（南寧軌道交通集團有限責任公司 運營分公司，廣西 南寧 530001）

國內(nèi)某公司地鐵列車交付運行兩年后發(fā)現(xiàn)牽引電機存在異響故障，特別是列車行駛里程達到 10 萬～20 萬公里時異響明顯突出。拆解電機后發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動端球軸承有規(guī)律的搓衣板紋路，滾珠表面粗糙發(fā)暗，軸承潤滑油脂變黑，并且有燒焦氣味。因此認定異響原因為牽引電機軸承電腐蝕。

1 電腐蝕產(chǎn)生機理

電機軸承電腐蝕產(chǎn)生機理有很多，但造成電腐蝕的電流形式主要分為軸承電流 A 和軸承電流 B 兩種。（如圖1所示）

軸承電流A：變頻驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的共模電壓通過電機中的分布參數(shù)（如電機定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸間的寄生電容等）耦合到軸承油膜上，當電壓足夠高時，會擊穿油膜產(chǎn)生放電，瞬時放電電流造成 EDM（電火花加工）效應，最終引發(fā)軸承電腐蝕。

軸承電流B：變頻電機的高頻磁通不對稱，在轉(zhuǎn)軸-軸承-電機外殼回路，產(chǎn)生高頻回路電流，頻率從 kHz 到MHz，軸承電流B對風力發(fā)電機等大型電機影響較大，對地鐵牽引電機影響很小。

由于國內(nèi)地鐵用牽引電機的功率均在 300kW 以下，由軸承電流類型對軸承電腐蝕的影響曲線圖（圖2）可看出地鐵用電機軸承電腐蝕主要是由軸承電流 A 形成。共模電壓經(jīng)過系統(tǒng)分布參數(shù)在軸承內(nèi)外圈之間感應出電壓，即軸承電壓。

在正常情況下，電動機的軸承電壓較低，軸承內(nèi)的潤滑油膜能起到絕緣作用，不會產(chǎn)生軸電流。但當軸電壓較高，或電機起動瞬間油膜還未穩(wěn)定形成時，軸承電壓將放電擊穿油膜形成回路產(chǎn)生軸電流。當該放電電流的密度足夠大時，會融化軸承內(nèi)外圈表面的金屬，形成凹槽，嚴重時將導致電機抱死、聯(lián)軸節(jié)損壞，對運營生產(chǎn)造成惡劣影響。

2 軸承電壓過高原因

經(jīng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)電腐蝕的地鐵列車采用的整車保護接地拓撲均如圖 3 所示，這種接地拓撲的特點是采用單電阻（位于車廂中部）保護接地方式，該接地方式導致車體至鋼軌的接地路徑過長，最終導致軸承電壓過高。

3 軸承電腐蝕抑制措施及建議方案

電腐蝕故障主要是由于軸承中電流通過，因此消除電蝕故障的方法是在電機結(jié)構(gòu)上加裝接地設施或采用陶瓷滾珠杜絕電流通過，但陶瓷滾珠軸承在軌道交通領域應用較少，對系統(tǒng)改動較大，無法準確評估其系統(tǒng)穩(wěn)定性，其運行可靠性不能得到保證，因此不推薦采用此種方法。

3.1 整車保護雙電阻接地

此方案接地電阻在車廂端部的轉(zhuǎn)向架上方，更靠近碳刷，使得車體-接地電阻-碳刷的線纜較短，從而降低了軸承電壓。

3.2 整車保護無電阻接地

該方案未設置接地電阻，使車體-轉(zhuǎn)向架構(gòu)架-電機外殼-接地碳刷之間直接短接，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架直接通過短接編織線接接地碳刷，形成車體至構(gòu)架，構(gòu)架至接地碳刷短接保護路徑。該方案的優(yōu)點是：相對單電阻接地方案，此方案使得車體到碳刷的路徑最短，因此降低了軸承電壓。但這種保護接地電路可能存在車體環(huán)流，即鋼軌上的工作回流可能會流經(jīng)車體。

3.3 安裝導電環(huán)

安裝導電環(huán)本質(zhì)上是將軸承內(nèi)外圈短路，該方案可消除軸承兩端電壓，其優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：可以將軸承電壓旁路，避免軸承電壓的形成；

缺點：將改變整車接地。由于導電環(huán)將電機外殼與轉(zhuǎn)軸直接短接，而轉(zhuǎn)軸通過齒輪箱與鋼軌連接，齒輪箱內(nèi)部齒與齒之間在低速時是直接短路的（因為嚙合表面沒有形成油膜），因此在低速時導電環(huán)將會直接把車體→轉(zhuǎn)向架→電機外殼→鋼軌的路徑完全短接，這樣會將車體保護接地的 30mΩ電阻短路，可能會經(jīng)由齒輪嚙合面（線接觸）形成車體環(huán)流。上述情況可能會導致3個方面的風險：

①形成車體環(huán)流，長時間會影響車體結(jié)構(gòu)強度，也可能會造成信號干擾；②齒輪嚙合表面可能會有大電流流過，因此可能會損傷齒輪的嚙合面；③加了導電環(huán)之后，相當于更改了整車接地，且整車接地情況還是動態(tài)的，有低速和高速下的兩種情況，因此可能會對整車電磁輻射造成影響。

4 結(jié)語

綜上所述，雙電阻保護接地方案為抑制軸承電壓的最優(yōu)措施，該方案具有改動小、成本低等特點。出現(xiàn)列車軸承電腐蝕的地鐵公司可參考該方案抑制軸承電壓，避免對車輛正常運營造成更大損失。

圖1 軸承電流產(chǎn)生機理

圖2 軸承電流類型對軸承電腐蝕的影響曲線圖

圖3 整車保護接地方案

圖4 整車保護雙電阻接地方案