本站小編為你精心準備了鐵路電氣設(shè)備損壞分析與預防參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：

青藏鐵路是世界上目前海拔最高、線路最長的高原鐵路，相對而言青藏鐵路機車車載電器設(shè)備故障率也較高。通過自行開發(fā)制造的車載環(huán)境參數(shù)記錄儀對青藏鐵路機車車內(nèi)環(huán)境與平原車對比分析，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)高濃度二氧化碳是導致問題出現(xiàn)的主要原因，并提出利用超氧化物對二氧化碳進行中和的方法。供同行參考。

關(guān)鍵詞：

青藏鐵路；高原電器；高原環(huán)境；二氧化碳；超氧化物

我國的青藏線大部分處于高海拔地區(qū)，因此要克服高原缺氧、天氣惡劣等環(huán)境因素。目前，高原鐵路及火車機車上車載電器系統(tǒng)的參考資料很少，只有在青藏鐵路建設(shè)以及近幾年的通車運行過程中逐步積累了一些高原電器相關(guān)經(jīng)驗和標準，對高原電器故障研究還存在欠缺。

1電氣設(shè)備損壞的研究方向

相對于平原車，高原環(huán)境對電氣設(shè)備的影響是導致青藏車高故障率的主要原因。青藏車長時間運行在高原地區(qū)，車廂密閉性較強，高原地區(qū)停靠站較少，從而導致車廂與外部空間的空氣對流減少，車廂空氣質(zhì)量變差。高原氣壓低導致空氣熱容量降低，因此對電器設(shè)備的散熱要求相對較高。針對這些特殊高原情況我們有必要從環(huán)境及設(shè)備散熱方面進行研究分析，以找出根本原因，進而有效解決。

2電氣系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的采集

青藏車進藏后長時間運行在高海拔地區(qū)，由于氣壓低、晝夜溫差大、外部環(huán)境復雜，車廂內(nèi)部逐漸形成一個獨立的環(huán)境系統(tǒng)。⑴通過檢測車廂內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)來分析電氣設(shè)備的故障原因，并對相關(guān)的環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測記錄。⑵通過采集車廂內(nèi)大氣壓力、CO2濃度、O2濃度，空氣溫度、空氣相對濕度這些與平原車有差異或是最重要的參數(shù)進行監(jiān)測，同時標記測試點的海拔高度，經(jīng)緯度等位置信息并加蓋時間戳。⑶為了記錄以上參數(shù)特開發(fā)設(shè)計一款列車綜合環(huán)境監(jiān)測儀，對環(huán)境數(shù)據(jù)進行監(jiān)測并實時記錄，并通過TF卡進行存儲。

2.1火車運行時的環(huán)境溫度火車運行時其環(huán)境溫度監(jiān)測的記錄范圍為-40～80℃。由于配電柜內(nèi)開關(guān)觸頭和母線排連接處處于高電壓、高溫度、高磁場以及極強的電磁干擾環(huán)境中，傳統(tǒng)的測溫儀表如熱電偶、光纖傳感器等易受到這些因素的干擾和影響，因而無法對這些位置進行直接接觸測量，在此采用遠紅外熱成像儀拍攝照片，并結(jié)合計算機軟件對電氣柜元器件發(fā)熱進行測量并對散熱情況進行分析。結(jié)果表明：電纜連接點松動是導致過熱故障發(fā)生的主要原因之一，一般連接點超過70℃或是高于環(huán)境溫度30℃，即認為有隱患存在。在等連接或是多相連接如三相接排時，在正常負載下，若最大溫差超過20%，則預示可能有隱患存在。同時電容器溫度一般不得超過80℃，過熱容易導致器件損壞甚至爆炸。通過熱圖像分析可以發(fā)現(xiàn)電氣柜中有不少元器件溫度過高，需要改進散熱情況或是改變元器件選型。

2.2火車車廂內(nèi)大氣壓力數(shù)據(jù)室外環(huán)境大氣壓力與海拔高度成反比，本系統(tǒng)中主要是用于對比海拔高度與火車內(nèi)大氣壓力關(guān)系，車廂內(nèi)部與外部大氣壓力。同時大氣壓力可以與GPS數(shù)據(jù)中的海拔高度互補，測試范圍0～120kpa。

2.3火車車廂內(nèi)的CO2濃度監(jiān)測并記錄CO2濃度數(shù)據(jù)，單位ppm，量程范圍0～10000ppm。

2.4火車車廂內(nèi)的O2濃度監(jiān)測并記錄O2濃度數(shù)據(jù)，單位為百分比（%），量程范圍0～60%。

2.5火車運行時的環(huán)境濕度相對濕度單位%RH，量程范圍為10%～90%RH。

3采集數(shù)據(jù)的綜合分析

3.1測試數(shù)據(jù)的選取測試數(shù)據(jù)選取從北京開始到拉薩乘坐T27次特快列車，T27次特快列車從北京西站出發(fā)，中間有十個上下站總共運行42小時42分鐘，于第三天14:42分到達拉薩。到達西寧后已進入青藏高原，從西寧西到拉薩1960公里，運行23小時11分鐘。路線長度和運行時間是全路程的52%和54%。

3.2測試數(shù)據(jù)的分析經(jīng)過跟車測試后將原始數(shù)據(jù)導入軟件，通過軟件分析繪圖得到下面的參數(shù)折線圖。如圖1所示，火車運行時GPS所測的海拔數(shù)據(jù)，因采用GPS測量火車運行時部分區(qū)間會因角度或外部環(huán)境原因丟失GPS信號，在丟失部分采用插值法進行插值平滑處理。通過對比發(fā)現(xiàn)，大氣壓力與海拔高度變化正好成反比，幾乎是一一對應(yīng)的。車廂內(nèi)CO2變化：CO2濃度波動較大，CO2濃度與海拔高度變化對應(yīng)無明顯關(guān)系。圖中出現(xiàn)多個波峰波谷，可以發(fā)現(xiàn)波峰上升曲線相對較緩下降曲線比較陡。波峰緩慢上升是因為火車在運行時車廂內(nèi)CO2在緩慢積累，迅速下降則是因為火車到站有乘客上下車開關(guān)車門實現(xiàn)車內(nèi)外對流使CO2濃度迅速下降。火車內(nèi)CO2規(guī)定最高為1500PPM，超過這個數(shù)值就必須通風換氣。車廂內(nèi)O2變化：O2濃度劇烈變化出現(xiàn)在兩個點，可以看到制氧機在快到唐古拉山口時進行增量制氧，快到拉薩時制氧機停止工作。車廂溫度變化：溫度變化也成波浪形，其與CO2濃度變化有一定相似性，且相互反向變化，在圖中“左側(cè)”完全遵守這一規(guī)律。這與車廂開門上下客頻率有關(guān)，溫度上升CO2濃度下降。但左側(cè)以后相關(guān)性消失，在到達青藏高原后外界溫度已低于車內(nèi)溫度。同時溫度還受外界溫度變化影響，在過唐古拉山口時因車廂外海拔高、寒冷導致車廂內(nèi)溫度也相應(yīng)下降。濕度變化：濕度波動范圍較大但總體始終維持在較高水平。根據(jù)經(jīng)驗判斷，高濃度的CO2加上車廂內(nèi)濕度較大，在環(huán)境中比較容易形成碳酸從而對設(shè)備形成腐蝕；高海拔大氣壓下降，導致電氣設(shè)備散熱效率大幅度下降；大氣壓下降導致通風效率下降更容易形成污穢；通過紅外熱圖發(fā)現(xiàn)電氣柜內(nèi)有部分元器件溫度偏高。綜上所述發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常被忽略的CO2在其中起到重要作用。CO2腐蝕又可稱為甜蝕，其腐蝕最典型特征是呈現(xiàn)局部點蝕、輪癬、狀腐蝕和臺面狀坑蝕。其中，臺面狀坑蝕過程是最嚴重的一種情況。在青藏線上運行的火車車廂由于高原運行需要加壓供氧，始終處在全密封狀態(tài)，完全依賴空調(diào)換氣，因而導致車廂內(nèi)換氣效率較低，空氣中CO2濃度偏高濕度大，加上青藏線日夜溫差大，容易導致車廂內(nèi)凝露。

3.3CO2導致腐蝕CO2一直以來便被認為是產(chǎn)生腐蝕的一個重要因素。CO2干氣本身不具有腐蝕性，但當其溶于水時，對部分金屬材料有極強的腐蝕性。在相同的PH條件下，CO2水溶液的腐蝕性比鹽酸還要強，通過水可以在金屬與金屬接觸的水之間產(chǎn)生電化學反應(yīng)。CO2極易溶于水，溶于水后得到碳酸并釋放出氫離子。氫離子是強去極化劑，極易奪取電子還原，促進陽極溶解而導致腐蝕。因此，可以通過加強通風來改善CO2濃度過高的問題，還可以采用超氧化物來濾除過高的CO2，對于電氣件的保護可考慮噴涂三防漆將元器件與空氣隔離。在密閉車廂中由于同時存在高濃度的CO2和O2，加之濕度大，導致銅質(zhì)材料在空氣中也容易發(fā)生銹蝕，電路板進水腐蝕之后出現(xiàn)的淡綠色的堿式碳酸銅（銅在潮濕的空氣中生銹的反應(yīng)方程式為2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3），其對于高濃度O2導致的問題主要發(fā)生在線路板和銅質(zhì)導線上，線路板可以噴涂三防漆解決，銅電線在壓制時完成后可考慮在壓制頭內(nèi)側(cè)噴三防漆。

4預防電氣設(shè)備損壞的辦法

由于青藏車長時間運行在青藏高原上，高原氣溫低，溫差大，大氣氣壓低，列車需要長期處于密閉環(huán)境中，僅空調(diào)控制車廂內(nèi)溫度，導致濕度較大且CO2濃度高，容易形成碳酸腐蝕電氣設(shè)備，氣壓低散熱差。針對以上情況，提出以下幾點建議：電氣設(shè)備加強散熱措施以傳導散熱為主；設(shè)備的非觸點部分加噴三防漆可以起到防潮，防腐蝕，防污穢的作用；對于發(fā)熱量較大的器件合理安排位置，并加大設(shè)備冗余合理優(yōu)化線路，加大散熱能力，抑制熱量產(chǎn)生；加強車廂內(nèi)的換氣，加裝類似潛艇上的超氧化物對CO2捕捉設(shè)備如過氧化物。

5結(jié)語

通過分析研究發(fā)現(xiàn)，將實際測試和驗證中發(fā)現(xiàn)的問題反饋到生產(chǎn)開發(fā)環(huán)節(jié)，使其在今后的開發(fā)生產(chǎn)過程中能夠起到有價值的參考作用，從而為企業(yè)和社會帶來效益。

作者：楊海 趙君梅 王鵬 單位：南車集團青島四方有限公司 青島中青電子軟件有限公司