机车牵引电动机接地故障分析与防范

摘 要：电传动内燃机车以及电力机车广泛使用的牵引电动机多为串励直流牵引电动机，在使用过程中，电机接地是较为常见且严重的故障。本文对牵引电动机的接地故障原因进行了分析，并且提出了有针对性的解决办法。

关键词：机车牵引电动机；接地故障；故障分析；故障处理

中图分类号：U264.11

1 问题的引出

电传动内燃机车以及电力机车广泛使用的牵引电动机多为串励直流牵引电动机。牵引电动机主要由定子和转子两大部分组成。转子通常称为电枢，电枢通过电枢轴承与定子保持相对位置，使两者之间有一间隙，称为空气隙。此外，牵引电动机还有一套刷架圈装置使外电路与电枢相连。定子主要由机座、主磁极、换向极、端盖和轴承等部件组成。牵引电动机的定子用来产生磁场、提供磁路并作为电机的机械支承。主磁极由主极铁芯和励磁线圈两部分组成，用来产生主磁场。换向极由换向极铁芯和换向极线圈组成，用来改善电机换相向。

图1 ZQDR410型牵引电动机

1.轴承压盖；2.刷架圈；3.主磁极；4.电枢绕组；5.电枢铁芯；6.转轴；7.轴承；8.后端盖；9.机座；10.换向极；11换向器；12.前端盖

牵引电动机有其特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动；在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。在使用过程中，牵引电动机是机车故障的多发部位。比如牵引电动机的“接地”故障。

2 故障分析及解决方案

牵引电动机接地的原因比较复杂，除了本身结构原因之外，还有使用中的一些因素。下面，就牵引电动机的几种常见接地故障形式进行分析，并指出避免该故障的方法。

2.1 电机虚接地。电机虚接地指的是内燃机车柴油机在低转速、大负荷下运行时，牵引电动机接地。

柴油机在低转速、大负荷下工作时，牵引电动机电流大，在定子线圈引线和电枢换向器压圈两个部位易发生接地故障。发生接地故障主要因素有：

（1）换向器产生瞬时火花，对地短路。柴油机在低转速、大负荷下工作时，牵引电动机电刷电流较大，电机换向困难，换向器表面易产生1极以上火花。这时换向器的火花最主要的对地放电部位为换向器压圈边沿；改进措施：加厚电枢换向器无纬带绑扎厚度，使之与压圈外沿直径相同，加宽宽度，能有效消除放电点，避免换向器边沿对压圈放电；

（2）油污电离放电。在高温条件下，油污杂质易发生电离，成为绕组与机壳、绕组铁芯间的导电体。柴油机在低转速、大负荷下工作时，电流大，发热严重，温升高，油污杂质产生电离的几率很高。造成定子磁极线圈与机壳之间短路，产生接地故障。其中最主要的部位是主、附极线圈的引线根部。原因是随着使用时间的延长，绝缘包扎松散，密封性差，绝缘效果差。

改进措施：定子线圈引线根部外层绝缘包扎改用绝缘性能更好的材料，如胶性亚胺薄膜，之后，再在包扎材料表面涂上一层环氧树脂，会有效地改善绝缘效果，防止定子磁极线圈与机壳之间接地故障的发生。

2.2 电机实接地。电机实接地是指电机内电器元件之间由于某种原因发生非法接触而造成的接地故障。常见的故障原因有：

（1）电机绝缘老化。在机车运行时，牵引电动机的绝缘结构要承受来自牵引电动机内部和外部的各种因素的作用。其绝缘结构要受到电场、热、机械应力等内因的作用。电机运行时所处的环境条件，如温度、湿度、污染、外界机械力等外部因素的作用。实际运行中，各种因素相互作用，是对绝缘结构的严峻考验。

牵引电机绝缘损坏基本是发热造成的。受工作条件的制约，牵引电动机结构必须紧凑，在设计上必须要取较大的电流密度，工作时，不可不免地有严重的发热现象，主要是在导体中由电流产生的热量。牵引电机的温升就比普通工业用的电机要高得多，绝缘受热的影响更严重。绝缘材料在热的作用下性能逐渐发生劣化――热老化，从而使绝缘层的机械强度和击穿电压降低。当绝缘丧失其机械和弹性时，它就没有能力抵抗振动、外力的作用和潮气的侵入。因此，绝缘材料热老化以后，在较小的机械力作用下，在过电压甚至工作电压下就能使绝缘结构发生短路或接地。

此外，由于牵引电动机挂在车体下面，工作时，使用环境很恶劣，很容易受潮、受污染，并经常受到温度、湿度波动的影响。电枢绕组受离心力、轨道的冲击、振动等复合作用，这些都会使牵引电动机的绝缘受到损坏。因此，牵引电机与一般工业电机相比较，其绝缘的损坏要快得多。

为提高绝缘结构的工作效能，一般地可以考虑采取以下措施：1）精选原材料，保持牵引电动机的清洁，定期清除有害的杂质；2）绝缘结构优化，用合理浸渍或其它方法彻底根除绝缘中的孔隙或气泡，防止局部放电引起的击穿；3）改善绝缘所处的环境条件，采用浇注和表面涂封等保护措施，以增强散热，减少振动以及保护主绝缘不和潮气、臭氧和其他有害气体直接接触等，这样可以提高绝缘的击穿电压，延长绝缘的使用寿命。

（2）牵引电动机更换线圈时，留下的故障隐患：1）电枢绕组接地。电枢绕组接地的原因包括电枢线圈有异物；电枢线圈松动，离心力和振动造成的磨破绝缘；线圈形状不规整，菱形截面，线匝错位；电枢线圈有小弯、电枢槽形不齐、清理不干净；嵌线操作不当，下线时绝缘有损伤；槽楔打进和退出时损伤绝缘等。2）定子接地。定子接地的原因包括主附极线圈变形；铁芯变形或有毛刺；主附极线圈一体化效果不良；电机运转时油污或其他杂质；线圈包扎不到位等。以上原因，如果保证电动机及时检修，在电动机检修时，加强质量管理，提高检修质量，保证电动机良好的工作状态，即可有效消除隐患。

3 结束语

作为机车使用单位，为提高牵引电动机的可靠性，延长其使用寿命，可在牵引电动机的维护保养方面下功夫，特别注意加强牵引电动机关键部位的日常检查与维护：

（1）换向器的维护。机车整备作业时，加强对换向器的检查。在小、辅修时，用压缩空气吹扫和用酒清、干净抹布擦去换向器表面及燕尾带的导电尘埃；如果换向器表面有轻微拉伤、灼痕或异常发黑，用细砂布打磨并用酒精擦洗；换向器表面拉伤、灼痕或异常发黑严重的牵引电动机，需要根据相应的技术要求对电机换向器表面采取机械处理的手段；

（2）刷架的维护。整备作业时，检查刷架圈定位螺母无松动，防缓标记清晰、不错位，刷架定位块不松动，无脱落。刷架无裂纹、烧损、变形，紧固螺丝不松动。弹簧及压指无裂纹，压指应在工作位。

小辅修时，用酒清、干净抹布擦去刷杆处的导电尘埃。按技术要求，检查各电刷磨耗状态。

参考文献：

[1]杨洪文.125MW发电机引出线伸缩节的改进[J].电力建设，1981（01）.

[2]松下・万宝（广州）压缩机有限公司新星小组.防止定子线圈碰伤[A].全国第第24次质量管理小组代表会议成果汇编[C]，2002.

[3]罗强.机车在昆明和越南的试验报告[R].中国南车集团资阳机车厂，2002.

作者简介：李嘉（1969-），男，教师，副教授，研究方向：铁道机车车辆。

作者单位：辽宁铁道职业技术学院，辽宁锦州 121000