引言

直線電機(jī)車輛由于具有爬坡能力強(qiáng)、小曲線半徑通過能力好等優(yōu)點(diǎn),備受國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)關(guān)注。某地鐵公司四、五號(hào)線電客車采用直線電機(jī),通過受電弓或集電靴從接觸網(wǎng)獲取DC1500V高壓電,從接觸網(wǎng)獲取的DC1500V高壓電經(jīng)HB高速斷路器、線路接觸器流入VVVF逆變器,由VVVF逆變器逆變輸出驅(qū)動(dòng)三相直流電機(jī)所需的三相交流電壓,1臺(tái)VVVF逆變器可驅(qū)動(dòng)2臺(tái)直線電機(jī)運(yùn)行,具有爬坡能力強(qiáng)、小曲線半徑通過能力好、噪聲低等特點(diǎn)。但直線電機(jī)長期完全裸露在車底下,受外部環(huán)境因素影響較大,運(yùn)行故障率較高。由于直線電機(jī)制造工藝復(fù)雜,地鐵運(yùn)營單位不具備直線電機(jī)維修能力,故障的電機(jī)只能通過委外維修處理。當(dāng)前,國內(nèi)至少有6家單位具備直線電機(jī)維修能力,但各廠家的電機(jī)維修質(zhì)量卻不盡相同。對(duì)直線電機(jī)的維修質(zhì)量進(jìn)行跟蹤研究與分析,是地鐵運(yùn)營單位不容忽視的一個(gè)重要課題。

1故障統(tǒng)計(jì)

某地鐵公司四、五號(hào)線返修直線電機(jī)維修廠家主要為A廠家和B廠家,截至目前A廠家共計(jì)維修電機(jī)441臺(tái)(四號(hào)線安裝18臺(tái)、五號(hào)線安裝423臺(tái)),B廠家共計(jì)維修160臺(tái)(四號(hào)線安裝143臺(tái),五號(hào)線安裝17臺(tái))。本文中返修電機(jī)的數(shù)據(jù)及相關(guān)內(nèi)容,只針對(duì)返修時(shí)徹底修復(fù)過的電機(jī),不包括單獨(dú)修復(fù)槽楔、單獨(dú)浸漆等局部、簡單維修的直線電機(jī)。

601臺(tái)(441+160=601)電機(jī)中有19臺(tái)直線電機(jī)經(jīng)維修后再次出現(xiàn)故障,其中A廠家維修的占13臺(tái),B廠家維修的占6臺(tái)。

2故障率分析

A廠家維修的電機(jī)以其中兩部分為例進(jìn)行說明,一部分為2014年開展的直線電機(jī)維修計(jì)劃,修復(fù)數(shù)量為18臺(tái),安裝時(shí)間為2014年2月一2014年5月;另一部分為質(zhì)保維修及協(xié)商維修的248臺(tái)(57臺(tái)計(jì)劃+191臺(tái)計(jì)劃)。協(xié)商維修的248臺(tái)中已故障的數(shù)量為13臺(tái),合同維修的18臺(tái)暫未出現(xiàn)故障。

B廠家維修的電機(jī)前后包括兩部分,一部分為2013年底開展的直線電機(jī)緊急維修計(jì)劃,修復(fù)數(shù)量為18臺(tái),安裝時(shí)間為2013年12月一2014年3月;另一部分為2014年簽訂的修復(fù)合同(151臺(tái)合同,未修完),安裝時(shí)間為2014年10月至今。其中18臺(tái)電機(jī)中已故障的數(shù)量為2臺(tái),151臺(tái)維修計(jì)劃目前修復(fù)的142臺(tái)電機(jī)中已故障數(shù)量為4臺(tái)。

從上述數(shù)據(jù)分析,若僅考慮整體故障率,B廠家維修160臺(tái)電機(jī)中故障數(shù)量為6臺(tái),故障率為3.75%;A廠家維修441臺(tái)電機(jī)中故障數(shù)量為13臺(tái),故障率為2.95%。A廠家電機(jī)維修質(zhì)量略優(yōu)于B廠家。

3運(yùn)行公里數(shù)分析

3.1A廠家返修電機(jī)裝車公里數(shù)分布

A廠家返修電機(jī)裝車運(yùn)行公里數(shù)分布如下:目前有131臺(tái)分布在20~30萬km區(qū)間,占比最大,約為30%;0~10萬km、10~20萬km、30~40萬km這三類區(qū)間分布較接近,為17%~19%,公里數(shù)達(dá)40萬km以上的電機(jī)數(shù)量較少。

由A廠家修復(fù)后裝車的44l臺(tái)電機(jī)中,已經(jīng)有l(wèi)3臺(tái)出現(xiàn)了二次故障,每臺(tái)電機(jī)故障時(shí)的運(yùn)行公里數(shù)沒有明顯規(guī)律,故障時(shí)的平均運(yùn)行公里數(shù)為24萬km(最小12萬km,最大42萬km)。其中10~20萬km區(qū)間出現(xiàn)故障的有5臺(tái),20~30萬km區(qū)間出現(xiàn)故障的有4臺(tái),30~40萬km區(qū)間出現(xiàn)故障的有3臺(tái),40~50萬km區(qū)間出現(xiàn)故障的有1臺(tái)。由于每個(gè)區(qū)間分布故障數(shù)量差異不大,基本可以判斷這13起故障為非關(guān)鍵批量性問題導(dǎo)致。

3.2B廠家返修電機(jī)裝車公里數(shù)分布

由B廠家修復(fù)后裝車的電機(jī)共有160臺(tái)(四號(hào)線143臺(tái),五號(hào)線17臺(tái)),各類修復(fù)后裝車電機(jī)目前的運(yùn)營公里數(shù)分布如下:l0~20萬km分布占比22%,20~30萬km分布占比20%,30~40萬km分布占比20%,屬于占比較大的三個(gè)區(qū)間。

由B廠家修復(fù)后裝車的l60臺(tái)電機(jī)里,有6臺(tái)出現(xiàn)了二次故障,其公里數(shù)分布無明顯規(guī)律,平均故障公里數(shù)為l6萬km(最小0.5萬km,最大42萬km)。由于故障數(shù)量偏少,說明尚未達(dá)到批量故障的階段,但是0~10萬km故障數(shù)量明顯偏多,說明電機(jī)維修后的質(zhì)量問題十分明顯。就維修的時(shí)間角度來看,2014年初維修的18臺(tái)電機(jī)中有2臺(tái)出現(xiàn)故障,20l4年l0月份開始維修的l5l臺(tái)(已修復(fù)l42臺(tái))電機(jī)中至20l5年l0月份有4臺(tái)出現(xiàn)了故障,20l6年暫時(shí)未出現(xiàn)故障,說明B廠家電氣維修的電機(jī)在初期存在較多的維修質(zhì)量問題。

4故障燒損點(diǎn)分析

4.1A廠家維修的13臺(tái)燒損點(diǎn)分布

無明顯燒損點(diǎn)3臺(tái),電機(jī)中部槽口位置燒損的5臺(tái),中部槽楔與硅鋼片間燒損的3臺(tái),側(cè)邊線圈拉弧導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)齻?臺(tái)。其中側(cè)邊線圈拉弧故障主要與絕緣工藝與材料選擇有關(guān),基本屬于質(zhì)量問題,槽口燒損及電機(jī)底面中部槽間燒損才是目前接地故障的主要表現(xiàn)方式。

4.2B廠家維修的6臺(tái)燒損點(diǎn)分布

上部線圈燒損的2臺(tái),支撐桿處出現(xiàn)燒損的l臺(tái),w相線圈出現(xiàn)燒損的l臺(tái),電機(jī)中部槽口位置燒損的l臺(tái),電機(jī)側(cè)邊線圈拉弧燒損的l臺(tái)。除槽口燒損外其他燒損均非接地?zé)龘p問題,基本可以判斷為制造質(zhì)量問題或工藝問題。

從燒損點(diǎn)分布來看,A廠家按照原工藝生產(chǎn)的電機(jī)具有明顯的接地故障隱患,表現(xiàn)特征十分明顯:B廠家雖然接地風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小,但是制造質(zhì)量、工藝方面弱于A廠家。

5故障調(diào)查分析

對(duì)五號(hào)線增購車燒損的直線電機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場拆解分析,拆解發(fā)現(xiàn),五號(hào)線增購車燒損的直線電機(jī)內(nèi)部線圈老化并不嚴(yán)重。拆出過程發(fā)現(xiàn)槽楔緊固良好,粘著密貼,且可見電機(jī)中部的槽楔沒有出現(xiàn)明顯的松動(dòng)、嚴(yán)重發(fā)黑現(xiàn)象,撥裂面較新。逐匝將線圈抽出。可見線圈包覆的最外層玻璃絲帶薄膜對(duì)于絕緣漆的吸附量較好,中間的云母帶薄膜狀態(tài)仍較良好,整體沒有明顯發(fā)脆、嚴(yán)重松散的現(xiàn)象。同時(shí),上、下層線圈之間的NoMAx紙仍可見較為完整和堅(jiān)硬,未有明顯的下沉和破損跡象,邊緣也有一定的浸漆量。因此,從總體拆解情況看,五號(hào)線二次故障電機(jī)與五增直線電機(jī)從線圈老化程度、燒損點(diǎn)分布看,的確有較多相似之處。

6電機(jī)材料分析

由于接地故障特性在A廠家維修后的電機(jī)上表現(xiàn)明顯,從直線電機(jī)維修材料來看,主要為線圈電磁線材料有所變更,前期四、五號(hào)線直線電機(jī)生產(chǎn)制造時(shí)均使用雙玻璃絲包電磁線,主要是為了增加吸漆量,但其絕緣效果明顯弱于聚酰亞胺薄膜燒結(jié)電磁線,單純依靠吸漆量的絕緣體制在四、五號(hào)線列車的長期運(yùn)用過程中已表現(xiàn)出明顯不足。因此建議后續(xù)維修繼續(xù)使用優(yōu)良的電磁線保證電機(jī)絕緣。

從絕緣壽命來講,在運(yùn)行溫升一致的使用條件下,線圈絕緣更優(yōu),電機(jī)壽命也會(huì)適當(dāng)延長。電機(jī)溫度越低,電機(jī)壽命越長。由于電機(jī)燒損問題與電機(jī)溫升關(guān)系較大,在目前電機(jī)溫升測量結(jié)果仍然偏高的時(shí)期內(nèi),電機(jī)燒損問題尚不能徹底解決。增強(qiáng)絕緣性能,適當(dāng)考慮降溫措施,是解決直線電機(jī)燒損問題的最有效措施。

7結(jié)論

綜上所述,B廠家電氣維修電機(jī)質(zhì)量、工藝問題相對(duì)明顯,雖然現(xiàn)在已完成前期問題的整改,但不排除此類風(fēng)險(xiǎn)的再次出現(xiàn):A廠家返修后二次故障的13臺(tái)電機(jī)中,無明顯燒損點(diǎn)3臺(tái),電機(jī)中部槽口位置燒損的5臺(tái),中部槽楔與硅鋼片間燒損的3臺(tái),這些故障點(diǎn)集中在電機(jī)線圈中部或內(nèi)部,具有一定的規(guī)律性。A廠家按照原工藝維修的直線電機(jī)存在嚴(yán)重的接地故障風(fēng)險(xiǎn)隱患,不建議繼續(xù)使用此方式維修。

8后續(xù)措施

根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況與廠家現(xiàn)場拆解調(diào)查的分析,廠家推斷返修電機(jī)故障的原因與五號(hào)線增購車電機(jī)的故障原因相同,主要通過生產(chǎn)工藝、材料及溫升控制三個(gè)方面,對(duì)直線電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行有效控制。工藝方面,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)廠家維修、制造電機(jī)的生產(chǎn)工序和生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格把控,做好監(jiān)造管理工作:材料方面,應(yīng)對(duì)直線電機(jī)絕緣材料進(jìn)行全面調(diào)查,或委托第三方對(duì)直線電機(jī)絕緣材料進(jìn)行抽檢復(fù)測,保證電機(jī)絕緣材料品質(zhì)優(yōu)良:電機(jī)溫升控制方面,可通過聯(lián)合直線電機(jī)廠家升級(jí)牽引控制系統(tǒng)的控制軟件來降低電機(jī)運(yùn)行溫度,同時(shí)做好返修電機(jī)故障的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),進(jìn)一步探究直線電機(jī)的運(yùn)用情況。