高速動車組牽引電機溫度繼電器故障分析和改進措施

趙志春

(濟南鐵路局　設(shè)備監(jiān)造處， 山東濟南 250001)

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高速動車組牽引電機溫度繼電器故障分析和改進措施

趙志春

(濟南鐵路局設(shè)備監(jiān)造處， 山東濟南 250001)

介紹了高速動車組牽引電機溫度繼電器的工作機理，對其在運用過程中自身問題引發(fā)的誤報警情況進行了原因分析，并提出了有效的改進措施。

溫度繼電器； 牽引電機； 高速動車組； 誤報警； 改進措施

高速動車組牽引電機為實現(xiàn)定子鐵芯溫度監(jiān)視和異常報警，提高動車組安全監(jiān)控能力，普遍加裝了溫度檢測繼電器，當(dāng)檢測到溫度超過報警閾值時，繼電器觸點斷開，通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進行及時報警，提示司機立即停車檢查，從而提高牽引電機和動車組高速運行過程中的安全性能。

高速動車組牽引電機加裝溫度繼電器投入運營一段時間后，由于溫度繼電器自身問題，導(dǎo)致在動車組運用過程中多次發(fā)生了牽引電機溫度高故障誤報警情況，對高速動車組正常運營造成了不良影響。

本文通過對高速動車組牽引電機溫度繼電器工作機理的分析，對繼電器故障進行了深入的調(diào)查、研究和分析，制定了有效的改進措施，經(jīng)過現(xiàn)車驗證，確認(rèn)了改進措施的有效性。

1　溫度繼電器工作機理

1.1牽引電機溫度高報警檢測電路原理

牽引電機溫度高報警檢測電路如圖1所示，每節(jié)動車組4個牽引電機溫度繼電器串聯(lián)，共同控制一個外部繼電器。電機溫度正常時，牽引電機溫度繼電器均處于閉合狀態(tài)，當(dāng)一臺及一臺以上牽引電機溫度高時，其溫度繼電器觸點斷開，外部繼電器失電，其輔助觸點斷開，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)監(jiān)測到該輔助觸點斷開時即報牽引電機溫度高故障。

圖1　牽引電機溫度高報警檢測電路

1.2溫度繼電器結(jié)構(gòu)及機理

溫度繼電器是由溫控器、殼體、電纜線、填充材料等部件組成的一種熱保護元件，它將雙金屬片密封在殼體中形成溫控器，如圖2所示。

溫控器由觸點和雙金屬片組成，雙金屬片由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬組成，在正常工作狀態(tài)下，觸點和雙金屬片接通，當(dāng)?shù)竭_一定溫度(動作溫度)，雙金屬片受熱發(fā)生形變，觸點斷開，此時電路斷開，當(dāng)溫度下降到一定溫度時(回復(fù)溫度)雙金屬片形狀恢復(fù)正常狀態(tài)，觸點閉合，此時電路閉合。利用溫控器這一特性來實現(xiàn)溫度繼電器的功能。圖3為溫控器結(jié)構(gòu)圖，圖4為溫控器動作前后狀態(tài)。

1-導(dǎo)熱絕緣填充物；2-溫控器；3-絕緣套管；4-殼體；5-頂蓋；6-固線接頭；7-線纜。

圖2溫度繼電器結(jié)構(gòu)圖

1-陶瓷塞塊；2-動觸片(雙金屬片)；3-觸點；4-外殼；5-靜觸片；6-環(huán)氧樹脂；7-引線

圖3溫控器結(jié)構(gòu)圖

圖4　溫控器動作前后狀態(tài)

1.3溫度繼電器主要參數(shù)

溫度繼電器參數(shù)如表1所示：

表1　溫度繼電器參數(shù)表

2　原因分析和故障定位

2.1故障排查分析

2.1.1試驗檢測

對發(fā)生牽引電機溫度高報警車廂的4個溫度繼電器進行例行試驗檢查、高溫振動試驗、浸水試驗等一系列試驗檢測。試驗檢測項目及檢測結(jié)果如表2和表3所示。

表2　試驗檢測項目

表3　試驗檢測結(jié)果

2.1.2拆解檢查

將4個溫控器分別從溫度繼電器中拆解出來，發(fā)現(xiàn)1軸溫度繼電器溫控器內(nèi)雙金屬片觸點有輕微發(fā)黑現(xiàn)象，說明繼電器確實發(fā)生過動作。其余溫度繼電器正常，如圖5所示。

2.1.3故障件歷史數(shù)據(jù)追溯

對故障溫度繼電器從元器件入廠，至繼電器裝車共計7個生產(chǎn)環(huán)節(jié)(溫控器入廠篩選→溫控器老化試驗后篩選→組裝半成品后篩選→封裝后成品篩選→成品打標(biāo)后篩選→入廠檢測→溫度繼電器裝車)進行排查，發(fā)現(xiàn)存在兩個問題：

(1)故障溫度繼電器性能穩(wěn)定性差：老化前后的動作溫度值雖符合設(shè)計要求(185±5)℃，但波動比較大，相差達7.7 ℃。

(2)成品繼電器存放時間長，裝車前檢查確認(rèn)措施不全，裝車前只做了阻值測量，沒有進行溫度動作值確認(rèn)和絕緣性能測試。

2.2系統(tǒng)排查

從以下幾方面進行排查及分析：

(1)結(jié)合高速動車組三、四級修，對溫度繼電器的接觸電阻進行測量對比分析，并按照接觸電阻≤50 MΩ的標(biāo)準(zhǔn)進行管控；

(2)利用從高級修篩選出來疑似不良品進行系統(tǒng)的測試及分析；

(3)梳理繼電器的歷史數(shù)據(jù)，查找規(guī)律。

通過三四級修溫度繼電器接觸電阻對比分析，統(tǒng)計約有20.5%的溫度繼電器出現(xiàn)阻值漂移，表現(xiàn)出不穩(wěn)定性。高級修過程中共剔除出59個疑似不良品(占比為15%)，從絕緣性能、動作溫度、回復(fù)溫度等方面對其進行了測試分析，結(jié)果表明經(jīng)過60萬km運行后，溫度繼電器動作溫度較新造普遍降低，個別已存在隱患。為進一步查明溫度繼電器性能下降的趨勢，對59個溫控器原始篩選數(shù)據(jù)進行追溯對比，如圖6和圖7所示。老化前后動作溫度波動較大(大于5℃)或者回復(fù)溫度高于動作溫度的產(chǎn)品，其動作溫度有漂移到175℃以下、溫度閃斷或高溫振動條件下動作溫度降低的趨勢。

2.3分析結(jié)論

通過對故障件試驗檢測、拆解檢查、歷史追溯，以及對高級修溫度繼電器進行統(tǒng)排查分析，得出如下分析結(jié)論：

(1)溫控器老化前后動作溫度試驗中，僅規(guī)定了門檻值，而沒有規(guī)定波動值，未能全部篩選出不穩(wěn)定器件。

(2)成品繼電器存放時間長(存放6個月)，裝車前檢查確認(rèn)措施不全，未進行動作溫度檢測，導(dǎo)致不良品上線運用。

(3)部分溫度繼電器絕緣性能下降，制造工藝需進行優(yōu)化。

(4)彈片式溫控器是溫度敏感及振動敏感型器件。由于牽引電機高溫及振動的影響，振動敏感特性成為產(chǎn)品失效的誘因并導(dǎo)致產(chǎn)品壽命耗損。

圖6　老化篩選時動作溫度波動>5 ℃的樣本數(shù)據(jù)分析

圖7　老化篩選時回復(fù)溫度高于動作溫度的樣本數(shù)據(jù)分析

(5)根據(jù)目前研究的樣本(如圖8所示)，可看出部分繼電器動作溫度與出廠時初始值已有偏離，同時動作溫度呈下降趨勢。

圖8　溫度繼電器動作溫度下滑趨勢

3　改進和處理措施

3.1 新制產(chǎn)品優(yōu)化

3.1.1優(yōu)化溫度繼電器制造工藝

細(xì)化設(shè)計圖紙和工藝文件，明確溫度繼電器內(nèi)部絕緣處理要求，加強質(zhì)量控制。產(chǎn)品出廠前進行100%浸水試驗。

3.1.2完善溫度繼電器出廠試驗項點

控制老化前后溫控器動作溫度波動閾值：優(yōu)化器件篩選方案，對比溫控器老化篩選前后數(shù)據(jù)，對新造產(chǎn)品加嚴(yán)控制在2 ℃以內(nèi)。

增加高溫振動下動作、回復(fù)溫度檢測：對成品進行100%高溫振動試驗(GB/T21563：1類A級耐久性試驗，橫向和垂向各10 min，溫度范圍130～160 ℃ )。

3.2針對運營動車組的繼電器處置

對在線運行的高速動車組溫度繼電器進行普查(接觸電阻≤50 mΩ)。

梳理已裝車溫度繼電器的歷史數(shù)據(jù)，對老化前后動作溫度波動超過4 ℃的進行及時更換。

結(jié)合高級修對所有牽引電機溫度繼電器更換為增加檢測項點的新品。

3.3加強備品管理

制定詳細(xì)的繼電器倉儲管理細(xì)則，明確存儲時間及超出時間后的處置方案。

3.4加強過程管控

對供應(yīng)商進行現(xiàn)場審核，從制造工藝、工裝設(shè)備、篩選方案、檢驗手段等方面提出整改要求，加強對過程的質(zhì)量管控，提高產(chǎn)品可靠性。

3.5溫度繼電器可靠性及壽命提升

采用并聯(lián)式冗余設(shè)計的溫度繼電器方式(兩個常閉溫控器并聯(lián))，降低溫度繼電器的故障率，提高溫度繼電器的可靠性。同時進行工藝優(yōu)化，由原來的隨機裝配方式(無法控制安裝方向和安裝位置)變更為分段組件裝配，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)對產(chǎn)品造成的損害，提高產(chǎn)品的可靠性。結(jié)構(gòu)如圖9所示。

1-絕緣膠紙；2-密封膠；3-絕緣管；4-殼體；5-頂蓋；6-金屬焊接；7-管型端子；8-云母片；9-固線接頭；10-電纜；11-電子線；12-溫控器;13-電流焊接。

圖9冗余式溫度繼電器結(jié)構(gòu)圖

4　結(jié)束語

通過對牽引電機溫度繼電器存在問題的深入剖析，找到了高速動車組牽引電機溫度高故障誤報警的根本原因，并對牽引電機溫度繼電器設(shè)計優(yōu)化和改進提出了有效措施。

截止目前，優(yōu)化制造工藝并完善檢查項點的新制溫度繼電器已投入實際運用，未再由此引發(fā)牽引電機溫度高誤報警情況，改進效果明顯，同時，并聯(lián)式冗余設(shè)計的溫度繼電器已經(jīng)投入運用考核，考核結(jié)束后將實施批量更換，進一步提高溫度繼電器的工作可靠性，避免因溫度繼電器引發(fā)牽引電機溫度高誤報警情況。

[1]動車組供電牽引系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2012.

[2]劉志明，史紅梅. 動車組裝備[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[3]何為. 電磁兼容原理和應(yīng)用[M]北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2008.

The Failure Analysis and Improvement Measures of High-speed EMU Traction Motor Temperature Relay

ZHAO Zhichun

(Equipment Supervision Office, Jinan Railway Bureau, Jinan 250001 Shandong, China)

The working mechanism of High-speed EMU traction motor temperature relay was introduced, the reason of false alarm in operation, which caused by relay's own problems, was analyzed and the improvement measures were proposed.

temperature relay; traction motor; high-speed EMU; false alarm; improvement measures

1008-7842 (2016) 01-0093-04

??)男，高級工程師(

2015-08-18)

U266.2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.24