動(dòng)車組牽引電機(jī)故障分析及診斷

引言

近年來,我國(guó)加大了對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的研究力度,尤其是與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的動(dòng)車組列車更是受到重視,復(fù)興號(hào)的上線運(yùn)營(yíng),大幅度提高了動(dòng)車組列車的速度。但在動(dòng)車組列車不斷發(fā)展的同時(shí),也存在著一些問題,牽引電機(jī)就是其最容易發(fā)生故障的部件,所以需要對(duì)動(dòng)車組牽引電機(jī)的常見故障進(jìn)行分析并及時(shí)處理,保證動(dòng)車組列車安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1動(dòng)車組牽引電機(jī)常見故障

牽引電機(jī)是動(dòng)車組行進(jìn)過程中的動(dòng)力及控制作用的來源,其主要負(fù)責(zé)供電驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)蓄電等功能,在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中,由于動(dòng)車組的運(yùn)行速度過快,牽引電機(jī)很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。根據(jù)實(shí)際工作的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)文獻(xiàn)的闡述,牽引電機(jī)故障主要可以分成以下幾種:常見故障、定子故障、速度傳感器故障、溫度傳感器故障、軸承故障和其他類型故障。

(1)定子故障是比較常見的一種動(dòng)車組牽引電機(jī)故障問題。一般來說,定子匝間短路及繞組接地故障屬于最容易出現(xiàn)的一種定子故障,和其他故障相比較,定子故障會(huì)導(dǎo)致部分線路出現(xiàn)絕緣失效的情況,其嚴(yán)重性極為突出。

(2)速度傳感器故障是牽引電機(jī)運(yùn)行過程中較為常見的一種故障,主要為傳感器本身器件原因及高溫高壓電流快速變化導(dǎo)致的信號(hào)傳輸不整正確,進(jìn)而導(dǎo)致牽引電機(jī)實(shí)際速度與傳感器反饋給控制系統(tǒng)的速度不一致,影響牽引系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(3)溫度傳感器故障原因機(jī)理與速度傳感器類似,只是溫度傳感器傳遞的是牽引電機(jī)各主要部件的溫度信號(hào),如定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯、軸承等,而速度傳感器傳遞的是牽引電機(jī)的速度信號(hào)。

(4)軸承故障也是一種不容忽視的牽引電機(jī)故障。眾所周知,動(dòng)車組的牽引電機(jī)軸承部分可以分成保持架、滾動(dòng)體以及內(nèi)外圈及外圈絕緣陶瓷鍍層。為保證動(dòng)車組牽引電機(jī)在線的順暢運(yùn)行,在多數(shù)的牽引電機(jī)返廠檢修過程中均會(huì)對(duì)軸承進(jìn)行換新,令用戶按照固定周期要求對(duì)潤(rùn)滑脂進(jìn)行補(bǔ)充,防止電機(jī)運(yùn)行過程中軸承的磨損。因此,軸承故障多數(shù)是由于牽引電機(jī)受到突發(fā)外力作用導(dǎo)致的軸承滾動(dòng)體受損及絕緣層損傷故障。

(5)其他故障主要指由于其他不可控因素導(dǎo)致的牽引電機(jī)故障,如動(dòng)車組運(yùn)行過程中地面飛石導(dǎo)致的排風(fēng)罩變形、傳感器電纜損傷、銘牌脫落等。

2動(dòng)車組牽引電機(jī)故障分析及診斷

2.1牽引電機(jī)自身故障原因分析及診斷處理

(1)電機(jī)繞組問題。牽引電機(jī)繞組匝間短路、繞組接地等

問題比比皆是,這種故障會(huì)造成牽引電機(jī)的運(yùn)行負(fù)載超出額定數(shù)值,也就是說,會(huì)導(dǎo)致牽引電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在超負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行,溫度很容易升到不安全范圍。為了應(yīng)對(duì)和處理電機(jī)繞組問題,工作人員需要切除故障電機(jī)運(yùn)行,必要時(shí)令動(dòng)車組減速。該類故障無法進(jìn)行在線修復(fù),必須由維修人員進(jìn)行故障排查確認(rèn)后更換故障牽引電機(jī),故障牽引電機(jī)需由專業(yè)廠家進(jìn)行返廠解體,然后進(jìn)一步查找故障點(diǎn),進(jìn)行絕緣修復(fù),因此該類故障也是造成質(zhì)量損失最大的一種故障。

(2)速度傳感器故障導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)出電機(jī)空轉(zhuǎn)故障,進(jìn)而切除牽引電機(jī)運(yùn)行。多起速度傳感器故障同時(shí)發(fā)生會(huì)使動(dòng)車組減速運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車晚點(diǎn)。因此,必須在發(fā)現(xiàn)故障當(dāng)晚回庫(kù)檢修時(shí)更換速度傳感器,避免多起速度傳感器故障同時(shí)發(fā)生在同一列動(dòng)車組上。

(3)牽引電機(jī)軸承損壞、油脂過多、油脂不足等等都可能造成牽引電機(jī)溫度超出標(biāo)準(zhǔn)值。為了有效處理這一故障,工作人員可打開貯存室蓋板檢查潤(rùn)滑油脂的多少和狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)油脂存在變色、不足、污染等問題,需要第一時(shí)間進(jìn)行更換,并進(jìn)行定期的跟蹤檢查,確認(rèn)軸承部分穩(wěn)定運(yùn)行方可結(jié)束檢修。同時(shí),為避免軸承額外受力導(dǎo)致滾動(dòng)體、滾道面損傷,應(yīng)在牽引電機(jī)流轉(zhuǎn)安裝過程中進(jìn)行必要防護(hù),如采用防軸竄裝置等。

2.2溫度監(jiān)控系統(tǒng)原因分析及診斷處理

動(dòng)車組牽引電機(jī)的溫度一般是借助溫度傳感器來進(jìn)行監(jiān)控的,在溫度傳感器出現(xiàn)故障的情況下,其測(cè)定的溫度數(shù)值就不再準(zhǔn)確,會(huì)給工作人員判斷電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)帶來負(fù)面影響。因此,我們有必要對(duì)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析和診斷。一般來說,其故障分析和處理可以從以下兩個(gè)方面入手:

(1)通風(fēng)裝置通風(fēng)量不足導(dǎo)致的電機(jī)溫度過高。這種故障表現(xiàn)為一個(gè)轉(zhuǎn)向架上的兩個(gè)牽引電機(jī)會(huì)在同一時(shí)間出現(xiàn)故障警報(bào)。這主要是因?yàn)槎呓柚粋€(gè)通風(fēng)冷卻裝置進(jìn)行降溫通風(fēng),而在通風(fēng)裝置的通風(fēng)量不足以降溫的時(shí)候,牽引電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)溫度過高的問題。

(2)動(dòng)車組高壓供電中,通風(fēng)裝置往往需要持續(xù)高速運(yùn)行,此時(shí)如果溫度監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)了質(zhì)量問題,工作人員可借助風(fēng)速計(jì)對(duì)故障牽引電機(jī)和無故障電機(jī)的出風(fēng)口風(fēng)速分別進(jìn)行測(cè)定,而后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),如發(fā)現(xiàn)風(fēng)速存在較大差異,即可判斷通風(fēng)量不足,空氣過濾器出現(xiàn)故障。只要采取針對(duì)性的措施,對(duì)空氣過濾器進(jìn)行清理處理,即可消除故障。

2.3其他動(dòng)車組牽引電機(jī)故障分析及診斷方法

2.3.1基于SVM的動(dòng)車組牽引電機(jī)故障診斷方法

我們有必要結(jié)合結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則的有關(guān)內(nèi)容,參考上文中提到的一系列診斷方法和故障分析結(jié)論,基于統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)動(dòng)車組牽引電機(jī)故障診斷方法進(jìn)行考量。而基于SVM的動(dòng)車組牽引電機(jī)故障診斷方法正是在這種情況下被提出來的,當(dāng)然,其目前還處在研究階段,因此本文只做簡(jiǎn)單介紹。SVM是一種學(xué)習(xí)理論,其能對(duì)優(yōu)化問題的極值進(jìn)行判斷,并且找到實(shí)際運(yùn)行情況和理論判斷之間的最優(yōu)解。

2.3.2基于粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)的動(dòng)車組牽引電機(jī)故障診斷方法

在數(shù)據(jù)優(yōu)化算法越來越發(fā)達(dá)的今天,許多研究人員開始從數(shù)據(jù)分析層面對(duì)動(dòng)車組牽引電機(jī)故障診斷方法進(jìn)行研究,而遺傳算法、蟻群算法和粒子群算法等更是廣為應(yīng)用。其中又以粒子群優(yōu)化算法最受認(rèn)可,其主要是一種基于群體智能的計(jì)算方法,能夠迅速找到最優(yōu)解。和基于SVM的動(dòng)車組牽引電機(jī)故障診斷方法相同,這種計(jì)算方法目前在動(dòng)車組牽引電機(jī)故障診斷中尚屬理論嘗試,其算法流程如圖1所示。

3結(jié)語

牽引電機(jī)的狀態(tài)能夠影響到動(dòng)車組運(yùn)行情況,因此我們要重視對(duì)動(dòng)車組牽引電機(jī)的故障診斷處理,保證動(dòng)車組能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行,為人們的生活提供便利。本文對(duì)牽引電機(jī)的定子故障、軸承故障、速度傳感器及溫度傳感器故障進(jìn)行了分析,并給出了一些解決方案,從而能夠有效提高動(dòng)車組運(yùn)行的安全性。