DF11型內燃機車主發電機常見故障原因分析及應對措施

郭永杰

(南車戚墅堰機車有限公司， 江蘇常州 213011 )

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DF11型內燃機車主發電機常見故障原因分析及應對措施

郭永杰

(南車戚墅堰機車有限公司， 江蘇常州 213011 )

從近年來DF11型內燃機車主發電機在運用過程中發生的故障情況入手，深入分析了主發電機常見故障發生的原因，提出了針對性的應對措施，通過實施取得了良好效果。

DF11型內燃機車； 主發電機； 故障原因； 應對措施

DF11型內燃機車主發電機是機車電傳動系統中電能的產生部件，在機車運行中起到不可或缺的作用，其工作的可靠性直接影響到機務段的運輸秩序和機車的運用安全。在運用過程中暴露出來的問題較多，有定子方面的故障也有轉子方面的故障，一旦發生故障，機務段一般都不具備修復條件，需返廠修復，不但影響機車的運用，而且造成較大的經濟損失，因此，對主發電機的常見故障進行分析并采取對策是十分必要的。

1　常見故障統計分析

據統計2011年至2014年DF11型內燃機車因主發電機故障形成機破或臨修共計21起，按故障車號、配屬、發生年份、故障類型、數量進行統計，如表1。

表1　主發電機常見故障統計表

根據表1可以知道：DF11型內燃機車主發電機故障主要有以下4類故障：定子聯線燒斷；定子繞組燒損；轉子磁極聯線燒斷；轉子對地絕緣低，根據表2得出常見故障統計餅狀圖，如圖1。

2　故障原因分析

2.1定子聯線燒斷原因分析

主發電機定子聯線燒斷指的是定子三相匯流環U、V、W和N環與各繞組的焊接端頭發生斷裂，其故障原因有3點：(1)柴油發電機組振動大，匯流環和各繞組連接處產生相對位移，該位移使得兩者相互作用力加大，且DF11型內燃機車主發電機匯流環位置凸出機座為外掛式，進一步使得匯流環和各繞組連接處相對位移擴大，進一步使得兩者相互作用力加大；(2)主發電機各繞組與匯流環連接為直線連接，無振動緩沖地帶，使得振動時兩者相互作用力產生的沖量直接作用于焊接端頭；(3)匯流環在其圓周方向上每隔60°安裝1只固定螺桿將匯流環固定，共6只，固定螺桿跨度大，匯流環振動嚴重。

2.2定子繞組燒損原因分析

主發電機定子繞組燒損故障可分為輕微燒損和嚴重燒損兩種情況，輕微燒損指的是某個線圈局部燒損，嚴重燒損指的是多個線圈發生燒損甚至硅鋼片也被燒蝕，從物理學角度講，輕微燒損一般是由于個別線圈接地引起，而嚴重燒損一般是由于匝間短路或相間短路引起。故障發生的原因主要有3點：(1)原設計定子線圈匝間絕緣及對地絕緣強度薄弱，DF11機車主發電機定子線圈為2根1.9 mm×8 mm單絲聚酰亞胺薄膜燒結導線并繞而成，每個線圈3匝，線圈的匝間絕緣即為導線本身的絕緣，而線圈對地絕緣材料為0.05×20聚酰亞胺薄膜，尤其部分早期電機槽口絕緣更是無法保證；(2)電機新造時不管是線圈制作過程還是定子嵌線過程均有很多諸如需要存取、折彎、敲擊、調整等工序，這些工序雖然均有工藝和質量控制要求，但是實際上對線圈的損傷難以避免；(3)電機使用壽命無法做到修程管理。電機在長期使用過程中是熱冷反復循環的工作過程，而保證線圈的對地絕緣、匝間絕緣、相間絕緣良好的絕緣材料將因長年限的使用使得其絕緣老化、變質，這也是導致繞組燒損的重要原因。

2.3轉子磁極聯線燒斷原因分析

主發電機磁極聯線燒斷包括勵磁引出線燒斷故障，其后果是機車將產生無壓無流的故障導致機破，DF11機車主發電機轉子故障點主要有以下2個位置：(1)勵磁引出線接頭處由于電機工作時振動產生的交變力使其松動、氧化，在大修過程中如不采取必要措施就會導致裝車后該處接觸電阻變大而燒損；(2)磁極聯線燒斷的原因一是由于轉子新造時聯線處折彎應力產生裂紋，二是新造焊接時冷熱應力產生裂紋，三是電機運行時聯線處冷熱交替和振動不斷。

2.4轉子對地絕緣低原因分析

主發電機轉子對地絕緣低是內燃機車主發電機的一個慣性質量問題，除磁極裝配新造時對地絕緣不良或匝間絕緣不良導致燒損或接地外，常見轉子對地絕緣低的原因為轉子本身結構密封性不好，轉子磁極裝配和支架之間縫隙較大，在機車運行過程容易吸收碳粉、灰塵和潮氣，這些物質長期積累會導致轉子對地絕緣電阻低，嚴重者發生接地。

3　應對措施

3.1定子聯線燒斷應對措施

結合上述分析的3點原因，需從繞組聯線和匯流環的相對振動處著手，即增加聯線的靈活度，減少聯線受匯流環的相對運動的影響，將匯流環的振幅減少，減少聯線和匯流環的相對運動，應對措施為：(1)將主發電機直線型聯線改成“Ω”型聯線；(2)增加匯流環一體化固定螺桿，由原設計的6只改為12只，如圖2。

3.2定子繞組燒損應對措施

定子繞組燒損是主發電機比較棘手的技術難題，從預防修和繞組更新兩個方面制定應對措施為：(1)從預防修角度看，一是應制定標準做好可視部分絕緣狀態的檢查和清潔度的控制；二是使用匝間絕緣測試儀測試繞組匝間和相間絕緣狀態，制定內控標準卡控一些絕緣不良的電機裝車使用；三是做好電機使用年限或機車修程管理，結合鐵路主管部門對達到一定年限的電機實施定子繞組更新修，雖然成本較高，但也是必須要做的事情；(2)從定子繞組更新修理看，一是嚴格按照圖紙要求采購繞組和嵌線；二是在鐵芯槽底放置DM復合薄膜加強定子繞組對地絕緣，并做好嵌線前槽部尤其槽口毛刺處理并設置槽口U型絕緣片；三是強調嵌線質量過程控制。

3.3轉子磁極聯線燒斷應對措施

根據轉子磁極聯線燒損包括勵磁引出線燒斷故障原因分析，需采取以下2個措施：(1)電機修理時將勵磁引出線接頭打開，打開后將銅排連接處打磨檢查，確保其干凈、平整、無裂紋，不滿足要求的需更換銅排連接處一段，更換方法為銀銅焊搭接法，并更換絕緣墊圈、平墊圈和銅螺母，如圖3所示；(2)針對磁極聯線燒斷情況分為兩種情況，一是法蘭側主要是針對磁極聯線進行絕緣包扎，最大程度加強其一體化程度；二是柴油機側，DF11型內燃機車主發電機轉子柴油機側磁極聯線處于磁極線圈上部，較法蘭側其振動更大，需設計一支架將焊接完成的磁極聯線進行定位，使聯線處振動減小。

圖3　轉子勵磁引線接頭聯接圖

3.4轉子對地絕緣低應對措施

轉子對地絕緣低主要應對措施為：(1)提高轉子磁極裝配的密封性，在對磁極進行重裝過程中，在線圈和鐵芯之間應多墊一些聚砜氈將一些縫隙填充滿，并采用真空壓力浸漆提升其整體性和密封性；(2)大修時應嚴格控制其清洗質量，熱水泡、清洗液擦洗、高壓清水沖洗、干燥及浸漆，每一步都極其重要的，都應嚴格保證工作時間和要求；(3)機務段在運用過程中，應注重其清潔度控制，如磁極根部灰塵、垃圾較多，在空氣濕度較大的情況下，轉子絕緣無法得到有效控制等。

4　結束語

通過對DF11型內燃機車主發電機常見故障現象進行統計與原因分析，制定了有針對性的應對措施，這些措施于2012年開始在機車大修時逐步實施，隨著措施的到位，主發電機故障數由2012年的9起連續下降為2013年的6起，2014年的3起。2015年至7月僅發生1起故障，可見隨著措施的實施使DF11機車由于主發電機故障引起的機破、臨修明顯下降，提高了DF11型內燃機車正常的使用效率，提高了運輸生產效率。

[1]戚墅堰機車車輛廠.東風11型內燃機車電傳動系統[M]北京:中國鐵道出版社，1996.

[2]永濟電機廠，東風4D、東風11型內燃機車電機用戶手冊[M]，北京:中國鐵道出版社，1998.

[3]王正茂，閻治安，崔新藝，等，電機學[M].西安:西安交通大學出版社，2009.

Common Fault Reason Analysis and Countermeasures of DF11Diesel Locomotive Alternator

GUOYongjie

(CRRC Qishuyan Co., Ltd., Changzhou 213011 Jiangsu, China)

Aiming at the fault condition of DF11diesel locomotive alternator application in recent years, this paper deeply analyzes the common fault reason of the alternator, and puts forward the targeted countermeasures which have achieved good effect after implementation.

DF11diesel locomotive; alternator; fault reason; countermeasures

1008-7842 (2016) 02-0070-03

??)男，工程師(

2015-09-11)

U269.5

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.17