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摘要：随着我国城市轨道交通建设的快速发展，对保障地铁车辆正常运行的供电设备的维护检修工作提出了更高的要求，目前地铁牵引供电设备的检修工作主要采用定期检修的模式，该模式在一定程度上对设备的维护保养做出了积极的贡献，但也存在“维修过剩”和“维修不足”的缺陷。
关键词:地铁;预防性维修;剩余寿命可靠度;
1设备寿命分布特征
进行设备维修工作的基础是统计和分析设备故障发生的概率，对故障规律的研究，可以有效地指导维修策略的制定。20 世纪 50-60 年代，人们普遍认为一般设备的故障率都符合“浴盆曲线”，如图 1 所示
图 1 中 3 个阶段分别为: 早期故障期是设备的磨合期，在设备刚投入使用时，由于系统设备之间需要磨合，设备的失效率会很高，但随着工作时间的增加，失效率迅速降低，早期失效原因大多是由设计、材料、制造和安装过程中的缺陷造成的；偶然故障期这一阶段失效率较低，而且比较稳定，偶然失效主要原因是质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素造成的; 耗损失效期这一阶段失效率随时间的延长而急速增加，失效主要原因是磨损、疲劳老化和耗损等原因造成。设备的寿命分布类型是多样的，每种寿命分布类型均可以反映出某一类型特有的故障机理，所以，寿命分布可用来描述产品的故障性质。常见的设备寿命分布类型有威布尔分布、正态分布、指数分布、对数正态分布等。
在描述设备寿命分布特征时可用以下几个指标表示。
可靠度: 在规定条件下时刻 t 以前正常工作的概率，是可靠度的度量
不可靠度: 从开始使用到时刻 t 发生故障的概率
故障概率密度函数: 在时刻 t 单位时间内发生故障的概率
故障概率函数: 元件在时刻 t 以前正常工作而在其后单位时间内发生故障的概率
平均无故障工作时间 MTTF: 即寿命的期望值
以上指标均是在描述设备寿命分布特征时最基本的参数，对设备的可靠性评估、检修维护、设计改进更新有着重要的指导意义。
2地铁牵引供电设备预防性维修方法
2.1设备可靠性函数参数确定
由式可以验证设备是否服从威布尔分布，在验证了设备服从威布尔分布后对于形状参数β和尺度参数η通常采用最小二乘法求得
收集同类设备的故障信息采用Bemard中位秩估计计算不可靠度的非参数估计值
式中，i为失效记录序号;n为故障数据的样本量。得到不可靠度的估计值之后，可根据观测到的样本
利用最小二乘法求得其形状参数β和尺度参数η，从而得到设备可靠性函数的表达式。由于地铁牵引供电设备的寿命分布函数以形状参数β＞1为主，所以以水平残差和最小方法来估计参数。取
以x为变量，水平残差平方和为
形状参数和尺度参数的估计值为
式中，
2.2预防性维修周期的确定
在进行预防性维修周期研究之前假定设备采用故障维修和预防性维修相结合的方式，当设备在维修时间间隔内发生故障，那么采取故障维修，维修后设备恢复到故障前状态，并且设备的故障维修不影响其可靠性。在预定的维修时间点采用预防维修，预防维修可防止设备发生突变的严重劣化，但不影响其固有可靠性。根据可靠性函数的含义可以定义设备剩余寿命可靠性式中，
Xt为设备已服役时间t后的剩余寿命时间，即设备在t时刻进行了一次上述规定的预防性维修后，再经过时间u在时刻t+u正常工作的概率。当设定剩余寿命可靠度应大于或等于某一阈值α时
解上述方程可求得在设备服役了时间t之后下次预防性维修周期u的值。当设备寿命服从二参数威布尔分布时，求维修周期的方程为
式中，
为设备的已服役时间;TN为待求的下次维修周期。可表示为如图2所示。
从图2可以看出，在相同剩余寿命可靠度阈值的条件下，设备的维修周期随着维修次数的增加而逐渐降低。
2.3预防性维修次数的确定
随着设备服役时间的增加，从图2可以看出设备预防性维修周期会逐渐减小，即预防性维修的频率越来越高，这也就意味着设备的检修成本可能会越来越高，过高的检修成本并不利于维护检修工作的进行，因此本文建立了以单位时间成本最低为目标的预防性维修次数的函数模型。
3提高地铁供电系统可靠性的有效措施
3.1及时检查供电设备
针对目前我国供电系统来说，想要提高地铁供电系统可靠性的有效措施，首先就需要做到及时检查供电设备，做好对于供电设备的修护记录情况。对于供电系统设备来说，设备老旧无疑是造成供电系统存在隐患的主要因素，只有对老旧的设备及时进行更换维护，及时检查供电设备有无故障情况，尽可能做到有问题早解决，才能够在一定程度上保证地铁的运行安全。想要提高供电系统设备的可靠性就需要遵守设备的使用规则，按照正常的运行程序进行使用工作，才能够最大限度地消除潜在的安全隐患，减少停电的时间，保证设备使用的安全性。
3.2提高工作人员职业素质
根据调查显示，在我国很多城市的地铁运行管理部门中都存在对运行设备监管不到位的情况，而且很多地铁供电系统的办公人员的专业技术水平过低，缺乏专业的理论知识，不能很好地满足供电系统检修工作的需要，不能对检修过程中的突发状况进行合理的解决。我国缺乏先进的技术来加强地铁运行安全指导，工作人员没有明确的监管标准，因此导致地铁供电系统的可靠性在一定程度上有所降低。如果要想提高地铁供电系统的可靠性，就需要不断提高工作人员的专业技术水平及综合素质，提高相关责任管理人的检查水平，加强对于地铁运行安全的监管力度，同时我国应尽快完善地铁供电系统设备相关的管理规范体系。作为地铁供电系统的负责人，不能玩忽职守，应当认真对待工作，做到有问题及时反馈并解决。
3.3加强管理与考核工作
在对地铁办公人员职业素质提高的同时也应当注重对于创新机制的落实与完善。对于目前地铁供电系统来说，供电工人素质参差不齐，普遍缺乏专业的技术水平，导致地铁运行安全不能得到有效的保障。因此，应当逐步建立并完善创新机制，加强对于工人的考核，提高地铁办公人员的专业技术，丰富理论知识，避免在工作出现失误，从而提高地铁运行安全的可靠性。此外，作为地铁运行的监理人员也应当不断提高专业技术水平及综合素质，提高相关工作检查水平，加强管理与考核力度。为了杜绝玩忽职守等情况的发生，负责地铁运行安全的工作人员应当恪尽职守，落到实处地发挥监督机制的作用，使得人们的出行得到有效的保障。
3.4设备综合信息数据库的建立
采用数据融合形成地铁维修维护决策所需的设备综合信息数据库。由于供变电系统设备对运行可靠度要求较高，因此对设备运行状态的关注度也较高，此前沿用的计划修模式，将检修与设备试验相结合，由变电所巡视人员抄表记录数据，并依据变电所运行检修规程等获取设备的状态量。设备综合信息数据库的建立主要通过以下方式收集设备状态数据：
（1）在线监测，即在设备工作状态下，实时在线连续对状态数据进行收集，这需要增加传感器等在线监测设备。
（2）带电检测，即在设备工作状态下利用专用仪器进行检测（含目测、巡检等）。
（3）离线检测，即在设备非工作状态（停电）下进行的检测（含出厂数据和家族性缺陷数据、停电试验数据等）。
（4）系统原有数据的接入。涉及供电设备的系统有多个，包括 PSCADA、LIMIS 等，通过接入这些系统的原有数据，能够避免数据的重复采集，从而减少投资。
3.5 地铁供电设备维修维护策略的制定
以设备基础数据、监测检测数据以及维修规程标准等作为基本输入，考虑故障原因、类型和故障后果影响，根据故障诊断信息和健康状态评估信息制定相关的设备全生命周期维修及维护策略。供电设备从传统计划修到状态修，利用所采集的数据综合评价获得设备的状态，并依此获得设备状态的判定结果，对故障进行预警和诊断并及时通知维修人员，指导维修人员及时维修。
结束语：针对地铁牵引变电所设备特性，利用最小二乘法获得相关设备的寿命描述函数参数，基于剩余寿命可靠度确定设备预防性维修周期间隔，以单位时间内检修成本费用最低为目标，确定最佳预防性维修次数。通过实例分析可以看到，该方法可以在一定程度上对定期维修的“维修过剩”和“维修不足”有所改善。本研究对地铁及其它轨道交通牵引供电设备的检修工作有一定的参考作用。
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论文作者:高思瑞
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：设备论文; 地铁论文; 供电系统论文; 预防性论文; 故障论文; 寿命论文; 可靠性论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;