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基于PHM技术的和谐型机车主变压器故障诊断研究
| 论文题名： | 基于PHM技术的和谐型机车主变压器故障诊断研究 |
| 关键词： | 和谐型机车;主变压器;故障诊断;PHM技术 |
| 摘要： | 机车作为中国铁路运输的中坚力量，承担客运、货运、调车及小运转等多种作业。自2017年以来大部分机车逐步进入高级修，维修任务量逐渐增大，机务维修作业面临着新的挑战。传统的计划修方式造成成本浪费、效率降低及潜在安全隐患增加等问题，转变机车维修方式，推动智能铁路发展迫在眉睫。 通过参考国内外各类复杂装备的研究，将故障诊断与健康管理（全称为prognostics and health management，以下简称PHM）作为研究切入点，以推动机车维修方式由计划修向状态修转变。目前全路配属机车总量达20628辆，其中已建机车履历量达到19108条，建立了机车全寿命周期健康管理数据闭环，为机车PHM的研究提供了数据支撑。 第一，分析数据源特点，研究和谐型机车主变压器PHM数据治理架构。从数据采集、数据类型、数据特点等维度对数据源进行分析，寻找现存数据治理方式的短板，结合大数据治理的关键技术，最终对和谐型机车主变压器PHM大数据治理架构进行研究。 第二，以数据源提供的和谐型机车主变压器健康管理数据为基础，结合检修的相关要求及办法进行分析，并提取除检修要求外影响主变压器健康状态的故障因子，将二者结合作为建立故障诊断模型的特征输入，并对数据进行清洗，构建故障诊断模型可用的数据集。 第三，利用已构建的数据集，建立切合实际应用的故障诊断模型。分析可知故障诊断是机器学习中的分类问题，通过对比各种分类算法的优缺点，最终选择以XGBoost算法构建和谐型机车主变压器故障诊断模型，并从机器学习算法评估与实例分析2个角度对模型的科学性和可行性进行验证。最终训练的模型精确度达到93.96%，较机务检修现行故障诊断方法81.4%的精度有显著提高。 第四，明确机车检修及管理需求，设计基于PHM技术的和谐型机车主变压器故障诊断系统。充分结合主变压器检修业务流程，设计了系统的总体架构及“1+6+N”的功能架构，介绍了机车监控、数据管理、模型管理、故障信息管理、提票信息管理5个故障诊断中的典型应用场景。 本文依照PHM技术的标准流程，基于目前的数据条件及现行检修方式，系统地研究了和谐型机车主变压器故障诊断方法，并设计系统验证了本文所提方法的可行性，对日后全面展开和谐型机车的PHM研究有一定参考价值。 |
| 作者： | 刘国桐 |
| 专业： | 计算机应用技术 |
| 导师： | 张惟皎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国铁道科学研究院 |
| 学位年度： | 2022 |
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