電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷

趙俊東

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路建設(shè)迅速發(fā)展，鐵路運(yùn)行安全的重要性日益顯著。交流傳動(dòng)電力機(jī)車在我國鐵路跨越式發(fā)展的背景下將成為開發(fā)應(yīng)用的主流機(jī)車。牽引電機(jī)作為交流電力機(jī)車的核心部件之一，其工作環(huán)境惡劣、負(fù)載變換頻繁、動(dòng)力作用大等因素使?fàn)恳姍C(jī)較易出現(xiàn)故障。牽引電機(jī)的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)列車的行車安全，展開交流牽引電機(jī)的故障診斷具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車;交流牽引電機(jī);故障;診斷

1 引言

近幾年間，我國電力電子技術(shù)得到了快速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了電子控制技術(shù)的提升，改進(jìn)了電力機(jī)車的運(yùn)行技術(shù)，完善了電力機(jī)車的各項(xiàng)功能，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。這一現(xiàn)象，同時(shí)也加重了電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷工作。而該工作能否順利展開關(guān)系著機(jī)車行駛的安全問題，因此，對(duì)其進(jìn)行深入研究與探討有著重要的意義。

2 設(shè)備診斷技術(shù)的基本方法

設(shè)備故障的復(fù)雜性和設(shè)備故障與征兆之間關(guān)系的復(fù)雜性，形成了設(shè)備故障診斷是一種探索性的過程這一特點(diǎn)。就設(shè)備故障診斷技術(shù)來說，重點(diǎn)不只在于研究故障本身，而更在于研究故障診斷的方法。故障診斷過程由于其復(fù)雜性，不可能只采用單一的方法，而要采用多種方法?？梢哉f，凡是對(duì)故障診斷能起作用的方法就要利用，必須從各種學(xué)科中廣泛探求有利于故障診斷的原理、方法和手段，這就使得故障診斷技術(shù)呈現(xiàn)多學(xué)科交叉這一特點(diǎn)。通常分為：傳統(tǒng)的故障診斷方法、故障的智能診斷方法、故障診斷的數(shù)學(xué)方法等三個(gè)方法。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，牽引電機(jī)還有可能發(fā)生其它各種故障。

3 常見的交流牽引電機(jī)故障類型

交流牽引電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、測(cè)速裝置和主動(dòng)齒輪等部分組成。交流牽引電機(jī)在運(yùn)行過程中，由于受到各個(gè)方面的影響，其所包含的部件以及結(jié)構(gòu)日益惡化，原有的性能和功能漸漸下降，呈現(xiàn)異常的工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致了故障的發(fā)生。交流牽引電機(jī)的常見故障一般包括轉(zhuǎn)子故障、定子故障、軸承故障、絕緣故障以及電子元器件故障。

（1）轉(zhuǎn)子故障

轉(zhuǎn)子故障包括轉(zhuǎn)子繞組故障和轉(zhuǎn)子本體故障，轉(zhuǎn)子繞組故障分為端環(huán)開裂故障、轉(zhuǎn)子斷條故障、轉(zhuǎn)子繞組擊穿、開焊以及匝間短路故障;轉(zhuǎn)子本體故障則包括轉(zhuǎn)子失衡故障與轉(zhuǎn)子偏心故障。轉(zhuǎn)子故障的發(fā)生與電機(jī)起動(dòng)頻率直接相關(guān)，起動(dòng)時(shí)繞組短時(shí)間內(nèi)電流過大，機(jī)械部件承受較大沖擊，各部分受力和位移不同，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)因應(yīng)力不均勻而斷裂。而轉(zhuǎn)子剛度不足或軸承安裝偏差容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心故障，偏心嚴(yán)重時(shí)，定轉(zhuǎn)子的幾何軸心偏離過大，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生機(jī)械摩擦，會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生致命損傷。

（2）定子故障

定子故障包括繞組接地故障、匝間短路故障和相間短路故障等，其中匝間短路故障是交流牽引電機(jī)發(fā)生最多最頻繁的故障。而繞組間的絕緣破損導(dǎo)致絕緣層變薄、絕緣電阻變小，是短路故障發(fā)生的主要原因。匝間短路后氣隙磁場和電流不再對(duì)稱，定子電流大小顯著增加，導(dǎo)致電機(jī)溫升過高，當(dāng)溫升達(dá)到一定程度后，線圈表面變色，絕緣層失效，造成局部放電。

（3）軸承故障

電機(jī)軸承主要由內(nèi)外圈、滾子和保持架組成。軸承故障包括內(nèi)外圈故障、保持架故障以及滾子故障。軸承故障是交流牽引電機(jī)部件中較容易發(fā)生故障的部位，電機(jī)在運(yùn)行中軸承內(nèi)外滾道、滾子和保持架之間存在相對(duì)運(yùn)行，滾子與滾道面存在較大的接觸應(yīng)力，潤滑油形成的油膜，如潤滑不良，則會(huì)導(dǎo)致滾子與滾道面，滾子產(chǎn)生剝離甚至膠合;如潤滑油里面含有較多雜質(zhì)，則可引起軸承保持架的異常磨損，從而導(dǎo)致軸承故障;此外，如軸承持續(xù)負(fù)荷過大，作業(yè)環(huán)境溫度高，電機(jī)和軸承散熱效率低、軸承過熱，也容易導(dǎo)致軸承故障。

（4）絕緣故障

絕緣系統(tǒng)是電機(jī)結(jié)構(gòu)中較薄弱的環(huán)節(jié)，在交流牽引電機(jī)運(yùn)行時(shí)，絕緣體磨損、受潮、過熱、污染、電暈、老化等都可以導(dǎo)致絕緣體絕緣性能的降低，出現(xiàn)絕緣故障。電機(jī)絕緣故障主要包括電機(jī)定子凸片故障、三相電阻不平衡故障、繞組絕緣受潮和老化故障、接線盒燒損故障等。

（5）電子元器件故障

電機(jī)電子元器件故障主要包括速度傳感器故障和溫度傳感器故障。電機(jī)測(cè)速齒盤松動(dòng)使得輪齒和速度傳感器之間的間隙產(chǎn)生誤差，造成速度傳感器測(cè)量不穩(wěn)定。測(cè)速齒盤輪齒缺失會(huì)導(dǎo)致速度傳感器接收的脈沖信號(hào)不準(zhǔn)確，分辨率降低，也會(huì)造成速度傳感器故障;而溫度傳感器插頭進(jìn)水、插針縮針、電纜接觸不良，或溫度采集板故障及溫度傳感器電纜線磨損和電路故障等，將造成溫度傳感器故障。

4 交流牽引電機(jī)故障的診斷方法

電機(jī)故障診斷的基本原理有：1）電流分析法。通過頻譜等信號(hào)分析方法對(duì)負(fù)載電流的波形進(jìn)行檢測(cè)從而診斷出電機(jī)故障的原因和程度;2）絕緣診斷法。利用電氣試驗(yàn)裝置和診斷技術(shù)對(duì)電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、工作性能是否存在缺陷做出判斷，并對(duì)絕緣壽命做出預(yù)測(cè);3）溫度檢測(cè)方法。采用溫度測(cè)量方法對(duì)電機(jī)各個(gè)部位的溫升進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電機(jī)的溫升與各種故障現(xiàn)象相關(guān);4）振動(dòng)與噪聲診斷法。通過對(duì)電機(jī)振動(dòng)與噪聲的檢測(cè)，并對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行處理，診斷出電機(jī)產(chǎn)生故障的原因和部位。

目前國內(nèi)將電機(jī)的故障診斷方法主要分為兩大類：

（1）基于信號(hào)變換的故障診斷方法

在電機(jī)發(fā)生故障后，通過電機(jī)發(fā)出的信號(hào)來判斷電機(jī)發(fā)生故障的類型。一般來說是在電機(jī)發(fā)生故障的前期進(jìn)行診斷[2]?；谛盘?hào)變換的故障診斷方法在電機(jī)故障診斷的實(shí)際應(yīng)用中取得了很多成果，尤其是小波變換，適合于探測(cè)正常信號(hào)分析中夾帶的瞬態(tài)反?，F(xiàn)象并展示其成分，在電機(jī)機(jī)械故障診斷中占有重要的地位。

（2）基于知識(shí)的故障診斷方法

基于知識(shí)的故障診斷方法主要包括基于癥狀的方法和定性模型的方法，其中，基于癥狀的方法又包括專家系統(tǒng)、模糊推理、模式識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法?；趯＜蚁到y(tǒng)的診斷方法診斷過程簡單、快速，但該方法存在獲取知識(shí)的瓶頸，因此不適用于復(fù)雜電機(jī)或新設(shè)計(jì)的電機(jī)的故障診斷;在故障診斷領(lǐng)域，溫度“偏高”、噪音“過大”等都具有模糊特性，模糊推理方法是處理該類問題的最好工具。但模糊診斷知識(shí)獲取困難，尤其是故障與征兆的模糊關(guān)系很難確定，且系統(tǒng)的診斷能力依賴模糊知識(shí)庫，學(xué)習(xí)能力差，容易發(fā)生誤診或漏診;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法具有記憶、自學(xué)習(xí)和能擬合任意連續(xù)分非線性函數(shù)的能力，同時(shí)它還具有并行處理和全局作用的能力，使得它在處理非線性問題和在線估計(jì)等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。目前國內(nèi)已有學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理技術(shù)與傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)相結(jié)合，組成集成型智能系統(tǒng)，為解決傳統(tǒng)專家系統(tǒng)在知識(shí)獲取和知識(shí)表達(dá)方面的瓶頸問題提供新的途徑。

5 結(jié)語

近幾年間，我國經(jīng)濟(jì)取得了不斷發(fā)展，我國鐵路建設(shè)工作也取得了快速發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注鐵路運(yùn)行安全的相關(guān)問題。我國鐵路呈現(xiàn)出跨越式的發(fā)展模式，從而推動(dòng)了交流傳動(dòng)電力機(jī)車的開發(fā)和應(yīng)用。在交流傳動(dòng)電力機(jī)車中，核心設(shè)備就是交流牽引電機(jī)，整個(gè)列車能否安全行車取決于交流牽引電機(jī)能否安全運(yùn)行。文章從電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷的意義入手，對(duì)常見的故障類型與基本的診斷方法進(jìn)行了簡要分析，希望對(duì)日后電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷起到積極地推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李運(yùn)坤，李雪.探討變電一次設(shè)備故障預(yù)測(cè)與具體檢修方案[J].低碳世界，2017（16）：64-65.

[2] 王珺，王曉嬌.變電一次設(shè)備故障預(yù)測(cè)及檢修方法研究[J].環(huán)球市場，2016（22）：193-193.

[3] 白利平.電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017，44（08）：85-86.