动车组牵引系统常见故障分析与处理策略

动车组牵引系统常见故障分析与处理策略

周航

中车唐山机车车辆有限公司  河北唐山  063000

摘要:随着铁路运输的快速发展，动车组牵引系统的可靠性成为保障列车安全、高效运行的关键因素。本文通过对牵引电机、牵引变流器和受电弓等关键部件故障的分析，探讨如何利用传感器监测、故障诊断系统等手段进行故障检测，并且阐述定期维护、应急维修等维修策略以及优化设计、人员培训等预防措施在保障牵引系统正常运行中的重要性。这些措施有助于提高动车组牵引系统的安全性、可靠性和运营效率，为铁路运输的持续稳定发展提供有力支持。

关键词：动车组；牵引系统；常见故障；处理策略

引言

随着高速铁路的快速发展，动车组成为人们出行的重要交通工具。动车组牵引系统作为动车组的核心动力部分，其运行状态直接关系到动车组的安全、正点运行。然而，由于牵引系统结构复杂、工作环境多变等因素，容易出现各种故障。因此，对动车组牵引系统常见故障进行分析并制定有效的处理策略具有重要意义。

1.动车组牵引系统概述

动车组牵引系统主要由受电弓、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机等部分组成。受电弓负责从接触网获取电能，牵引变压器将高压交流电降压，牵引变流器将交流电转换为可调节频率和电压的交流电，以驱动牵引电机运转，从而为动车组提供动力。受电弓接触到接触网的高压电后，电流流入牵引变压器，经过降压处理后的交流电进入牵引变流器。牵引变流器通过电力电子器件（如IGBT模块）将输入的交流电转换为合适的交流电供给牵引电机。牵引电机根据输入的电能产生转矩，驱动动车组的车轮转动。

2.常见故障分析

2.1牵引电机故障

在运行过程中，牵引电机外壳温度过高，超过正常工作温度范围。这可能导致电机绝缘性能下降，影响电机的使用寿命。电机运转时出现不正常的振动和噪声，可能是电机内部的轴承磨损、转子不平衡或者定子绕组松动等原因造成的。当动车组长时间处于高负荷运行状态，牵引电机的输出功率超过其额定功率，会导致电机电流过大，从而引起电机过热。牵引电机的散热系统出现故障，如冷却风扇损坏、通风道堵塞等，会使电机产生的热量不能及时散发出去，导致温度升高。

2.2牵引变流器故障

牵引变流器的输出电压或电流不稳定，可能出现过高或过低的情况，这会影响牵引电机的正常工作，导致动车组动力不足或者出现异常加速等现象。牵引变流器内部的监测系统会检测到故障并发出报警信号，如显示特定的故障代码等。牵引变流器中的IGBT模块等电力电子器件在高电压、大电流的工作环境下容易损坏，可能是由于过电压、过电流、散热不良等原因造成的。

2.3受电弓故障

受电弓不能按照指令正常升起或降下，这会导致动车组无法从接触网获取电能或者在停车时不能正常断电。受电弓与接触网之间的接触压力不合适，可能出现接触不良的情况，表现为电火花现象严重，这会影响电能的获取效率，并且可能损坏受电弓和接触网。受电弓的升弓和降弓动作通常由气动系统驱动，如果气动系统中的气缸、电磁阀等部件出现故障，会导致升弓或降弓异常。

3.处理策略

3.1故障检测

3.1.1传感器监测

传感器在动车组牵引系统的关键部位发挥着至关重要的作用。在牵引电机安装温度、振动等传感器，例如温度传感器可实时感知电机温度，当电机因过载或散热问题导致温度异常升高时，超出正常范围（如正常工作温度为50-80℃，一旦超过80℃），传感器就能及时预警。在牵引变流器安装电流、电压传感器，能准确监测输出的电压和电流，受电弓的接触压力传感器可确保受电弓与供电线路良好接触。这些传感器就像系统的“触角”，全方位、实时地监测运行参数，一旦异常立即预警，保障牵引系统安全稳定运行。

3.1.2故障诊断系统

基于人工智能和大数据的故障诊断系统是牵引系统故障检测的有力保障。通过收集海量的故障数据，如不同故障类型（像牵引电机的短路故障、牵引变流器的元件击穿故障等），故障发生时的各种运行参数（如电机转速、变流器的功率因数等）以及环境条件（温度、湿度等）。利用机器学习算法，如决策树算法，对这些数据进行深度挖掘和分析，构建起故障诊断模型。当新故障出现时，系统能迅速比对模型中的数据特征，准确判断故障类型（是机械故障还是电气故障等）和故障位置（是电机内部的定子还是转子等），为维修提供精准依据。

3.2维修策略

3.2.1定期维护

对于牵引电机，绝缘性能检查至关重要，例如使用绝缘电阻测试仪检测电机绕组与外壳之间的绝缘电阻，正常应在数百兆欧以上，若低于标准值则可能存在绝缘老化等问题；轴承磨损情况可通过听声音、测量间隙等方式判断，正常间隙应在规定范围内，磨损过度会导致电机振动增大。对于牵引变流器，电力电子器件的状态需用专业仪器检测，如检测IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的通断特性，控制电路连接是否松动可通过外观检查和导通测试。受电弓的机械部件磨损检查包括滑板的磨损厚度，正常滑板厚度在一定数值以上，气动系统工作状态可检查气压是否稳定在规定值范围内，通过定期维护及时排除潜在隐患。

3.2.2应急维修

当动车组运行途中出现故障，维修人员依据故障报警信息（如控制屏上显示的故障代码）和故障诊断结果迅速行动。对于简单故障，如受电弓滑板磨损到极限厚度需要更换，维修人员可凭借经验和携带的工具在现场快速更换滑板；牵引电机接线松动或断裂这种故障，也能在现场通过重新连接或焊接修复。而对于复杂故障，像牵引变流器的电力电子器件损坏，现场难以彻底修复，需将故障部件更换，然后带回维修车间，利用更精密的仪器和设备进一步检测故障原因，进行全面维修。

3.3预防措施

3.3.1优化设计

在动车组牵引系统的设计阶段进行优化意义重大。冗余设计是提高可靠性的有效方式，例如在牵引电机的控制系统设置备用控制模块，当主模块出现故障时，备用模块能立即接管工作，确保电机正常运行。散热系统的合理设计也不可或缺，如在牵引变流器内部设置高效的散热片和散热风扇，根据不同的工作环境温度和功率损耗，精确计算散热需求，确保电力电子器件在高温环境（如夏季高温天气下）或高负荷运行时也能正常散热。优化机械结构方面，例如改进受电弓的关节结构，采用耐磨材料并优化连接方式，减少机械部件在频繁升降过程中的磨损，提高整体的可靠性和可维护性。

3.3.2人员培训

对于维修人员，要深入掌握牵引系统的结构，了解从宏观的系统布局到微观的部件构造，像牵引电机的定子、转子结构，牵引变流器内部的电路拓扑结构等；原理方面要精通电磁感应原理在电机中的应用、电力电子变换原理在变流器中的应用等；故障诊断技术要熟练掌握各种检测仪器的使用方法和故障特征的识别，维修技术要能熟练进行部件的更换和修复。操作人员则要牢记基本操作规范，如启动和停止牵引系统的正确顺序，在不同运行模式下的操作要点；了解故障应急处理方法，如遇到突发的牵引系统故障时如何安全停车并向调度中心报告等，通过提高人员素质避免人为故障。

结束语

通过对牵引系统常见故障的分析，我们明确了牵引电机故障、牵引变流器故障和受电弓故障等的表现形式和产生原因。针对这些故障提出的故障检测、维修和预防措施，有助于提高动车组牵引系统的可靠性和运行效率。在未来的发展中，随着技术的不断进步，我们还需要进一步完善故障分析和处理策略，以适应动车组牵引系统不断发展的需求。

参考文献

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