HXD2B型电力机车牵引电传动系统常见故障分析

论文题目HXD2B型电力机车牵引电传动系统常见故障分析） 目录摘要 绪论HXD2B型机车牵引电传动系统主要由网侧电路、主变压器、牵引变流器和牵引电机组成。整个系统采用单轴独立控制方式，通过交流-直流-交流变频技术控制牵引电机的牵引和再生制动特性，并通过WordFIP网络与其他机车设备通信。每台机车有六套独立控制的交流-DC-交流流量装置和各自独立的水循环冷却系统，放置在三个牵引变流器柜中，与相应的牵引绕组和牵引电机一起构成六套独立控制的牵引电力驱动系统。当任意一组系统发生故障时，只需要隔离这一组，其他轴的系统正常工作。牵引变流器柜采用模块化结构设计，集成度高，性能可靠。机柜采用铆接结构，结构强度高，电磁兼容性好。电源模块技术先进，工艺性好，重量轻，冷却管道采用快速接头设计，更换电源模块方便，无需放水等操作。还具有完善的电气保护功能和防火功能。2、牵引电路整个机车的牵引回路包括六套原理和结构相同的牵引变流器装置，位于三个机柜内。每个牵引变流器由一个四象限整流器、一个中间电路和一个三相脉宽调制逆变器组成。每套牵引变流器驱动一台三相异步牵引电机，实现整个机车的轴控驱动方式，2~5轴的中间DC电路也为机车上的辅助变流器供电。主电路的接地保护由接地电流传感器检测，并通过相应的控制实现。每个牵引变流器中间电路的负端通过接地电流传感器形成一个固定的接地点。当牵引电路中的其他各级电路接地时，接地电流传感器会检测到电流信号，并通过相应的控制进行故障报警或采取相关措施。当机车在调试或检修车辆段需要动车时，可通过车体两侧的车辆段电源插座向机车发送三相工频380伏交流电，经Y/A变压器、整流器和控制装置转换成DC770V伏电压，施加到2轴或4轴牵引变流器的中间电路，再通过相应的控制进行车辆段内动车运行。3、主变压器HXD2B型机车主变压器整体设计为组合式变压器，由主变压器一次绕组、主变压器、压缩机二次绕组、二次谐振电抗器和辅助滤波电抗器等组成。设计总容量为12600千伏安，能够满足机车在各种工况下的容量裕度要求。具有完善的电、温度、压力、油流等检测和保护功能，可满足30年的使用寿命要求。采用卧式结构设计，悬挂安装在车身下方。变压器冷却系统由散热器、油泵和冷却管道组成。变压器两侧设有冷却管道，每条管道设有三个DN80蝶阀，可在液压下连接油箱。蝶阀另一侧连接油泵，油泵安装在油泵支架上，散热器设计用于强制空气循环冷却。管道配有波纹管和DN80蝶阀，用于隔离油泵或散热器。油泵是油浸式的，由鼠笼式异步电动机和离心泵组成。通过这种布置，可以在现场更换散热器、油流继电器和油泵，而无需释放主变压器油箱中的油。管道上装有带桨装置的油流继电器。散热器是由铝合金制成的板式和条形油气换热器。4、牵引变流器牵引变流器是电力机车牵引电力驱动系统的核心部件。在正常牵引/制动条件下，牵引变流器牵引控制单元接收驾驶员的控制指令，控制各变流器单元实现电源由工频和高压不可控单相交流电源向三相可控变压变频交流电源的转换，并驱动异步牵引电机实现牵引电机的一对一控制。牵引时，能量从电网流向电机，电能转化为机械能；制动时过程反过来，机械能转化为电能回馈电网。牵引变流器内置向机车辅助逆变器提供DC电源和向加热装置提供交流电源的接口，可以根据需要合理配置机车电传动。冗余设计措施的综合应用，使机车在主要传动部件出现严重故障时，仍能保持5/6的牵引制动力。4.1、牵引变流器的结构牵引变流器包括两套完全相同且独立的牵引变流器单元，还包括一套通风和冷却风道。每个牵引变流器单元包括牵引控制单元、输入电路、四象限整流器、中间DC电路、牵引逆变器、输出电路冷却系统、检测保护装置、安全装置等。牵引变流器柜体采用大型一体化柜体结构，既能容纳两套完全相同、隔离的牵引单元，又能根据机车应用的不同网络电压条件进行组合，具有通用性；同时，通过不断的优化和改进，验证了牵引变流器柜的结构合理性和可靠性。柜体采用具有自防锈性能的镀铝锌板材料，不仅简化了转炉柜体制造过程中的表面处理要求，而且满足了转炉30年的生命周期。牵引变流器的所有机柜均采用铆接方式组装，既能保证组件的一致性，又能避免热应力导致机柜变形。4.2、牵引控制单元TCU机车牵引控制单元采用标准可插拔结构，整个TCU装置由底盘支架和抽屉式底盘两部分组成。底盘支架用于固定TCU，TCU外部低压电气接口安装在底盘支架上；抽屉式机箱用于安装控制电路板。用于维护的串行接口和信息显示器位于抽屉底盘的前面板上。4.3、四象限整流器四象限整流器的功率模块是四象限整流器的关键部件，其主要功能是牵引时电网端交流到DC的转换控制和制动时DC能量到交流电网反馈的转换。整流时四象限整流器的工作原理其实就是一个斩波升压的过程。在这个过程中，根据波形的特征控制相应桥臂ICBT的导通，导致绕组短路。由于变压器具有较高的短路阻抗，电流的上升速率受到限制，能量储存在牵引绕组的漏电感L中。在关断IG-BT的过程中，牵引绕组的电压加上储能电感感应的电压会被二极管整流后加入整流器输出电路。4.4、牵引逆变器牵引逆变器硬件主要由电源模块和电流传感器组成。每个单元的牵引逆变器对应一个牵引电机实现机车轴控模式，提高机车故障冗余度。三相逆变电路用于通过PWM脉宽调制将中间电路的DC3775V电压转换成电压和频率可变的三相交流输出，为牵引电机提供三相交流电源，实现三相异步牵引电机的速度特性控制。5、牵引电动机异步牵引电机是从法国阿尔斯通公司进口并国产化的国产电机，由120km/h货运电力机车驱动。该电机具有以下主要特征：（1）、电机由VVVF变频系统驱动，一台变频器向一台电机供电；（2）、电机定子采用全叠片结构，无外壳，减轻重量，提高散热；（3）、转子采用实心鼠笼结构，导杆端环采用铜合金，提高了转子的强度和可靠性；（4）、电机采用双端绝缘轴承，消除轴电流对轴承的损坏。6、牵引电动机的常见故障原因及其处理办法6.1、轴承故障（一）原因分析：由于牵引电机工作条件差，轴承的常见故障症状包括保持架铆钉松动断裂或外周法兰偏心磨损、滚动性能和滚道剥落、烧痕、应变、裂纹、弯曲磨损或径向间隙增大、内圈松动或咬入、轴电流电偶腐蚀和润滑脂变质、轴承油箱松动变形等。因此，振动和噪音经常增加，导致小齿轮碰撞磨损、绕组绝缘损坏、连接线断裂、换向不良、接地或环火，甚至出现转子锁死、转动困难、轴开裂等致命事故。（二）处理办法：（1）、轴承损坏。更换轴承。（2）、轴承和轴之间的配合太松或太紧。如果太松，在轴承上插入一个套筒，如果太紧，将轴重新加工至标准尺寸。（3）、电机两端的端盖或轴承安装不平整。将端盖或轴承接头安装平，并拧紧螺栓。6.2、主附极和补偿绕组接地（一）原因分析：框架内表面上的锐边、闪光突起、凸台、线圈屏蔽和弹簧垫板会挤压绝缘层。更常见的是，主副极线圈在运行过程中受到频繁振动的冲击，导致线圈或紧固螺栓松动，造成绝缘磨损和绕组短路。有时，线圈在线绝缘接地，少数情况下，定子绝缘因潮湿、油污或过热老化而损坏。补偿绕组没有牢固地固定在端部或连接线上，绝缘被振动冲击力和过载磁拉力改变后可能损坏和接地。除了绕组明显低电位接地外，在绕组接地故障发生后，应暂时拆除电机。（二）处理办法：仔细清洁安装线圈的机座凸面台面，并在整个线圈上安装环氧酚醛玻璃布垫。在每个线圈的压弧和组装过程中，应注意不要损坏线圈绝缘。线圈引线与铁芯之间的间隙应用绝缘板垫紧。由于安装了弹簧垫板，主副极绕组的接地问题无法从根本上解决；建议取消线圈屏蔽和弹簧垫板，实行环氧树脂浇注或胶粘聚酯纤维毡压制绝缘结构一体化，特别是环氧树脂浇注和生活一体化，可以提高特殊附着的极绕组的抗振、防潮、导热和电气性能，或采用填充泥浆固化成补偿绕组，以备身体磨损。除了保证槽内特别是槽口内绝缘良好外，两端还应安装绝缘绑扎箍，防止端部变形。补偿槽由向心槽改为平行槽后，补偿线圈可以通过预制连续绝缘，可以明显提高补偿绕组的绝缘能力，有利于修复。此外，应注意固定和保护在线绝缘，特别注意不要损坏线夹处的在线绝缘。所有接地绝缘对应均匀缠绕并紧固。最后，整个定子应涂上无溶剂涂料，以提高绝缘能力。并注意保护牵引电机有足够的通风，避免绝缘受潮和油污。绕组和连接线的主动接地应仔细辨别。6.3、主附极和补偿绕组联线及引出线断裂（一）原因分析：线圈引线头焊接不良，连接线接触不良，过热，引线弯曲处应力集中。更重要的是，在线悬挂过长和振动冲击疲劳断裂，其中影响最大的是传动齿轮啮合不良和磁极紧固螺栓松动引起的振动冲击。此外，还会发生引出电缆接头焊接或外部绝缘因振动而磨损的情况。主副极绕组实现绝缘结构一体化后，绕组连接成为定子绕组的薄弱环节，尤其需要改进。它是并联绕组连接的完全断开的屏蔽。如果处于全磁场状态，串励牵引电机将无法工作。如果主极绕组在磁场减弱的工况下断开，会造成磁场减弱电阻烧毁。（二）处理办法：定子线圈引线头建议采用弯曲工艺，以节省银铜焊接引线头，并注意控制引线角部圆角和弯曲后的退火处理，以消除内应力。耦合线的每个接头可采用高频电流焊接或其他保证连接质量的方法，每个接头处的绝缘填充和包扎应紧密。连接线的固定应使用外部橡胶阻尼绝缘垫，然后夹紧螺栓进行牢固固定。要求支撑点之间的距离不超过15cm。出线大电缆的电缆接头压接后应采用搪锡焊接，增加出线处的固定支点，改善绝缘环境。定子绕组绝缘结构一体化后，可以降低振动冲击对耦合线的影响。作为最基本的措施，连接线应改为由薄铜片或铜线编织而成的绝缘软连接线，其中换向器绕组与电刷架之间的连接线和主绕组C2引出线应先改为绝缘软连接线。实际运行证明，软连接线在减少连接线断裂方面是有效的，当然也要努力减少振动冲击对定子连接线的影响。6.4、定子、转子铁芯故障检修（一）原因分析：（1）、轴承过度磨损或装配不良导致定子和转子相互摩擦，造成铁芯表面损坏，从而造成硅钢片之间短路，增加电机铁损，造成电机温升过高。（2）、拆除旧绕组时，力过大，使倒槽歪斜，向外打开。（3）、铁芯表面受潮腐蚀。（二）处理办法：（1）、用细锉等工具去除毛刺，消除硅钢接头，涂上绝缘漆后清洗干净，并加热烘干。（2）、用小嘴钳、木锤等工具修剪，使齿槽复位，在有缝隙不易复位的硅钢片之间加绿壳纸、塑料板等硬质绝缘材料。（3）、用砂纸清理干净，并涂上绝缘漆。6.5、电动机不能启动或带负载运行时转速低于额定值（一）原因分析：（1）、电源未接通。（2）、保险丝熔断。（3）、电压过低。（4）、过载保护设备动作。（5）、定子绕组有断线。（6）、轴承损坏。（二）处理办法：（1）、检查管路接头上是否有油污、灰尘；当连接器松动时，必须拧紧螺栓；检查开关的触点，如果不能修理，则更换新的开关。（2）、根据设备能力计算，更换新熔体。（3）、室内外绝缘导线过细，启动时压降过大，可适当更换较粗的导线。（4）、过载保护设备调整不当，可适当提高整定值。（5）、用万用表和绝缘电阻表检查定子绕组的开路情况。当单个绕组发生局部短路时，电机仍然可以启动，这可能导致熔化。如果短路严重，电机绕组会迅速冒烟，然后必须断开电机并重新缠绕。（6）、移动转子，将螺丝起子尖端放在轴承盖上，用耳朵听或用手摸。检查后，用新轴承更换。6.6、电机有不正常的振动或响声（一）原因分析：（1）、电机基础不平，电机安装不符合要求。（2）、转子与定子之间的摩擦。（3）、转子不平衡。（4）、滚动轴承在轴上装配不良或轴承损坏。（二）处理办法：（1）、检查基础和电机的安装，校正，并用螺母拧紧松动的地脚螺栓。（2）、校正转子中心线；将定子和转子内外圆的硅钢片凸出部分锉掉，更换轴承。（3）、在车床上将转子与千分尺对准后，根据具体情况修理转子铁芯或轴。（4）、检查轴承装配情况或更换新轴承。6.7、电机温升过高或冒烟（一）原因分析：（1）、定子绕组有短路或接地故障。（2）、转子运转时，与定子铁芯摩擦，造成定子局部过热。（二）处理办法：（1）、打开电机，检查定子线圈，用目视、听觉和触觉检测短路。如果短路严重，更换电机。（2）、检查定子铁芯是否变形，轴是否弯曲，校正转轴中心线:更换磨损的轴承。6.8、电机环火（一）原因分析：（1）、电机本身：①电机碳刷与换向器接触不良；②刷盒松动或装置不当；③碳刷与刷盒配合不当；④碳刷压力不当或不均匀；⑤刷握环紧固螺栓松动或定位块脱落；⑥碳刷位置不在中性线上；⑥碳刷磨损过短或型号尺寸不符合要求；⑧换向器表面不光滑、不圆或不干净，可能导致电机环火。（2）、操作不当：①电机长期过载；②电机长时间高速空转；③操作时，倒车手柄前移(施加倒车动力)，操作不当会引起电机鸣响。（二）采取措施：（1）、电机本身：①将碳刷打磨至与换向器弧面贴合，轻载运行0.5~1小时。②检查并拧紧碳刷盒的固定螺钉。③用塞尺测量碳刷与刷盒孔宽之间的间隙。④调整刷盒压力值，按下指压碳刷。⑤检查刷握环的紧固螺栓是否拧紧，定位块与机架是否焊接牢固。⑥用中性位置测试仪或感应法重新校准碳刷的中性位置。⑦检查所用碳刷的长度。⑧重新打磨、打磨换向器表面和刻云母板，同时擦拭和清洁换向器表面。（2）、机车操作：①保证电机在允许的工况下运行，注意避免在长坡道上长时间启动机车。②运行时应注意不要空转，如遇空转，应及时收回手柄或防砂。③操作时禁止推进换向手柄(换向电)。6.9、窜油（一）原因分析：油封不好，电机底座不合理。（二）处理办法：首先，对变速器齿轮盖的装配工艺进行了改进，如提高齿轮盖接触部分的刚度，用聚硫橡胶粘接连接部分，适当增加齿轮润滑油的粘度。对于电枢滚子轴承的油封，应减小油封与旋转轴之间的间隙，油封迷宫入口的圆周应涂上密封胶或设置新材料的抛油环。传动端端盖的肋上设有多个大气孔，以抵消后端端盖中部的负压抽吸作用。抱紧轴承时，在轴瓦和套圈内表面画回油槽，在油箱上设置回油孔，并加油封外挡板，防止齿轮箱油与抱轴润滑油窜流。6.10、电刷故障（一）原因分析：（1）、有铜刺和锐边。（2）、刷压太小。（3）、各刷压力不均匀造成的负荷分配不均匀。（二）处理办法：（1）、再次倒角。（2）、调整压力或更换弹簧。（3）、更换高度不等的刷子，调整单个刷子的压力。6.11、磁极绕组过热（一）原因分析：（1）、励磁磁场线圈局部短路。（2）、电机气隙过大。（3）、电机转速过低。（二）处理办法：（1）、可以用电桥测量每个线圈的电阻，检查电阻是否一致或接近。如果阻力相差较大，则应将其取出并再次缠绕。（2）、检查励磁电流是否过大，拆卸并调整气隙。（3）、应提高速度。7、牵引电动机的检查与维护7.1、换向器的维护保养换向器是DC电机的重要部件。它的机械稳定性和表面氧化膜的状态对电机换向器的性能有很大的影响。（一）、应随时注意观察换向器工作面。牵引电机的许多故障在引起之前，可以根据换向器表面的异常状态进行早期诊断，从而找出故障的原因和部件，及时处理。（二）、经常用干燥的压缩空气吹扫换向器表面。如果有油污，用沾有少量酒精或丙酮的无毛布擦拭干净，注意不要用脏的或不干净的手触摸换向器表面或更换电刷。如果换向器表面有明显的烧伤痕迹，用无毛布擦拭无效，用0号玻璃砂布擦干净。（三）、检查换向器V形云母环伸出部分的表面状态，并经常保持清洁。如果有烧伤痕迹，用玻璃砂布打磨烧伤部位，然后涂绝缘漆。7.2、电刷装量的维护保养刷架装置是电机的重要部件之一，其质量直接影响电机的换向性能，因此必须引起足够的重视并经常维护。（一）、检查弹握和附件紧固螺栓是否松动，特别是刷握附件接头是否接触良好。（二）、在刷盒孔内上下移动刷子数次，清除碳粉等杂物，保持刷子自由移动。用塞尺检查电刷和电刷盒孔之间的间隙是否在极限内。注意检查电刷辫不要碰到换向器的提升器，检查电刷是否损坏，电刷辫是否脱落。如有，及时更换。（三）、用毛刷压力测试仪检查毛刷压力是否在规定范围内，同一刷盒的毛刷压差不应超过3N。（四）、检验用刷子的品牌应符合制造商的规定。更换电刷时，同一电机应使用同一厂家、同一品牌的电刷:同一电机使用的电刷与同一电刷的双分裂电刷的高度差不得超过规定值，否则应更换。（五）、检查电刷盒底部相对换向器的平行度是否符合技术要求，电刷盒底部与换向器表面的距离应在2~4毫米以内（六）、换刷前，刷的接触面应打磨至与换向器弧面吻合，以保证良好的换向。（七）、检查并调整电刷盒，确保电刷盒上的电刷位于电枢移动范围内的换向器工作面上。（八）、经常用干燥的高压空气吹扫刷握，并用干净的布擦拭绝缘刷杆外表面的油脂和污垢。（九）、锉掉连接接头和电刷盒上因电弧产生的铜瘤或铜毛刺。（十）、在损坏的刷杆上，应重校刷杆刻度等。如果在机车上更换两个刷握相同的刷杆，应先更换一个刷杆，紧固定位后再更换另一个刷杆，并标明刷杆的位置。不允许同