中低速磁浮列车直线感应电机短接保护盖故障分析及优化

曹　芬,程　维（南车株洲电力机车有限公司　磁浮系统研究所,湖南　株洲　412001）

中低速磁浮列车直线感应电机短接保护盖故障分析及优化

曹芬,程维
（南车株洲电力机车有限公司磁浮系统研究所,湖南株洲412001）

由南车株机研制的磁浮列车已经在试验线上进行了两年多的运行考核，在运行过程中，针对直线感应电机短接保护盖出现的问题与故障，进行分析与优化，最终问题得到解决。

中低速磁浮列车；直线感应电机；短接保护盖；故障分析；优化

0　前言

常导短定子中低速磁浮列车与轨道间无机械接触，靠电磁力进行牵引和悬浮，克服了传统轮轨列车的粘着限制，具有爬坡能力强、噪声小、安全、舒适、快速等优点。中低速磁浮列车的牵引电机采用直线感应电机，直线感应电机的定子安装在车辆上。

由南车株机磁浮系统研究所研制的磁浮列车已经在试验线上进行了两年多的运行考核，在运行过程中，针对直线电机短接保护盖出现的问题与故障，进行了分析与优化，最终问题得到解决。

1　电机短接保护盖故障分析与优化

中低速磁浮列车为3节编组，编组方式为Mc1-M-Mc2,M车与Mc车均是动车。主电路系统主要由受流器、高压分线箱、高压电器柜、电抗器、牵引逆变器、直线感应电机组成。牵引逆变器由三相逆变器模块和过压保护斩波器模块组成。采用恒电流恒滑差频率控制方式。每节车均配置1台牵引逆变器，每台牵引逆变器给本车10台直线感应电机供电。直线感应电机采用5串2并联结方式，5台直线感应电机通过三芯大电流连接器串联，最后使用电机短接保护盖短接，如图1所示。

在中低速磁浮列车车辆调试过程中，室温为6℃左右时，短接保护盖外壳温度测量为70℃左右。多次出现了初次激活后“合主断”正常，推牵引手柄瞬间车辆主断跳开的现象,司机室显示屏显示“接地跳主断”。通过检查，发现电机短接保护盖损坏，如图2所示。

1.1故障分析

分析原因：（1）短接处其中一相与底座接触不良（工人装配的时候未装配好，插针虚连），造成接触电阻过大；插针为铜材质，底座为不锈钢材质，接触面积小，插针与底座通过螺纹导电，接触电阻大；（2）插针与短接保护盖之间气隙过小，电机短接保护盖的绝缘设计不符合IEC60077标准中关于电气连接绝缘和耐压的相关要求，有电气击穿发生。

三相电流和为零，

牵引逆变器最大输出电压为1170V，可知中点电压最大时接近585V。出现大的中点位移电压时，会使正常的相负载上的电压降低，损坏的相负载上的电压升高，严重不对称时，会造成负载损坏。由于三相负载不对称，造成三相电流不对称，从而使直流侧的电流相差大于50A，造成出现“接地跳主断”故障的显示。

出现图2现象的原因：参考标准EN50124-1:2001《铁路应用绝缘配合第1部分：基本要求电工电子设备的电气间隙和爬电距离》。标称电压为标定一个给定电源系统的近似电压值。牵引逆变器输出三相额定线电压1100V，相当于标称电压为三相的1100V，附录A 表A.3中只有3相1000V，其额定冲击电压为4000V。

图3EN50124-1:2001《铁路应用绝缘配合第1部分：基本要求电工电子设备的电气间隙和爬电距离》附表A.1

根据该标准附录A表A.3额定冲击电压为4kv时，空气中的最小电气间隙在PD1-PD3时为3mm，在PD4时为7mm。电机短接保护盖中插针与短接保护盖距离为5-6mm，在雨天和定期清洁产生的偶然导电（即PD4）情况下，此时的最小电气间隙为7mm，此时电机短接保护盖中插针与短接保护盖会发生电气击穿。

1.2故障处理与优化

根据故障实际情况与故障分析，现场采用了两种处理方案。

方案一：针对虚接的问题，通过延长短接针螺纹长度并通过螺母进行校紧放松，保证连接的可靠性；同时，通过增加接触面的截面积，增强产品的导电性能；原底座材料为铜镀镍，现改为铜镀银，保证接触间基材与镀层的一致性。

延长绝缘层，同时在短接针外壁加装高温高压热缩套管，使元件间的最小电气间隙与爬电距离超过32mm，保证短接保护盖具有足够的耐电压能力，如图3所示。

室温为6℃左右时，改进后的短接保护盖在Mc车上使用时外部温度为25℃左右。使用改进后的短接保护盖在车辆运行6个月后仍状况良好。

方案二：方案一中直线电机的串联采用三芯大电流连接器与短接保护盖组合，鉴于方案一中所用连接器和短接保护盖组合结构复杂，重量大，成本高，密封性不够好，且安装接线时工人可能发生误操作。发生接线错误时，退针比较困难。直线电机电流过大时，连接器可能发生烧损事故。故在三节列车中其中一列车直线感应电机串联短接处使用电机接线盒进行短接。

电机接线盒内含三个接线端子，为车辆一侧五个电机串联提供相邻电机的串联连接。接线端子能承受2000V电压且端子之间电气间隙不被击穿。接线端子采用通用型大电流螺柱端子，端子夹线体地面呈棱柱形，保证了导线三点对中；夹线体地面带槽纹，确保接线后接触表面具有低值过渡电阻；利用弹性构件实现螺钉自锁。

如图4所示电机接线盒组成：过渡板和箱体；3套大电流的接线端子和相关附件；3套密封环；紧固件。箱体橡胶圈密封位置防护等级为IP65，连接器与线缆以及箱体位置的防护等级为IP67。使用电机接线盒后列车运行良好。

2　结论

通过中低速磁浮列车在运行试验中的实践考核，对直线感应电机短接保护盖出现的故障进行分析并处理和优化，优化后的中低速磁浮列车运行良好，电机短接处无故障，这为中低速磁浮车辆的工程化提供了良好的基础和保证。

[1]南车株机公司.常导短定子中低速磁悬浮车辆技术规格书[G].株洲:南车株机公司,2011.

[2]张宏.直线感应牵引电动机牵引性能的研究[D].四川:西南交通大学,2006.

[3]叶云岳.直线电机原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2000(06).

[4]EN50124-1:2001《铁路应用 绝缘配合 第1部分：基本要求 电工电子设备的电气间隙和爬电距离》