CRH2型动车组牵引电机电连接器的故障分析及改进建议

李 坚 中国铁路上海局集团有限公司上海动车段

CRH2型动车组是动力分散型动车组，采用交直交传动技 术 ， 按 型 号 分 为 CRH2A、CRH2B、CRH2E、CRH2C1、CRH2C2、CRH380A（L）等。其中 CRH2A/B/E/C1 型动车组转向架的驱动装置是装用中车株洲电机有限公司（下称株洲电机）生产的MB-5120-A型牵引电机或中车永济电机有限公司（下称永济电机）生产的YJ92A型牵引电机，CRH2C2/380A（L）动车组装用株洲电机生产的YQ-365型牵引电机或永济电机生产的YJ92B型牵引电机。上述牵引电机皆为三相异步牵引电机，都是采用JL09BM03S1型电连接器。

CRH2型动车组在国内运行已近十年，随着运转时间的增加，牵引电机故障也逐步增多，尤其是三相电连接器故障有高发的趋势。

1 故障现象

近年来，在上海动车段株洲电机属地修的MB-5120-A型及YQ-365型牵引电机三相电连接器主要故障有：①电连接器内衬套凹槽底部裂纹故障（如图1）；②电连接器内部橡胶垫圈老化龟裂严重（如图1）。同时，永济电机返厂修的YJ92A型牵引电机也多次发现三相电连接器内衬套凹槽底部裂纹故障。

图1 JL09BM03S1型电连接器的联结螺母

案例一：2016年9月23日，发现编号为2007-0317的MB-5120-A型牵引电机的三相电连接器内衬套底部有约5 mm裂纹。

案例二：2017年2月24日，发现编号为392A100195的YJ92A型电机的电连接器内衬套底部有大于5 mm的裂纹。

案例三：2016年3月15日，发现多台YQ-365型牵引电机三相电连接器内橡胶垫圈龟裂老化。

案例四：2016年12月12日，发现多台MB-5120-A型牵引电机电连接器内部橡胶垫圈老化龟裂。

经统计，CRH2型动车组三、四级修牵引电机有10%的电连接器内衬套有裂纹故障，而电连接器内部橡胶垫圈存在普遍老化故障。

由于存在上述故障，牵引电机检修时需要大量更换电连接器和橡胶垫圈，增加了工作量和检修成本，并给动车组运行带来安全隐患。

2 故障分析

牵引电机三相电连接器是牵引电机接收电力的重要部件。《CRH2型动车组三、四级检修规程》只要求对牵引电机电连接器作状态检查。而上述两类故障出现的位置都被电连接器的端盖遮挡，在不分解的情况下难以发现，存在漏检漏修的安全隐患。

2.1 橡胶垫圈老化龟裂的原因分析

根据现场调研分析，推断电连接器内部橡胶垫圈老化龟裂的原因是：①橡胶件本身的材质、使用环境和使用寿命导致龟裂；②电连接器的公母插头完全连接后，为保证连接器内部密封，垫圈（处于母插头内）与公插头（位于车体侧）端部完全紧贴，处于被公插头端部挤压的受力状态，橡胶件长期受力则易变形，从而导致垫圈龟裂。

从现场分解下来的电连接器看，母插头内部积灰较多的现象普遍存在，说明垫圈龟裂导致电连接器内部密封不良。假如垫圈密封失效，运用过程中雨水与灰尘等杂质进入电连接器内部，会造成电气短路或者接地等安全隐患。

2.2 牵引电机电连接器内衬套凹槽底部裂纹的原因分析

牵引电机电连接器内衬套凹槽（如图1）是公母两部分连接时的导向槽，位于母插头内，连接前需找准母插头的凹槽和公插头的导向筋，然后配合好安装。公母两部分完成连接后，凹槽和导向筋一直处于咬合状态。根据现场模拟分析，我们初步推断凹槽底部裂纹出现的原因是：①动车组在线路上高速运行时，车体会因通过道岔等不平整线路而受到震动，此咬合部位（凹槽与导向筋）也会被迫刚性挤压，导致产生裂纹；②分解作业时，由于插头连接太紧，并且作业空间狭小，作业人员在电连接器公母两插头的分离过程中拆卸力度不好控制，往往因用力过大造成咬合部位出现裂纹。

内衬套凹槽底部产生裂纹或者开裂后，随着动车组运行时车体的震动，导向筋亦会对凹槽不断冲击，裂纹则会有延伸的风险，甚至根部完全断裂。一旦断裂，公母连接器之间除外部螺纹紧固外，内衬套的凹槽与导向筋可相对滑移，不再有定位及保证连接器内部相对静止的作用，尤其是插针有松动的风险，届时强电流通过则会产生剧烈的火花，导致连接器烧损的严重后果。

综上述分析，电连接器是强电流安全通过的直接载体，JL09BM03S1型连接器存在以上安全隐患。在该连接器改进之前，建议用矩形连接器替代JL09BM03S1型连接器。

3 矩形连接器及优势

矩形连接器（如图2）目前在我国轨道交通领域应用较成熟，包括TJD型连接器、YGC399-C200型连接器、以及Harting矩形连接器等。

图2 矩形连接器

（1）TJD型连接器

TJD型连接器为我国中航光电科技有限公司研制并生产的，目前广泛应用于我国铁路机车和城市轻轨领域的牵引电机与电源连接。该连接器按额定电流不同分 250 A和400 A两种，都是三插针接触件，插针材质为铜合金，表面镀银。连接器的工作温度：-40℃～+125℃,防护等级：IP67,接触电阻≤0.2 mΩ，电缆抗拉强度：250 N,机械寿命：750次；采用螺钉连接锁紧型式，安装与分解便捷，并能够防误插，使用方便快捷；具有整体屏蔽功能，连接可靠、抗振动、耐冲击性强，且防水性能优越。

（2）YGC399-C200型连接器

YGC399-C200型连接器是我国永贵电器股份有限公司研制并生产的。该型连接器能承载最大电流400 A，工作环境温度：-40℃～+125℃,防护等级：IP67,接触电阻≤0.2 mΩ，机械寿命：750次，插针的材质是铜合金，表面镀银，能够防氧化，外壳采用铝合金，表面做阳极氧化处理。目前该连接器广泛应用于我国城市轻轨领域的牵引电机与电源连接，如天津地铁6号线等。

（3）Harting矩形连接器

Harting矩形连接器是浩亭（德资）珠海有限公司在全球轨道交通的强电流连接器领域的成熟产品，目前大量应用于CRH3A，CRH380B以及新一代“复兴号”中国标准动车组的牵引电机与车体侧电源连接，同时，也广泛应用于国内外的地铁项目上，如北京地铁燕房线，巴西地铁，新加坡地铁等。该连接器按额定电流不同分有250 A、350 A、650 A三种型号，材质采用铍铜合金，表面镀银，低接触电阻率，采用螺栓连接锁紧型式，安装与分解便捷，并能够防误插，使用方便快捷。

（4）TJD型、YGC399-C200型、Harting矩形连接器的连接导线规格、电气性能各项技术参数与MB-5120-A型、YQ-365型、YJ92A/B型牵引电机的匹配性对比见表1。

表1 导线规格/技术参数的对比

表1所述，三种矩形连接器与牵引电机各种性能参数完全匹配。

（5）矩形连接器安装与拆卸的方法

①矩形连接器的安装方法

将牵引电机侧安装好的插头（连接器的公端）与车体侧的插座（连接器的母端）对插，拧紧插头与插座间的连接螺栓（如图2），插头壳体与插座壳体相互贴紧，此时插头与插座对插到位，再将插头插座与安装面板用螺栓固定即可，打好扭矩，涂打防松标记。

②矩形型连接器的拆卸方法

插头与插座分离时，先将安装面板上固定插头插座的螺栓拧下，之后将连接插头与插座的连接螺栓拧松，再将插头从插座中拔出即可。

（6）矩形连接器的优势

①矩形连接器密封性能优越，公母两端正常连接的状态下，可以保证插合面在位于水深1 m的情况下1 h内部无进水现象。

②正常情况下，若安装面板上固定连接器的螺栓不松脱，单纯地将连接螺栓拧松无法使公母两端分离，具有二次锁紧的功能。同时，因为矩形连接器公母两部分的连接紧固件为该两处连接螺栓，这两个螺栓承载插头与插座之间的接触力，所以不存在如JL09BM03S1型电连接器公母两部分通过本体自带的螺纹拧紧连接，导向筋与凹槽刚性咬合来定位插针的情况，减少了连接器本身产生疲劳裂纹的因素，更不会存在转向架与车体分解时因公母插头两部分难以分离而受蛮力导致裂纹的风险。

③综前述总结，两类电连接器的比较如表2。

表2 两类连接器的比较

综上述分析，通过对两类连接器的比较（如表2），可见传统的接线端子式连接器已逐渐不适应现代高速动车组的检修及运用要求。矩形连接器的结构成功避免了上述问题，其在地铁轻轨、CRH380B以及标准动车组上的成功应用就是最好的典范。所以，矩形系列电连接器是一款适用于现代轨道交通牵引电机与电源连接的产品。

4 总结建议

现代铁路装备尤其是高铁动车组，对配件的可靠性、维修便捷性等要求日益提高，同时，随着高铁动车组检修技术的日益成熟，铁路总公司也一直呼吁并鼓励动车组配件国产化，从这点来看，JL09BM03S1型电连接器被取代也是大势所趋。虽然矩形系列电连接器与CRH2型动车组装配的各种型号的牵引电机技术参数完全匹配，但是其要取代传统端子式JL09BM03S1型连接器，与牵引电机达到最优匹配，还需我们进一步试验分析。