蘇州地鐵牽引電機架修過程匝間絕緣測試標準研究

李蘇隴

摘要：本文主要通過對蘇州2號線牽引電機架修維修過程中定子匝間測試發(fā)生的相關(guān)問題進行分析說明，進一步明確蘇州2號線牽引電機維修時匝間測試的電壓測試標準，為后續(xù)各項目牽引電機維修測試提供必要的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牽引電機;電機架修;匝間測試;測試標準

一、引言

蘇州軌道交通2號線自2013年12月28日開始運營至2018年5月，運營時長近5年，主線車輛運營里程近65萬公里。運營時長及運營里程兩項指標均達到了車輛架修的標準。因此，自2018年5月始蘇州2號線電客車正式進入首輪架修。

蘇州軌道交通2號線電客車牽引電機使用的是斯柯達生產(chǎn)的ML3836K/4型三相鼠籠式異步電機，電機額定輸出功率190KW，額定電壓3×965V，額定電流141A，頻率61HZ，額定轉(zhuǎn)速1800r/m[1]。

牽引電機作為車輛牽引系統(tǒng)的核心部件，電機維修質(zhì)量的好壞將會直接影響車輛架修的整體質(zhì)量。牽引電機架修時，牽引電機繞組在實際運行過程中可能因機械負荷、溫升、粉塵等媒介以及在電磁場等的作用下，造成其電氣絕緣性能下降或者劣化[2]。因此，電機架修過程中，繞組的匝間測試是判斷定子線圈及電機整體絕緣性能的關(guān)鍵工序。

二、牽引電機匝間測試原理及判斷方法

2.1電機繞組匝間絕緣測試原理

匝間絕緣測試的原理是在繞組兩端加一個具有規(guī)定電壓峰值和波前時間的沖擊電壓脈沖，此脈沖能量在繞組與匹配電容之間產(chǎn)生一個并聯(lián)自激振蕩波形，由于繞組本身直流電阻的存在，此諧振波會快速衰減為0，通過分析被測繞組振蕩波形與標準繞組振蕩波形之間的差異度，即可判斷被測繞組絕緣性能是否良好，是否存在匝間短路或匝間絕緣不良等問題[3]。

2.2電機繞組匝間測試的判斷方法

同一設計的三相電機繞組，其各相繞組的R、L、C的設計值應該是對稱平衡的。當沖擊脈沖電壓侵入電機繞組時，在繞組中將形成衰減的振蕩波形，振蕩頻率為：

因此，通過對比三相繞組中衰減振蕩波形的重合度即可判斷電機繞組匝間等絕緣狀態(tài)是否良好[3]。

三、牽引電機匝間測試典型案例

3.1基本情況描述

2019年5月8日上午，蘇2架修電機序列號（20130170）在出廠進行匝間測試時發(fā)現(xiàn)匝間電壓波形對比超差。匝間電壓為12KV時，波形對比結(jié)果超差為14%;匝間電壓為8KV時，波形對比結(jié)果超差為9%。均不符合斯柯達規(guī)定的波形不重合度<8%的要求。

在對電機整機測試環(huán)節(jié)，對此電機進行141A加載測試運轉(zhuǎn)3分鐘時，電機產(chǎn)生異味，電機內(nèi)部伴有火花?，F(xiàn)場立即停止測試并拆機后發(fā)現(xiàn)定子繞組擊穿燒毀。

3.2原因及分析說明

（1）電機定子繞組本身嵌線不良絕緣損傷

經(jīng)查該臺電機的生產(chǎn)記錄，該臺電機生產(chǎn)于2013年，2013年出廠例行測試數(shù)據(jù)中匝間浪涌測試數(shù)據(jù)為12KV波形超差2.5%。符合斯柯達<8%的測試標準。

該臺電機2019年入廠維修拆解前的測試數(shù)據(jù)為12KV波形超差3.3%。也符合斯柯達<8%的測試標準。

通過上述數(shù)據(jù)可以排除該臺電機出廠時繞組線圈存在缺陷的情況。

（2）電機維護過程中防護不當造成繞組絕緣損傷

架修時電機拆解后需要對電機定子進行清潔及維護、檢查定子繞組外觀和周邊機殼均未發(fā)現(xiàn)明顯磕碰痕跡。但經(jīng)緯對電機定子繞組清洗采用的是直接水洗法，清洗時直接使用水槍對繞組進行沖洗，因此不排除清洗過程中水流將異物、硬物等沖進線圈之間，在反復清洗過程中硌破絕緣層造成線圈局部損傷。目前線圈灼燒面積大且嚴重燒黑，難以反饋真相，但不排除這一可能性。

（3）電機匝間測試電壓過高造成繞組絕緣加速老化

目前蘇州2號線架修電機例行試驗匝間測試電壓是采用斯柯達新造電機的標準，測試脈沖電壓為12kV。根據(jù)斯柯達廠內(nèi)試驗標準該電壓脈沖值是符合要求的，但電機在運行5年后不排除繞組線圈局部絕緣性能下降，若再按照新造電機標準加12KV的脈沖電壓進行匝間測試后會造成絕緣材料老化，電機加載運行時造成繞組線圈匝間短路，繞組燒毀。

3.3 處理及預防措施

由于該臺電機的定子繞組已經(jīng)被擊穿燒毀，定子繞組需要重新繞制。同時針對以上可能造成匝間短路的兩方面原因，經(jīng)與廠家溝通討論，后續(xù)電機架修維護中做如下整改防護：

（1）電機拆解清洗前，將電機定子用吸塵器將機體外部、繞組端部和定子內(nèi)腔先吸塵、清理干凈，避免線圈縫隙之間有異物進入，再進行噴淋清洗至清潔，在烘干運轉(zhuǎn)等總裝前的環(huán)節(jié)中對繞組進行遮蓋防護，避免落進異物，損傷線圈。

（2）根據(jù)目前電機架修維護的實際情況，為避免高電壓標準對電機造成傷害。電機匝間測試的脈沖電壓，由12kV降為5.5kV。

四、牽引電機架修維護匝間測試電壓標準的制定及修訂

4.1.牽引電機繞組絕緣測試電壓選擇

根據(jù)標準《GB/T25123-2-2018 電力牽引 軌道機車車輛和公路車輛用旋轉(zhuǎn)電機 第2部分：電子變流器供電的交流電動機》中9.5條要求

其中：Ug：定子或轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣工頻耐電壓試驗值，單位為（V）

U dc為電機處于牽引狀態(tài)下，供電網(wǎng)的最高非永久電壓，單位為（V）

參考標準《IEC 60850-鐵路設施—牽引裝置的供電電壓》4.1條，最高非永久電壓為1950V。

則： =2x1950+1000=4900V

4.2.斯柯達原設計標準沖擊電壓標準的選擇

根據(jù)《GB/T-22715-2016交流電機定子成型線圈耐沖擊電壓水平》中第3條耐沖擊電壓水平中計算公式所得，公式如下：

其中：UP是規(guī)定的耐雷電沖擊電壓峰值，單位為KV

UN是指電機端可能出現(xiàn)的最大過電壓即1.95KV，單位為KV

則： =4x1950+5kV=12800V，取整即為12KV

4.3.目前架修維修電機匝間測試電壓標準選擇

根據(jù)《GB/T 22714-2008 交流低壓電機成型繞組匝間絕緣試驗規(guī)范》11.1.3條沖擊試驗電壓峰值的要求

其中：

電機繞組或線圈匝間絕緣沖擊試驗電壓峰值，單位為（V）

K1：電壓系數(shù)，一般取

K2：運行系數(shù)，一般浸漆后為1.0-1.2

Ug：定子或轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣工頻耐電壓試驗值，單位為（V）

則： ?=4900x1.414x（1～1.2）=7000～8000V

同時根據(jù)《IEEE522-2004交流旋轉(zhuǎn)電機模繞定子線圈匝間絕緣的試驗指南》7.1條電機維保要求取原始值的75%，則為5250～5600V，最終測試電壓取中間值為5500V。

五、結(jié)語

電機匝間絕緣測試試驗是判斷電機線圈繞組狀態(tài)的一項關(guān)鍵試驗，該試驗的結(jié)果是通過波形的重合度對比來進行判別的對比性試驗。因此，在不同的試驗標準選取或者試驗環(huán)境的變化下都將影響最終的試驗結(jié)果，所以目前暫無一個通用的量化判斷標準。目前蘇州2號線斯柯達牽引電機采用的波形不重合度<8%的判斷標準是基于斯柯達電機通過長期、大量試驗得來的經(jīng)驗性標準。后續(xù)項目中斯柯達（經(jīng)緯）牽引電機可以繼續(xù)采用該標準進行電機匝間狀態(tài)的判斷。

此文通過蘇州2號線牽引電機架修中發(fā)生的匝間短路故障，對電機匝間絕緣測試的原理和電機架修前后測試電壓標準的選取進行了說明和分析，旨在為后續(xù)架修項目牽引電機匝間測試提供必要的理論支撐，同時其他未考慮到的問題在后續(xù)項目試驗中進行驗證和完善。

參考文獻

[1]蘇州2號線牽引電機維護手冊.

[2]電機繞組匝間測試原理及結(jié)果判斷 ?世界家苑 數(shù)控車床 ?2017.11.

[3]JB_T9615.1-2000交流低壓電機散嵌繞組匝間絕緣試驗方法.

[4]IEC 60850-2014鐵路設施—牽引裝置的供電電壓.

[5]GB/T-22715-2016交流電機定子成型線圈耐沖擊電壓水平.

[6]GB/T25123-2-2018 電力牽引 軌道機車車輛和公路車輛用旋轉(zhuǎn)電機 第2部分：電子變流器供電的交流電動機.

[7]GB/T 22714-2008 交流低壓電機成型繞組匝間絕緣試驗規(guī)范.

[8]IEEE522-2004交流旋轉(zhuǎn)電機模繞定子線圈匝間絕緣的試驗指南.