城铁车牵引系统的故障诊断与预警

摘要：传统的事后维修模式已无法满足现代城铁高密度运营需求，亟需建立基于状态监测的故障诊断与预警体系。基于此，本文首先阐述城铁车牵引系统的故障诊断与预警重要性，其次阐述城铁车牵引系统的故障诊断与预警策略，以供参考。

关键词：城铁车牵引系统；故障诊断；预警

引言：

城市轨道交通作为城市公共交通的骨干网络，其牵引系统作为核心动力单元，直接影响列车运行的安全性与效率。牵引系统包含牵引电机、变流器、齿轮箱等复杂组件，在高频次启停、大负载冲击的工况下，易引发过热、绝缘老化、轴承裂纹等故障。

一、城铁车牵引系统的故障诊断与预警重要性

（一）保障乘客生命安全​

城铁每天运送大量乘客出行，牵引系统作为列车的核心动力来源，运行状态直接影响安全性能，在经营期间一旦突发故障，比如电机短路引致动力缺失，则列车可能骤然降速以至于停驶，这种情况或将使得后方列车因来不及避让出现追尾情况，造成惨重的人员伤亡并造成车辆毁坏。由此，为了有效应对这一可能性，便产生了故障推断与警示系统，经由对电机及时查阅如电流，电压以及温度等多种参数的情况，可即时识别电流大幅波动的现象，这标志着电机绕组可能存在短路问题，然后该系统触发警报通知运维人员赶往现场予以处理与检查作业，进一步清除频繁发生的潜在性威胁，以此从本质上维系整个列车动力水平的良好转动和安全保障人民生命健康。

（二）维持城铁运营秩序​

城铁运作依靠严格的时刻表与线路规划，牵引系统一旦发生故障，整个运作秩序都会被打乱，在极其繁忙的线路上，若列车因牵引系统故障被迫停驶，后续列车便难以按原计划前行，引发线路运行间隔拉大，站台上乘客人数不断增多，现场一片混乱。一个事先检测故障征兆的分析与警报系统能发觉如逆变器功率输出异常等现象，这样可尽早安排检修以缩减故障发生的可能，并且这套系统也能快速定位问题位置，方便维修人员缩短修理耗时，让整体经营秩序受到的冲击得以缓和。

（三）降低城铁运营成本​

城铁的运作成本包含障延误带来的损失等，采用以往的被动维修方法，就会产生较多的成本，而若是运用故障分析与通知系统，则可以向预防性维修变成，经由对牵引电机轴承振动执行监测的方式，就能预知磨损的状况进而提早替换零件，这样不但能够防止其它相关联部件遭受破坏，还能够让牵引系统的能量转换效率得到改进，降低无谓的能源耗费。这种系统对于规避因设备故障引发的乘客投诉，退票还有赔偿等现象也是有帮助作用的，这便使得运作成本能够从许多面度得以缩减，并加强整体的效益水平。

二、城铁车牵引系统的故障诊断与预警策略

（一）多源异构数据融合下的故障特征挖掘

城铁车牵引系统运行中会产生电流、电压、温度等常规监测数据，而且振动传感器与声学传感器也生成了特别类型的数据，传统方法多仅关注某单一数据类型，难以全面获取故障特征。改进后采用多源异构数据融合技术，先对不同传感器获取的数据执行预处理，去除噪声和异常值，借助深度学习中的自动编码器，可对预处理后的数据执行特征获取，自动编码器能够学习数据的本质特征表示形式。将从不同类型数据中取得的特征向量开展融合，形成一个全面表现牵引系统运行状态的特征空间，在电机故障分析时，电流波动特征与振动频谱特征融合后可更精准定位故障类型，转子断条故障在融合后的特征空间中有独特的表现模式，相比单一数据特征，故障特征挖掘的准确性与全面性取得极大优化。

（二）基于量子计算优化的诊断模型构建

在当下，神经网络、支持向量机等常规故障判断模型在应对复杂故障时计算效率低且易陷入问题，量子计算改良后的判断模型借助量子比特叠加态和纠缠特性可处理许多状态信息。创建以量子门操作为依照的量子神经网络结构，神经元具有量子特性以高效传递与处理信息，训练时使用量子遗传算法改良网络参数，其以量子比特编码染色体，凭借量子旋转门等操作开展种群进化，与传统遗传算法相比搜索空间更大，收敛速度更快。以逆变器故障分析为实例，量子改进后的神经网络模型可对大量故障样本开展学习且学习时短，并且识别功率模块短路，断路等多种故障类型。

（三）动态自适应预警指标体系的构建

传统提示指标固定维持，难以与城铁车运行环境和工况的动态变化相互适应创建了动态自适应提示指标体系，运用及时监测的运行数据，经时间序列分析预测牵引系统未来一段时间运行趋势。依照预测结果，结合系统的历史故障数据与可靠性模型动态调整提示指标阈值，列车踏入高温高湿环境时，牵引电机温度提示阈值会依照环境因素对电机散热影响模型下调。同时，引入模糊逻辑对多个预警指标进行综合评估，考虑到不同指标之间的相互影响与不确定性。例如，当电流异常增大且电压波动超出正常范围时，模糊逻辑系统会根据两者的变化程度与关联关系，给出一个更准确的故障预警等级，实现对牵引系统故障的提前、精准预警 。

结束语

展望未来，随着物联网，数字孪生这类技术不断拓展和深入应用的局面下，牵引体系的守护模式正逐步在从“计划性维修”迈向“预测性保持”的趋势传递变，为城市轨道交通的持续成长铺垫结实技术保障的道路。

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