电力机车交流牵引电机故障诊断

电力机车交流牵引电机故障诊断

李泽山

（中车兰州机车有限公司甘肃兰州730050）

摘要：随着经济的发展，铁路建设迅速发展，铁路运行安全的重要性日益显著。交流传动电力机车在我国铁路跨越式发展的背景下将成为开发应用的主流机车。牵引电机作为交流电力机车的核心部件之一，其工作环境恶劣、负载变换频繁、动力作用大等因素使牵引电机较易出现故障。牵引电机的安全运行关系到整个列车的行车安全，展开交流牵引电机的故障诊断具有重要意义。

关键词：电力机车；交流牵引电机；故障；诊断

近几年间，我国电力电子技术得到了快速发展，同时也带动了电子控制技术的提升，改进了电力机车的运行技术，完善了电力机车的各项功能，其内部结构也变得更加复杂。这一现象，同时也加重了电力机车交流牵引电机故障诊断工作。而该工作能否顺利展开关系着机车行驶的安全问题，因此，对其进行深入研究与探讨有着重要的意义。

1设备诊断技术的基本方法

设备故障的复杂性和设备故障与征兆之间关系的复杂性，形成了设备故障诊断是一种探索性的过程这一特点。就设备故障诊断技术来说，重点不只在于研究故障本身，而更在于研究故障诊断的方法。故障诊断过程由于其复杂性，不可能只采用单一的方法，而要采用多种方法。可以说，凡是对故障诊断能起作用的方法就要利用，必须从各种学科中广泛探求有利于故障诊断的原理、方法和手段，这就使得故障诊断技术呈现多学科交叉这一特点。通常分为：传统的故障诊断方法、故障的智能诊断方法、故障诊断的数学方法等三个方法。本文只对三种故障模式进行智能诊断，但是在实际生产过程中，牵引电机还有可能发生其它各种故障。

2常见的电力机车交流牵引电机故障类型

在运行过程中，受到不同因素的影响，牵引电机的部件与结构会日益恶化，原有性能与功能会逐渐丧失，从而出现一系列异常的工作状态，最终导致故障发生。然而，在牵引电机发生故障之前是有征兆可寻的，在工作状态出现异常的初期，电机稳态电子的电流会出现特定的反映，通过相应的检测技术，能够测出可以表示故障趋势的工作参数，对这些参数进行深入的分析，就能够判断出电力机车交流牵引电机的故障类型。从而可以对电机进行及时有效的维修工作，以此来防止电机发生损坏。常见电力机车交流牵引电机的故障类型有四大类，包括：定子、转子、轴承以及绝缘故障。（1）定子故障。定子故障又分为相间短路故障、绕组接地故障以及匝间短路故障等。这些故障发生的主要原因有：首先，是由于长期处于高温状态运行下的牵引电机发生绝缘老化；其次，是由于牵引电机在工作中长时间接触水分与尘土等物质，造成了绝缘击穿的后果；最后，是由于在运行过程中，各种各样电磁力作用于机械冲击力损坏了电机的绝缘装置，从而造成了短路的现象。故障发生后主要表现为：绝缘热解、相电流不对称、绕组的局部出现过热现象以及振动加强等。（2）转子故障。转子故障又分为转子本体故障以及转子绕组故障两大类。其中，转子本体故障包括转子偏心故障与转子失衡故障；而转子绕组故障包括匝间短路故障、端环开裂故障、转子断条故障以及转子绕组击穿故障。当发生转子偏心故障时，转子生成激振力，这种激振力的手气与转动的频率相同，增大了交流牵引电机的震动。在加工过程中，一旦电机转子出现伤痕等潜在危害，这些裂纹会在电机运行时进一步扩大，最终造成转子断裂等无法挽救的故障。动偏心与静偏心是转子偏心的两个类型，静偏心指的是，在固定空间中，径向最小气隙位置发生的偏心；动偏心指的是，最小气隙跟着转子同时转动或者转子的中心线偏离了旋转中心的情况。转子偏心会造成不平衡磁拉力的产生，带动交流牵引电机发生震动。在转子故障较为严重的情况下，定转子之间会出现严重的摩擦，最终造成交流牵引电机损坏。（3）轴承故障。轴承故障又分为保持架故障、内环故障、外环故障以及滚动体故障。在所有的交流牵引电机部件中，轴承发生故障的频率相对较高，使用寿命也相对较短。内环安装在电机的转轴上，外环安装在电机的机座上，当交流牵引电机的运行速度过快时，将会有很大的载荷力作用在轴承的转子与内圈上，致使故障发生。轴承一旦发生故障，就会加强电机振动，成为经常出现在交流牵引电机中的振动源。故障发生后主要表现为：内外圈破裂、滚珠点蚀以及滚珠缺陷等。（4）绝缘故障。绝缘故障指的是，在交流牵引电机的运行过程中，绝缘体逐渐出现污染、受潮、过热、电晕、磨损以及老化等问题，从而降低了绝缘体的绝缘性能。

3交流牵引电机的故障诊断方法

3.1信号分析故障诊断

信号分析故障诊断方法，就是通过分析牵引电机发出的信号，来对电机前期故障进行诊断的一种方法。交流牵引电机原始信号含有的谐波很多，这些谐波很难被直接使用，这就需要在分析信号之前进行相应的信号预处理工作，找出能够看出交流牵引电机故障的物理量，一般情况下这种物理量即为交流牵引电机的故障频率。（信号分析故障诊断流程如下图1）

3.3知识牵引故障诊断

知识牵引故障诊断，是通过机器学习、推理和决策等进行诊断的方法，这一诊断过程中不需要系统的定量数学模型。知识牵引故障诊断中用到的知识有很多，包括：经验规则、工作状态和系统结构等。知识牵引故障诊断一般情况下分为定性和定量方法，定性方法有些情况不是基于定量化的数据，但是其大部分是依赖于特征、属性和状态等特征的变化。定量诊断方法需要的知识来源于过程数据，其中最为常见的就支持向量机和模糊逻辑等。

结语

近几年间，我国经济取得了不断发展，我国铁路建设工作也取得了快速发展，人们越来越关注铁路运行安全的相关问题。我国铁路呈现出跨越式的发展模式，从而推动了交流传动电力机车的开发和应用。在交流传动电力机车中，核心设备就是交流牵引电机，整个列车能否安全行车取决于交流牵引电机能否安全运行。文章从电力机车交流牵引电机故障诊断的意义入手，对常见的故障类型与基本的诊断方法进行了简要分析，希望对日后电力机车交流牵引电机故障诊断起到积极地推动作用。

参考文献：

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