，1 设备的可靠性 可靠性( r e l i a b i l i t y ) 的定义由于要用概率来表征，争议较多，自诞生之圜 起几经修改，仍然难以完全统一。我国在1 9 8 2 年发布了g b 3 1 8 7 可靠性基本 名词术语和定义，其中对可靠性的定义是：元件或系统在规定条件下和规定时 间内，完成规定功能的能力旺2 1 。 。牵孳| 供电设备可靠蠖的概念 牵引供电设备作为电气化铁路供电系统的关键，其可靠性可定义为：牵引 供电设备在娆定条件下、规定时间内，完成规定功能豹能力。其中，“规定条件 是指牵引供电设备所处的环境条件、使用条件、操作条件和维护条件；“规定时 间 是指广义的时间概念，也可以是与时间成比例的循环次数、距离等；“完成 规定的功能 是指牵引供电设备不发生故障连续可靠运行；“能力 是指具有统 计学意义的、用概率和数理统计的方法处理的、可以量化的描述。 牵引供电设备基本上是可修复设备，一壁发生可靠性下降或故障都可以经 过修理得到修复，所以牵引供电系统的设备在整个有效寿命周期内，总是处于 “爱常一故障修复一正常 的循环之中，这种运行状况的改变是一个随枧的 过程，符合一定的概率统计规律。 但是，与很多系统不同，铁路牵引供电系统不能容忍在某些设备失效的情 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 况继续运行，这样会较大程度地增加其他设备失效甚至整个系统加速失效麴可 能性。 2 设备可靠性特征量 ( 1 ) 可靠度露秘 ) 设丁为设备的寿命，设备可靠度尺o ) 定义为在规定的时间t 内和规定的条件 下完藏觏定功琵的概率，帮 足p ) 以b f ( 3 - 1 ) 显然，0sr ) a l ，r ( f ) 随时闻增大而单调下降，其值越大设备就越可靠。 ( 2 ) 故障密度函数，g )， 设z 为设备的寿命，f ( t ) 定义隽设备在勰定盼条件下，在t 时刻焉单位时闷 内发生故障的概率，即 厂矗) 。l i r a p t t t + a t 一7 肿”0 a t ( 3 - 2 ) 式中，雌z 雾盘 设备在章a t ) 港发生敌漳静概率。 ( 3 ) 故障率允( f ) 设? 为设备在规定条件下的寿命，t 为规定时问，剥“t t 蝌表示事件“设 备在区间( o ，f 】内完成规定功能弦或“设备己工作到t 弦；露t t f + & 表示事 件“设备在区间i j f ，t + a t ) 内发生故障。 赠a ) 定义为工作到时捌的设备在萁蜃单位时闻蠹发生故障的条件概率， 简称故障率，记为a ( f ) 。 亢卜l i m - - f - 王p t t t + a tl r f ( 3 3 ) 。式( 3 3 ) 是个条件概率密度醋数。a ) 描述了设备在运行中由于f q ) 弓l 起可靠度衰变的规律，从藤说明设备在t + 加时刻由正常转变为故障的演变特 性，如式( 3 - 4 ) 所示。 ，章) 一a 擘) 霆9 ) ( 3 - 4 ) 可以猎出，故障率z ( o 越小表示设备在时间间隔【t , t + a t 】内发生故障的概率 裁越枣。设备典型的馥障率超线，如图3 - 1 ，髂隽浴盆蓝线。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 t 鎏3 - 1设备典型的故障率趣线 0 。毛对应故障磨合期。产品在投入使用的早期，由于设计、制造和装配上 的缺陷很快暴露出来，因磁故障率较高； 友一岛对应的是故障偶发期。由予前一阶段的淘汰和筛选，留下的产晶故障 率低且平稳，因此，这时的a 近似为一条平行于横轴的曲线； 岛。为耗损故障纛。这个除段由于元件盼老讫、疲劳翻蘑按等原因，敲障 率随时间增长而迅速上升。 4 ) 平均无敖障运行融阉m t b f m t b f 是设备可靠运行时间的期望值，它表示设备在连续运行中产生故障 裁所需的平均积累时间。 m t b f 4 f o 矿o ) 疵f or ( t ) d t ( 3 5 ) 3 。- 1 2 设备的维修性与可用性 1 设备维修性特征量 维修性是指设备在觌定静条辞下，规定的时闻内麓使葜恢复功熊的麓力， 即表示设备容易维修的程度。维修性是在设计中就决定了的，设备的阎有属性 之一。必须在设计静初步阶段就考虑裂维修性，否翼l j 将绘羧囊的维謦带来困难， 甚至无法进行维修。 ( 至) 维骖度掰露 维修度是可修设备在规定的维修条件下，规定的时间内，完成维修任务的 概率，记为嬲0 ) 。一般m ( t ) 服从指数分布或对数正态分布。 膨8 ) = t 0 赋t 所弓| 起维镌度的变化，表蕊 可修复设备故障后修复的难易程度和效果。 ) 。l i m 。f 王- - - - p t 毛g # + | 矗 矧擘) 1 - m ( t )( 3 8 ) 式中，磊产品的修复时闻，是个随枫变量。 ( 4 ) 平均修复时间m t t r 平均修复时间( m e a nt i m et or e p a i r , m i t r ) 是指可修复设备完成维修任 务所需时闻的平均值。 m t t r 2 羹觑n q ) a t 对维修工作进行组织、计划和控制； ( 8 ) 建立和健全维修数据的收集和处理系统： ) 培调各级维修入员； ( 1 0 ) 对维修质量进行控制。 3 。2 牵引供电设备韵f m e a 分析 3 2 1f m e a 技术 故障模式及影响分析( f m e a , f a i l u r em o d ea n de f f e c ta n a l y s i s ) 是可靠牲维 修理论的重要组成部分，是确定维修策略和维修项目的重要方法之一。f m e a 实际上是f m a ( f a u l tm o d ea n a l y s i s ) 和f e a ( f a u l te f f e c ta n a l y s i s ) 的结合， 是一