白利平

（神华准能大准铁路公司机务段检修车间，内蒙古鄂尔多斯010321）

电力机车交流牵引电机故障诊断

白利平

（神华准能大准铁路公司机务段检修车间，内蒙古鄂尔多斯010321）

随着经济不断发展，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。因此，针对交流牵引电机开展故障诊断工作具有重要的实际意义。

交流传动电力机车；交流牵引电机；故障类型；故障诊断技术

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 电力机车交流牵引电机故障诊断的背景与意义

在铁路运输系统中，除了舒适、经济以及快速等指标外，还有一项十分重要的指标就是安全，安全同时还是发展高速铁路的生命线与根基。高速铁路系统如果想要取得稳健发展，就一定要解决好可靠、安全这个重要的课题。然而，在铁路的整套安全体系中，行驶安全又是重中之重，这就需要相关工作人员对列车中各项设备做好故障诊断和监测维修工作。

我国铁路呈现出跨越式的发展方式，这个发展模式推动了交流传动电力机车的开发与应用。我国第一台自助研制开发的交流传动电力机车于1996年6月诞生，这台AC400机车标志着我国退出了直流传动电力机车时代、跨入了交流传动电力机车时代，并有效推动了我国机车技术的发展。相较于直流传动电力机车，交流传动电力机车具有更广泛适用范围、更高功率因数、更大牵引力、更好粘着性以及更宽恒功率范围等优势。

电力机车中，一个非常重要的部件就是牵引电机，同时还是出现故障较多的一个部件，与行车安全有着密切的联系，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。因此，针对交流牵引电机开展故障诊断工作具有重要的实际意义。与此同时，牵引电机具有十分恶劣的工作环境与运行条件，如果在运行的时候，电机可以保持良好的工作状态，有助于其保养维护与操作的正确开展，对牵引电机进行定期保养检修，不仅能够使电机使用寿命得到有效延长，还可以让机车的运转效率得到切实提高。

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 电力机车交流牵引电机故障诊断的基本方法

电力机车交流牵引电机的故障诊断涉及面非常广泛，是一项综合性很强的技术，它涵盖了数理统计、人工智能、模式设别及信号处理、电子技术、计算机科学以及现代控制理论等各类学科。由于交流牵引电机故障具有复杂性的特点，并且电机故障与故障征兆之间也具有十分复杂的联系，这些都使得电机故障诊断具有一定的探索性。针对电机故障诊断技术而言，研究的重点内容并不能局限于故障的本身，要在故障诊断方法上面投入更多的时间与精力。由于故障诊断的过程十分繁琐，具有复杂性的特点，因此，不能对故障研究使用单一的分析诊断方法，而应运用不同的方法进行研究分析。即是说，只要可以对该故障诊断起到一定辅助作用的方法都要合理地利用起来，在探求故障诊断的手段、方法以及原理的时候，应当广泛从多类学科中探索有用的内容，这也造就了故障诊断具有多学科交叉的显著特点。

（1）传统交流牵引电机故障诊断方法。先利用化学、物理手段对电机故障中的化学、物理现象进行直接地检测；再通过故障征兆对电机故障进行诊断，这是电机故障中最成熟也是最常用的方法。在具体实施过程中，对获取到的设备运转的各项信号进行分析，将信号中的特征信息提取出来，以此来掌握本次故障的征兆，在此基础上对故障进行诊断。因为不同征兆与电机故障之间的关系不具备一一对应的特点，因此这种故障诊断方法常常需要工作人员反复求解、反复探索。

（2）人工智能的故障诊断方法。基于传统电机故障诊断方法，融入人工智能（Artificial Intelligence）的方法与理论。形成一个更加智能的电机故障诊断方法，它开辟了一条全新的故障诊断途径，在实际操作中已经得到了广泛的应用，主导着电机故障诊断的大方向。

（3）利用数学方法对交流牵引电机进行故障诊断。电力机车交流牵引电机故障诊断技术目前依旧是一个不够成熟的学科，仍然需要进一步发展与完善，这就需要它对各个学科的先进科学技术进行广泛融合与利用，尤其是对数学工具的有效借助。包括在模糊数学基础上的诊断方法、在概率统计基础上的诊断方法以及在模式识别基础上的诊断方法。

4 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。

［1］朱文胜,安中正,尚茂等.HXD1型机车牵引电机转轴与齿轮轴断裂原因分析及措施［J］.机车电传动，2011，（5）：79-82.

［2］吴勇,安中正,王帅等.HXD2型机车牵引电机驱动端轴承故障分析及措施［J］.铁道机车车辆，2012，32（2）：83-84，118.

［3］张九高.DC-01型地铁车辆改交流驱动前后牵引系统的区别［J］.城市轨道交通研究，2010，13（4）：88-93.

白利平（1970-），男，内蒙古鄂尔多斯人，大学本科，工程师，主要研究方向：电力机车、内燃机车的检修与维护。