和谐型机车牵引电机绕组检修技术研究

容长生， 侯世旭， 刘 锋， 沈 晟

(1 中国国家铁路集团有限公司 机辆部， 北京 100844； 2 中车株洲电机有限公司， 湖南株洲 412001；3 中车株洲电力机车有限公司， 湖南株洲 412001;4中车永济电机有限公司， 山西永济 044502)

变频牵引电机作为和谐型机车的关键设备之一，其安全可靠运行直接影响着机车的性能和运用，而绕组绝缘系统的可靠性是牵引电机可靠运行的重要指标。牵引电机绝缘系统作为易出现故障的薄弱点，需在每次牵引电机解体检修时对其进行检测分析，以保证牵引电机绝缘系统可靠。机车牵引电机解体检修周期为C5(运行110万km或6 a)修和C6(运行220万km或12 a)修。目前，各型号和谐型机车陆续进入C6修阶段，机车整车进行分解检修，与既有机车直流牵引电机绝缘系统不同，和谐型机车变频牵引电机绝缘系统为200级耐电晕绝缘系统，该交流牵引电机绝缘系统的研究目前仅限于理论研究与老化试验研究[1-3],忽略了运行环境(温度、湿度、酸碱度等)的巨大变化、牵引电机过载运行的长时高温及机车交变载荷的影响。

从实际出发，选取一定数量的C6修牵引电机进行研究。通过对定子绕组外观检查和浸漆前后定子绕组的绝缘性能指标变化整理分析，最终确定C6修牵引电机定子绕组检修方案，并为后续修程的牵引电机绕组检修提供思路和依据。

1 试 验

1.1 试样选取

试样随机选用12台电机定子绕组表面状态良好的C6修电机。C6修电机定子绕组表面积灰较多，见图1。定子绕组清洗后可见绕组和绝缘漆原色，无绝缘漆脱落、破损、明显老化等现象，见图2。

2 试验结果与分析

2.1 绝缘电阻检测与分析

对12台C6修电机定子绕组清洗前、清洗烘潮后、浸漆后进行绝缘电阻检测，所有电机绝缘电阻均高于11 GΩ。满足GB/T 14711规定的冷态绝缘电阻应不低于50 MΩ。

图1 清洗前定子绕组外观

图2 清洗后定子绕组外观

2.2 耐电压检测与分析

对12台C6修电机定子绕组清洗烘潮后进行对地耐压试验，根据GB/T 755规定，试验电压按新造电机耐压的75%进行，所有电机对地耐压均合格，无击穿闪络现象。

2.3 极化指数检测与分析

对12台C6修电机定子绕组清洗前、清洗烘潮后、浸漆后的极化指数进行检测，数据见图3。根据图3所示，所有电机定子绕组清洗前极化指数均大于3，清洗烘潮后极化指数较清洗前明显升高，极化指数均大于5。满足GB/T 20160规定的极化指数最小推荐值为2。GB/T 20160提出，对1 min绝缘电阻值在5 000 MΩ以上的电机，不需极化指数衡量绕组绝缘状况。

图3 C6修牵引电机极化指数

2.4 局部放电检测分析

电机定子绕组二次浸漆后局部放电起始电压有一定的提高，试验结果见图4。这说明二次浸漆对C6修电机绝缘系统有一定的修复作用，可提高电机绝缘的可靠性。

图4 C6修电机局部放电起始电压

2.5 介质损耗角正切检测与分析

(1)不同修程介质损耗角正切对比分析

文献[4]提出：变频电机绝缘系统介质损耗主要来自于电导损耗、极化损耗和局部放电损耗。当外加电压低于局部放电起始电压时，介质损耗主要由电导损耗和极化损耗构成；当外加电压超过局部放电起始电压时，将产生局部放电损耗，局部放电使得介质损耗剧增。同时，随着老化程度的加深，局部放电电压逐渐增大。

图5为常温下新造、C5修、C6修牵引电机在各电压下介质损耗角正切平均值。随着修程增加，介质损耗角正切平均值呈逐步增加趋势，符合电机绝缘性能规律，但介质损耗角正切增幅随修程增加呈减小趋势，说明电机的绝缘性能逐渐趋于稳定。1～2.5 kV介质损耗基本一致是因为基本不存在局部放电介质损耗，3 kV介质损耗增加明显是因为增加了局部放电介质损耗。随着修程的增加，3 kV介质损耗降低是因为部分电机局部放电电压提高，局部放电介质损耗减小。但各检修级别介质损耗角正切平均值均小于企业新造标准3%，尤其在3 kV考核点，有降低的趋势。

图5 不同修程介质损耗角正切

(2)3 kV介质损耗角正切对比分析

由于3 kV时介质损耗最大，故选择该电压进行浸漆前后介质损耗角正切对比。由图6可知，C6修牵引电机定子绕组清洗前，介质损耗角正切较高，这是因为牵引电机是开启式强迫风冷，定子绕组表面被外界污染、受潮所致。入厂检修电机介质损耗角正切无标准要求，一般不测试，但定子绕组清洗烘潮后，介质损耗角正切均低于2%，满足企业新造标准3%。二次浸漆后介质损耗角正切有所下降，这说明二次浸漆对绝缘性能的提高是有利的。

图6 C6修牵引电机3 kV介质损耗角正切

2.6 湿热试验分析

为进一步验证电机防潮性能，选取两台C6修牵引电机定子按标准进行高温40 ℃，循环2次的湿热试验，试验结果见表1。

湿热试验后，清洗烘潮后的定子绕组绝缘电阻、耐电压、极化指数、介质损耗角正切均可满足标准要求，这说明C6修牵引电机防潮性能良好。

2.7 温升试验分析

为验证C6修牵引电机定子绕组二次浸漆对电机温升的影响，选取2台电机进行浸漆前后的正弦波温升试验，试验结果见表2。

表1 绝缘性能参数

表2 温升试验结果

通过温升试验发现，新造与检修前后的轴承与定子绕组平均温升没有明显变化，这说明二次浸漆对牵引电机散热没有明显影响。

3 电机绝缘故障统计

根据在线运营故障统计，共18台电机是由于绝缘失效造成故障，见图7。

图7 绝缘失效电机运行里程

通过运行里程的分类统计，随着运用里程的增加，由绝缘失效导致故障的牵引电机呈下降趋势，这说明随着电机运行里程的增加绝缘系统趋于稳定，从实际应用层面说明了C6修牵引电机绝缘系统可满足运用要求。

4 结 论

(1)根据上述研究发现，C6修牵引电机定子绕组表面无绝缘漆脱落、破损、明显老化等现象，状态良好。清洗后的定子绕组绝缘电阻、耐电压、极化指数、介质损耗角正切、防潮性能、温升均满足新造出厂标准，这说明C6修牵引电机定子绕组绝缘性能良好，可满足运用要求。

(2)C6修牵引电机定子绕组介质损耗角正切增幅随修程增加呈减小趋势，电机的绝缘性能逐渐趋于稳定。进行二次浸漆后局部放电、介质损耗角正切略有改善，且电机温升基本一致，这说明二次浸漆的C6修牵引电机定子绕组绝缘性能指标有所提升，但不能说明C6修时牵引电机有必要进行二次浸漆。

(3)截至2018年底，全路共配属10 000余台和谐型电力机车，牵引电机定子绕组二次浸漆成本按0.5万元/台计算，全路C6修牵引电机二次浸漆成本约为3.5亿元。取消二次浸漆，能有效降低检修成本，更符合C6修经济检修的理念。

综上，C6修牵引电机定子绕组不进行二次浸漆在技术上可以满足质量要求，有效降低检修成本。在后续的检修过程中应对牵引电机绝缘性能持续跟踪，加强数据积累和分析，进一步研究C6修牵引电机定子绕组不进行二次浸漆的配套技术标准。