白利平

（神華準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路公司機(jī)務(wù)段檢修車間，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010321）

電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷

白利平

（神華準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路公司機(jī)務(wù)段檢修車間，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010321）

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國鐵路建設(shè)工作也取得了快速發(fā)展，人們越來越關(guān)注鐵路運(yùn)行安全相關(guān)問題。我國鐵路呈現(xiàn)出跨越式的發(fā)展模式，從而推動了交流傳動電力機(jī)車的開發(fā)和應(yīng)用。在交流傳動電力機(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。因此，針對交流牽引電機(jī)開展故障診斷工作具有重要的實(shí)際意義。

交流傳動電力機(jī)車；交流牽引電機(jī)；故障類型；故障診斷技術(shù)

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，對其進(jìn)行深入研究與探討有著重要的意義。

1 電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷的背景與意義

在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，除了舒適、經(jīng)濟(jì)以及快速等指標(biāo)外，還有一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)就是安全，安全同時(shí)還是發(fā)展高速鐵路的生命線與根基。高速鐵路系統(tǒng)如果想要取得穩(wěn)健發(fā)展，就一定要解決好可靠、安全這個(gè)重要的課題。然而，在鐵路的整套安全體系中，行駛安全又是重中之重，這就需要相關(guān)工作人員對列車中各項(xiàng)設(shè)備做好故障診斷和監(jiān)測維修工作。

我國鐵路呈現(xiàn)出跨越式的發(fā)展方式，這個(gè)發(fā)展模式推動了交流傳動電力機(jī)車的開發(fā)與應(yīng)用。我國第一臺自助研制開發(fā)的交流傳動電力機(jī)車于1996年6月誕生，這臺AC400機(jī)車標(biāo)志著我國退出了直流傳動電力機(jī)車時(shí)代、跨入了交流傳動電力機(jī)車時(shí)代，并有效推動了我國機(jī)車技術(shù)的發(fā)展。相較于直流傳動電力機(jī)車，交流傳動電力機(jī)車具有更廣泛適用范圍、更高功率因數(shù)、更大牽引力、更好粘著性以及更寬恒功率范圍等優(yōu)勢。

電力機(jī)車中，一個(gè)非常重要的部件就是牽引電機(jī)，同時(shí)還是出現(xiàn)故障較多的一個(gè)部件，與行車安全有著密切的聯(lián)系，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。因此，針對交流牽引電機(jī)開展故障診斷工作具有重要的實(shí)際意義。與此同時(shí)，牽引電機(jī)具有十分惡劣的工作環(huán)境與運(yùn)行條件，如果在運(yùn)行的時(shí)候，電機(jī)可以保持良好的工作狀態(tài)，有助于其保養(yǎng)維護(hù)與操作的正確開展，對牽引電機(jī)進(jìn)行定期保養(yǎng)檢修，不僅能夠使電機(jī)使用壽命得到有效延長，還可以讓機(jī)車的運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到切實(shí)提高。

2 常見的電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障類型

在運(yùn)行過程中，受到不同因素的影響，牽引電機(jī)的部件與結(jié)構(gòu)會日益惡化，原有性能與功能會逐漸喪失，從而出現(xiàn)一系列異常的工作狀態(tài)，最終導(dǎo)致故障發(fā)生。然而，在牽引電機(jī)發(fā)生故障之前是有征兆可尋的，在工作狀態(tài)出現(xiàn)異常的初期，電機(jī)穩(wěn)態(tài)電子的電流會出現(xiàn)特定的反映，通過相應(yīng)的檢測技術(shù)，能夠測出可以表示故障趨勢的工作參數(shù)，對這些參數(shù)進(jìn)行深入的分析，就能夠判斷出電力機(jī)車交流牽引電機(jī)的故障類型。從而可以對電機(jī)進(jìn)行及時(shí)有效的維修工作，以此來防止電機(jī)發(fā)生損壞。常見電力機(jī)車交流牽引電機(jī)的故障類型有四大類，包括：定子、轉(zhuǎn)子、軸承以及絕緣故障。

（1）定子故障。定子故障又分為相間短路故障、繞組接地故障以及匝間短路故障等。這些故障發(fā)生的主要原因有：首先，是由于長期處于高溫狀態(tài)運(yùn)行下的牽引電機(jī)發(fā)生絕緣老化；其次，是由于牽引電機(jī)在工作中長時(shí)間接觸水分與塵土等物質(zhì)，造成了絕緣擊穿的后果；最后，是由于在運(yùn)行過程中，各種各樣電磁力作用于機(jī)械沖擊力損壞了電機(jī)的絕緣裝置，從而造成了短路的現(xiàn)象。故障發(fā)生后主要表現(xiàn)為：絕緣熱解、相電流不對稱、繞組的局部出現(xiàn)過熱現(xiàn)象以及振動加強(qiáng)等。

（2）轉(zhuǎn)子故障。轉(zhuǎn)子故障又分為轉(zhuǎn)子本體故障以及轉(zhuǎn)子繞組故障兩大類。其中，轉(zhuǎn)子本體故障包括轉(zhuǎn)子偏心故障與轉(zhuǎn)子失衡故障；而轉(zhuǎn)子繞組故障包括匝間短路故障、端環(huán)開裂故障、轉(zhuǎn)子斷條故障以及轉(zhuǎn)子繞組擊穿故障。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子偏心故障時(shí)，轉(zhuǎn)子生成激振力，這種激振力的手氣與轉(zhuǎn)動的頻率相同，增大了交流牽引電機(jī)的震動。在加工過程中，一旦電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)傷痕等潛在危害，這些裂紋會在電機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大，最終造成轉(zhuǎn)子斷裂等無法挽救的故障。動偏心與靜偏心是轉(zhuǎn)子偏心的兩個(gè)類型，靜偏心指的是，在固定空間中，徑向最小氣隙位置發(fā)生的偏心；動偏心指的是，最小氣隙跟著轉(zhuǎn)子同時(shí)轉(zhuǎn)動或者轉(zhuǎn)子的中心線偏離了旋轉(zhuǎn)中心的情況。轉(zhuǎn)子偏心會造成不平衡磁拉力的產(chǎn)生，帶動交流牽引電機(jī)發(fā)生震動。在轉(zhuǎn)子故障較為嚴(yán)重的情況下，定轉(zhuǎn)子之間會出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦，最終造成交流牽引電機(jī)損壞。

（3）軸承故障。軸承故障又分為保持架故障、內(nèi)環(huán)故障、外環(huán)故障以及滾動體故障。在所有的交流牽引電機(jī)部件中，軸承發(fā)生故障的頻率相對較高，使用壽命也相對較短。內(nèi)環(huán)安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，外環(huán)安裝在電機(jī)的機(jī)座上，當(dāng)交流牽引電機(jī)的運(yùn)行速度過快時(shí)，將會有很大的載荷力作用在軸承的轉(zhuǎn)子與內(nèi)圈上，致使故障發(fā)生。軸承一旦發(fā)生故障，就會加強(qiáng)電機(jī)振動，成為經(jīng)常出現(xiàn)在交流牽引電機(jī)中的振動源。故障發(fā)生后主要表現(xiàn)為：內(nèi)外圈破裂、滾珠點(diǎn)蝕以及滾珠缺陷等。

（4）絕緣故障。絕緣故障指的是，在交流牽引電機(jī)的運(yùn)行過程中，絕緣體逐漸出現(xiàn)污染、受潮、過熱、電暈、磨損以及老化等問題，從而降低了絕緣體的絕緣性能。

3 電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷的基本方法

電力機(jī)車交流牽引電機(jī)的故障診斷涉及面非常廣泛，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，它涵蓋了數(shù)理統(tǒng)計(jì)、人工智能、模式設(shè)別及信號處理、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及現(xiàn)代控制理論等各類學(xué)科。由于交流牽引電機(jī)故障具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，并且電機(jī)故障與故障征兆之間也具有十分復(fù)雜的聯(lián)系，這些都使得電機(jī)故障診斷具有一定的探索性。針對電機(jī)故障診斷技術(shù)而言，研究的重點(diǎn)內(nèi)容并不能局限于故障的本身，要在故障診斷方法上面投入更多的時(shí)間與精力。由于故障診斷的過程十分繁瑣，具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，因此，不能對故障研究使用單一的分析診斷方法，而應(yīng)運(yùn)用不同的方法進(jìn)行研究分析。即是說，只要可以對該故障診斷起到一定輔助作用的方法都要合理地利用起來，在探求故障診斷的手段、方法以及原理的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)廣泛從多類學(xué)科中探索有用的內(nèi)容，這也造就了故障診斷具有多學(xué)科交叉的顯著特點(diǎn)。

（1）傳統(tǒng)交流牽引電機(jī)故障診斷方法。先利用化學(xué)、物理手段對電機(jī)故障中的化學(xué)、物理現(xiàn)象進(jìn)行直接地檢測；再通過故障征兆對電機(jī)故障進(jìn)行診斷，這是電機(jī)故障中最成熟也是最常用的方法。在具體實(shí)施過程中，對獲取到的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的各項(xiàng)信號進(jìn)行分析，將信號中的特征信息提取出來，以此來掌握本次故障的征兆，在此基礎(chǔ)上對故障進(jìn)行診斷。因?yàn)椴煌髡着c電機(jī)故障之間的關(guān)系不具備一一對應(yīng)的特點(diǎn)，因此這種故障診斷方法常常需要工作人員反復(fù)求解、反復(fù)探索。

（2）人工智能的故障診斷方法?；趥鹘y(tǒng)電機(jī)故障診斷方法，融入人工智能（Artificial Intelligence）的方法與理論。形成一個(gè)更加智能的電機(jī)故障診斷方法，它開辟了一條全新的故障診斷途徑，在實(shí)際操作中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，主導(dǎo)著電機(jī)故障診斷的大方向。

（3）利用數(shù)學(xué)方法對交流牽引電機(jī)進(jìn)行故障診斷。電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷技術(shù)目前依舊是一個(gè)不夠成熟的學(xué)科，仍然需要進(jìn)一步發(fā)展與完善，這就需要它對各個(gè)學(xué)科的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行廣泛融合與利用，尤其是對數(shù)學(xué)工具的有效借助。包括在模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的診斷方法、在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的診斷方法以及在模式識別基礎(chǔ)上的診斷方法。

4 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，人們越來越關(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，從而推動了交流傳動電力機(jī)車的開發(fā)和應(yīng)用。在交流傳動電力機(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作用。

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白利平（1970-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車的檢修與維護(hù)。