地铁动车牵引电机温度熔断器故障分析与改进王明亮--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

地铁动车牵引电机温度熔断器故障分析与改进王明亮

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年7月上作者：王明亮

[导读] 随着人们生活水平的提高，带动了交通行业的进步。通过分析地铁动车牵引电机温度熔断器的工作原理，深入研究和分析了一起根源性牵引电机温度熔断器故障，找到了实际运用过程中引发误报警故障的主要原因，制定了相应的改进措施，并通过试验和装车运用验证，确认了改进措施的有效性。

山东省青岛市城阳区身份证号（37028319******5211）王明亮 266000

摘要：随着人们生活水平的提高，带动了交通行业的进步。通过分析地铁动车牵引电机温度熔断器的工作原理，深入研究和分析了一起根源性牵引电机温度熔断器故障，找到了实际运用过程中引发误报警故障的主要原因，制定了相应的改进措施，并通过试验和装车运用验证，确认了改进措施的有效性。
关键词：地铁;牵引电机;温度熔断器
        引言
        地铁场段主要用于停放运营电客车和工程车辆，不仅承担列车的检修、整备、动调、静调工作，同时负责正线运营的收、发车组织。场段直流牵引供电系统故障退出，不仅影响场段内车辆检修、调试工作，一旦故障发生在早运营出车或晚运营收车时段，将对正线运营服务产生重大影响。鉴于场段在地铁运营过程中的重要地位，场段内的直流牵引供电系统无论从可靠性还是从故障下支援供电的时效性上考虑，均需要进一步深入研究。
        1地铁牵引系统概述
        相对于地铁牵引系统采用的是公司提供的相关产品而言，地铁牵引系统是由庞巴迪运输公司提供的基于世界领先的尖端MITRAC逆变器系列，采用目前非常成熟可靠的微处理器驱动控制单元MITRACCCDCU2。目前庞巴迪运输公司已在全球范围销售超过10,000个IGBT逆变器，带有散热片的IGBT功率半导体，综合控制单元的门极驱动单元以及DC-link电容均经过预装配和预测试，可随时用于使用。此系统的优势包括以下几点：　　模块化的系统设计。得到实践验证的标准化产品、低成本、重量轻的优势与便于为用户定制的优势结合起来；完整的系统仿真和工厂测试系统，缩短了调试时间并提高了可靠性；使用紧凑设计而带来的高的功率密度，为其它重要设备节省了空间；由于广泛的应用经验而取得了丰富的处理电磁干扰的技术经验，并且使用了成熟的仿真工具，降低了整体风险。
        2温度熔断器结构及原理
        温度熔断器主要由保护管、温度保险丝、安装座、电缆锁紧头和电缆等配件组成，如图1所示。核心元件温度保险丝与电线连接后通过导热绝缘材料封装在保护管中，用于温度的监控。为有效避免由单个元件误动作而引发的误报警故障风险，温度熔断器采用了两个温度保险丝并联的冗余设计方案。核心元件温度保险丝主要由星形触点、压缩弹簧、解扣弹簧、热敏熔块等构成，如图2所示。在正常的环境温度下，电流从绝缘导线流向星形触点，通过导线装配外壳流向另一端。当电机铁心温度达到设定的阀值时，热敏熔块熔融，压缩弹簧和解扣弹簧为保持弹力平衡而移动，推动星形触点与绝缘导线分离，回路被断开，星形触点与绝缘导线间电流被切断，并且永不恢复，从而达到电机铁心超温报警的作用。

图1温度熔断器结构图

        图2温度保险丝结构图
        3改进措施
        3.1牵引逆变器
        主要由输入滤波器、制动斩波器和牵引逆变模块组成。牵引逆变模块（MCM）产生一个可变频变幅的三相电压以驱动牵引电机。当切换到制动模式时电能方向反转，牵引电机作为发电机运作。此时机械能转换成电能，通常被送回电网驱动其他列车或者消耗在制动电阻中。线路滤波器降低了电路中的瞬态电压以及谐波，并稳定了逆变器的直流网压输入。每个线路滤波器包含一个线路电抗器以及一个分别置于牵引逆变器或辅助逆变器内的输入滤波电容器。制动斩波器的作用是过压控制和保护。当直流线电压上升到一定水平时，制动斩波器的IGBT被触发，并将能量传输到制动电阻上。当电压回降到允许水平以后，制动斩波器即关闭。在关闭逆变器时，该斩波器还用来对直流环节进行放电。每辆动车配备一台VVVF牵引逆变模块（MCM），一台牵引逆变器为四台并联的交流异步牵引电机供电。
        3.2优化正线支援供电方式倒切程序
        西安地铁正线牵引供电系统均采用双边供电方式，当一座牵引变电所故障解列后，可直接过渡到单边供电或大双边供电方式。而车辆段牵引供电系统通常情况下为单边供电方式，由车辆段牵引变电所提供单独电源，一旦车辆段牵引所故障解列后，只能通过正线末端牵引所向车辆段越区支援供电。
        3.2.1优化前的供电倒切程序
        车辆段牵引变电所全所解列时，通过闭合正线与车辆段的联络隔离开关实现越区供电。由于联络隔离开关与车辆段直流馈线开关、正线末端牵引所向车辆段方向的直流馈线开关之间存在闭锁关系，即在闭合联络隔离开关之前，需先将车辆段和正线末端牵引所向车辆段方向的直流馈线开关断开。如此一来，不但增加了开关倒切操作的步骤，还将对正线正常供电产生影响，加长了车辆段牵引所解列后的正线支援供电倒切时间。
        3.2.2优化后的供电倒切程序
        车辆段牵引变电所全所解列需通过正线越区支援供电时，要求车辆段所有1500V直流负荷全部处于退出状态，可在未断开车辆段直流馈线开关、正线末端牵引所向车辆段方向的直流馈线开关的情况下，直接闭合正线与车辆段之间的越区联络隔离开关，实现正线向车辆段的支援供电。
        3.3改进温度保险丝老化筛选试验
        1)增加老化筛选试验的温度保险丝放置专用工装，规范温度保险丝筛选的定置定位，确保各元件受热均匀，且便于元件的编号和追溯管理。2)试验温箱添置温度巡检仪，对试验温箱温度进行实时记录，以保证试验全过程的温度记录、可控和追溯。3)添置X光射线机，老化筛选试验前后增加温度保险丝热敏熔块高度检测项点。
        3.4温度熔断器可靠性及寿命研究
        随机抽取50件温度保险丝进行155℃、5000h的寿命试验研究(155℃为目前列车正常运行时，温度熔断器安装部位监测到的最高温度)。试验期间在设定的不同时间节点对温度保险丝进行热敏熔块高度检测，以观察其整个过程的变化趋势。目前已完成温度保险丝155℃、耗时3000h的寿命试验绘制了热敏熔块高度平均值曲线图，如图3所示。可见，热敏熔块高度变化较为稳定，均在2．500mm以上，远高于其最小临界高度值1．930mm，且满足新制和检修标准要求。

图3热敏熔块高度平均值曲线图
结语
过对温度熔断器引发的牵引电机温升误报警故障的深入剖析，确认了其主要原因，并在质量管控方面提出了有效的优化和改进措施，通过长时间的运行试验，进一步验证了措施的有效性。目前，采取优化和改进措施后的新制温度熔断器已大批量投入运营，运营时间最长的已超过16个月，至今运行状况良好。由此可见，该措施效果非常明显。
参考文献
［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.地铁车辆通用技术条件：GBT7928—2003［S］.北京：中国标准出版社，2013.
［2］SCHAEFERHH，韩才元.世界各国铁路列车阻力和机车粘着系数公式的比较［J］.国外铁道机车与动车，1989（2）：35-43.
［3］龙永文．YQ-365牵引电机温度继电器参数设计和选用［J］．电力机车与城轨车辆，2010(4):45．