機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)接地故障分析與防范

摘 要：電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車以及電力機(jī)車廣泛使用的牽引電動(dòng)機(jī)多為串勵(lì)直流牽引電動(dòng)機(jī)，在使用過(guò)程中，電機(jī)接地是較為常見(jiàn)且嚴(yán)重的故障。本文對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的接地故障原因進(jìn)行了分析，并且提出了有針對(duì)性的解決辦法。

關(guān)鍵詞：機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)；接地故障；故障分析；故障處理

中圖分類號(hào)：U264.11

1 問(wèn)題的引出

電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車以及電力機(jī)車廣泛使用的牽引電動(dòng)機(jī)多為串勵(lì)直流牽引電動(dòng)機(jī)。牽引電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子通常稱為電樞，電樞通過(guò)電樞軸承與定子保持相對(duì)位置，使兩者之間有一間隙，稱為空氣隙。此外，牽引電動(dòng)機(jī)還有一套刷架圈裝置使外電路與電樞相連。定子主要由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋和軸承等部件組成。牽引電動(dòng)機(jī)的定子用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)、提供磁路并作為電機(jī)的機(jī)械支承。主磁極由主極鐵芯和勵(lì)磁線圈兩部分組成，用來(lái)產(chǎn)生主磁場(chǎng)。換向極由換向極鐵芯和換向極線圈組成，用來(lái)改善電機(jī)換相向。

圖1 ZQDR410型牽引電動(dòng)機(jī)

1.軸承壓蓋；2.刷架圈；3.主磁極；4.電樞繞組；5.電樞鐵芯；6.轉(zhuǎn)軸；7.軸承；8.后端蓋；9.機(jī)座；10.換向極；11換向器；12.前端蓋

牽引電動(dòng)機(jī)有其特殊的工作條件：空間尺寸受到軌距和動(dòng)輪直徑的限制；在機(jī)車運(yùn)行通過(guò)軌縫和道岔時(shí)要承受相當(dāng)大的沖擊振動(dòng)；大、小齒輪嚙合不良時(shí)電樞上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；在惡劣環(huán)境中運(yùn)用，雨、雪、灰沙容易侵入等。在使用過(guò)程中，牽引電動(dòng)機(jī)是機(jī)車故障的多發(fā)部位。比如牽引電動(dòng)機(jī)的“接地”故障。

2 故障分析及解決方案

牽引電動(dòng)機(jī)接地的原因比較復(fù)雜，除了本身結(jié)構(gòu)原因之外，還有使用中的一些因素。下面，就牽引電動(dòng)機(jī)的幾種常見(jiàn)接地故障形式進(jìn)行分析，并指出避免該故障的方法。

2.1 電機(jī)虛接地。電機(jī)虛接地指的是內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)接地。

柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷下工作時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)電流大，在定子線圈引線和電樞換向器壓圈兩個(gè)部位易發(fā)生接地故障。發(fā)生接地故障主要因素有：

（1）換向器產(chǎn)生瞬時(shí)火花，對(duì)地短路。柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷下工作時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)電刷電流較大，電機(jī)換向困難，換向器表面易產(chǎn)生1極以上火花。這時(shí)換向器的火花最主要的對(duì)地放電部位為換向器壓圈邊沿；改進(jìn)措施：加厚電樞換向器無(wú)緯帶綁扎厚度，使之與壓圈外沿直徑相同，加寬寬度，能有效消除放電點(diǎn)，避免換向器邊沿對(duì)壓圈放電；

（2）油污電離放電。在高溫條件下，油污雜質(zhì)易發(fā)生電離，成為繞組與機(jī)殼、繞組鐵芯間的導(dǎo)電體。柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷下工作時(shí)，電流大，發(fā)熱嚴(yán)重，溫升高，油污雜質(zhì)產(chǎn)生電離的幾率很高。造成定子磁極線圈與機(jī)殼之間短路，產(chǎn)生接地故障。其中最主要的部位是主、附極線圈的引線根部。原因是隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，絕緣包扎松散，密封性差，絕緣效果差。

改進(jìn)措施：定子線圈引線根部外層絕緣包扎改用絕緣性能更好的材料，如膠性亞胺薄膜，之后，再在包扎材料表面涂上一層環(huán)氧樹(shù)脂，會(huì)有效地改善絕緣效果，防止定子磁極線圈與機(jī)殼之間接地故障的發(fā)生。

2.2 電機(jī)實(shí)接地。電機(jī)實(shí)接地是指電機(jī)內(nèi)電器元件之間由于某種原因發(fā)生非法接觸而造成的接地故障。常見(jiàn)的故障原因有：

（1）電機(jī)絕緣老化。在機(jī)車運(yùn)行時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)要承受來(lái)自牽引電動(dòng)機(jī)內(nèi)部和外部的各種因素的作用。其絕緣結(jié)構(gòu)要受到電場(chǎng)、熱、機(jī)械應(yīng)力等內(nèi)因的作用。電機(jī)運(yùn)行時(shí)所處的環(huán)境條件，如溫度、濕度、污染、外界機(jī)械力等外部因素的作用。實(shí)際運(yùn)行中，各種因素相互作用，是對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

牽引電機(jī)絕緣損壞基本是發(fā)熱造成的。受工作條件的制約，牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)必須緊湊，在設(shè)計(jì)上必須要取較大的電流密度，工作時(shí)，不可不免地有嚴(yán)重的發(fā)熱現(xiàn)象，主要是在導(dǎo)體中由電流產(chǎn)生的熱量。牽引電機(jī)的溫升就比普通工業(yè)用的電機(jī)要高得多，絕緣受熱的影響更嚴(yán)重。絕緣材料在熱的作用下性能逐漸發(fā)生劣化——熱老化，從而使絕緣層的機(jī)械強(qiáng)度和擊穿電壓降低。當(dāng)絕緣喪失其機(jī)械和彈性時(shí)，它就沒(méi)有能力抵抗振動(dòng)、外力的作用和潮氣的侵入。因此，絕緣材料熱老化以后，在較小的機(jī)械力作用下，在過(guò)電壓甚至工作電壓下就能使絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)生短路或接地。

此外，由于牽引電動(dòng)機(jī)掛在車體下面，工作時(shí)，使用環(huán)境很惡劣，很容易受潮、受污染，并經(jīng)常受到溫度、濕度波動(dòng)的影響。電樞繞組受離心力、軌道的沖擊、振動(dòng)等復(fù)合作用，這些都會(huì)使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)的絕緣受到損壞。因此，牽引電機(jī)與一般工業(yè)電機(jī)相比較，其絕緣的損壞要快得多。

為提高絕緣結(jié)構(gòu)的工作效能，一般地可以考慮采取以下措施：1）精選原材料，保持牽引電動(dòng)機(jī)的清潔，定期清除有害的雜質(zhì)；2）絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化，用合理浸漬或其它方法徹底根除絕緣中的孔隙或氣泡，防止局部放電引起的擊穿；3）改善絕緣所處的環(huán)境條件，采用澆注和表面涂封等保護(hù)措施，以增強(qiáng)散熱，減少振動(dòng)以及保護(hù)主絕緣不和潮氣、臭氧和其他有害氣體直接接觸等，這樣可以提高絕緣的擊穿電壓，延長(zhǎng)絕緣的使用壽命。

（2）牽引電動(dòng)機(jī)更換線圈時(shí)，留下的故障隱患：1）電樞繞組接地。電樞繞組接地的原因包括電樞線圈有異物；電樞線圈松動(dòng)，離心力和振動(dòng)造成的磨破絕緣；線圈形狀不規(guī)整，菱形截面，線匝錯(cuò)位；電樞線圈有小彎、電樞槽形不齊、清理不干凈；嵌線操作不當(dāng)，下線時(shí)絕緣有損傷；槽楔打進(jìn)和退出時(shí)損傷絕緣等。2）定子接地。定子接地的原因包括主附極線圈變形；鐵芯變形或有毛刺；主附極線圈一體化效果不良；電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)油污或其他雜質(zhì)；線圈包扎不到位等。以上原因，如果保證電動(dòng)機(jī)及時(shí)檢修，在電動(dòng)機(jī)檢修時(shí)，加強(qiáng)質(zhì)量管理，提高檢修質(zhì)量，保證電動(dòng)機(jī)良好的工作狀態(tài)，即可有效消除隱患。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為機(jī)車使用單位，為提高牽引電動(dòng)機(jī)的可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命，可在牽引電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)方面下功夫，特別注意加強(qiáng)牽引電動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部位的日常檢查與維護(hù)：

（1）換向器的維護(hù)。機(jī)車整備作業(yè)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)換向器的檢查。在小、輔修時(shí)，用壓縮空氣吹掃和用酒清、干凈抹布擦去換向器表面及燕尾帶的導(dǎo)電塵埃；如果換向器表面有輕微拉傷、灼痕或異常發(fā)黑，用細(xì)砂布打磨并用酒精擦洗；換向器表面拉傷、灼痕或異常發(fā)黑嚴(yán)重的牽引電動(dòng)機(jī)，需要根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)要求對(duì)電機(jī)換向器表面采取機(jī)械處理的手段；

（2）刷架的維護(hù)。整備作業(yè)時(shí)，檢查刷架圈定位螺母無(wú)松動(dòng)，防緩標(biāo)記清晰、不錯(cuò)位，刷架定位塊不松動(dòng)，無(wú)脫落。刷架無(wú)裂紋、燒損、變形，緊固螺絲不松動(dòng)。彈簧及壓指無(wú)裂紋，壓指應(yīng)在工作位。

小輔修時(shí)，用酒清、干凈抹布擦去刷桿處的導(dǎo)電塵埃。按技術(shù)要求，檢查各電刷磨耗狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊洪文.125MW發(fā)電機(jī)引出線伸縮節(jié)的改進(jìn)[J].電力建設(shè)，1981（01）.

[2]松下·萬(wàn)寶（廣州）壓縮機(jī)有限公司新星小組.防止定子線圈碰傷[A].全國(guó)第第24次質(zhì)量管理小組代表會(huì)議成果匯編[C]，2002.

[3]羅強(qiáng).機(jī)車在昆明和越南的試驗(yàn)報(bào)告[R].中國(guó)南車集團(tuán)資陽(yáng)機(jī)車廠，2002.

作者簡(jiǎn)介：李嘉（1969-），男，教師，副教授，研究方向：鐵道機(jī)車車輛。

作者單位：遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧錦州 121000