CRH380B型動車組走行部溫度異常故障分析與研究

趙振申

(中國鐵路濟南局集團有限公司 青島動車段， 山東青島 266000)

CRH380B型動車組走行部分為動車和拖車兩種，動車走行部比拖車多出牽引電機、齒輪箱等傳動裝置。為實時監(jiān)測軸箱、齒輪箱和牽引電機狀態(tài)，在每個軸承及牽引電機定子處均安裝有溫度傳感器，當溫度超過預警報警門檻值時，動車組將自動采取封鎖牽引、降速運行或者停車等措施。動車組運用過程中，發(fā)生多起因溫度采集不可靠、溫度傳感器故障、軸承溫度超溫影響列車運行秩序的問題，研究制定此類故障的預防措施，對保證動車組行車安全具有重要意義。

1 溫度傳感器工作原理

CRH380B型動車組走行部溫度實時監(jiān)測通過Pt100溫度傳感器實現(xiàn)，Pt100溫度傳感器阻值隨溫度變化而變化，溫度和電阻的關系接近線性變化，傳感器阻值為：R=R0+aT;其中R0=100 Ω，a=0.385 1 Ω/℃，T為當前溫度，溫度與電阻值變化關系如圖1。Pt100溫度傳感器是一個模擬信號，將電阻值轉變?yōu)殡妷褐岛?，傳送到Compact Pt100中來得到相應的溫度值。每車溫度傳感器安裝位置及數(shù)量如表1。

圖1 Pt100溫度傳感器電阻值與溫度變化關系

類別動車拖車大齒輪箱電機側4/大齒輪箱輪側4/小齒輪箱電機側4/小齒輪箱輪側4/牽引電機驅動端4/牽引電機非驅動端4/牽引電機定子4/軸箱88

由于溫度傳感器比較多，車內(nèi)安裝有24-T16、24-T17、24-T18等Compact Pt100設備采集溫度傳感器數(shù)據(jù)，設備安裝位置及監(jiān)測內(nèi)容如表2。

表2 Compact Pt100安裝位置及監(jiān)測內(nèi)容

2 常見故障分析

2.1 溫度傳感器故障

2.1.1軸箱溫度傳感器故障

CRH380B型動車組軸箱溫度傳感器為A、B雙通道冗余設計，分別將信號傳送到24-T16、24-T17網(wǎng)絡模塊，網(wǎng)絡模塊通過列車WTB總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到CCU中。當其中一個通道出現(xiàn)問題時，CCU仍可監(jiān)測到軸承溫度，動車組可維持運行，同時在維修界面可以查看到故障信息，方便檢修人員處理故障。但是，在兩路均發(fā)生故障且速度大于220 km/h時，CCU將輸出最大常用制動；速度小于220 km/h后，制動緩解，列車被限制在220 km/h以內(nèi)運行。某段配屬CRH380B型動車組58組，2017年以來運行中發(fā)生的動車組軸箱溫度傳感器故障類型如表3。

表3 動車組軸箱溫度傳感器故障類型

2.1.2齒輪箱溫度傳感器故障

齒輪箱溫度傳感器結構有別于軸箱溫度傳感器，為單通道設計。Compact Pt100將齒輪箱大小齒輪輪側和電機側軸承溫度測量數(shù)據(jù)轉化為MVB格式的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)周期性的發(fā)給TCU，TCU在檢測Compact Pt100狀態(tài)(是否處于正常狀態(tài))的同時，周期性的檢測軸承溫度，齒輪箱軸承溫度監(jiān)測流程如圖2?，F(xiàn)場運用中，齒輪箱溫度監(jiān)測故障現(xiàn)象有溫度不顯示、溫度跳變、與同車溫差大3種，故障原因多為Compact Pt100故障或者溫度傳感器故障，也有少數(shù)因齒輪箱油金屬含量超標導致的與同車溫差大故障。

圖2 齒輪箱軸承溫度監(jiān)測流程

2.2 牽引電機冷卻裝置故障

CRH380B型動車組每個動車轉向架安裝有兩臺使用強迫風冷卻的三相交流異步牽引電機。冷卻風機安裝在車下設備艙內(nèi)(該處裙板帶有通風格柵用于空氣從車外流入)，風機轉動將冷卻空氣經(jīng)集成風道送達每個電機頂部的進氣口，冷卻空氣流過定子內(nèi)的軸向空氣管路和轉子鐵芯后，經(jīng)電機側面出風口排出，從而達到為牽引電機定子冷卻目的。牽引電機冷卻裝置故障分為以下幾種：

(1)冷卻風機故障

冷卻風機為三相異步雙速電機，在滿足電機定子冷卻需要的前提下，冷卻風機轉速在高速和低速之間切換。當風機內(nèi)部發(fā)生軸承卡滯、三相阻值不平衡等故障時，風機將停止轉動，此時不能滿足牽引電機運行需求，從而導致牽引變流器封鎖牽引并報出故障代碼2506(牽引箱風扇：MCS關閉)。

(2)冷卻風機控制故障

牽引電機冷卻風機設計有獨立的高速、低速供電電路，列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)會根據(jù)車輛運行狀態(tài)輸出風機高速或者低速運轉指令來控制相應回路的建立。冷卻風機在高速和低速之間的功能轉換，是由TCU根據(jù)風機供電狀態(tài)、輔助變流器啟動數(shù)量和牽引電機定子溫度控制。風機正常啟動時，直接啟動高速；當風機高速供電電路故障、輔助變流器啟動數(shù)量低于3個或者定子溫度低于95℃時，將啟動低速；列車正常運行，高速風扇發(fā)生故障，牽引力降低25%。

(3)冷卻風道堵塞

牽引電機冷卻裝置通過三層非封閉式圓形管壁組成空氣過濾器，空氣過濾器外部有防護格柵進行保護并阻擋大塊異物。每個過濾層都會阻擋異物灰塵，被阻擋的異物灰塵堆積在下方的溝槽內(nèi)。經(jīng)過三層阻擋式過濾，將較為干凈的氣體送入風道冷卻牽引電機。當空氣過濾層背面沾有灰塵或絮狀物時，牽引電機通風量減少、冷卻效果下降，將導致電機定子溫度超溫故障，動車組運行中須停車檢查，嚴重影響列車運行秩序，這一故障須引起運用部門足夠重視。牽引電機通風裝置防護格柵如圖3,牽引電機通風裝置空氣過濾器背面絮狀物如圖4。

2.3 Compact Pt100故障

Compact Pt100作為列車網(wǎng)絡對動車組走行部軸承溫度監(jiān)控的重要組成部分，運行中發(fā)生故障將無法采集軸承溫度，對列車運行造成影響。CRH380B型動車組軸箱軸承溫度監(jiān)控由24-T16和24-T17網(wǎng)絡模塊獨立完成，只有在24-T16、24-T17這兩個Compact Pt100設備同時故障時，CCU才會失去對軸溫的監(jiān)控影響列車運行。通過對動車組運用檢修故障統(tǒng)計分析，兩個模塊同時發(fā)生功能性故障的概率極小。然而，當24-T16、24-T17或者24-T18某個模塊發(fā)生故障時，將會影響TCU對牽引電機或者齒輪箱溫度的監(jiān)控功能，出于故障導向安全設計機理，此時TCU將控制轉矩輸出封鎖牽引。

因此，當溫度傳感器或者Compact Pt100設備發(fā)生故障時均會造成TCU無法采集牽引電機或者齒輪箱溫度，導致牽引丟失。對某段2017年以來動車組運行故障進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)因走行部溫度問題導致牽引丟失的原因有以下3種，故障數(shù)量及占比如圖5。

圖3 牽引電機通風裝置防護格柵

圖4 牽引電機通風裝置空氣過濾器背面絮狀物

3 故障應對措施

3.1 溫度傳感器故障預防

溫度監(jiān)測發(fā)生溫度跳變、單通道溫度監(jiān)測失效故障多與溫度傳感器絕緣老化有關。動車組走行部溫度傳感器安裝在軸箱、牽引電機及齒輪箱殼體上，運用過程中從安裝基座侵入水份會使傳感器防護等級下降，導致傳感器自身出現(xiàn)故障，從而引起溫度監(jiān)測故障。目前，為了防止傳感器進水、異物擊打問題，動車組出廠前在安裝座處加裝了防水膠泥。但是運用中發(fā)現(xiàn)在雨雪、寒冷、炎熱天氣中，膠泥易發(fā)生開裂、掉塊問題，對傳感器的防護能力減弱。通過在膠泥外部加裝尼龍紗網(wǎng)，很好的解決了這一問題，并且已在軸端速度傳感器、溫度傳感器取得了良好的運用考核效果。膠泥安裝方案對比如圖6。

圖5 牽引丟失故障原因統(tǒng)計

圖6 膠泥安裝方案對比

3.2 牽引電機冷卻裝置故障防控

防控牽引電機冷卻裝置故障可從以下兩方面入手：

(1)對牽引電機冷卻風機進行動平衡檢查

風機啟動后，通過電腦軟件進行高速、低速轉換，檢查通風機有無偏磨、異常振動、卡滯現(xiàn)象，提前發(fā)現(xiàn)、更換問題風機。

(2)定期清潔進風裝置

進入夏季前，運用部門可對牽引電機冷卻裝置過濾器進行一輪深入清潔，主要是清除附著在過濾器內(nèi)部的毛絮、灰塵等異物。清潔完畢后，將風機切換至高速模式，在電機傳動端出風口位置利用風速測量儀測量牽引電機通風量且風速值不低于10 m/s。

3.3 走行部溫度數(shù)據(jù)分析

CRH380B型動車組安裝有高速動車組遠程無線傳輸系統(tǒng)(WTDS)，運用部門使用遠程客戶端可實時監(jiān)控走行部溫度數(shù)據(jù)。對走行部溫度監(jiān)控分為軸箱軸承、齒輪箱軸承、牽引電機軸承和牽引電機定子溫度4種，通過對溫度數(shù)據(jù)分析，可以提前鎖定存在故障隱患的軸承、溫度傳感器，這一方法在預防走行部溫度故障方面起到了良好的效果。結合該車型歷史運用數(shù)據(jù)，走行部溫度報警故障多發(fā)生在長大區(qū)間內(nèi)，所以運用部門在每次調(diào)整運行圖時，需要根據(jù)擔當交路將列車以300 km/h 速度持續(xù)運行1 h以上的車次納入重點監(jiān)控范圍，防止溫度預警、報警故障發(fā)生。

3.4 運用維修重點建議

(1)外觀狀態(tài)檢查是判斷設備狀態(tài)的必要手段，日?？蓪榆嚱M防水膠泥、牽引電機和齒輪箱感溫標貼納入重點檢查范圍，發(fā)現(xiàn)破損膠泥、感溫標貼及時補裝，發(fā)現(xiàn)感溫標貼溫度變化異常時下載車載數(shù)據(jù)對牽引電機或者齒輪箱溫度進行確認，提前發(fā)現(xiàn)故障部位，消除故障隱患。

(2)齒輪箱作為油冷部件，潤滑油的品質對冷卻效果起到至關重要的作用。運用中齒輪箱油曾出現(xiàn)過油位超限、乳化、變色、金屬含量超標問題，影響了齒輪箱軸承的散熱效果。為確保齒輪箱工作狀態(tài)，一是一級修檢查時確認油位在正常范圍內(nèi)，齒輪箱無漏油、滲油現(xiàn)象，油色正常，無乳化；二是對齒輪箱油進行油脂化驗，發(fā)現(xiàn)金屬含量超標時及時更換齒輪箱油，并做好數(shù)據(jù)跟蹤，跟蹤過程中再次發(fā)生超標問題則更換輪對。

(3)使用WTDS分析動車組Compact Pt100故障。Compact Pt100多次發(fā)生閃報故障，通過WTDS可以準確鎖定故障部位，動車組運行中可以通知隨車機械師進行空開復位消除故障，待動車組入庫后更換故障部件。

4 結束語

動車組走行部對列車運輸秩序、運行安全具有重要影響，通過分析動車組走行部溫度故障，制定故障預防措施，對走行部預警報警故障做到可防、可控，對降低動車組故障率、提高運行品質具有重要作用。