动车交流牵引电机维修技术与策略

一、引言

在现代铁路运输系统中，动车以其高速、高效、安全等优势成为人们出行的重要选择。而交流牵引电机作为动车动力输出的关键设备，其性能的优劣直接影响到动车的运行效率、安全性和可靠性。由于交流牵引电机长期处于高负荷、复杂工况下运行，不可避免地会出现各种故障，一旦发生故障，不仅会导致列车晚点，严重时还可能危及行车安全。因此，深入研究动车交流牵引电机的维修技术与策略，及时准确地发现和解决故障，对于保障铁路运输的正常秩序、提高铁路运营的经济效益和社会效益具有重要意义。

二、动车交流牵引电机故障类型

2.1 绕组故障

2.1.1 匝间短路

在交流牵引电机运行过程中，绕组的绝缘层可能会因电、热、机械应力等因素而损坏，导致相邻匝间的导线直接接触，形成匝间短路。匝间短路会使局部电流增大，产生过热现象，进而引发电机振动加剧、噪声增大，严重时可能烧毁电机绕组。例如，在长时间高负荷运行后，电机绕组温度过高，绝缘性能下降，就容易引发匝间短路故障。

2.1.2 相间短路

相间短路是指电机三相绕组中不同相的绕组之间发生短路。造成相间短路的原因主要有绕组绝缘老化、机械损伤、过电压冲击等。相间短路会导致电机瞬间产生巨大的短路电流，使电机无法正常运行，甚至可能引发火灾等严重事故。当电机遭受雷击等过电压冲击时，绕组绝缘可能被击穿，从而引发相间短路。

2.2 轴承故障

2.2.1 磨损

轴承在长期运行过程中，由于受到径向和轴向载荷的作用，滚动体与滚道之间会发生摩擦磨损，导致轴承间隙增大，电机运行时出现振动和噪声。此外，润滑不良、杂质侵入等因素也会加剧轴承的磨损。当电机运行环境恶劣，灰尘较多时，杂质容易进入轴承内部，加速轴承的磨损。

三、故障分析方法

3.1 振动分析

通过在电机外壳上安装振动传感器，采集电机运行时的振动信号。正常运行的电机，其振动信号具有一定的规律性和幅值范围。当电机出现故障时，振动信号的幅值、频率成分等会发生变化。例如，轴承故障会引起振动信号中特定频率的幅值增大，通过对振动信号进行频谱分析，可以判断出故障的类型和部位。利用傅里叶变换等数学方法，将时域的振动信号转换为频域信号，分析不同频率成分的振动幅值，从而识别出与轴承故障相关的特征频率，如滚动体通过内圈、外圈的频率等。

3.2 电流分析

监测电机运行时的三相电流，正常情况下，三相电流应基本平衡，且幅值在额定范围内。当电机发生绕组故障（如匝间短路、相间短路、绕组断路）或转子故障（如断条）时，三相电流会出现不平衡，电流幅值也会发生变化。通过对电流信号进行分析，如计算电流不平衡度、观察电流波形等，可以判断电机是否存在故障以及故障的类型。采用谐波分析方法，分析电流信号中的谐波成分，当电机出现故障时，电流谐波含量会增加，通过检测特定谐波的幅值和相位变化，能够进一步确定故障的具体情况。

四、故障处置方法

4.1 绕组故障处置

4.1.1 匝间短路维修

匝间短路故障不易修复，一旦确认发生匝间短路，须更换整个绕组。在更换绕组时，要严格按照电机的原始设计参数选择合适的导线规格和绝缘材料，确保新绕组的性能符合要求。同时，在绕制和安装绕组过程中，要注意工艺质量，避免出现新的绝缘损伤。更换完成后，需进行严格的绝缘测试和电气性能测试，以保障绕组的正常运行。

4.1.2 相间短路维修

一旦发生相间短路，必须立即停止电机运行，将电机落车后进行分解检修。对于因绝缘老化或机械损伤导致的相间短路，若绕组未严重烧毁，需要更换受损的绝缘材料，并对短路部位进行彻底清理；如果相间短路造成了绕组严重烧毁，则需要更换整个绕组。在修复或更换绕组后，要进行严格的绝缘测试，确保相间绝缘电阻符合要求，防止再次发生相间短路故障。

4.2 轴承故障处置

4.2.1 磨损处理

当轴承出现轻微磨损时，为保证后续运用安全，一般情况下需更新轴承。如果轴承磨损较为严重，导致间隙过大，影响电机正常运行，必须更换新的轴承。在更换轴承时，要注意选择与原轴承型号相同、质量可靠的产品，并严格按照正确的装配工艺进行安装，确保轴承的安装精度。

4.2.2 疲劳剥落处理

电机拆解取出轴承后，一旦发现轴承出现疲劳剥落现象，在更换轴承的同时，要对电机的轴颈和端盖轴承室进行检查，看是否有磨损或变形。如果轴颈或轴承室有轻微磨损，若磨损程度未超限且不应影响正常使用，可进行严格清理、检查、修理后继续使用；如果磨损严重，则需要对轴颈或端盖、轴承座等进行更换。

五、维修策略

5.1 预防性维修

5.1.1 定期巡检

制定详细的定期巡检计划，安排专业维修人员对动车交流牵引电机进行定期检查。巡检内容包括电机的外观检查（如有无异常变形、破损、渗漏等）、振动测试、温度监测、声音监听等。通过定期巡检，及时发现电机运行中的潜在问题，如轴承早期磨损、绕组绝缘轻微老化等，以便提前安排电机落车分解检修，避免故障的进一步发展。

5.2 故障维修

5.2.1 快速响应与落车检修机制

建立故障快速响应机制，当电机发生故障时，维修人员能够在最短的时间内到达现场进行诊断，确认故障类型后，及时安排电机落车，进行分解检修。配备专业的维修工具和设备，以及常用的备品备件，确保能够及时对故障进行处理。同时，建立完善的故障信息传递渠道和检修流程，使维修人员能够快速了解故障发生的具体情况，提前做好落车分解检修的准备工作，提高维修效率。

六、案例分析

在某铁路运营线路上，一列动车在运行过程中，司机发现交流牵引电机发出异常噪声，且电机振动明显增大。调度中心接到报告后，立即启动故障响应机制，通知维修人员前往现场。维修人员到达现场后，首先利用振动测试仪对电机进行振动测试，发现振动幅值超出正常范围，且在特定频率处有明显的峰值。通过对振动频谱的分析，初步判断为电机轴承出现故障。由于此类故障无法在现场修复，维修人员将电机落车后进行拆解检查，发现轴承的滚动体和滚道表面存在严重的疲劳剥落现象。维修人员决定更换新的轴承，在更换过程中，严格按照装配工艺要求进行操作，确保轴承的安装精度。更换完成后，对电机进行了全面的测试，包括振动测试、电气性能测试等，各项指标均恢复正常。动车重新投入运营后，交流牵引电机运行稳定，未再出现异常噪声和振动。通过这次故障处理，充分体现了快速响应机制、准确的故障诊断方法以及规范的落车分解检修流程在保障动车交流牵引电机正常运行中的重要作用。同时，也为今后类似故障的处理提供了宝贵的经验。

七、结论

动车交流牵引电机作为铁路动车 / 机车的核心动力部件，其运行可靠性直接关系到铁路运输的安全和效率。通过对交流牵引电机常见故障类型的深入分析，采用科学有效的故障分析方法，制定针对性的故障处置方法（着重于电机落车后分解检修）和全面的维修策略，并结合实际案例的应用，可以及时准确地发现和解决电机故障，保障电机的稳定运行。在未来的铁路发展中，随着动车技术的不断进步和更新换代，交流牵引电机的维修技术与策略也需要不断地创新和完善，以适应新的技术要求和运营需求，为铁路运输事业的持续发展提供有力的支持。

参考文献

[1] 李宏。电机学 [M]. 北京：机械工业出版社，2018.

[2] 赵荣祥，窦汝振。交流电机故障诊断技术综述 [J]. 电工技术学报，2019, 34 (10): 2044-2060.

[3] 王立德。高速列车牵引电机可靠性设计与分析 [J]. 电力机车与城轨车辆，2020, 43 (2): 1-4.

[4] 周京华，陈亚爱。现代电机故障诊断与容错控制技术 [M]. 北京：科学出版社，2021.

[5] 李琳。基于振动分析的电机故障诊断方法研究 [J]. 电机与控制应用，2022, 49 (5): 101-106.