電力機車電機常見故障分析及日常維護方法研究

陳振棠　陳文軒

摘 要：電機是電力機車的重要組成部分，給機車提供驅動力的同時，對機車設備進行控制。由于機車電機數量及種類較多，電機故障復雜，原因查找困難，檢修難度大。因此，本文結合電力機車電機實際檢修過程，總結了電力機車電機常見的故障，及故障產生的原因，并給出了對應的處理方法。在此基礎上，提出了電力機車電機日常維護的方法。

關鍵詞：電力機車電機 故障分析 維護方法

Analysis on Common Faults of electric locomotive Motor and Research on Routine Maintenance Methods

Chen Zhentang，Chen Wenxuan

Abstract：Motor is an important part of electric locomotive， which provides driving force for locomotive and controls locomotive equipment. Due to the large number and types of locomotive motors， motor faults are complex， making it difficult to find the cause and make maintenance difficult. Therefore， combined with the actual maintenance process of electric locomotive motor， this paper summarizes the common faults of electric locomotive motor and the causes of the faults， and gives the corresponding treatment methods. On this basis， the daily maintenance method of electric locomotive motor is proposed.

Key words：electric locomotive motor， Fault analysis， Maintenance method

1 引言

電力機車電機的類型數量較多，其主要用于電力機車動力傳動和設備控制，電力機車電機如果出現故障，會影響整個電力機車的正常運行。根據電力機車電機在實際工作中的總結，其常見的故障有電機機械結構故障、電機電氣線路故障等。在電力機車電機檢修工作過程中，經常會出現“故障查找難”、“故障原因復雜”等問題。因此，分析總結電力機車常見的故障，研究故障形成的原因，總結電力機車電機日常維護的方法，可提升電機日常檢修的效率，對改進電力機車檢修工藝具有深遠的意義。

2 常見的故障及處理方法

2.1 電機無法正常啟動

電力機車電機通入電流后，出現電機不旋轉、無法達到額定轉速、轉速不穩定、抖動、停頓、發出異常的聲音或震動現象等，說明電機無法正常啟動工作。電力機車電機無法啟動的原因很多[1]，主要總結為：

（1）電機無法正常取電。考慮電源出現損壞、電源缺相、輸出電壓不正常以及電源線路不通等。此外，還應考慮啟動電路各元件是否出現故障，如電機啟動電容損壞等。

（2）熔斷絲燒斷。出現熔斷絲燒斷故障時，應考慮電機是否過載、軸承及通風散熱裝置是否出現機械故障，以及電機繞組及通電線路是否短路等。

（3）電機繞組無法產生正常的磁場。根據實際情況分析，確定定子或轉子繞組斷路、起動繞組不工作等情況。

（4）電機軸承安裝承過緊或過松。電機軸承出現過緊或過松情況時，會致使電機無法正常拖動負載運行，電機出現抖動、發出異響等現象。應考慮軸承是否有損壞。

（5）電機接線錯誤。主要有人為錯誤地將地線接錯、接線柱接線不牢固等原因。

（6）電機轉子轉動異常。電機轉子出現卡死不轉、轉速達不到額定轉速以及發出轉動異響等現象，導致電機無法啟動。主要原因有轉軸出現機械故障、繞組出現機械或者電氣故障等。

（7）電機負載過大導致轉子轉速過慢或無法轉動。主要原因有牽引電機故障、負載過大等。

針對電力機車電機無法正常啟動的情況，結合實際的故障原因，總結相應的處理方法如下：

（1）電機電源出現異常時，檢查接入的電源是否正常、緊固熔斷絲螺絲或更換損壞的熔斷絲、檢修電機開關電路、緊固電機接線端子等。

（2）出現熔斷絲燒斷時，應考慮電源線路和電機內部線路虛接、短路等情況，排查具體燒斷原因，更換損壞的元件和熔斷絲。

（3）當電機繞組出現電流異常，無法產生正常的磁場時，確保電源電壓正常的情況下，應用萬用表檢查電機繞組有無斷路的情況，有無絕緣層破損情況，繞組有無短路的情況，以及各繞組端子接線是否牢固，并更換故障的繞組或端子。

（4）檢查電機軸承是否過緊或過松，并進行對應的調整，軸承出現損壞時，應及時更換對應型號的軸承。

（5）電機接線錯誤時，應用萬用表測量各部分電阻，對照接線說明書接入正確的線路。如因接線錯誤導致其他元件出現故障，還應排查檢修其他電路。

（6）電機轉子轉動異常時，需要進行清潔氣隙的污染物，轉子或定子繞組出現損壞時應及時更換對應的轉子與定子繞組，并排查繞組出現損壞的原因。

（7）電機負載過大導致無法正常工作時，應檢查負載過大的非人為因素，并按電機額定值要求，接入對應的負載。

2.2 電機轉速出現異常

電機在運行時轉速與正常值相比，出現較大的偏差或波動，常見的故障有轉速過低、轉速不穩定以及出現抖動或停頓現象。電力機車電機低轉速主要由電機低扭矩或重負載的內外部因素造成，而高轉速主要由接入電機繞組的電壓異常造成。

當電力機車電機出現低轉速故障時，分析其主要原因有：

（1）電源電壓或電流出現異常。

（2）轉子轉軸受力較小或不平衡，如鼠籠式轉子斷裂導條，繞線式轉子繞組斷裂造成的缺相等原因導致電機電磁感應能力變差，引起電機轉子受力減小。

（3）定子繞組松動或者斷裂導致電機轉子轉速異常。

（4）電機啟動電路異常，可能原因有變阻器無法實現變阻，起動繞組不工作等。導致啟動轉矩不足，電機出現低轉速的情況。

（5）負載過大。當電機拖動負載遠超額定值時，電機轉矩達不到負載要求，出現轉速降低的現象。

當電機出現低速運行故障時，常見的處理方法有：

（1）用萬用表測量電源電壓和電流，并核對數值是否正常，出現異常情況時，檢查并排除電源的故障。

（2）測量定子的電流，若定子電流出現變化，說明轉子內部繞組出現故障，使用萬用表檢查具體故障。

（3）及時檢查定子繞組的結構及電氣工作情況，出現松動或者斷裂時，及時更換繞組，出現絕緣層破損或老化時，更換絕緣層保護材料。

（4）轉子啟動電路的工作異常時，更換變阻器或者起動繞組[2]。

（5）檢查核對操作規章流程及電機說明書，給電機加載額定負荷的負載。

當電機出現高轉速這種情況時，分析其主要原因為電機接入的電能出現異常，可查看電源的故障。

2.3 電機外殼帶電

電機外殼帶電主要由繞組短路或者接地線故障造成，常見的原因有：

（1）電機接線錯誤或者接地線開路。如電線接錯位置、電源線脫落或者接地線斷路等。

（2）電機繞組絕緣程度不達標，電源線與接線盒接觸等原因導致短路。

（3）電力機車其他電氣設備絕緣故障導致電機外殼及其他設備帶電。

根據電機外殼帶電的原因的不同，總結處理方法如下：

（1）對照電機接線說明，正確接入接地線和電源線。

（2）更換絕緣層老化的繞組，阻止繞組與電機外殼短路。

（3）檢查電力機車全車工作異常的電氣設備，排查漏電的位置，并更換相應的元件及器件。

2.4 軸承常見故障

電機軸承常見的故障有軸承磨損過度和軸承損壞等。當軸承損壞時，應及時更換同型號的軸承。當軸承上的摩擦力超出額定范圍時，軸承上會出現異常過熱的現象，其中軸承過熱可能的原因有：

（1）由于外力過大或負載過重等原因導致軸承受力太大而發熱。

（2）當軸承與電機轉軸安裝過松時，出現軸承溫度過高的異常現象。

（3）軸承潤滑效果差導致軸承摩擦力增大，發熱增多。

（4）端蓋沒有正確安裝，端蓋與軸承之間出現大的摩擦。

軸承過熱的處理方法為：

（1）軸承損壞時，及時更換軸承。軸承負載過大時，應核對說明書，電機接入額定的負載。

（2）當軸承與電機轉軸安裝過松時，應查找原因，更換軸承或轉軸。

（3）加入足量的質量較好的潤滑油。

（4）按要求正確安裝端蓋，注意端蓋的位置以及螺絲的松緊程度。

2.5 電機運轉時聲音不正常

當電機運轉時出現異常的聲音，應及時停車并進行檢查，造成這種異常聲音的可能原因有：

（1）電機氣隙間距過小，導致定子與轉子摩擦而發出異常的聲音[3]。

（2）當電機兩相運轉時，會有不穩定的嗡嗡聲。

（3）散熱風扇葉片發出異常的聲音。

（4）電機傳動齒輪出現磨損異常等故障，導致齒輪無法正常工作，出現異響。

（5）軸承損壞時，軸承發出異常的聲音。

異常聲響對應的處理方法為：

（1）從硅鋼片、繞組、導條及污染物等方面排查氣隙過小的具體原因。

（2）從電源相數、電路通斷、開關控制等方面檢查電機缺相的原因。并更換對應的器件。

（3）檢查電機風扇葉片和防護罩的損壞情況，并更換。

（4）檢查傳動齒輪的工作狀態，出現損壞時及時更換齒輪。

（5）更換損壞的軸承。

2.6 電機溫升過高或冒煙

當電機內部電路或機械部件出現故障時，電機會出現溫升過高的現象，可能的原因有：

（1）軸承出現故障，如軸承潤滑不良、損壞等原因，導致電機轉動異常，出現發熱等現象。

（2）電機通風故障，導致電機散熱效果不佳，或無法散熱。

（3）電源電壓出異常，過低或過高。

（4）繞組出現短路情況。

（5）電機的負載過大，轉速降低，散熱效果不明顯，引起電機溫升過高甚至出現冒煙的現象。

對應的處理方法：

（1）檢查軸承狀態，及時補充潤滑劑或者更換損壞的軸承。

（2）排查通風系統異常的原因。

（3）排查電源電壓異常的原因。

（4）排查短路的原因和位置，并更換損壞的繞組。

（5）檢查電機的負載，并采取降溫措施。

電力機車電機按電源類型可分為直流電機和三相異步電機，按工作場所可以分為牽引電機和輔助電機。根據其工作過程中常見的故障及處理方法，總結表格1所示。

3 電力機車電機維護保養方法

3.1 電機安裝運行前的檢查

（1）檢查電機的外觀、核對銘牌參數。查看電機外觀是否完整、干凈，有無明顯的變形或損壞，電機安裝是否牢固，銘牌是否清晰，并且核對電機的額定值。

（2）檢查電機電源電路是否正常。判斷電源電路有無斷路及斷路情況，測量電壓與電流是否穩定。

（3）判斷電機絕緣等級。利用絕緣電阻測試儀測試電機的絕緣情況，記錄測試結果，對照電機說明書或相關標準，判斷測試結果是否符合要求。

（4）檢查電機接線是否正確。根據說明書檢查電機的接線是否正確及規范，各接線顏色及編號是否與要求對應統一，是否符合電氣安全標準，用萬用表測量電路是否有短路的情況，接線端子壓線是否牢固。

（5）檢查電機電刷裝置是否正常。判斷電刷的機械結構有無損壞，彈簧行程是否超限。

（6）判斷電機旋轉是否正常。在斷電保證安全的情況下，轉動電機轉子，判斷轉子有無異響及卡滯的異常情況[4]。

3.2 電機運行中檢查要求

（1）檢查電機的工作狀態是否正常。

（2）保持電機機身干凈。確保電機在可靠的環境中工作。

（3）查看電機散熱葉片情況。葉片工作正常，沒有碰撞聲等異常聲音。

（4）保持電機工作在額定值下工作。

（5）查看電機通風情況。保證電機通風暢通。

（6）滑環碳刷檢查：查看碳刷是否有火花出現，有無大幅度的跳動情況產生。

3.3 電機安裝運行后的檢查項目

3.3.1 電機機座

檢查電機外觀是否完好，排除裂紋、破損等異常情況。檢查螺絲有無松動的異常情況。

3.3.2 電機繞組

檢查繞組積灰程度，測試繞組絕緣是否滿足要求，排除斷路的情況；檢查轉子機械結構，判斷是否出現損壞及斷裂。

3.3.3 電機軸承

（1）軸承外觀檢查：查看軸承表面磨損及發熱情況；核實軸承尺寸精度和其它指標。

（2）軸溫檢查：用溫度計測量電機正常工作時的軸溫，對照說明書及機車軸溫測量數值，核查溫度是否異常。

（3）振動檢查：使用測振筆測量軸承的振動情況，對比參考值判斷振動情況。

3.3.4 換向器

（1）外觀結構檢查：檢查換向器外觀有無破損及松動，檢查部件間隙及壓力大小，檢查彈簧部位是否有異物。

（2）碳刷磨耗檢查：測量碳刷石墨磨損程度，檢查碳刷外觀結構。

3.3.5 通風、冷卻裝置

通風冷卻檢查：檢查通風通道有無異物灰塵堵塞，通風系統工作是否正常，冷卻裝置有無異常，能否達到冷卻要求。

4 結語

綜上所述，本文根據電力機車的實際運行環境，從電機的機械結構、電氣結構、電氣元件和控制線路等方面，研究了電力機車不同電機常見的故障，分析了故障產生的具體原因，總結了電機故障的常見處理方法。在此基礎上，還研究了電力機車電機日常維護的方法，總結了電機全周期的維護要求。在實際檢修過程中，有助于提升電力機車電機檢修的準確度和效率。

參考文獻：

[1]王顏明.電力機車電機維護與檢修研究[J].南方農機，2019，50（22）：270.

[2]張震，劉波宏，那春龍，盧明明.大功率機車電機檢修工藝改進研究[J].技術與市場，2016，23（05）：215.

[3]劉香玲.電力機車電機維護與檢修[J].中國管理信息化，2016，19（02）：98.

[4]王凱俊.機車電機、部件清洗機的改進[J].中國設備工程，2012（04）：42-43.