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?cè)絹碓疥P(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(dòng)了交流傳動(dòng)電力機(jī)車的開發(fā)和應(yīng)用。在交流傳動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)了交流傳動(dòng)電力機(jī)車的開發(fā)與應(yīng)用。我國第一臺(tái)自助研制開發(fā)的交流傳動(dòng)電力機(jī)車于1996年6月誕生，這臺(tái)AC400機(jī)車標(biāo)志著我國退出了直流傳動(dòng)電力機(jī)車時(shí)代、跨入了交流傳動(dòng)電力機(jī)車時(shí)代，并有效推動(dòng)了我國機(jī)車技術(shù)的發(fā)展。相較于直流傳動(dòng)電力機(jī)車，交流傳動(dòng)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(duì)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(duì)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(huì)日益惡化，原有性能與功能會(huì)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)稱、繞組的局部出現(xiàn)過熱現(xiàn)象以及振動(dòng)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(dòng)的頻率相同，增大了交流牽引電機(jī)的震動(dòng)。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(huì)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(dòng)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(dòng)偏心指的是，最小氣隙跟著轉(zhuǎn)子同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)造成不平衡磁拉力的產(chǎn)生，帶動(dòng)交流牽引電機(jī)發(fā)生震動(dòng)。在轉(zhuǎn)子故障較為嚴(yán)重的情況下，定轉(zhuǎn)子之間會(huì)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(dòng)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(duì)較高，使用壽命也相對(duì)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(huì)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(huì)加強(qiáng)電機(jī)振動(dòng)，成為經(jīng)常出現(xiàn)在交流牽引電機(jī)中的振動(dòng)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(hào)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)獲取到的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的各項(xiàng)信號(hào)進(jìn)行分析，將信號(hào)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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?cè)絹碓疥P(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(dòng)了交流傳動(dòng)電力機(jī)車的開發(fā)和應(yīng)用。在交流傳動(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)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)。