和諧型機(jī)車牽引電機(jī)繞組檢修技術(shù)研究

容長(zhǎng)生， 侯世旭， 劉 鋒， 沈 晟

(1 中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 機(jī)輛部， 北京 100844； 2 中車株洲電機(jī)有限公司， 湖南株洲 412001；3 中車株洲電力機(jī)車有限公司， 湖南株洲 412001;4中車永濟(jì)電機(jī)有限公司， 山西永濟(jì) 044502)

變頻牽引電機(jī)作為和諧型機(jī)車的關(guān)鍵設(shè)備之一，其安全可靠運(yùn)行直接影響著機(jī)車的性能和運(yùn)用，而繞組絕緣系統(tǒng)的可靠性是牽引電機(jī)可靠運(yùn)行的重要指標(biāo)。牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)作為易出現(xiàn)故障的薄弱點(diǎn)，需在每次牽引電機(jī)解體檢修時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)分析，以保證牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)可靠。機(jī)車牽引電機(jī)解體檢修周期為C5(運(yùn)行110萬(wàn)km或6 a)修和C6(運(yùn)行220萬(wàn)km或12 a)修。目前，各型號(hào)和諧型機(jī)車陸續(xù)進(jìn)入C6修階段，機(jī)車整車進(jìn)行分解檢修，與既有機(jī)車直流牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)不同，和諧型機(jī)車變頻牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)為200級(jí)耐電暈絕緣系統(tǒng)，該交流牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)的研究目前僅限于理論研究與老化試驗(yàn)研究[1-3],忽略了運(yùn)行環(huán)境(溫度、濕度、酸堿度等)的巨大變化、牽引電機(jī)過(guò)載運(yùn)行的長(zhǎng)時(shí)高溫及機(jī)車交變載荷的影響。

從實(shí)際出發(fā)，選取一定數(shù)量的C6修牽引電機(jī)進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)定子繞組外觀檢查和浸漆前后定子繞組的絕緣性能指標(biāo)變化整理分析，最終確定C6修牽引電機(jī)定子繞組檢修方案，并為后續(xù)修程的牽引電機(jī)繞組檢修提供思路和依據(jù)。

1 試 驗(yàn)

1.1 試樣選取

試樣隨機(jī)選用12臺(tái)電機(jī)定子繞組表面狀態(tài)良好的C6修電機(jī)。C6修電機(jī)定子繞組表面積灰較多，見圖1。定子繞組清洗后可見繞組和絕緣漆原色，無(wú)絕緣漆脫落、破損、明顯老化等現(xiàn)象，見圖2。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 絕緣電阻檢測(cè)與分析

對(duì)12臺(tái)C6修電機(jī)定子繞組清洗前、清洗烘潮后、浸漆后進(jìn)行絕緣電阻檢測(cè)，所有電機(jī)絕緣電阻均高于11 GΩ。滿足GB/T 14711規(guī)定的冷態(tài)絕緣電阻應(yīng)不低于50 MΩ。

圖1 清洗前定子繞組外觀

圖2 清洗后定子繞組外觀

2.2 耐電壓檢測(cè)與分析

對(duì)12臺(tái)C6修電機(jī)定子繞組清洗烘潮后進(jìn)行對(duì)地耐壓試驗(yàn)，根據(jù)GB/T 755規(guī)定，試驗(yàn)電壓按新造電機(jī)耐壓的75%進(jìn)行，所有電機(jī)對(duì)地耐壓均合格，無(wú)擊穿閃絡(luò)現(xiàn)象。

2.3 極化指數(shù)檢測(cè)與分析

對(duì)12臺(tái)C6修電機(jī)定子繞組清洗前、清洗烘潮后、浸漆后的極化指數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)據(jù)見圖3。根據(jù)圖3所示，所有電機(jī)定子繞組清洗前極化指數(shù)均大于3，清洗烘潮后極化指數(shù)較清洗前明顯升高，極化指數(shù)均大于5。滿足GB/T 20160規(guī)定的極化指數(shù)最小推薦值為2。GB/T 20160提出，對(duì)1 min絕緣電阻值在5 000 MΩ以上的電機(jī)，不需極化指數(shù)衡量繞組絕緣狀況。

圖3 C6修牽引電機(jī)極化指數(shù)

2.4 局部放電檢測(cè)分析

電機(jī)定子繞組二次浸漆后局部放電起始電壓有一定的提高，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。這說(shuō)明二次浸漆對(duì)C6修電機(jī)絕緣系統(tǒng)有一定的修復(fù)作用，可提高電機(jī)絕緣的可靠性。

圖4 C6修電機(jī)局部放電起始電壓

2.5 介質(zhì)損耗角正切檢測(cè)與分析

(1)不同修程介質(zhì)損耗角正切對(duì)比分析

文獻(xiàn)[4]提出：變頻電機(jī)絕緣系統(tǒng)介質(zhì)損耗主要來(lái)自于電導(dǎo)損耗、極化損耗和局部放電損耗。當(dāng)外加電壓低于局部放電起始電壓時(shí)，介質(zhì)損耗主要由電導(dǎo)損耗和極化損耗構(gòu)成；當(dāng)外加電壓超過(guò)局部放電起始電壓時(shí)，將產(chǎn)生局部放電損耗，局部放電使得介質(zhì)損耗劇增。同時(shí)，隨著老化程度的加深，局部放電電壓逐漸增大。

圖5為常溫下新造、C5修、C6修牽引電機(jī)在各電壓下介質(zhì)損耗角正切平均值。隨著修程增加，介質(zhì)損耗角正切平均值呈逐步增加趨勢(shì)，符合電機(jī)絕緣性能規(guī)律，但介質(zhì)損耗角正切增幅隨修程增加呈減小趨勢(shì)，說(shuō)明電機(jī)的絕緣性能逐漸趨于穩(wěn)定。1～2.5 kV介質(zhì)損耗基本一致是因?yàn)榛静淮嬖诰植糠烹娊橘|(zhì)損耗，3 kV介質(zhì)損耗增加明顯是因?yàn)樵黾恿司植糠烹娊橘|(zhì)損耗。隨著修程的增加，3 kV介質(zhì)損耗降低是因?yàn)椴糠蛛姍C(jī)局部放電電壓提高，局部放電介質(zhì)損耗減小。但各檢修級(jí)別介質(zhì)損耗角正切平均值均小于企業(yè)新造標(biāo)準(zhǔn)3%，尤其在3 kV考核點(diǎn)，有降低的趨勢(shì)。

圖5 不同修程介質(zhì)損耗角正切

(2)3 kV介質(zhì)損耗角正切對(duì)比分析

由于3 kV時(shí)介質(zhì)損耗最大，故選擇該電壓進(jìn)行浸漆前后介質(zhì)損耗角正切對(duì)比。由圖6可知，C6修牽引電機(jī)定子繞組清洗前，介質(zhì)損耗角正切較高，這是因?yàn)闋恳姍C(jī)是開啟式強(qiáng)迫風(fēng)冷，定子繞組表面被外界污染、受潮所致。入廠檢修電機(jī)介質(zhì)損耗角正切無(wú)標(biāo)準(zhǔn)要求，一般不測(cè)試，但定子繞組清洗烘潮后，介質(zhì)損耗角正切均低于2%，滿足企業(yè)新造標(biāo)準(zhǔn)3%。二次浸漆后介質(zhì)損耗角正切有所下降，這說(shuō)明二次浸漆對(duì)絕緣性能的提高是有利的。

圖6 C6修牽引電機(jī)3 kV介質(zhì)損耗角正切

2.6 濕熱試驗(yàn)分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證電機(jī)防潮性能，選取兩臺(tái)C6修牽引電機(jī)定子按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高溫40 ℃，循環(huán)2次的濕熱試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

濕熱試驗(yàn)后，清洗烘潮后的定子繞組絕緣電阻、耐電壓、極化指數(shù)、介質(zhì)損耗角正切均可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，這說(shuō)明C6修牽引電機(jī)防潮性能良好。

2.7 溫升試驗(yàn)分析

為驗(yàn)證C6修牽引電機(jī)定子繞組二次浸漆對(duì)電機(jī)溫升的影響，選取2臺(tái)電機(jī)進(jìn)行浸漆前后的正弦波溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 絕緣性能參數(shù)

表2 溫升試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)溫升試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新造與檢修前后的軸承與定子繞組平均溫升沒有明顯變化，這說(shuō)明二次浸漆對(duì)牽引電機(jī)散熱沒有明顯影響。

3 電機(jī)絕緣故障統(tǒng)計(jì)

根據(jù)在線運(yùn)營(yíng)故障統(tǒng)計(jì)，共18臺(tái)電機(jī)是由于絕緣失效造成故障，見圖7。

圖7 絕緣失效電機(jī)運(yùn)行里程

通過(guò)運(yùn)行里程的分類統(tǒng)計(jì)，隨著運(yùn)用里程的增加，由絕緣失效導(dǎo)致故障的牽引電機(jī)呈下降趨勢(shì)，這說(shuō)明隨著電機(jī)運(yùn)行里程的增加絕緣系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，從實(shí)際應(yīng)用層面說(shuō)明了C6修牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)可滿足運(yùn)用要求。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)上述研究發(fā)現(xiàn)，C6修牽引電機(jī)定子繞組表面無(wú)絕緣漆脫落、破損、明顯老化等現(xiàn)象，狀態(tài)良好。清洗后的定子繞組絕緣電阻、耐電壓、極化指數(shù)、介質(zhì)損耗角正切、防潮性能、溫升均滿足新造出廠標(biāo)準(zhǔn)，這說(shuō)明C6修牽引電機(jī)定子繞組絕緣性能良好，可滿足運(yùn)用要求。

(2)C6修牽引電機(jī)定子繞組介質(zhì)損耗角正切增幅隨修程增加呈減小趨勢(shì)，電機(jī)的絕緣性能逐漸趨于穩(wěn)定。進(jìn)行二次浸漆后局部放電、介質(zhì)損耗角正切略有改善，且電機(jī)溫升基本一致，這說(shuō)明二次浸漆的C6修牽引電機(jī)定子繞組絕緣性能指標(biāo)有所提升，但不能說(shuō)明C6修時(shí)牽引電機(jī)有必要進(jìn)行二次浸漆。

(3)截至2018年底，全路共配屬10 000余臺(tái)和諧型電力機(jī)車，牽引電機(jī)定子繞組二次浸漆成本按0.5萬(wàn)元/臺(tái)計(jì)算，全路C6修牽引電機(jī)二次浸漆成本約為3.5億元。取消二次浸漆，能有效降低檢修成本，更符合C6修經(jīng)濟(jì)檢修的理念。

綜上，C6修牽引電機(jī)定子繞組不進(jìn)行二次浸漆在技術(shù)上可以滿足質(zhì)量要求，有效降低檢修成本。在后續(xù)的檢修過(guò)程中應(yīng)對(duì)牽引電機(jī)絕緣性能持續(xù)跟蹤，加強(qiáng)數(shù)據(jù)積累和分析，進(jìn)一步研究C6修牽引電機(jī)定子繞組不進(jìn)行二次浸漆的配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。