動車組牽引電機(jī)溫度過高故障淺析

郭從民　張立軍　李化明　張利平

摘要：動車組牽引電機(jī)溫度過高對運(yùn)營安全可靠有很大影響，為保證動車組安全可靠運(yùn)行，有效降低故障率，動車組牽引電機(jī)溫度升高超過限值時將限速運(yùn)行，影響運(yùn)營秩序。文章對導(dǎo)致牽引電機(jī)溫度過高的故障原因進(jìn)行了分析，并提出了整改和維護(hù)措施，以保證動車組安全可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：動車組；牽引電機(jī)；溫度過高故障；冷卻通風(fēng)裝置；通風(fēng)量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U266 文章編號：1009-2374（2016）21-0091-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.044

1 概述

動車組牽引電機(jī)溫度過高對運(yùn)營安全可靠有很大影響，為保證動車組安全可靠運(yùn)行，有效降低故障率，通過對牽引電機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)、電機(jī)軸承、電機(jī)冷卻通風(fēng)系統(tǒng)以及運(yùn)行環(huán)境四個方向進(jìn)行深入分析，結(jié)合實(shí)際情況，提出了整改和維護(hù)措施。

2 牽引傳動簡介

一個牽引單元的牽引主電路設(shè)備主要由1個受電弓、1個牽引變壓器、2個牽引變流器、8個牽引電機(jī)和2個牽引控制單元（TCU）組成。每個牽引電機(jī)帶有一套機(jī)械傳動裝置包括齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)。動車組牽引系統(tǒng)的組件分布在以下車上，它們對稱地位于兩個牽引單

元中。

牽引傳動裝置利用交-直-交傳動技術(shù)，采用AC25kV接觸網(wǎng)供電。每列動車組都由兩組互相對稱的牽引單元組成，它們之間用車頂電纜連接起來。每列動車組的牽引功率為8800kW，再生制動時為8000kW。

主電路主要由網(wǎng)側(cè)高壓電器、牽引變壓器、牽引變流器和牽引電動機(jī)等組成。

牽引電機(jī)為三相四極異步牽引電機(jī)，牽引工況作為電動機(jī)運(yùn)行，再生制動時作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)安裝有溫度傳感器和速度傳感器，用于測量電子定子的溫度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，該電機(jī)采用風(fēng)冷的方式進(jìn)行冷卻，額定電壓值較高，約為2700V，以適應(yīng)電機(jī)寬調(diào)速范圍、動車組高速運(yùn)行的需要。

牽引電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、端蓋等部件組成，定子采用鑄造機(jī)座加工后套裝鐵心結(jié)構(gòu)，定子機(jī)座采用高質(zhì)量的球墨鑄鐵制造，鐵心由絕緣冷軋硅鋼板疊壓，采用絕緣拉桿固定。定子框架為焊接結(jié)構(gòu)，由高強(qiáng)度低損耗的硅鋼片疊壓而成，可以抑制定子內(nèi)鐵損。有多根拉板分布在定子沖片的四周，焊接到定子壓圈上。定子繞組線圈為雙層成型繞組，由扁銅導(dǎo)體繞成，導(dǎo)體外包絕緣薄膜。線圈嵌入定子槽內(nèi)，定子槽進(jìn)行了良好的絕緣。槽楔采用聚酰亞胺樹脂浸潤玻璃制成。嵌線完成后，通過高溫銅點(diǎn)焊連接引線。

電機(jī)轉(zhuǎn)子為鼠籠結(jié)構(gòu)，由高強(qiáng)度鍛造合金鋼轉(zhuǎn)軸、絕緣冷軋硅鋼板疊壓鐵心、銅導(dǎo)條鼠籠繞組等部件

組成。

轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，該硅鋼片熱套在一個套筒上，并在兩個轉(zhuǎn)子壓圈之間進(jìn)行疊壓。轉(zhuǎn)子籠由合金導(dǎo)條和端環(huán)通過高頻釬焊焊接而成。電機(jī)在最高轉(zhuǎn)速內(nèi)都滿足轉(zhuǎn)子高精度的動平衡要求。電機(jī)軸由高強(qiáng)度合金鋼制成，通過護(hù)環(huán)對端環(huán)進(jìn)行保護(hù)。轉(zhuǎn)子軸由軸承支撐，可以承受一定轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的應(yīng)力，所有軸承均使用脂潤滑，油脂可以通過端蓋上的加油油嘴進(jìn)行補(bǔ)充。外端蓋對電機(jī)部件起到保護(hù)、支撐的作用。

電機(jī)軸承用于承擔(dān)徑向及軸向的作用力，在電機(jī)的驅(qū)動端采用的是圓柱滾動軸承、非驅(qū)動端采用的是球滾動軸承。

一臺牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)為轉(zhuǎn)向架的兩個牽引電動機(jī)提供所需的通風(fēng)。SL583775SL590179牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)位于動車組的地板下區(qū)域（靠近轉(zhuǎn)向架），牽引電機(jī)內(nèi)部設(shè)有風(fēng)道并與外部風(fēng)道相連，用于牽引電機(jī)內(nèi)部的通風(fēng)

冷卻。

3 故障分析及處理措施

牽引電機(jī)溫度升高故障原因主要有如下四點(diǎn)：牽引電機(jī)軸承、電機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)、電機(jī)冷卻通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境。其中電機(jī)冷卻通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量不足，冷卻效果差導(dǎo)致電機(jī)溫度升高的為主要原因。

3.1 牽引電機(jī)自身原因分析

3.1.1 電機(jī)軸承問題。牽引電機(jī)軸承損壞、磨損以及軸承潤滑脂過多、過少或者污染老化都可能會引起電機(jī)溫度的升高。

電機(jī)溫度升高時，可打開貯存室蓋板對油脂量和油脂狀態(tài)進(jìn)行檢查：如油脂發(fā)黑，清理后則需進(jìn)行跟蹤觀察；如室內(nèi)干燥，缺少油脂，則需補(bǔ)加適量油脂；如室內(nèi)油脂偏多，則需清除多余油脂。

3.1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)子問題。電機(jī)籠型轉(zhuǎn)子斷條，電機(jī)在額定負(fù)載下轉(zhuǎn)子發(fā)熱，會使電機(jī)溫升過高。需查明斷條處，并重新補(bǔ)焊。

3.1.3 電機(jī)繞組問題。電機(jī)繞組匝間短路或相間短路以及繞組接地，會使電機(jī)溫升過高。此類故障需查明繞組故障，重新絕緣處理。

3.2 溫度監(jiān)控系統(tǒng)原因分析

牽引電機(jī)溫度由溫度傳感器監(jiān)控，當(dāng)傳感器故障時，會報出溫度測量不可信或者傳感器失效故障。

此時需檢查電機(jī)溫度傳感器外觀是否正常，插頭各針腳是否正常，有無進(jìn)水、縮針等故障現(xiàn)象，測量傳感器阻值是否正常，并對故障件進(jìn)行更換。

3.3 牽引電機(jī)通風(fēng)裝置原因分析

牽引電機(jī)溫度升高故障中，大部分由牽引電機(jī)通風(fēng)裝置問題導(dǎo)致。而這其中，通風(fēng)裝置入口空氣過濾器堵塞是導(dǎo)致通風(fēng)量降低的主要因素。

電機(jī)通風(fēng)裝置空氣過濾器堵塞問題。如圖1，牽引電機(jī)通風(fēng)裝置入口空氣器過濾器的過濾方式為阻擋式。通過三層非封閉式圓形管壁組成了過濾風(fēng)道。到達(dá)每個過濾層都會使灰塵雜物被阻擋，被阻擋的灰塵雜物靠自重下落到過濾器底部的集塵槽內(nèi)。并且由于過濾器內(nèi)部風(fēng)道有較窄區(qū)域，使較大體積雜物直接被阻擋，但此區(qū)域由于狹窄，較容易產(chǎn)生堵塞。經(jīng)過三層阻擋式過濾，較為干凈的氣體被吸進(jìn)葉輪風(fēng)道。

總結(jié)該故障情況的判斷方案如下：（1）由于通風(fēng)裝置通風(fēng)量小引起的電機(jī)溫度高的特點(diǎn)是同一轉(zhuǎn)向架的兩個牽引電機(jī)會同時報故障，因?yàn)橥晦D(zhuǎn)向架上的兩個牽引電機(jī)共用一個通風(fēng)冷卻裝置，可通過這一特點(diǎn)初步判斷牽引電機(jī)溫度高的故障原因；（2）動車組高壓供電，要求通風(fēng)機(jī)起高速，用風(fēng)速計（或U型管）對比測量故障牽引電機(jī)和正常牽引電機(jī)（要求選取不同轉(zhuǎn)向架的電機(jī)）傳動端出風(fēng)口的風(fēng)速，如果對比風(fēng)速明顯偏小，則說明通風(fēng)量小，基本斷定空氣過濾器發(fā)生堵塞，需要及時清潔處理。測量風(fēng)速對比時需注意選取電機(jī)相同位置的出風(fēng)口作為測量對象。

此類故障多發(fā)生在每年春季，這段時間為柳絮末期和氣溫的快速回升期。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，考慮過濾器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、雜物堵塞程度、過濾器拆裝難易程度、堵塞物（多為絮狀物）等因素，針對牽引電機(jī)通風(fēng)裝置的清潔做出以下建議方案：

第一年3月底至第二年2月底之間的M1、M2、M3修時：（1）拆解過濾器下方集塵槽，并進(jìn)行清潔；（2）拆解過濾器外防護(hù)罩，用毛刷清潔。

單個風(fēng)機(jī)過濾器清潔所需人員為鉗工2名，所需時間為無電作業(yè)約20分鐘。整列車作業(yè)需考慮流水作業(yè)約需3.5小時（未考慮分組）。

每年2月底至3月底（柳絮期，高溫季之前）的專項(xiàng)檢修需對所有車組通風(fēng)裝置過濾器進(jìn)行一輪水洗清潔：（1）拆解過濾器下方集塵槽，并進(jìn)行清潔；（2）拆解過濾器整體，對過濾器內(nèi)外兩個面用高壓水槍進(jìn)行沖洗，用高壓空氣吹干后恢復(fù)安裝。

3.4 牽引電機(jī)運(yùn)行環(huán)境原因分析

牽引電機(jī)定子溫度除了與冷卻通風(fēng)裝置通風(fēng)量有關(guān)，還受運(yùn)行環(huán)境溫度、最高運(yùn)行速度持續(xù)時間（中間停站頻率）的影響。運(yùn)行環(huán)境溫度越高，電機(jī)定子溫度越高；最高運(yùn)行速度持續(xù)時間越長，定子溫度峰值

越高。

因此，日常維護(hù)中氣溫較高時，需注重電機(jī)冷卻通風(fēng)裝置的檢查，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)量減小時需立即處理，尤其對于?？空据^少的長交路運(yùn)行車組，通風(fēng)量問題的處理更是刻不容緩。

4 結(jié)語

針對牽引電機(jī)溫度高故障，從牽引電機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)、電機(jī)軸承、電機(jī)冷卻通風(fēng)系統(tǒng)以及運(yùn)行環(huán)境四個方向進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，根據(jù)實(shí)際情況出現(xiàn)問題提出整改和維護(hù)措施，以達(dá)到有效降低高速動車組牽引電機(jī)溫度升高故障率，保證動車組安全可靠運(yùn)行的目的。結(jié)合上述分析，對牽引電機(jī)溫度過高故障處理提出以下建議：利用風(fēng)速測量儀，對不同線路、不同最高運(yùn)營速度持續(xù)時間、不同環(huán)境溫度、不同檢修里程時對車組牽引電機(jī)通風(fēng)量進(jìn)行測量，建立通風(fēng)量數(shù)據(jù)庫。通過對數(shù)據(jù)的有效分析，分析不同環(huán)境下通風(fēng)量允許的最小值，制定精確的通風(fēng)裝置空氣過濾器的清潔計劃方案，以減小人力物力的浪費(fèi)。

優(yōu)化通風(fēng)裝置空氣過濾器的安裝方案設(shè)計，使之便于拆裝，減小清潔工作量，降低動車組的維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：郭從民，男，中車唐山機(jī)車車輛有限公司高級技師，研究方向：動車組調(diào)試、售后服務(wù)。

（責(zé)任編輯：小 燕）