车载变压器故障预测与健康管理的思考与展望

研究背景

随着我国高速重载铁路的发展，动车组与电力机车运行的可靠性已成为铁路相关运营维护部门面临的巨大挑战。由于动车组与电力机车需要车载变压器提供动力，因此一般将车载变压器安装于动车组或机车车底。相比普通电力变压器的静态运行状态，车载变压器随列车长期处于动态运行状态，使得其运行条件、工作环境均与普通电力变压器截然不同，且经常会遭受过电压、过电流、负载冲击、散热不良、高次谐波、机械振动等恶劣运行工况与运行环境的影响，长期的累积作用，使得车载变压器绝缘性能下降，出现诸多故障，甚至击穿烧损，进而造成不必要的人员伤亡与经济损失。

主要内容

针对目前车载变压器故障预测与健康管理(prognostic and health management， PHM)研究存在的关键问题，梳理了车载变压器 PHM 的体系结构及工作流程（图1、图2），阐明了 PHM 各周期间的逻辑关系，分析了国内外车载变压器状态监测、状态评估、故障诊断、故障预测与维修决策等方面的研究现状及存在和待解决的问题，并探讨了未来开展车载变压器 PHM 值得继续研究的方面，实现动车组与电力机车实时监测、科学评判、精准维修提供理论依据。

后续研究

（1）网压波动与激磁涌流。动车组与电力机车频繁的启动、运行、制动及动车组与机车运行数量变化时，车载变压器不断地承受过电压冲击。一方面，如此频繁、集中的重复作用使Nomex纸纤维结构劣化，产生新生物质附着在绝缘纸表面，加深表面结构的粗糙度，给车载变压器油纸绝缘系统带来损伤。另一方面，在车载变压器高压绕组上产生十分复杂的电磁振荡过程，使得高压绕组局部电场严重畸变，其引入的空间电荷累积效应导致其绝缘损伤，甚至失效。此外，还会使车载变压器铁芯磁密大大增加，励磁电流大幅增加，致使车载变压器的绝缘电气性能降低，严重时烧毁车载变压器。