CRH2型動車組牽引電機電連接器的故障分析及改進建議

李 堅 中國鐵路上海局集團有限公司上海動車段

CRH2型動車組是動力分散型動車組，采用交直交傳動技 術 ， 按 型 號 分 為 CRH2A、CRH2B、CRH2E、CRH2C1、CRH2C2、CRH380A（L）等。其中 CRH2A/B/E/C1 型動車組轉向架的驅動裝置是裝用中車株洲電機有限公司（下稱株洲電機）生產的MB-5120-A型牽引電機或中車永濟電機有限公司（下稱永濟電機）生產的YJ92A型牽引電機，CRH2C2/380A（L）動車組裝用株洲電機生產的YQ-365型牽引電機或永濟電機生產的YJ92B型牽引電機。上述牽引電機皆為三相異步牽引電機，都是采用JL09BM03S1型電連接器。

CRH2型動車組在國內運行已近十年，隨著運轉時間的增加，牽引電機故障也逐步增多，尤其是三相電連接器故障有高發的趨勢。

1 故障現象

近年來，在上海動車段株洲電機屬地修的MB-5120-A型及YQ-365型牽引電機三相電連接器主要故障有：①電連接器內襯套凹槽底部裂紋故障（如圖1）；②電連接器內部橡膠墊圈老化龜裂嚴重（如圖1）。同時，永濟電機返廠修的YJ92A型牽引電機也多次發現三相電連接器內襯套凹槽底部裂紋故障。

圖1 JL09BM03S1型電連接器的聯結螺母

案例一：2016年9月23日，發現編號為2007-0317的MB-5120-A型牽引電機的三相電連接器內襯套底部有約5 mm裂紋。

案例二：2017年2月24日，發現編號為392A100195的YJ92A型電機的電連接器內襯套底部有大于5 mm的裂紋。

案例三：2016年3月15日，發現多臺YQ-365型牽引電機三相電連接器內橡膠墊圈龜裂老化。

案例四：2016年12月12日，發現多臺MB-5120-A型牽引電機電連接器內部橡膠墊圈老化龜裂。

經統計，CRH2型動車組三、四級修牽引電機有10%的電連接器內襯套有裂紋故障，而電連接器內部橡膠墊圈存在普遍老化故障。

由于存在上述故障，牽引電機檢修時需要大量更換電連接器和橡膠墊圈，增加了工作量和檢修成本，并給動車組運行帶來安全隱患。

2 故障分析

牽引電機三相電連接器是牽引電機接收電力的重要部件?！禖RH2型動車組三、四級檢修規程》只要求對牽引電機電連接器作狀態檢查。而上述兩類故障出現的位置都被電連接器的端蓋遮擋，在不分解的情況下難以發現，存在漏檢漏修的安全隱患。

2.1 橡膠墊圈老化龜裂的原因分析

根據現場調研分析，推斷電連接器內部橡膠墊圈老化龜裂的原因是：①橡膠件本身的材質、使用環境和使用壽命導致龜裂；②電連接器的公母插頭完全連接后，為保證連接器內部密封，墊圈（處于母插頭內）與公插頭（位于車體側）端部完全緊貼，處于被公插頭端部擠壓的受力狀態，橡膠件長期受力則易變形，從而導致墊圈龜裂。

從現場分解下來的電連接器看，母插頭內部積灰較多的現象普遍存在，說明墊圈龜裂導致電連接器內部密封不良。假如墊圈密封失效，運用過程中雨水與灰塵等雜質進入電連接器內部，會造成電氣短路或者接地等安全隱患。

2.2 牽引電機電連接器內襯套凹槽底部裂紋的原因分析

牽引電機電連接器內襯套凹槽（如圖1）是公母兩部分連接時的導向槽，位于母插頭內，連接前需找準母插頭的凹槽和公插頭的導向筋，然后配合好安裝。公母兩部分完成連接后，凹槽和導向筋一直處于咬合狀態。根據現場模擬分析，我們初步推斷凹槽底部裂紋出現的原因是：①動車組在線路上高速運行時，車體會因通過道岔等不平整線路而受到震動，此咬合部位（凹槽與導向筋）也會被迫剛性擠壓，導致產生裂紋；②分解作業時，由于插頭連接太緊，并且作業空間狹小，作業人員在電連接器公母兩插頭的分離過程中拆卸力度不好控制，往往因用力過大造成咬合部位出現裂紋。

內襯套凹槽底部產生裂紋或者開裂后，隨著動車組運行時車體的震動，導向筋亦會對凹槽不斷沖擊，裂紋則會有延伸的風險，甚至根部完全斷裂。一旦斷裂，公母連接器之間除外部螺紋緊固外，內襯套的凹槽與導向筋可相對滑移，不再有定位及保證連接器內部相對靜止的作用，尤其是插針有松動的風險，屆時強電流通過則會產生劇烈的火花，導致連接器燒損的嚴重后果。

綜上述分析，電連接器是強電流安全通過的直接載體，JL09BM03S1型連接器存在以上安全隱患。在該連接器改進之前，建議用矩形連接器替代JL09BM03S1型連接器。

3 矩形連接器及優勢

矩形連接器（如圖2）目前在我國軌道交通領域應用較成熟，包括TJD型連接器、YGC399-C200型連接器、以及Harting矩形連接器等。

圖2 矩形連接器

（1）TJD型連接器

TJD型連接器為我國中航光電科技有限公司研制并生產的，目前廣泛應用于我國鐵路機車和城市輕軌領域的牽引電機與電源連接。該連接器按額定電流不同分 250 A和400 A兩種，都是三插針接觸件，插針材質為銅合金，表面鍍銀。連接器的工作溫度：-40℃～+125℃,防護等級：IP67,接觸電阻≤0.2 mΩ，電纜抗拉強度：250 N,機械壽命：750次；采用螺釘連接鎖緊型式，安裝與分解便捷，并能夠防誤插，使用方便快捷；具有整體屏蔽功能，連接可靠、抗振動、耐沖擊性強，且防水性能優越。

（2）YGC399-C200型連接器

YGC399-C200型連接器是我國永貴電器股份有限公司研制并生產的。該型連接器能承載最大電流400 A，工作環境溫度：-40℃～+125℃,防護等級：IP67,接觸電阻≤0.2 mΩ，機械壽命：750次，插針的材質是銅合金，表面鍍銀，能夠防氧化，外殼采用鋁合金，表面做陽極氧化處理。目前該連接器廣泛應用于我國城市輕軌領域的牽引電機與電源連接，如天津地鐵6號線等。

（3）Harting矩形連接器

Harting矩形連接器是浩亭（德資）珠海有限公司在全球軌道交通的強電流連接器領域的成熟產品，目前大量應用于CRH3A，CRH380B以及新一代“復興號”中國標準動車組的牽引電機與車體側電源連接，同時，也廣泛應用于國內外的地鐵項目上，如北京地鐵燕房線，巴西地鐵，新加坡地鐵等。該連接器按額定電流不同分有250 A、350 A、650 A三種型號，材質采用鈹銅合金，表面鍍銀，低接觸電阻率，采用螺栓連接鎖緊型式，安裝與分解便捷，并能夠防誤插，使用方便快捷。

（4）TJD型、YGC399-C200型、Harting矩形連接器的連接導線規格、電氣性能各項技術參數與MB-5120-A型、YQ-365型、YJ92A/B型牽引電機的匹配性對比見表1。

表1 導線規格/技術參數的對比

表1所述，三種矩形連接器與牽引電機各種性能參數完全匹配。

（5）矩形連接器安裝與拆卸的方法

①矩形連接器的安裝方法

將牽引電機側安裝好的插頭（連接器的公端）與車體側的插座（連接器的母端）對插，擰緊插頭與插座間的連接螺栓（如圖2），插頭殼體與插座殼體相互貼緊，此時插頭與插座對插到位，再將插頭插座與安裝面板用螺栓固定即可，打好扭矩，涂打防松標記。

②矩形型連接器的拆卸方法

插頭與插座分離時，先將安裝面板上固定插頭插座的螺栓擰下，之后將連接插頭與插座的連接螺栓擰松，再將插頭從插座中拔出即可。

（6）矩形連接器的優勢

①矩形連接器密封性能優越，公母兩端正常連接的狀態下，可以保證插合面在位于水深1 m的情況下1 h內部無進水現象。

②正常情況下，若安裝面板上固定連接器的螺栓不松脫，單純地將連接螺栓擰松無法使公母兩端分離，具有二次鎖緊的功能。同時，因為矩形連接器公母兩部分的連接緊固件為該兩處連接螺栓，這兩個螺栓承載插頭與插座之間的接觸力，所以不存在如JL09BM03S1型電連接器公母兩部分通過本體自帶的螺紋擰緊連接，導向筋與凹槽剛性咬合來定位插針的情況，減少了連接器本身產生疲勞裂紋的因素，更不會存在轉向架與車體分解時因公母插頭兩部分難以分離而受蠻力導致裂紋的風險。

③綜前述總結，兩類電連接器的比較如表2。

表2 兩類連接器的比較

綜上述分析，通過對兩類連接器的比較（如表2），可見傳統的接線端子式連接器已逐漸不適應現代高速動車組的檢修及運用要求。矩形連接器的結構成功避免了上述問題，其在地鐵輕軌、CRH380B以及標準動車組上的成功應用就是最好的典范。所以，矩形系列電連接器是一款適用于現代軌道交通牽引電機與電源連接的產品。

4 總結建議

現代鐵路裝備尤其是高鐵動車組，對配件的可靠性、維修便捷性等要求日益提高，同時，隨著高鐵動車組檢修技術的日益成熟，鐵路總公司也一直呼吁并鼓勵動車組配件國產化，從這點來看，JL09BM03S1型電連接器被取代也是大勢所趨。雖然矩形系列電連接器與CRH2型動車組裝配的各種型號的牽引電機技術參數完全匹配，但是其要取代傳統端子式JL09BM03S1型連接器，與牽引電機達到最優匹配，還需我們進一步試驗分析。