動車組牽引電機二次浸漆前清洗方案研究

龐登高，尚彩秀，張曉東，趙雪茹

（1.中車永濟電機有限公司，永濟 044502；2.中國電器科學研究院股份有限公司工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應性國家重點實驗室，廣州 510663）

前言

為保證動車組運行安全，需要嚴格執(zhí)行定期檢修制度，牽引電機作為驅(qū)動系統(tǒng)重要部件，隨動車組修程檢修。動車組牽引電機運行條件比較惡劣，在牽引變流器供電的條件下除了承受高電壓、大電流負荷之外，還要承受電源高次諧波、浪涌電壓沖擊作用[1]，會造成牽引電機絕緣系統(tǒng)的老化，因此，在特定檢修周期時（約運行480 萬公里后），牽引電機定子裝配需要進行二次浸漆，以保證牽引電機絕緣系統(tǒng)的正常工作。

牽引電機定子裝配結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由定子機座、硅鋼片疊壓而成的定子鐵心和固定在定子鐵心槽中包覆絕緣材料的定子線圈組成，制造過程中經(jīng)整體真空壓力浸漆（VPI）后，定子鐵心的空隙和定子線圈表面覆蓋絕緣漆。由于動車組牽引電機在線運行過程中采取強制風冷方式散熱，運行中吸入的冷卻風中存在油污、塵土、砂礫、水分等雜質(zhì)，在牽引電機工作時的反復冷熱交替作用下，吸附在定子線圈的絕緣漆和絕緣材料上，其直接影響是降低了電機絕緣強度和散熱性能。如果定子線圈上的污垢清洗不干凈，二次浸漆后將被絕緣漆包覆在內(nèi)部，將會對絕緣漆的漆膜質(zhì)量造成損害。為保證二次浸漆效果，同時防止電機定子線圈上的污物在浸漆時對浸漆設(shè)備中絕緣漆造成污染，需要在二次浸漆前對牽引電機定子裝配進行清洗。

由于定子裝配中有影響牽引電機電氣性能絕緣材料，因此需要對清洗方案和清洗劑的種類行試驗、驗證，本項目通過實驗室試驗和實際使用的動車牽引電機定子裝配實物清洗實證實驗，證明BJ-2019E 型機用清洗劑具有良好的清洗效果并滿足各項測試要求。

1 實驗部分

1.1 清洗方法的選擇

由于牽引電機定子線圈表面污垢成分復雜，在冷卻風和電機反復冷熱交替作用下，與線圈表面絕緣漆結(jié)合非常牢固，目前采用的擦洗等清洗方法難以徹底清除，反復擦洗更容易造成絕緣漆和絕緣材料的物理損傷。因此需要選擇合理、高效的清洗方法，以滿足牽引電機檢修要求。目前常用的工業(yè)清洗方法主要有化學法、飽和蒸汽法、高壓水處理法、超聲波法、干冰法等[2]。高壓水處理法缺點較多，單純用水清洗效果不佳，且因水壓較高可能對定子線圈絕緣造成損害而禁止使用，故不采用；超聲波法因高頻振動可能會造成電機絕緣層損壞而禁止使用；干冰法存在低溫（-78 ℃）沖擊和造價昂貴的問題，暫不考慮。化學法是利用有機或無機清洗劑對難溶水垢、油污生物粘泥等進行分散剝離，同時與化學藥劑發(fā)生反應，生成絡合物或水溶性鹽，從而達到清洗的目的。飽和蒸汽法是利用飽和蒸汽的高溫，及外加高壓，清洗零件表面的油漬污物，并將其汽化蒸發(fā)。同時還可以清洗任何細小的間隙和孔洞，剝離并去除油漬和殘留物，從而達到高效、節(jié)水、潔凈、干燥的要求。

根據(jù)對常見工業(yè)清洗方法的調(diào)研和分析，以及對化學法和飽和蒸汽法的驗證，綜合考慮清洗效果和工作效率，初步確定采用熱水清洗（化學法）+飽和蒸汽+擦洗的混合清洗方案。

1.2 清洗劑的選擇

由于運行后的牽引電機定子線圈絕緣漆上的污垢粘附牢固，清洗中清洗劑是必不可少的。為避免對電機絕緣系統(tǒng)造成損傷，清洗劑需要滿足以下要求：

1）清洗效果要滿足要求；

2）與絕緣漆相容性良好，不與絕緣漆反應；

3）少量附著在絕緣漆表面時，不影響絕緣漆的電性能或影響較小；

圖1 牽引電機定子裝配結(jié)構(gòu)示意圖

4）可在漂洗后經(jīng)烘焙揮發(fā)，無殘留；

5）侵入絕緣缺陷后，對絕緣性能無影響或影響較小。

通過與中國電器科學研究院工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應性國家重點實驗室合作，共選擇了三種清洗劑試驗。由于對比試驗結(jié)果證明BJ-2019E 型機用清洗劑效果較好，下文試驗、驗證均以BJ-2019E 型機用清洗劑說明。

2 結(jié)果與討論

2.1 清洗劑浸泡對絕緣漆膜電氣性能的影響

為了考察清洗劑浸泡過程對絕緣漆膜電氣性能的影響，使用公司常用的3 種絕緣漆餅進行試驗研究。首先將3 種絕緣漆分別浸入BJ-2019E 型清洗劑中自然條件下放置24 h后，觀察到漆餅表面無溶脹現(xiàn)象。取出烘干后，漆餅表面附著少量的清洗劑（約1 %），用自來水沖洗后，漆餅表面外觀恢復原狀態(tài)。進一步對絕緣漆餅不同試驗節(jié)點的電氣性能進行檢測，結(jié)果如表1 所示。可知，當清洗劑不同程度的分散附著在絕緣漆的表面時，對絕緣漆的表面電阻和介質(zhì)損耗因數(shù)影響較大，而對體積電阻和擊穿強度基本無影響，在用水清洗去除清洗劑殘留后，電氣性能恢復。該試驗結(jié)果說明，BJ-2019E 型機用清洗劑在浸泡過程中不會造成絕緣漆電氣性能損失，并且殘留物容易清洗干凈。

2.2 清洗劑對液態(tài)絕緣漆穩(wěn)定性影響

使用公司常用的3 種絕緣漆液態(tài)樣品，試驗組添加1 %的清洗劑，對照組分別為未添加清洗劑的絕緣漆，試驗組混合攪拌后，均呈現(xiàn)乳白色的渾濁液，但無沉淀及顆粒物出現(xiàn)，這主要是在混合攪拌過程中，清洗劑中的表面活性物質(zhì)將絕緣漆乳化所至。將上述六組試樣，閉口自然放置30 天后，進行凝膠時間測試。測試過程中，試驗組冒出大量氣泡，逸散出試管，絕緣漆恢復原色，用手提法測試后凝膠時間無差別。該試驗說明清洗劑對絕緣漆液態(tài)樣品的穩(wěn)定性影響極其微小。

2.3 清洗劑浸泡對電機表面防護性能的影響

使用公司兩種常用表面漆和一種灌封膠，分別使用馬口鐵板掛表面漆和灌封膠薄層，正反各一次，室溫固化。將制作好的樣品按不同條件下浸入清洗劑中，試驗結(jié)果如表2 所示。結(jié)果表明，在給定試驗條件下，清洗劑對表面漆及灌封膠的影響很小或者無影響。

2.4 清洗劑殘留對牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)的影響

由于電機機械結(jié)構(gòu)不同以及選用的絕緣材料、絕緣包扎方式不同，形成不同電機的絕緣結(jié)構(gòu)，為驗證清洗劑殘留對特定電機絕緣結(jié)構(gòu)的影響，使用公司兩種典型動車牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)進行試驗。按兩種絕緣結(jié)構(gòu)包扎線棒，制作A 絕緣結(jié)構(gòu)和B 絕緣結(jié)構(gòu)線棒各15 支，模擬實際清洗過程進行對比，其中各5 支僅烘焙處理，各5 支用清水加熱浸泡40 min，各5 支用5 %清洗液加熱浸泡40 min，浸泡后烘潮（不清洗），分別檢測介質(zhì)損耗，然后30 支線棒進行浸漆烘焙，檢測介質(zhì)損耗，進行數(shù)據(jù)對比，試驗數(shù)據(jù)對比如圖2、圖3。可以看出，清洗劑浸泡處理后的線棒烘潮后和浸漆后的介質(zhì)損耗與未處理、熱水浸泡后的線棒在同一水平，完成浸漆后少量清洗劑殘留對絕緣性能沒有明顯影響。

表1 清洗劑對絕緣漆漆餅電氣性能的影響數(shù)據(jù)表

表2 不同浸泡條件對馬口鐵樣品防護性能的影響

圖2 A 絕緣結(jié)構(gòu)線棒不同處理后介質(zhì)損耗檢測數(shù)據(jù)對比

2.5 牽引電機定子裝配清洗驗證

在實驗室驗證試驗的基礎(chǔ)上，采用實際使用的動車牽引電機定子裝配進行了清洗過程實物驗證。確認清洗過程對電機絕緣性能的綜合影響。實物驗證期間，清洗某型號電機10 臺。對清洗前后電機的絕緣電阻和介質(zhì)損耗因數(shù)進行測試，對比清洗過程對牽引電機絕緣性能影響。

圖3 B 絕緣結(jié)構(gòu)線棒不同處理后介質(zhì)損耗檢測數(shù)據(jù)對比

1）絕緣電阻

絕緣電阻是電機定子繞組抵抗直流電流的電氣絕緣能力，在2500 V 的直流電壓下測試1 min，結(jié)果如圖4。從圖4 可以看出，清洗前后絕緣電阻有增大有減小，沒有明顯的規(guī)律，且數(shù)值都在10 GΩ 以上，遠遠大于GB/T 20160-2006《旋轉(zhuǎn)電機絕緣電阻測試》標準中100 MΩ的要求。

2）介質(zhì)損耗因數(shù)

測試1 kV2 kV3 kV 下的介質(zhì)損耗因數(shù)，由于1 kV～3 kV 電機介質(zhì)損耗因數(shù)增量很小，因此對3 kV 下測試的數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果如圖5 所示。從圖5 可以看出，清洗前后介質(zhì)損耗因數(shù)的變化不大，沒有明顯的規(guī)律，大部分電機清洗后介質(zhì)損耗因數(shù)降低，所有電機介質(zhì)損耗因數(shù)均不大于2 %，滿足要求。數(shù)據(jù)的隨機分布說明清洗過程對于電機的絕緣性能沒有明顯影響。

3）濕熱試驗

使用1 臺清洗完成后的某型號電機定子裝配，浸漆后按GB/T 2423.4-2008[3]標準要求進行6 周期的高溫40 ℃交變濕熱試驗。完成后按GB/T 12665-2008[4]規(guī)定檢測繞組對機座絕緣電阻，并進行電機繞組對機座耐壓試驗。試驗電機順利通過濕熱試驗。

3 結(jié)論

圖4 清洗前后絕緣電阻對比

圖5 清洗前后介質(zhì)損耗因數(shù)對比

通過實驗室樣品驗證和牽引電機實物清洗驗證，證明清洗劑和清洗過程對牽引電機絕緣性能無明顯影響，清洗效果良好，滿足動車組牽引電機檢修中二次浸漆的清洗要求。為保證安全，建議但清洗劑清洗后進一步用清水清洗去除清洗劑殘留物。