中低速磁浮列車直線感應(yīng)電機(jī)短接保護(hù)蓋故障分析及優(yōu)化

曹　芬,程　維（南車株洲電力機(jī)車有限公司　磁浮系統(tǒng)研究所,湖南　株洲　412001）

中低速磁浮列車直線感應(yīng)電機(jī)短接保護(hù)蓋故障分析及優(yōu)化

曹芬,程維
（南車株洲電力機(jī)車有限公司磁浮系統(tǒng)研究所,湖南株洲412001）

由南車株機(jī)研制的磁浮列車已經(jīng)在試驗(yàn)線上進(jìn)行了兩年多的運(yùn)行考核，在運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)短接保護(hù)蓋出現(xiàn)的問(wèn)題與故障，進(jìn)行分析與優(yōu)化，最終問(wèn)題得到解決。

中低速磁浮列車；直線感應(yīng)電機(jī)；短接保護(hù)蓋；故障分析；優(yōu)化

0　前言

常導(dǎo)短定子中低速磁浮列車與軌道間無(wú)機(jī)械接觸，靠電磁力進(jìn)行牽引和懸浮，克服了傳統(tǒng)輪軌列車的粘著限制，具有爬坡能力強(qiáng)、噪聲小、安全、舒適、快速等優(yōu)點(diǎn)。中低速磁浮列車的牽引電機(jī)采用直線感應(yīng)電機(jī)，直線感應(yīng)電機(jī)的定子安裝在車輛上。

由南車株機(jī)磁浮系統(tǒng)研究所研制的磁浮列車已經(jīng)在試驗(yàn)線上進(jìn)行了兩年多的運(yùn)行考核，在運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)直線電機(jī)短接保護(hù)蓋出現(xiàn)的問(wèn)題與故障，進(jìn)行了分析與優(yōu)化，最終問(wèn)題得到解決。

1　電機(jī)短接保護(hù)蓋故障分析與優(yōu)化

中低速磁浮列車為3節(jié)編組，編組方式為Mc1-M-Mc2,M車與Mc車均是動(dòng)車。主電路系統(tǒng)主要由受流器、高壓分線箱、高壓電器柜、電抗器、牽引逆變器、直線感應(yīng)電機(jī)組成。牽引逆變器由三相逆變器模塊和過(guò)壓保護(hù)斬波器模塊組成。采用恒電流恒滑差頻率控制方式。每節(jié)車均配置1臺(tái)牽引逆變器，每臺(tái)牽引逆變器給本車10臺(tái)直線感應(yīng)電機(jī)供電。直線感應(yīng)電機(jī)采用5串2并聯(lián)結(jié)方式，5臺(tái)直線感應(yīng)電機(jī)通過(guò)三芯大電流連接器串聯(lián)，最后使用電機(jī)短接保護(hù)蓋短接，如圖1所示。

在中低速磁浮列車車輛調(diào)試過(guò)程中，室溫為6℃左右時(shí)，短接保護(hù)蓋外殼溫度測(cè)量為70℃左右。多次出現(xiàn)了初次激活后“合主斷”正常，推牽引手柄瞬間車輛主斷跳開的現(xiàn)象,司機(jī)室顯示屏顯示“接地跳主斷”。通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)短接保護(hù)蓋損壞，如圖2所示。

1.1故障分析

分析原因：（1）短接處其中一相與底座接觸不良（工人裝配的時(shí)候未裝配好，插針虛連），造成接觸電阻過(guò)大；插針為銅材質(zhì)，底座為不銹鋼材質(zhì)，接觸面積小，插針與底座通過(guò)螺紋導(dǎo)電，接觸電阻大；（2）插針與短接保護(hù)蓋之間氣隙過(guò)小，電機(jī)短接保護(hù)蓋的絕緣設(shè)計(jì)不符合IEC60077標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于電氣連接絕緣和耐壓的相關(guān)要求，有電氣擊穿發(fā)生。

三相電流和為零，

牽引逆變器最大輸出電壓為1170V，可知中點(diǎn)電壓最大時(shí)接近585V。出現(xiàn)大的中點(diǎn)位移電壓時(shí)，會(huì)使正常的相負(fù)載上的電壓降低，損壞的相負(fù)載上的電壓升高，嚴(yán)重不對(duì)稱時(shí)，會(huì)造成負(fù)載損壞。由于三相負(fù)載不對(duì)稱，造成三相電流不對(duì)稱，從而使直流側(cè)的電流相差大于50A，造成出現(xiàn)“接地跳主斷”故障的顯示。

出現(xiàn)圖2現(xiàn)象的原因：參考標(biāo)準(zhǔn)EN50124-1:2001《鐵路應(yīng)用絕緣配合第1部分：基本要求電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離》。標(biāo)稱電壓為標(biāo)定一個(gè)給定電源系統(tǒng)的近似電壓值。牽引逆變器輸出三相額定線電壓1100V，相當(dāng)于標(biāo)稱電壓為三相的1100V，附錄A 表A.3中只有3相1000V，其額定沖擊電壓為4000V。

圖3EN50124-1:2001《鐵路應(yīng)用絕緣配合第1部分：基本要求電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離》附表A.1

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)附錄A表A.3額定沖擊電壓為4kv時(shí)，空氣中的最小電氣間隙在PD1-PD3時(shí)為3mm，在PD4時(shí)為7mm。電機(jī)短接保護(hù)蓋中插針與短接保護(hù)蓋距離為5-6mm，在雨天和定期清潔產(chǎn)生的偶然導(dǎo)電（即PD4）情況下，此時(shí)的最小電氣間隙為7mm，此時(shí)電機(jī)短接保護(hù)蓋中插針與短接保護(hù)蓋會(huì)發(fā)生電氣擊穿。

1.2故障處理與優(yōu)化

根據(jù)故障實(shí)際情況與故障分析，現(xiàn)場(chǎng)采用了兩種處理方案。

方案一：針對(duì)虛接的問(wèn)題，通過(guò)延長(zhǎng)短接針螺紋長(zhǎng)度并通過(guò)螺母進(jìn)行校緊放松，保證連接的可靠性；同時(shí)，通過(guò)增加接觸面的截面積，增強(qiáng)產(chǎn)品的導(dǎo)電性能；原底座材料為銅鍍鎳，現(xiàn)改為銅鍍銀，保證接觸間基材與鍍層的一致性。

延長(zhǎng)絕緣層，同時(shí)在短接針外壁加裝高溫高壓熱縮套管，使元件間的最小電氣間隙與爬電距離超過(guò)32mm，保證短接保護(hù)蓋具有足夠的耐電壓能力，如圖3所示。

室溫為6℃左右時(shí)，改進(jìn)后的短接保護(hù)蓋在Mc車上使用時(shí)外部溫度為25℃左右。使用改進(jìn)后的短接保護(hù)蓋在車輛運(yùn)行6個(gè)月后仍狀況良好。

方案二：方案一中直線電機(jī)的串聯(lián)采用三芯大電流連接器與短接保護(hù)蓋組合，鑒于方案一中所用連接器和短接保護(hù)蓋組合結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，成本高，密封性不夠好，且安裝接線時(shí)工人可能發(fā)生誤操作。發(fā)生接線錯(cuò)誤時(shí)，退針比較困難。直線電機(jī)電流過(guò)大時(shí)，連接器可能發(fā)生燒損事故。故在三節(jié)列車中其中一列車直線感應(yīng)電機(jī)串聯(lián)短接處使用電機(jī)接線盒進(jìn)行短接。

電機(jī)接線盒內(nèi)含三個(gè)接線端子，為車輛一側(cè)五個(gè)電機(jī)串聯(lián)提供相鄰電機(jī)的串聯(lián)連接。接線端子能承受2000V電壓且端子之間電氣間隙不被擊穿。接線端子采用通用型大電流螺柱端子，端子夾線體地面呈棱柱形，保證了導(dǎo)線三點(diǎn)對(duì)中；夾線體地面帶槽紋，確保接線后接觸表面具有低值過(guò)渡電阻；利用彈性構(gòu)件實(shí)現(xiàn)螺釘自鎖。

如圖4所示電機(jī)接線盒組成：過(guò)渡板和箱體；3套大電流的接線端子和相關(guān)附件；3套密封環(huán)；緊固件。箱體橡膠圈密封位置防護(hù)等級(jí)為IP65，連接器與線纜以及箱體位置的防護(hù)等級(jí)為IP67。使用電機(jī)接線盒后列車運(yùn)行良好。

2　結(jié)論

通過(guò)中低速磁浮列車在運(yùn)行試驗(yàn)中的實(shí)踐考核，對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)短接保護(hù)蓋出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析并處理和優(yōu)化，優(yōu)化后的中低速磁浮列車運(yùn)行良好，電機(jī)短接處無(wú)故障，這為中低速磁浮車輛的工程化提供了良好的基礎(chǔ)和保證。

[1]南車株機(jī)公司.常導(dǎo)短定子中低速磁懸浮車輛技術(shù)規(guī)格書[G].株洲:南車株機(jī)公司,2011.

[2]張宏.直線感應(yīng)牽引電動(dòng)機(jī)牽引性能的研究[D].四川:西南交通大學(xué),2006.

[3]葉云岳.直線電機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000(06).

[4]EN50124-1:2001《鐵路應(yīng)用 絕緣配合 第1部分：基本要求 電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離》