摘要：故障模式影响分析是可靠性分析的常用方法，以动车组主变压器为分析对象，按照功能对其组成部件进行分组，绘制功能框图说明主变压器内部能量、物质、信号的传递过程，逐一分析主变压器的故障模式、故障原因、故障影响及故障检测方法，并定性划分主变压器故障影响严酷度等级，最后得到故障模式影响分析表格。全面分析了主变压器的故障情况，对主变压器设计、维修及技术改造方面均具有指导性作用。
关键词：主变压器；故障模式；影响分析
一、引言
故障模式影响分析（FMEA）是分析产品所有可能的故障模式及其可能产生的影响，并按每个故障模式产生影响的严重程度予以分类的一种归类分析方法，其根本目的是从不同角度发现产品的缺陷与薄弱环节，并采取有效的改进和补偿措施以提高其可靠性水平。FMEA方法起源于美国，其应用从航空航天、舰船、兵器等军工领域逐渐渗透到机械、轨道交通、医疗设备等民用领域，并取得了显著的效果。
FMEA是可靠性分析的一个重要工作项目，同时也是开展可用性分析、维修性分析和安全性分析的基础。以动车组主变压器为分析对象，结合主变压器的结构特点，对其故障模式、故障影响及严酷度进行了分析，对主变压器维修保养具有指导性作用。
二、主变压器
主变压器是动车组牵引系统的重要组成部分，本文所研究的主变压器除包含传统意义上由铁芯、绕组构成的器身外，还包括其他附件，主要有冷却单元、保护装置、测量组件及连接组件等。电能从受电弓等高压电器接收，通过Ｔ型插头、高压端子传递给绕组和铁芯，再经低压端子供给牵引变流装置。主变压器信号通过电流互感器、温度传感器、瓦斯继电器等测量和保护组件感受，并发送至控制模块，从而主变压器能够正常、锁闭或降功率工作。主变压器采用油冷的冷却方式，变压器油在冷却回路中循环流动，经过热交换器时由冷却风机对其进行风冷，油泵为油的循环提供充足的动力，风冷后的变压器油流回油箱中，实现主变压器器身的冷却。
三、故障模式分析
故障模式是故障的表现形式，在故障模式分析时要注意区分功能故障和潜在故障。主变压器的功能故障是指主变压器或其一部分突然、彻底地丧失了规定功能的事件或状态，如绕组突发短路、铁芯多点接地、测量组件运行损坏、高压端子放电及插头、接线烧损等。主变压器潜在故障是指主变压器或其一部分将不能完成预定功能的事件或状态，是一种指示功能故障，将要发生的一种可鉴别（人工观察或仪器检测）状态。主变压器的潜在故障主要有渗漏油、异声、机械磨损或出现裂纹、滤网脏堵及轻瓦斯等。这些故障的出现不会影响主变压器的使用性能，但如果继续发展下去，有可能会使主变压器丧失功能，转变成后果严重的功能故障。
由于主变压器采用油冷的冷却方式，其组成部件最常见的故障模式是渗漏油，主要原因有铸件本身缺陷，密封、焊接不良等，但渗漏的油都是微量的，不会影响主变压器的使用性能。另一类常见故障模式是主变压器过热，如果冷却单元散热效果差，主变压器内部温度升高，会引起绝缘层的劣化与热解，同时也会造成主变压器油变质，严重时会导致动车组降速运行。
四、故障原因分析
主变压器故障原因应根据具体故障模式具体分析，故障原因主要分两种，即直接故障原因和间接故障原因。直接故障原因是指由于主变压器及其组成部件自身的物理、化学变化等造成主变压器功能故障或潜在故障的原因，如绝缘老化、干燥剂品质差等；间接故障原因是指由于其他产品的故障、环境因素和人为因素等引起主变压器故障的原因，如过电压，线路环境差，振动剧烈，安装不当等。
还有些故障原因是介于直接原因和间接原因之间的，如部件出现裂纹以及螺栓、接线柱松动，部分原因是由于运行过程中振动比较剧烈的间接故障原因，但也不排除配件自身质量差的直接故障原因。
五、故障影响分析
1.约定层次的划分
约定层次是FMEA中规定的层次，用于明确分析对象和范围，常用的约定层次有：
①初始约定层次：要进行FMEA总的、完整的产品所在约定层次中的最高层次，它是FMEA最终的影响对象。
②约定层次：根据FMEA的需要，按产品的功能关系或组成特点进行FMEA产品所在的功能层次或结构层次。
③最低约定层次：约定层次中最低层的产品所在层次。它决定了FMEA工作深入、细致的程度。本文规定主变压器的FMEA中，动车组为初始约定层次，主变压器器身、冷却单元等为约定层次，绕组、铁芯、油箱等为最低约定层次。
2.主变压器故障影响定义
影响指主变压器的每一个故障模式对其自身或其他产品的使用、功能和状态的影响。当分析故障影响时，通常按预先定义的约定层次结构进行，并将故障影响划分为局部影响、高一层影响和最终影响。在进行最终影响分析时，当所分析的部件在系统设计中已采用了冗余设计、备用工作方式设计或故障检测与保护设计时，应暂不考虑这些设计措施，即分析该部件的某一故障模式可能造成的最坏故障影响。
故障影响严酷度等级是根据故障模式最终可能导致的人员伤亡、任务失败、经济损失和环境损害等方面的影响程度确定的。根据主变压器故障对其所属牵引系统及对动车组运行带来的后果，将主变压器故障影响严酷度分为重大、较大、一般和轻微４个等级。
六、故障检测方法分析
故障检测方法可为主变压器及其组成部件的维修与测试提供依据，一般分为事前检测与事后检测，对于潜在故障模式，应尽可能设计事前检测。目前主变压器仅在进行规定几级维修和平时库检时，对其进行不同程度的检查与维修，即事前检测，其他均等到发生故障后做事后检测。
最典型的事前检测是定期检测主变压器油，通过分析油中溶解气体的成分、特征气体含量和变化趋势等，可判断主变压器是否存在内部潜在故障及故障的性质。主变压器的事后检测主要有保压试验、无损探伤、电气性能试验、动作性能试验、吊芯检查、功率及电流测试等。适用于主变压器的故障检测方法还可以分为目视检查、离机检查、原位测试等。组件渗漏油，干燥剂变色，零部件松动及翅片、滤网脏堵等通过目视检查即可发现故障位置及严重程度；绝缘损坏，压力释放阀工作异常，测量组件损坏等故障现场无法处理，只能进行离机检查；油泵、风机不工作、油流继电器损坏可采用原位测试的方法来检测故障。
总之，故障模式影响分析属于单因素分析方法，在产品寿命周期内的不同阶段，都需要进行不同程度、不同层次的FMEA，从而发现产品的缺陷与薄弱环节，并采取有效的措施予以补偿和改进。本文通过对主变压器进行FMEA，全面阐述了主变压器组成部件的故障情况，为主变压器设计、维修及技术改造等工作提供依据，对提高动车组主变压器可靠性水平具有重要意义。
参考文献
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