中低速磁浮列車直線感應(yīng)電機短接保護蓋故障分析及優(yōu)化

曹　芬,程　維（南車株洲電力機車有限公司　磁浮系統(tǒng)研究所,湖南　株洲　412001）

中低速磁浮列車直線感應(yīng)電機短接保護蓋故障分析及優(yōu)化

曹芬,程維
（南車株洲電力機車有限公司磁浮系統(tǒng)研究所,湖南株洲412001）

由南車株機研制的磁浮列車已經(jīng)在試驗線上進行了兩年多的運行考核，在運行過程中，針對直線感應(yīng)電機短接保護蓋出現(xiàn)的問題與故障，進行分析與優(yōu)化，最終問題得到解決。

中低速磁浮列車；直線感應(yīng)電機；短接保護蓋；故障分析；優(yōu)化

0　前言

常導(dǎo)短定子中低速磁浮列車與軌道間無機械接觸，靠電磁力進行牽引和懸浮，克服了傳統(tǒng)輪軌列車的粘著限制，具有爬坡能力強、噪聲小、安全、舒適、快速等優(yōu)點。中低速磁浮列車的牽引電機采用直線感應(yīng)電機，直線感應(yīng)電機的定子安裝在車輛上。

由南車株機磁浮系統(tǒng)研究所研制的磁浮列車已經(jīng)在試驗線上進行了兩年多的運行考核，在運行過程中，針對直線電機短接保護蓋出現(xiàn)的問題與故障，進行了分析與優(yōu)化，最終問題得到解決。

1　電機短接保護蓋故障分析與優(yōu)化

中低速磁浮列車為3節(jié)編組，編組方式為Mc1-M-Mc2,M車與Mc車均是動車。主電路系統(tǒng)主要由受流器、高壓分線箱、高壓電器柜、電抗器、牽引逆變器、直線感應(yīng)電機組成。牽引逆變器由三相逆變器模塊和過壓保護斬波器模塊組成。采用恒電流恒滑差頻率控制方式。每節(jié)車均配置1臺牽引逆變器，每臺牽引逆變器給本車10臺直線感應(yīng)電機供電。直線感應(yīng)電機采用5串2并聯(lián)結(jié)方式，5臺直線感應(yīng)電機通過三芯大電流連接器串聯(lián)，最后使用電機短接保護蓋短接，如圖1所示。

在中低速磁浮列車車輛調(diào)試過程中，室溫為6℃左右時，短接保護蓋外殼溫度測量為70℃左右。多次出現(xiàn)了初次激活后“合主斷”正常，推牽引手柄瞬間車輛主斷跳開的現(xiàn)象,司機室顯示屏顯示“接地跳主斷”。通過檢查，發(fā)現(xiàn)電機短接保護蓋損壞，如圖2所示。

1.1故障分析

分析原因：（1）短接處其中一相與底座接觸不良（工人裝配的時候未裝配好，插針虛連），造成接觸電阻過大；插針為銅材質(zhì)，底座為不銹鋼材質(zhì)，接觸面積小，插針與底座通過螺紋導(dǎo)電，接觸電阻大；（2）插針與短接保護蓋之間氣隙過小，電機短接保護蓋的絕緣設(shè)計不符合IEC60077標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于電氣連接絕緣和耐壓的相關(guān)要求，有電氣擊穿發(fā)生。

三相電流和為零，

牽引逆變器最大輸出電壓為1170V，可知中點電壓最大時接近585V。出現(xiàn)大的中點位移電壓時，會使正常的相負(fù)載上的電壓降低，損壞的相負(fù)載上的電壓升高，嚴(yán)重不對稱時，會造成負(fù)載損壞。由于三相負(fù)載不對稱，造成三相電流不對稱，從而使直流側(cè)的電流相差大于50A，造成出現(xiàn)“接地跳主斷”故障的顯示。

出現(xiàn)圖2現(xiàn)象的原因：參考標(biāo)準(zhǔn)EN50124-1:2001《鐵路應(yīng)用絕緣配合第1部分：基本要求電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離》。標(biāo)稱電壓為標(biāo)定一個給定電源系統(tǒng)的近似電壓值。牽引逆變器輸出三相額定線電壓1100V，相當(dāng)于標(biāo)稱電壓為三相的1100V，附錄A 表A.3中只有3相1000V，其額定沖擊電壓為4000V。

圖3EN50124-1:2001《鐵路應(yīng)用絕緣配合第1部分：基本要求電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離》附表A.1

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)附錄A表A.3額定沖擊電壓為4kv時，空氣中的最小電氣間隙在PD1-PD3時為3mm，在PD4時為7mm。電機短接保護蓋中插針與短接保護蓋距離為5-6mm，在雨天和定期清潔產(chǎn)生的偶然導(dǎo)電（即PD4）情況下，此時的最小電氣間隙為7mm，此時電機短接保護蓋中插針與短接保護蓋會發(fā)生電氣擊穿。

1.2故障處理與優(yōu)化

根據(jù)故障實際情況與故障分析，現(xiàn)場采用了兩種處理方案。

方案一：針對虛接的問題，通過延長短接針螺紋長度并通過螺母進行校緊放松，保證連接的可靠性；同時，通過增加接觸面的截面積，增強產(chǎn)品的導(dǎo)電性能；原底座材料為銅鍍鎳，現(xiàn)改為銅鍍銀，保證接觸間基材與鍍層的一致性。

延長絕緣層，同時在短接針外壁加裝高溫高壓熱縮套管，使元件間的最小電氣間隙與爬電距離超過32mm，保證短接保護蓋具有足夠的耐電壓能力，如圖3所示。

室溫為6℃左右時，改進后的短接保護蓋在Mc車上使用時外部溫度為25℃左右。使用改進后的短接保護蓋在車輛運行6個月后仍狀況良好。

方案二：方案一中直線電機的串聯(lián)采用三芯大電流連接器與短接保護蓋組合，鑒于方案一中所用連接器和短接保護蓋組合結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，成本高，密封性不夠好，且安裝接線時工人可能發(fā)生誤操作。發(fā)生接線錯誤時，退針比較困難。直線電機電流過大時，連接器可能發(fā)生燒損事故。故在三節(jié)列車中其中一列車直線感應(yīng)電機串聯(lián)短接處使用電機接線盒進行短接。

電機接線盒內(nèi)含三個接線端子，為車輛一側(cè)五個電機串聯(lián)提供相鄰電機的串聯(lián)連接。接線端子能承受2000V電壓且端子之間電氣間隙不被擊穿。接線端子采用通用型大電流螺柱端子，端子夾線體地面呈棱柱形，保證了導(dǎo)線三點對中；夾線體地面帶槽紋，確保接線后接觸表面具有低值過渡電阻；利用彈性構(gòu)件實現(xiàn)螺釘自鎖。

如圖4所示電機接線盒組成：過渡板和箱體；3套大電流的接線端子和相關(guān)附件；3套密封環(huán)；緊固件。箱體橡膠圈密封位置防護等級為IP65，連接器與線纜以及箱體位置的防護等級為IP67。使用電機接線盒后列車運行良好。

2　結(jié)論

通過中低速磁浮列車在運行試驗中的實踐考核，對直線感應(yīng)電機短接保護蓋出現(xiàn)的故障進行分析并處理和優(yōu)化，優(yōu)化后的中低速磁浮列車運行良好，電機短接處無故障，這為中低速磁浮車輛的工程化提供了良好的基礎(chǔ)和保證。

[1]南車株機公司.常導(dǎo)短定子中低速磁懸浮車輛技術(shù)規(guī)格書[G].株洲:南車株機公司,2011.

[2]張宏.直線感應(yīng)牽引電動機牽引性能的研究[D].四川:西南交通大學(xué),2006.

[3]葉云岳.直線電機原理與應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000(06).

[4]EN50124-1:2001《鐵路應(yīng)用 絕緣配合 第1部分：基本要求 電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離》