淺談ZD109型直流牽引電機定子檢修工藝

任銘

摘 要：ZD109型直流牽引電動機是裝用于東風4B型客運機車、東風4C型機車及東風8型機車，額定功率480Kw，在各廠段俗稱為480電機，該電機后又發(fā)展出ZD109A型（530Kw，東風4E車裝用）、ZD109B型（530Kw，東風4D車裝用）、ZD109C型（530Kw，東風8B車裝用）、ZD109E型（630Kw）等多種衍生型號，是一款由410Kw電機向大功率直流電機過渡的機型，在中國內燃機車牽引電機發(fā)展史上具有特殊地位，但由于其原設計上存在先天不足，導致在實際運用過程中常會發(fā)生一些故障，本文對其定子常見故障進行了匯總分析并提出改進措施。本文對ZD109型直流牽引電機定子常見故障進行了匯總分析并提出改進措施。

關鍵詞：牽引電機；定子；引出線；引線頭；接地；振動

1 故障簡述

根據裝用ZD109型直流牽引電動機機車在段應用情況反饋，初步歸納出常見故障主要有：定子引出線斷、定子磁極引線頭子斷、定子接地。

1.1 定子引出線斷

ZD109型直流牽引電動機定子引出線包括主磁極引出線C1、C2，附加極引出線H2及換向極與刷架間的連線。因ZD109型直流牽引電動機為直流串勵電機，因此機車在運行過程中發(fā)生任一定子引出線斷時，電機整個回路將成斷路狀態(tài)，整個電機將卸載，電樞電流和定子電流為零。

1.2 定子磁極引線頭子斷

ZD109型直流牽引電動機定子磁極引線頭子分為主磁極引線頭子和附加極引線頭子，一般情況下運行機車發(fā)生此類故障時，其現象與1.1表現相同。但如果機車運行于磁場削弱工況時，主磁極引線頭子斷，此時由于磁場削弱電阻與主磁極并聯，因此不會造成電機無電流。根據串勵電機原理，勵磁回路開路，電機的反電勢會突然降低，從而導致故障電機電樞電流急劇增大，造成電機其他故障，如轉子放炮燒損、削磁電阻燒損、機車過壓過流保護等故障。

1.3 定子接地

ZD109型直流牽引電動機定子接地，主要分為主磁極接地、附加極接地、引線接地、聯線接地和接線板接地，機車運行過程中發(fā)生電機接地，接地繼電器動作，一般情況下切除電機后，機車可以正常運行，一般只影響到機車功率。

2 故障處理

對于ZD109型直流牽引電動機定子故障，檢查處理方法如下：

2.1 定子引出線斷

對于定子引出線斷檢查一般通過外觀觀察和直流電阻測量可以直接檢查出。外觀檢查主要針對直接燒損斷裂的故障電機，查有沒有燒損部位，有沒有絕緣變色部位，通過這種方法可以查處大部分引出線斷的故障。而對于外觀上看不出來的故障，可通過用雙臂電橋測量引出線兩端電阻方法，同時可以用木榔頭敲擊被測量部分，關注電橋指針有無明顯波動，從而判斷引出線的狀態(tài)。發(fā)生此類故障一般更換引出線恢復電機即可。

2.2 定子磁極引線頭子斷

該故障檢查方法與2.1相同，查出故障后，更換故障磁極，按要求進行絕緣處理后，電機方可恢復使用。

2.3 定子接地

定子接地故障的檢查較為復雜，檢查方法一般采取分段排除法。首先檢查判斷主磁極接地還是附加極接地，判斷方法可以用萬用表測量、兆歐表測量、交流耐壓試驗、直流漏電流檢測，根據定子接地程度選用合適方法，一般來說儀表（儀器）的選用順序為萬用表、兆歐表、直流漏電流檢測、交流耐壓機。查出故障點后，絕緣可以修復的可以采用環(huán)氧玻璃布板、聚酰亞胺薄膜等絕緣材料進行修復，不能修復的則更換相應配件。針對電機具體接地故障點通過上述方法無法查找的（一般未完全接地的較難查找），可采用通入大電流的方法進行檢查，即：把電源正極接到線圈上，負極接到機座上，慢慢調節(jié)通入的電流，觀察對地絕緣層有冒煙、火花的地方即為接地點。此方法優(yōu)點是快速簡單，缺點是如果操作不當容易導致線圈及鐵芯燒損。

3 原因分析

根據多年來對ZD109型直流牽引電動機定子故障檢查處理情況，發(fā)現造成ZD109型直流牽引電動機定子故障的根本原因是牽引電機工作時的振動引起。ZD109型直流牽引電動機采用滑動抱軸瓦抱軸懸掛結構，這種懸掛結構的特點是成本低、結構簡單，工藝執(zhí)行要求低，但是運行時對于電機而言振動較大，因此振動大是造成ZD109型直流牽引電動機定子故障的主要因素。電機的振動造成電機線圈松動之后使得線圈與聯線引出線之間存在相對振動，導致磁極引出線、聯線或引線頭子裂開，造成局部電阻大，根據電阻發(fā)熱量計算公式，可見電阻增大時發(fā)熱量也隨之增大，最終在機械和電熱的雙重作用下造成引出線斷、聯線斷、磁極引線頭子斷等故障。其次線圈與機座間的相對振動還造成線圈與機座間的絕緣層不斷磨損，最終導致定子接地。

4 改進措施

針對多年來經常發(fā)生的ZD109型直流牽引電動機定子故障我們采取了多種改進措施，并取得一些效果。

4.1 改進引出線

ZD109型直流牽引電動機定子引出線原設計為硬銅線加軟銅編織線，這種引出線的特點是軟銅編織線具有一定的抗振性，但過電流能力不強，硬銅線抗振性差，但過電流能力強。因此這種引出線在受到振動和過電流的雙重考驗時，屢屢發(fā)生故障。后經過調研，將其改成耐高溫硅橡膠線，這種線抗振性強，過電流能力強，改進后的引出線沒有發(fā)生過一次斷線事故。

4.2 改進附加極裝配

引出線的改進一定程度上減少了引出線的故障，但經過一段時間的運用發(fā)現，引出線故障減少了但磁極引線頭子斷裂故障增加了。后來通過對事物進行檢查，發(fā)現附加極組裝存在隱患，傳統(tǒng)的ZD109型直流牽引電動機附加極裝配沒有波形板，當電機附加極因電機振動發(fā)生松動后，造成的危害增大，附加極往往因此造成線圈引線頭子斷或附加極聯線斷。為此在通過技術調研后，通過在組裝工藝上進行了改進，即在附加極與機座間加裝了波形板，這樣既可以減少附加極線圈松動的可能，又可以減小附加極松動后的振動。最終有效的降低了附加極的故障發(fā)生率。在附加極加裝波形板時，附加極的引線頭子與機座間絕緣比較薄弱，因此在加裝波形板的同時，對附加極絕緣墊片也作了相應改進，加強了線圈引線頭子處絕緣，減少了產生“爬電”故障的可能性。通過改進附加極的故障率大大降低了。

4.3 改進主磁極裝配

在附加極裝配改進成功的基礎上，我們對主磁極裝配也進行了改進的研究，在確信能夠保證主磁極對徑和主磁極鐵芯擋板強度足夠的基礎上，經分析確認在主磁極安裝波形板也是可行的，波形板安裝后可以達到與附加極波形板同樣的效果，目前這項措施已經實施。

4.4 連線改造

由于極間連接采用硬線連接，因此抗震性較差，容易產生裂紋，因此在后續(xù)工藝中采用了軟連線，效果有顯著的提高。但對于軟連線結構的電機，經過一次廠修后，因絕緣浸漆會變硬，為了解決此問題，采取了先浸漆后連線的措施。通過此措施使得廠外連線燒損故障減少了一半以上。

5 結論

通過對ZD109型直流牽引電動機定子故障處理分析，要提升ZD109型直流牽引電動機定子可靠性就必須減少定子磁極振動，上述工藝改造是經濟有效的，值得在全路推廣應用。