動車組牽引電機溫度過高故障淺析

郭從民　張立軍　李化明　張利平

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

關鍵詞：動車組；牽引電機；溫度過高故障；冷卻通風裝置；通風量 文獻標識碼：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

動車組牽引電機溫度過高對運營安全可靠有很大影響，為保證動車組安全可靠運行，有效降低故障率，通過對牽引電機溫度監控系統、電機軸承、電機冷卻通風系統以及運行環境四個方向進行深入分析，結合實際情況，提出了整改和維護措施。

2 牽引傳動簡介

一個牽引單元的牽引主電路設備主要由1個受電弓、1個牽引變壓器、2個牽引變流器、8個牽引電機和2個牽引控制單元（TCU）組成。每個牽引電機帶有一套機械傳動裝置包括齒輪箱、聯軸節。動車組牽引系統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，采用AC25kV接觸網供電。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。

主電路主要由網側高壓電器、牽引變壓器、牽引變流器和牽引電動機等組成。

牽引電機為三相四極異步牽引電機，牽引工況作為電動機運行，再生制動時作為發電機運行，電機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的轉速，該電機采用風冷的方式進行冷卻，額定電壓值較高，約為2700V，以適應電機寬調速范圍、動車組高速運行的需要。

牽引電機主要由定子、轉子、軸承、端蓋等部件組成，定子采用鑄造機座加工后套裝鐵心結構，定子機座采用高質量的球墨鑄鐵制造，鐵心由絕緣冷軋硅鋼板疊壓，采用絕緣拉桿固定。定子框架為焊接結構，由高強度低損耗的硅鋼片疊壓而成，可以抑制定子內鐵損。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，由扁銅導體繞成，導體外包絕緣薄膜。線圈嵌入定子槽內，定子槽進行了良好的絕緣。槽楔采用聚酰亞胺樹脂浸潤玻璃制成。嵌線完成后，通過高溫銅點焊連接引線。

電機轉子為鼠籠結構，由高強度鍛造合金鋼轉軸、絕緣冷軋硅鋼板疊壓鐵心、銅導條鼠籠繞組等部件

組成。

轉子由硅鋼片疊壓而成，該硅鋼片熱套在一個套筒上，并在兩個轉子壓圈之間進行疊壓。轉子籠由合金導條和端環通過高頻釬焊焊接而成。電機在最高轉速內都滿足轉子高精度的動平衡要求。電機軸由高強度合金鋼制成，通過護環對端環進行保護。轉子軸由軸承支撐，可以承受一定轉矩產生的應力，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行補充。外端蓋對電機部件起到保護、支撐的作用。

電機軸承用于承擔徑向及軸向的作用力，在電機的驅動端采用的是圓柱滾動軸承、非驅動端采用的是球滾動軸承。

一臺牽引電機通風機為轉向架的兩個牽引電動機提供所需的通風。SL583775SL590179牽引電機通風機位于動車組的地板下區域（靠近轉向架），牽引電機內部設有風道并與外部風道相連，用于牽引電機內部的通風

冷卻。

3 故障分析及處理措施

牽引電機溫度升高故障原因主要有如下四點：牽引電機軸承、電機溫度監控系統、電機冷卻通風系統、運行環境。其中電機冷卻通風系統通風量不足，冷卻效果差導致電機溫度升高的為主要原因。

3.1 牽引電機自身原因分析

3.1.1 電機軸承問題。牽引電機軸承損壞、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溫度的升高。

電機溫度升高時，可打開貯存室蓋板對油脂量和油脂狀態進行檢查：如油脂發黑，清理后則需進行跟蹤觀察；如室內干燥，缺少油脂，則需補加適量油脂；如室內油脂偏多，則需清除多余油脂。

3.1.2 電機轉子問題。電機籠型轉子斷條，電機在額定負載下轉子發熱，會使電機溫升過高。需查明斷條處，并重新補焊。

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

3.2 溫度監控系統原因分析

牽引電機溫度由溫度傳感器監控，當傳感器故障時，會報出溫度測量不可信或者傳感器失效故障。

此時需檢查電機溫度傳感器外觀是否正常，插頭各針腳是否正常，有無進水、縮針等故障現象，測量傳感器阻值是否正常，并對故障件進行更換。

3.3 牽引電機通風裝置原因分析

牽引電機溫度升高故障中，大部分由牽引電機通風裝置問題導致。而這其中，通風裝置入口空氣過濾器堵塞是導致通風量降低的主要因素。

電機通風裝置空氣過濾器堵塞問題。如圖1，牽引電機通風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道。到達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。并且由于過濾器內部風道有較窄區域，使較大體積雜物直接被阻擋，但此區域由于狹窄，較容易產生堵塞。經過三層阻擋式過濾，較為干凈的氣體被吸進葉輪風道。

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

此類故障多發生在每年春季，這段時間為柳絮末期和氣溫的快速回升期。結合現場實際情況，考慮過濾器本身結構特點、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，針對牽引電機通風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，并進行清潔；（2）拆解過濾器外防護罩，用毛刷清潔。

單個風機過濾器清潔所需人員為鉗工2名，所需時間為無電作業約20分鐘。整列車作業需考慮流水作業約需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）的專項檢修需對所有車組通風裝置過濾器進行一輪水洗清潔：（1）拆解過濾器下方集塵槽，并進行清潔；（2）拆解過濾器整體，對過濾器內外兩個面用高壓水槍進行沖洗，用高壓空氣吹干后恢復安裝。

3.4 牽引電機運行環境原因分析

牽引電機定子溫度除了與冷卻通風裝置通風量有關，還受運行環境溫度、最高運行速度持續時間（中間停站頻率）的影響。運行環境溫度越高，電機定子溫度越高；最高運行速度持續時間越長，定子溫度峰值

越高。

因此，日常維護中氣溫較高時，需注重電機冷卻通風裝置的檢查，發現通風量減小時需立即處理，尤其對于停靠站較少的長交路運行車組，通風量問題的處理更是刻不容緩。

4 結語

針對牽引電機溫度高故障，從牽引電機溫度監控系統、電機軸承、電機冷卻通風系統以及運行環境四個方向進行了統計和分析，根據實際情況出現問題提出整改和維護措施，以達到有效降低高速動車組牽引電機溫度升高故障率，保證動車組安全可靠運行的目的。結合上述分析，對牽引電機溫度過高故障處理提出以下建議：利用風速測量儀，對不同線路、不同最高運營速度持續時間、不同環境溫度、不同檢修里程時對車組牽引電機通風量進行測量，建立通風量數據庫。通過對數據的有效分析，分析不同環境下通風量允許的最小值，制定精確的通風裝置空氣過濾器的清潔計劃方案，以減小人力物力的浪費。

優化通風裝置空氣過濾器的安裝方案設計，使之便于拆裝，減小清潔工作量，降低動車組的維護成本。

參考文獻

[1] 梁習鋒，王寶金，趙建農.高速列車牽引電機冷卻風機風量實車測量方法研究[J].流體機械，2003，31（2）.

[2] 王紅萍.鉑電阻溫度傳感器測溫研究[J].撫順石油學院學報，2003，23（2）.

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

（責任編輯：小 燕）