電力機車交流牽引電機故障診斷

白利平

（神華準能大準鐵路公司機務段檢修車間，內蒙古鄂爾多斯010321）

電力機車交流牽引電機故障診斷

白利平

（神華準能大準鐵路公司機務段檢修車間，內蒙古鄂爾多斯010321）

隨著經濟不斷發展，我國鐵路建設工作也取得了快速發展，人們越來越關注鐵路運行安全相關問題。我國鐵路呈現出跨越式的發展模式，從而推動了交流傳動電力機車的開發和應用。在交流傳動電力機車中，核心設備就是交流牽引電機，整個列車能否安全行車取決于交流牽引電機能否安全運行。因此，針對交流牽引電機開展故障診斷工作具有重要的實際意義。

交流傳動電力機車；交流牽引電機；故障類型；故障診斷技術

近幾年間，我國電力電子技術得到了快速發展，同時也帶動了電子控制技術的提升，改進了電力機車的運行技術，完善了電力機車的各項功能，其內部結構也變得更加復雜。這一現象，同時也加重了電力機車交流牽引電機故障診斷工作。而該工作能否順利展開關系著機車行駛的安全問題，因此，對其進行深入研究與探討有著重要的意義。

1 電力機車交流牽引電機故障診斷的背景與意義

在鐵路運輸系統中，除了舒適、經濟以及快速等指標外，還有一項十分重要的指標就是安全，安全同時還是發展高速鐵路的生命線與根基。高速鐵路系統如果想要取得穩健發展，就一定要解決好可靠、安全這個重要的課題。然而，在鐵路的整套安全體系中，行駛安全又是重中之重，這就需要相關工作人員對列車中各項設備做好故障診斷和監測維修工作。

我國鐵路呈現出跨越式的發展方式，這個發展模式推動了交流傳動電力機車的開發與應用。我國第一臺自助研制開發的交流傳動電力機車于1996年6月誕生，這臺AC400機車標志著我國退出了直流傳動電力機車時代、跨入了交流傳動電力機車時代，并有效推動了我國機車技術的發展。相較于直流傳動電力機車，交流傳動電力機車具有更廣泛適用范圍、更高功率因數、更大牽引力、更好粘著性以及更寬恒功率范圍等優勢。

電力機車中，一個非常重要的部件就是牽引電機，同時還是出現故障較多的一個部件，與行車安全有著密切的聯系，整個列車能否安全行車取決于交流牽引電機能否安全運行。因此，針對交流牽引電機開展故障診斷工作具有重要的實際意義。與此同時，牽引電機具有十分惡劣的工作環境與運行條件，如果在運行的時候，電機可以保持良好的工作狀態，有助于其保養維護與操作的正確開展，對牽引電機進行定期保養檢修，不僅能夠使電機使用壽命得到有效延長，還可以讓機車的運轉效率得到切實提高。

2 常見的電力機車交流牽引電機故障類型

在運行過程中，受到不同因素的影響，牽引電機的部件與結構會日益惡化，原有性能與功能會逐漸喪失，從而出現一系列異常的工作狀態，最終導致故障發生。然而，在牽引電機發生故障之前是有征兆可尋的，在工作狀態出現異常的初期，電機穩態電子的電流會出現特定的反映，通過相應的檢測技術，能夠測出可以表示故障趨勢的工作參數，對這些參數進行深入的分析，就能夠判斷出電力機車交流牽引電機的故障類型。從而可以對電機進行及時有效的維修工作，以此來防止電機發生損壞。常見電力機車交流牽引電機的故障類型有四大類，包括：定子、轉子、軸承以及絕緣故障。

（1）定子故障。定子故障又分為相間短路故障、繞組接地故障以及匝間短路故障等。這些故障發生的主要原因有：首先，是由于長期處于高溫狀態運行下的牽引電機發生絕緣老化；其次，是由于牽引電機在工作中長時間接觸水分與塵土等物質，造成了絕緣擊穿的后果；最后，是由于在運行過程中，各種各樣電磁力作用于機械沖擊力損壞了電機的絕緣裝置，從而造成了短路的現象。故障發生后主要表現為：絕緣熱解、相電流不對稱、繞組的局部出現過熱現象以及振動加強等。

（2）轉子故障。轉子故障又分為轉子本體故障以及轉子繞組故障兩大類。其中，轉子本體故障包括轉子偏心故障與轉子失衡故障；而轉子繞組故障包括匝間短路故障、端環開裂故障、轉子斷條故障以及轉子繞組擊穿故障。當發生轉子偏心故障時，轉子生成激振力，這種激振力的手氣與轉動的頻率相同，增大了交流牽引電機的震動。在加工過程中，一旦電機轉子出現傷痕等潛在危害，這些裂紋會在電機運行時進一步擴大，最終造成轉子斷裂等無法挽救的故障。動偏心與靜偏心是轉子偏心的兩個類型，靜偏心指的是，在固定空間中，徑向最小氣隙位置發生的偏心；動偏心指的是，最小氣隙跟著轉子同時轉動或者轉子的中心線偏離了旋轉中心的情況。轉子偏心會造成不平衡磁拉力的產生，帶動交流牽引電機發生震動。在轉子故障較為嚴重的情況下，定轉子之間會出現嚴重的摩擦，最終造成交流牽引電機損壞。

（3）軸承故障。軸承故障又分為保持架故障、內環故障、外環故障以及滾動體故障。在所有的交流牽引電機部件中，軸承發生故障的頻率相對較高，使用壽命也相對較短。內環安裝在電機的轉軸上，外環安裝在電機的機座上，當交流牽引電機的運行速度過快時，將會有很大的載荷力作用在軸承的轉子與內圈上，致使故障發生。軸承一旦發生故障，就會加強電機振動，成為經常出現在交流牽引電機中的振動源。故障發生后主要表現為：內外圈破裂、滾珠點蝕以及滾珠缺陷等。

（4）絕緣故障。絕緣故障指的是，在交流牽引電機的運行過程中，絕緣體逐漸出現污染、受潮、過熱、電暈、磨損以及老化等問題，從而降低了絕緣體的絕緣性能。

3 電力機車交流牽引電機故障診斷的基本方法

電力機車交流牽引電機的故障診斷涉及面非常廣泛，是一項綜合性很強的技術，它涵蓋了數理統計、人工智能、模式設別及信號處理、電子技術、計算機科學以及現代控制理論等各類學科。由于交流牽引電機故障具有復雜性的特點，并且電機故障與故障征兆之間也具有十分復雜的聯系，這些都使得電機故障診斷具有一定的探索性。針對電機故障診斷技術而言，研究的重點內容并不能局限于故障的本身，要在故障診斷方法上面投入更多的時間與精力。由于故障診斷的過程十分繁瑣，具有復雜性的特點，因此，不能對故障研究使用單一的分析診斷方法，而應運用不同的方法進行研究分析。即是說，只要可以對該故障診斷起到一定輔助作用的方法都要合理地利用起來，在探求故障診斷的手段、方法以及原理的時候，應當廣泛從多類學科中探索有用的內容，這也造就了故障診斷具有多學科交叉的顯著特點。

（1）傳統交流牽引電機故障診斷方法。先利用化學、物理手段對電機故障中的化學、物理現象進行直接地檢測；再通過故障征兆對電機故障進行診斷，這是電機故障中最成熟也是最常用的方法。在具體實施過程中，對獲取到的設備運轉的各項信號進行分析，將信號中的特征信息提取出來，以此來掌握本次故障的征兆，在此基礎上對故障進行診斷。因為不同征兆與電機故障之間的關系不具備一一對應的特點，因此這種故障診斷方法常常需要工作人員反復求解、反復探索。

（2）人工智能的故障診斷方法。基于傳統電機故障診斷方法，融入人工智能（Artificial Intelligence）的方法與理論。形成一個更加智能的電機故障診斷方法，它開辟了一條全新的故障診斷途徑，在實際操作中已經得到了廣泛的應用，主導著電機故障診斷的大方向。

（3）利用數學方法對交流牽引電機進行故障診斷。電力機車交流牽引電機故障診斷技術目前依舊是一個不夠成熟的學科，仍然需要進一步發展與完善，這就需要它對各個學科的先進科學技術進行廣泛融合與利用，尤其是對數學工具的有效借助。包括在模糊數學基礎上的診斷方法、在概率統計基礎上的診斷方法以及在模式識別基礎上的診斷方法。

4 結語

近幾年間，我國經濟取得了不斷發展，我國鐵路建設工作也取得了快速發展，人們越來越關注鐵路運行安全的相關問題。我國鐵路呈現出跨越式的發展模式，從而推動了交流傳動電力機車的開發和應用。在交流傳動電力機車中，核心設備就是交流牽引電機，整個列車能否安全行車取決于交流牽引電機能否安全運行。文章從電力機車交流牽引電機故障診斷的意義入手，對常見的故障類型與基本的診斷方法進行了簡要分析，希望對日后電力機車交流牽引電機故障診斷起到積極地推動作用。

［1］朱文勝,安中正,尚茂等.HXD1型機車牽引電機轉軸與齒輪軸斷裂原因分析及措施［J］.機車電傳動，2011，（5）：79-82.

［2］吳勇,安中正,王帥等.HXD2型機車牽引電機驅動端軸承故障分析及措施［J］.鐵道機車車輛，2012，32（2）：83-84，118.

［3］張九高.DC-01型地鐵車輛改交流驅動前后牽引系統的區別［J］.城市軌道交通研究，2010，13（4）：88-93.

白利平（1970-），男，內蒙古鄂爾多斯人，大學本科，工程師，主要研究方向：電力機車、內燃機車的檢修與維護。