YJ85A/A1型牽引電機C6修絕緣性能的研究

王立民, 張 帆, 史向前, 張培軍

(1 中車大連機車車輛有限公司 檢修部， 遼寧大連 116021；2 中車永濟新時速電機有限公司 技術中心， 山西運城 044502)

YJ85A/A1型牽引電機是引進日本東芝公司的先進技術，制造的新一代交流異步牽引電動機。牽引電機作為機車的A類部件，在C6修時進行必要的技術研究，有助于解決既往發生的質量問題，保證下一個運用周期的可靠性，也是驗證對引進技術的消化吸收程度和進行全壽命周期管理的關鍵。

1 牽引電機絕緣性能研究的提出

制約牽引電機可靠運行的主要因素有兩點，一是軸承問題，二是定子絕緣性能。針對軸承問題，已采取2年檢后的軸承檢修和組裝工藝改進以及探傷工藝優化，C5修時轉軸卸荷槽改造等措施，使故障率大大降低。以前直流傳動機車的牽引電機進行大修時，均進行真空浸漆，在不能確定是否也重新進行真空浸漆的前提下，對定子絕緣性能進行研究，可以驗證最初的設計和制造工藝，確定定子絕緣的可靠使用壽命，降低檢修成本，并且一勞永逸。

繞組真空壓力浸漆(VPI)是在繞組嵌線后進行。對電動機繞組進行浸漆處理，使絕緣漆浸透槽內的間隙中，表面成膜，以增強絕緣能力和機械強度，提高繞組絕緣的耐潮性和化學穩定性，提高電動機的絕緣壽命。

牽引電機檢修時對絕緣性能變差的，需要進行真空浸漆。但HXD3C機車牽引電機C6修時是否需要真空浸漆，需要制定完善的檢測方案。

2 前期檢修及故障情況分析

2.1 前期檢修絕緣性能參數

YJ85A/A1牽引電機在檢修過程中的絕緣性能檢測項目為絕緣電阻和介質損耗因數。統計1 000余臺電機在2年檢和C5修出廠時的絕緣電阻均大于100 MΩ，介質損耗因數統計見表1，可以看出2年檢和C5修后的介質損耗因數均在檢修范圍內，介質損耗因數不超過3%。

表1 YJ85A/A1電機2年檢、C5修后介質損耗因數分布

對所有2年檢和C5修牽引電機的介質損耗因數取平均值進行對比，可以看出在低壓點C5修電機略高，但在高壓點兩者基本相當。統計分析結果說明：從2年檢到C5修電機絕緣性能穩定。

2.2 絕緣故障電機統計分析

2.2.1電機絕緣故障統計分析

YJ85A/A1牽引電機自2009年開始檢修以來，檢修后電機在線運行共出現絕緣故障45臺，通過入廠拆解分析，判定其中35臺為接地故障、4臺為匝短故障(見表2)。

從檢修級別故障的比例(圖1)可以看出，YJ85A/A1電機絕緣故障率前期上升，后期呈下降趨勢。

進一步對35臺接地故障和4臺匝短故障電機拆解分析并尋找故障原因，發現由于絕緣薄弱造成電機絕緣故障的有18臺，具體情況見表3～表4。

對18臺判定為由于絕緣薄弱造成故障的電機，根據其檢修后運行的公里進行分類統計，隨著運用里程的增加，由于絕緣薄弱導致故障的牽引電機并未增加，呈下降趨勢，具體見圖2。

表2 45臺檢修YJ85A/A1電機故障判定

圖1 YJ85A/A1電機接地故障

電機型號故障原因臺數占檢修總數比例/%YJ85A三相線焊接處薄弱70.05異物導致線圈破損,造成接地/匝短50.03絕緣薄弱造成接地90.06絕緣薄弱造成匝短10.01故障原因不明20.01

表4 接地/匝短故障電機原因分析(YJ85A1)

圖2 絕緣薄弱接地電機故障臺數

3 C6修牽引電機絕緣性能研究

根據《HXD3/3C型電力機車牽引電機C6修絕緣狀態研究性試驗大綱》和補充要求，制定了試驗方案，開展了牽引電機C6修研究性試驗，見表5。

表5 C6修絕緣性能研究性試驗方案

3.1 外觀狀態檢查

電機返廠狀態檢查，無磕碰傷、損壞跡象，外觀狀態良好；電機拆解后定子繞組表面有灰塵污垢，但無明顯老化、破損跡象，外觀狀態良好；定子清洗后可見繞組和絕緣漆原色，無絕緣漆脫落、破損、明顯老化等現象，絕緣狀態良好。

3.2 絕緣性能檢測分析

對返廠C6修電機進行絕緣電阻、極化指數、介質損耗因數、局部放電進行檢測，結果如下。

3.2.1絕緣電阻檢測及分析

對18臺C6修返廠電機清洗前、清洗烘潮后、浸漆后進行絕緣電阻檢測，絕緣電阻良好， 電機絕緣電阻均滿足《HXD3型電力機車檢修技術規程(C6驗證修)》不低于50 MΩ標準要求,見圖3。

3.2.2極化指數檢測及分析

對18臺C6修電機清洗前、清洗烘潮后、浸漆后的極化指數良好，均大于3(目前檢修電機無明確要求，新造經驗值為大于1.3)。清洗烘潮后極化指數較清洗前明顯升高，浸漆前與浸漆后基本相當，見圖4。

圖3 C6修電機絕緣電阻

圖4 C6修電機極化指數

3.2.3介質損耗因數檢測及分析

(1) 3 kV電壓下電機不同狀態下介質損耗因數對比

對比清洗前、清洗烘潮后、浸漆后的3 kV電壓下的介質損耗因數，可以看出C6修電機清洗烘潮后介質損耗因數明顯降低，浸漆后較清洗烘潮后介質損耗因數略微減小。清洗烘潮后、浸漆后的介質損耗因數均符合檢修標準要求，見圖5。

電機返廠時電機受內部灰塵、油污物、受潮等因素影響，造成介質損耗因數超出3%，因此，檢修電機入廠時對介質損耗因數不做要求，不檢測。

(2) 各檢修級別介質損耗因數對比

對比2年檢、C5修、C6修各級別修程牽引電機在各電壓下介質損耗因數平均值，隨修程增加，介質損耗因數平均值呈逐步增加趨勢，符合電機使用絕緣性能規律，但介質損耗因數增幅隨修程增加呈減小趨勢，說明電機的絕緣性能逐漸趨于穩定，見圖6。各檢修級別介質損耗因數平均值整體均小于標準值(3%)，尤其在3 kV考核點，有略降低的趨勢。

圖5 3 kV電壓下清洗前、清洗烘潮后、浸漆后介質損耗因數

圖6 不同級別檢修電機介質損耗因數平均值對比

3.2.4局部放電檢測分析(見圖7～圖8)

新造電機局部放電檢測標準要求為：起始電壓PDIV>1 550 V；熄滅電壓PDEV>1 350 V。

C6修電機浸漆前后起始電壓滿足標準要求，熄滅電壓基本相當。

圖7 C6修電機局部放電起始電壓

圖8 C6修電機局部放電熄滅電壓

3.3 防潮性能檢測分析

通過入廠絕緣電阻檢測，所有返廠牽引電機絕緣電阻均大于 50 MΩ，說明牽引電機目前防潮性能良好。為進一步驗證電機防潮性能，選取兩臺電機定子按照GB 2423.4-2008進行高溫40 ℃，循環次數2次的濕熱試驗。試驗后檢驗標準：絕緣電阻≥50 MΩ，介質損耗因數<3%。

各項檢測數據圖9～圖11。

圖9 濕熱試驗絕緣電阻

圖10 濕熱試驗極化指數

圖11 濕熱試驗介質損耗因數

通過濕熱試驗數據對比可以看出，高低溫濕熱對電機絕緣性能有所影響，但絕緣電阻(GΩ數量級)、極化指數、介質損耗因數均在要求范圍內。

3.4 長時溫升試驗

選取2臺C6修電機進行長時溫升試驗，各項檢測數據見表6～表7。

表6 385A1100444長時溫升試驗結果

表7 385A1101158長時溫升試驗結果

通過長時溫升試驗及新造數據對比，浸漆前后電機繞組溫升均滿足200 K溫升限值要求，浸漆前、浸漆后和新造電機溫升基本相當。

4 YJ85A/A1電機壽命評定

4.1 絕緣系統熱評定

參考IEEE 1776標準進行熱老化試驗,對YJ85A/A1型新造電機絕緣系統進行270 ℃熱老化10個周期(熱老化480 h)，250 ℃熱老化10個周期(熱老化1 680 h)，耐壓時未失效。按照標準GB 17948.3要求，擊穿電壓下降一半判定為壽命終點，YJ85A/A1電機絕緣結構耐熱等級可以達到200級。

4.2 絕緣系統電評定

根據GB/T 22566.1-2008《電氣絕緣系統重復脈沖產生的電應力 第1部分：電老化評定的通用方法》，在180 ℃下進行了6.3 kV 100 h、5.4 kV 1 000 h的脈沖電熱老化試驗。根據電壓壽命與電壓幅值間的關系公式：L=kU-n(其中k、n為常數，通過試驗數據推出)，計算絕緣系統壽命為230 819 h，約26 a。

4.3 絕緣系統多因子老化評定

對牽引電機進行電熱、冷熱交變、濕熱、機械振動、沙塵多因子加速老化循環試驗4個周期，其中工頻電熱老化時間為5.4 kV 1 008 h，滿足GB/T 17948.4單點電老化1 000 h的要求。

結論：綜合3種老化試驗可以推算YJ85A/A1電機絕緣系統在200級耐熱等級下可以穩定運行約26 a。

5 結束語

新造的YJ85A/A1型牽引電機絕緣系統通過熱性能、電性能、多因子老化方面的試驗分析，絕緣系統理論計算壽命可滿足整車要求。

隨運行里程和時間的增加，介質損耗因數有增加趨勢，但小于3%的標準值，且增幅逐步減小，符合電機絕緣性能運用規律。

進行C6修的牽引電機絕緣電阻均大于100 MΩ，依據GB 2423.4標準進行交變濕熱試驗，試驗后牽引電機絕緣性能均滿足產品技術要求。

C6修的牽引電機進行長時溫升試驗，再次浸漆后溫升處于同一水平。

因此C6修牽引電機不需要2次浸漆，對絕緣性能不滿足要求的牽引電機采取絕緣補強措施處理。

后續會密切跟蹤機車運行狀態，積累牽引電機運行和檢修數據，建立新造和檢修數據庫，為牽引電機全壽命周期管理提供支撐。