动车组牵引电机故障分析及诊断

刘涛

摘要：铁路运输作为我国最为重要的交通方式，尤其是客运的动车组列车更与人们的生活息息相关。随着我国“八纵八横”的提出，我国铁路运营里程达到了历史新高。尤其是近些年复兴号的上线运营，使动车组列车速度等级提上新高。动车组列车在运营过程中会出现牵引电机故障的情况发生，牵引电机作为动车组列车的最为重要的驱动部件，故障的处理确保了动车组列车运行的安全性。

关键词：动车组；牵引电机；故障；诊断

1关于CRH2A型动车组牵引系统组成简介

1.1牵引系统概述

动车组分为2个动力单元:M1+M2,M3+M4。动车组要求的弓网电压为25kV、50Hz的单相交流电,由受电弓从接触网受电、通过VCB与牵引变压器1次侧绕组连接。每个动力单元车中各设一台牵引变压器、两台牵引变流装置及八台牵引电机。牵引变流装置牵引运行时向牵引电动机供电,制动时将制动再生电能反馈回电网,在牵引及再生制动时向主电动机供应电力和制动时电力再生控制之外且具有保护功能。牵引电动机使用3相鼠笼式感应电动机,轴端安装有速度传感器,检测转子频率,并将信息反馈给牵引变换装置、制动控制器。

1.2牵引系统关键部件简述

1.2.1牵引变压器

CRH2A型动车组牵引变压器具有2次绕组为2个独立绕组,每个绕组与一台牵引变流装置连接,使2次绕组具有高电抗和弱藕合性,确保牵引变换装置具有稳定运行的特性。另外,为对应于每个2次绕组的增容,1次绕组配置了2个并联结构的线圈;为了减轻重量,1次,2次线圈采用了铝质线圈;1次绕组接地侧、2次绕组侧及3次绕组侧的绝缘套管采用了耐热环氧树脂将11根铜质中心导线注塑一体成形的端子板。相对于3次绕组侧的一端子使用并引出了2根中心导线的特点

CRH2A型动车组牵引变压器具有壳式变压器结构,油箱分为上下两个部分。油枕与主体箱通过连接孔与主体箱内的油流通,油充填在波纹管的外侧,波纹管的内侧与大气相通。1次绕组高压侧绝缘套管采用耐热环氧树脂注塑成一体形绝缘套管,在变压器主体的前方横向引出,与相邻的高压设备箱内的断路器相连。1次绕组接地侧、2次绕组侧、3次绕组侧的各端均为成一体形注塑形端子板,在侧面引出。

1.2.2牵引变流装置

CRH2A型动车组牵引变流装置用于控制4台牵引电机的电源。其结构简洁,整流器、直流中间电路、逆变器、真空交流接触器等的主电路机器、无触点控制装置、控制电源等控制电路器具均安置在一个箱体内的一箱体构造,从而缩小了安装空间。牵引变流器装置安装在2、3、6、7号车的底盘下。另外,虽然一部分内部装置各自使用了独特的形式,但每个单元均在结构和控制方面确保其互换性。牵引变流装置由单相交流变为直流电力的整流器部分和直流电流变为3相交流的逆变器部分、吸收电压波动获得直流定压的直流电压电路(滤波电容器)部分构成。作为主电路的半导体元器件由于采用了能高速开闭的IGBT或IPM,能减小交流电压波形的失真,由此降低了牵引电机、牵引变压器的电磁噪声,因而减少了转矩波动。

2牵引电机常见故障

牵引电机在列车前进过程中存在供电驱动，制动蓄电的功能，在运行过程中，由于速度等级较高，常出现各种各样的故障，根据某动车段反馈的信息，常见的牵引电机故障有4部分组成。

2.1转子故障

牵引电机常见的转子故障有转子断条和断裂。这些故障会使动车组列车整个驱动装置温度过高，造成牵引电机负载太高，压力太大。

2.2定子故障

牵引电机定子故障主要为定子匝间短路故障，定子故障会导致局部过热，绝缘失效。

2.3轴承故障

牵引电机轴承由保持架、滚动体、外圈和内圈组成。其故障主要为内圈故障、外圈故障与滚动体故障。

2.4气隙偏心故障

牵引电机气隙偏心故障分为铁芯呈椭圆形或定转子不同轴心造成的静态偏心和由转轴弯曲，轴径椭圆，高转速时的机械共振造成的动态偏心故障。

3牵引电机故障诊断

3.1定子电流法诊断原理

异步牵引电机定子电流分析法普遍运用于牵引电机定子绕组、转子断条、气隙不匀等电气类故障的检测和故障交互影响研究，电流检测法具有非接触测量、噪声水平低、便于集中监控等方面的优点。

3.2定子故障诊断

由于定子匝间短路是动车组牵引电机较常见的早期故障。定子发生故障时，由于定子、转子的耦合关系，定子电流中将出现谐波分量，根据谐波分量可推算出是否出现牵引电机定子故障。

3.3电机偏心故障诊断

牵引电机经过长期的运行磨损导致定子内圆和转子外圆之间存在一定偏心。牵引电机偏心故障主要有静态、动态与复合偏心。根据偏心故障下的气隙磁导与气隙长度，推出气隙中的磁势，然后由气隙磁导和气隙磁势得到气隙磁通，然后分析各种谐波便可判断是否出现电机偏心故障。

3.4轴承故障

轴承故障是动车组牵引传动系统的主要故障之一，轴承速度等级高，工作环境恶劣，在牵引电机中作用重大且损害率很高。轴承故障时的振动，会引起定子电流中出现谐波分量，但是谐波分量影响因素较多，根据轴承故障定子电流频率变化可大致推算出是哪部分出现的故障。

4CRH2A型动车组牵引系统典型故障案例及处置

CRH2A型动车组在运行中会发生牵引电机温度高故障,现在我们就对该故障的处置进行详细的介绍。

(1)在MON屏一般模式下,查看故障一栏、配电盘信息、切除状态界面,确认故障车辆信息;检修模式下,查看故障记录,确认故障详细信息。

(2)下载TBDR/DRWTD数据,分析故障时刻车辆的运行工况;下载轴温实时检测系统的车辆实时轴温数据,查看故障时刻数据有无异常。

(3)检查【牵引电机温度高报警】断路器状态,分别闭合、断开【牵引电机温度高报警】断路器,用万用表直流电压档测量断路器进出线电压,并查看“MON屏--配电盘信息界面--电气设备--牵引电机温度高”有无变红;若“MON屏--配电盘信息界面--电气设备--牵引电机温度高”一直变红,断开【牵引电机温度高报警】断路器(暂不闭合),检查组合配电柜内MMThR继电器插接状态,拔下MMThR继电器(用万用表测量MMThR继电器4、5针导通情况,暂不恢复),查看“MON屏--配电盘信息界面--电气设备--牵引电机温度高”是否变白。以此首先判断是否为终端方面出现问题。

(4)检查【牵引电机送风1】【牵引电机送风2】马达启动器状态,并测试其功能有无异常。

(5)检查四个轴的轴温连接器固定情况,拔下四个轴的12芯轴温连接器,检查连接器插针状态;重点检查针脚状态,有无缩针、弯针、电蚀等异常情况。用低电阻测量仪分别测量每个连接器的3-4针阻值(标准≤200mΩ),用绝缘测试仪测量每个针的绝缘值(标准≥10MΩ),测量时注意适当晃动端子汇接处、牵引电机继电器线缆根部;若出现阻值、绝缘值异常,则拆解牵引电机温度继电器端子汇接处,从汇接处直接测量牵引电机温度继电器阻值(标准≤40mΩ)、绝缘值(标准≥10MΩ)。

(6)牵引电机温度继电器故障,更换牵引电机温度继电器;端子汇接不良,重新汇接;终端方面问题,更换终端相关板卡。

(7)更换完故障部件后,库内车辆通高压,车辆无故障报出,“MON屏--配电盘信息界面--电气设备--牵引电机温度高”为白色。

结论

牵引电机的状态关系到整个动车组的安全运行，所以对动车组牵引电机的故障诊断十分必要。本文基于牵引电机的结构进行分析，提出了牵引电机常见故障转子故障，定子故障，轴承故障，电机偏心故障，并对动车组牵引电机的常见故障诊断方法进行了研究。

参考文献：

[1]黄济荣.电力牵引交流传动与控制[M].北京:机械工业出版社,2018.

[2]刘建强,郑琼林,郭超勇等.高速动车组牵引变流器热容量[J].电工技术学报,2018(10).