电力机车交流牵引电机故障诊断获奖科研报告

电力机车交流牵引电机故障诊断获奖科研报告摘要：随着经济的发展，铁路建设迅速发展，铁路运行安全的重要性日益显著。交流传动电力机车在我国铁路跨越式发展的背景下将成为开发应用的主流机车。牵引电机作为交流电力机车的核心部件之一，其工作环境恶劣、负载变换频繁、动力作用大等因素使牵引电机较易出现故障。牵引电机的安全运行关系到整个列车的行车安全，展开交流牵引电机的故障诊断具有重要意义。

关键词：电力机车;交流牵引电机;故障;诊断

1引言

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。

2设备诊断技术的基本方法

设备故障的复杂性和设备故障与征兆之间关系的复杂性，形成了设备故障诊断是一种探索性的过程这一特点。就设备故障诊断技术来说，重点不只在于研究故障本身，而更在于研究故障诊断的方法。故障诊断过程由于其复杂性，不可能只采用单一的方法，而要采用多种方法。可以说，凡是对故障诊断能起作用的方法就要利用，必须从各种学科中广泛探求有利于故障诊断的原理、方法和手段，这就使得故障诊断技术呈现多学科交叉这一特点。通常分为：传统的故障诊断方法、故障的智能诊断方法、故障诊断的数学方法等三个方法。但是在实际生产过程中，牵引电机还有可能发生其它各种故障。

3常见的交流牵引电机故障类型

交流牵引电机主要由定子、转子、端盖、轴承、测速装置和主动齿轮等部分组成。交流牵引电机在运行过程中，由于受到各个方面的影响，其所包含的部件以及结构日益恶化，原有的性能和功能渐渐下降，呈现异常的工作状态，从而导致了故障的发生。交流牵引电机的常见故障一般包括转子故障、定子故障、轴承故障、绝缘故障以及电子元器件故障。

（1）转子故障

转子故障包括转子绕组故障和转子本体故障，转子绕组故障分为端环开裂故障、转子断条故障、转子绕组击穿、开焊以及匝间短路故障;转子本体故障则包括转子失衡故障与转子偏心故障。转子故障的发生与电机起动频率直接相关，起动时绕组短时间内电流过大，机械部件承受较大冲击，各部分受力和位移不同，容易导致转子导条和端环因应力不均匀而断裂。而转子刚度不足或轴承安装偏差容易导致转子偏心故障，偏心严重时，定转子的几何轴心偏离过大，电机转动时发生机械摩擦，会对电机产生致命损伤。

（2）定子故障

定子故障包括绕组接地故障、匝间短路故障和相间短路故障等，其中匝间短路故障是交流牵引电机发生最多最频繁的故障。而绕组间的绝缘破损导致绝缘层变薄、绝缘电阻变小，是短路故障发生的主要原因。匝间短路后气隙磁场和电流不再对称，定子电流大小显著增加，导致电机温升过高，当温升达到一定程度后，线圈表面变色，绝缘层失效，造成局部放电。

（3）轴承故障

电机轴承主要由内外圈、滚子和保持架组成。轴承故障包括内外圈故障、保持架故障以及滚子故障。轴承故障是交流牵引电机部件中较容易发生故障的部位，电机在运行中轴承内外滚道、滚子和保持架之间存在相对运行，滚子与滚道面存在较大的接触应力，润滑油形成的油膜，如润滑不良，则会导致滚子与滚道面，滚子产生剥离甚至胶合;如润滑油里面含有较多杂质，则可引起轴承保持架的异常磨损，从而导致轴承故障;此外，如轴承持续负荷过大，作业环境温度高，电机和轴承散热效率低、轴承过热，也容易导致轴承故障。

（4）绝缘故障

绝缘系统是电机结构中较薄弱的环节，在交流牵引电机运行时，绝缘体磨损、受潮、过热、污染、电晕、老化等都可以导致绝缘体绝缘性能的降低，出现绝缘故障。电机绝缘故障主要包括电机定子凸片故障、三相电阻不平衡故障、绕组绝缘受潮和老化故障、接线盒烧损故障等。

（5）电子元器件故障

电机电子元器件故障主要包括速度传感器故障和温度传感器故障。电机测速齿盘松动使得轮齿和速度传感器之间的间隙产生误差，造成速度传感器测量不稳定。测速齿盘轮齿缺失会导致速度传感器接收的脉冲信号不准确，分辨率降低，也会造成速度传感器故障;而温度传感器插头进水、插针缩针、电缆接触不良，或温度采集板故障及温度传感器电缆线磨损和电路故障等，将造成温度传感器故障。

4交流牵引电机故障的诊断方法

电机故障诊断的基本原理有：1）电流分析法。通过频譜等信号分析方法对负载电流的波形进行检测从而诊断出电机故障的原因和程度;2）绝缘诊断法。利用电气试验装置和诊断技术对电机的绝缘结构、工作性能是否存在缺陷做出判断，并对绝缘寿命做出预测;3）温度检测方法。采用温度测量方法对电机各个部位的温升进行监测，电机的温升与各种故障现象相关;4）振动与噪声诊断法。通过对电机振动与噪声的检测，并对获取的信号进行处理，诊断出电机产生故障的原因和部位。

目前国内将电机的故障诊断方法主要分为两大类：

（1）基于信号变换的故障诊断方法

在电机发生故障后，通过电机发出的信号来判断电机发生故障的类型。一般来说是在电机发生故障的前期进行诊断[2]。基于信号变换的故障诊断方法在电机故障诊断的实际应用中取得了很多成果，尤其是小波变换，适合于探测正常信号分析中夹带的瞬态反常现象并展示其成分，在电机机械故障诊断中占有重要的地位。

（2）基于知识的故障诊断方法

基于知识的故障诊断方法主要包括基于症状的方法和定性模型的方法，其中，基于症状的方法又包括专家系统、模糊推理、模式识别和神经网络的方法。基于专家系统的诊断方法诊断过程简单、快速，但该方法存在获取知识的瓶颈，因此不适用于复杂电机或新设计的电机的故障诊断;在故障诊断领域，温度“偏高”、噪音“过大”等都具有模糊特性，模糊推理方法是处理该类问题的最好工具。但模糊诊断知识获取困难，尤其是故障与征兆的模糊关系很难确定，且系统的诊断能力依赖模糊知识库，学习能力差，容易发生误诊或漏诊;神经网络方法具有记忆、自学习和能拟合任意连续分非线性函数的能力，同时它还具有并行处理和全局作用的能力，使得它在处理非线性问题和在线估计等方面具有较强的优势。目前国内已有学者将神经网络、模糊推理技术与传统的专家系统相结合，组成集成型智能系统，为解决传统专家系统在知识获取和知识表达方面的瓶颈问题提供新的途径。

5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