关于直线电机返修质量的对比分析

引言

直线电机车辆由于具有爬坡能力强、小曲线半径通过能力好等优点,备受国内城市轨道交通行业关注。某地铁公司四、五号线电客车采用直线电机,通过受电弓或集电靴从接触网获取DC1500V高压电,从接触网获取的DC1500V高压电经HB高速断路器、线路接触器流入VVVF逆变器,由VVVF逆变器逆变输出驱动三相直流电机所需的三相交流电压,1台VVVF逆变器可驱动2台直线电机运行,具有爬坡能力强、小曲线半径通过能力好、噪声低等特点。但直线电机长期完全裸露在车底下,受外部环境因素影响较大,运行故障率较高。由于直线电机制造工艺复杂,地铁运营单位不具备直线电机维修能力,故障的电机只能通过委外维修处理。当前,国内至少有6家单位具备直线电机维修能力,但各厂家的电机维修质量却不尽相同。对直线电机的维修质量进行跟踪研究与分析,是地铁运营单位不容忽视的一个重要课题。

1故障统计

某地铁公司四、五号线返修直线电机维修厂家主要为A厂家和B厂家,截至目前A厂家共计维修电机441台(四号线安装18台、五号线安装423台),B厂家共计维修160台(四号线安装143台,五号线安装17台)。本文中返修电机的数据及相关内容,只针对返修时彻底修复过的电机,不包括单独修复槽楔、单独浸漆等局部、简单维修的直线电机。

601台(441+160=601)电机中有19台直线电机经维修后再次出现故障,其中A厂家维修的占13台,B厂家维修的占6台。

2故障率分析

A厂家维修的电机以其中两部分为例进行说明,一部分为2014年开展的直线电机维修计划,修复数量为18台,安装时间为2014年2月一2014年5月;另一部分为质保维修及协商维修的248台(57台计划+191台计划)。协商维修的248台中已故障的数量为13台,合同维修的18台暂未出现故障。

B厂家维修的电机前后包括两部分,一部分为2013年底开展的直线电机紧急维修计划,修复数量为18台,安装时间为2013年12月一2014年3月;另一部分为2014年签订的修复合同(151台合同,未修完),安装时间为2014年10月至今。其中18台电机中已故障的数量为2台,151台维修计划目前修复的142台电机中已故障数量为4台。

从上述数据分析,若仅考虑整体故障率,B厂家维修160台电机中故障数量为6台,故障率为3.75%;A厂家维修441台电机中故障数量为13台,故障率为2.95%。A厂家电机维修质量略优于B厂家。

3运行公里数分析

3.1A厂家返修电机装车公里数分布

A厂家返修电机装车运行公里数分布如下:目前有131台分布在20~30万km区间,占比最大,约为30%;0~10万km、10~20万km、30~40万km这三类区间分布较接近,为17%~19%,公里数达40万km以上的电机数量较少。

由A厂家修复后装车的44l台电机中,已经有l3台出现了二次故障,每台电机故障时的运行公里数没有明显规律,故障时的平均运行公里数为24万km(最小12万km,最大42万km)。其中10~20万km区间出现故障的有5台,20~30万km区间出现故障的有4台,30~40万km区间出现故障的有3台,40~50万km区间出现故障的有1台。由于每个区间分布故障数量差异不大,基本可以判断这13起故障为非关键批量性问题导致。

3.2B厂家返修电机装车公里数分布

由B厂家修复后装车的电机共有160台(四号线143台,五号线17台),各类修复后装车电机目前的运营公里数分布如下:l0~20万km分布占比22%,20~30万km分布占比20%,30~40万km分布占比20%,属于占比较大的三个区间。

由B厂家修复后装车的l60台电机里,有6台出现了二次故障,其公里数分布无明显规律,平均故障公里数为l6万km(最小0.5万km,最大42万km)。由于故障数量偏少,说明尚未达到批量故障的阶段,但是0~10万km故障数量明显偏多,说明电机维修后的质量问题十分明显。就维修的时间角度来看,2014年初维修的18台电机中有2台出现故障,20l4年l0月份开始维修的l5l台(已修复l42台)电机中至20l5年l0月份有4台出现了故障,20l6年暂时未出现故障,说明B厂家电气维修的电机在初期存在较多的维修质量问题。

4故障烧损点分析

4.1A厂家维修的13台烧损点分布

无明显烧损点3台,电机中部槽口位置烧损的5台,中部槽楔与硅钢片间烧损的3台,侧边线圈拉弧导致严重烧伤的2台。其中侧边线圈拉弧故障主要与绝缘工艺与材料选择有关,基本属于质量问题,槽口烧损及电机底面中部槽间烧损才是目前接地故障的主要表现方式。

4.2B厂家维修的6台烧损点分布

上部线圈烧损的2台,支撑杆处出现烧损的l台,w相线圈出现烧损的l台,电机中部槽口位置烧损的l台,电机侧边线圈拉弧烧损的l台。除槽口烧损外其他烧损均非接地烧损问题,基本可以判断为制造质量问题或工艺问题。

从烧损点分布来看,A厂家按照原工艺生产的电机具有明显的接地故障隐患,表现特征十分明显:B厂家虽然接地风险相对较小,但是制造质量、工艺方面弱于A厂家。

5故障调查分析

对五号线增购车烧损的直线电机进行了现场拆解分析,拆解发现,五号线增购车烧损的直线电机内部线圈老化并不严重。拆出过程发现槽楔紧固良好,粘着密贴,且可见电机中部的槽楔没有出现明显的松动、严重发黑现象,拨裂面较新。逐匝将线圈抽出。可见线圈包覆的最外层玻璃丝带薄膜对于绝缘漆的吸附量较好,中间的云母带薄膜状态仍较良好,整体没有明显发脆、严重松散的现象。同时,上、下层线圈之间的NoMAx纸仍可见较为完整和坚硬,未有明显的下沉和破损迹象,边缘也有一定的浸漆量。因此,从总体拆解情况看,五号线二次故障电机与五增直线电机从线圈老化程度、烧损点分布看,的确有较多相似之处。

6电机材料分析

由于接地故障特性在A厂家维修后的电机上表现明显,从直线电机维修材料来看,主要为线圈电磁线材料有所变更,前期四、五号线直线电机生产制造时均使用双玻璃丝包电磁线,主要是为了增加吸漆量,但其绝缘效果明显弱于聚酰亚胺薄膜烧结电磁线,单纯依靠吸漆量的绝缘体制在四、五号线列车的长期运用过程中已表现出明显不足。因此建议后续维修继续使用优良的电磁线保证电机绝缘。

从绝缘寿命来讲,在运行温升一致的使用条件下,线圈绝缘更优,电机寿命也会适当延长。电机温度越低,电机寿命越长。由于电机烧损问题与电机温升关系较大,在目前电机温升测量结果仍然偏高的时期内,电机烧损问题尚不能彻底解决。增强绝缘性能,适当考虑降温措施,是解决直线电机烧损问题的最有效措施。

7结论

综上所述,B厂家电气维修电机质量、工艺问题相对明显,虽然现在已完成前期问题的整改,但不排除此类风险的再次出现:A厂家返修后二次故障的13台电机中,无明显烧损点3台,电机中部槽口位置烧损的5台,中部槽楔与硅钢片间烧损的3台,这些故障点集中在电机线圈中部或内部,具有一定的规律性。A厂家按照原工艺维修的直线电机存在严重的接地故障风险隐患,不建议继续使用此方式维修。

8后续措施

根据现场的数据统计情况与厂家现场拆解调查的分析,厂家推断返修电机故障的原因与五号线增购车电机的故障原因相同,主要通过生产工艺、材料及温升控制三个方面,对直线电机的运行质量进行有效控制。工艺方面,应加强对厂家维修、制造电机的生产工序和生产工艺的严格把控,做好监造管理工作:材料方面,应对直线电机绝缘材料进行全面调查,或委托第三方对直线电机绝缘材料进行抽检复测,保证电机绝缘材料品质优良:电机温升控制方面,可通过联合直线电机厂家升级牵引控制系统的控制软件来降低电机运行温度,同时做好返修电机故障的数据统计,进一步探究直线电机的运用情况。