牵引电机轴承电蚀在高速动车组的应用及对策

CRH380BL型高速动车组作为速 度300~350ｍ/h的 主力车型，已 广泛分布在京津、武 广、京 沪、沪 宁等客运专线上，所 配属的牵引电机已超过5000台。截止 到2014年2月的运用 统计数据，牵引电机在运用过程中发生轴承承故障多达20余起，

轴承没有达到预期的寿命提前失效。主要表现为轴承温度过热、甩油、 轴承卡滞。对于牵引电机轴承故障，专家们进行了研讨，共同认定轴承功能失效是由轴承电蚀引起的。但对问题产生的根源，意见分歧很大。为寻求防止故障发生的根本途径，在相关试验基础上，就轴承电蚀发生机理、影响因素进行简单的分析，找到了预防轴承电蚀的解决方案。

１牵引电机轴承故障的现象及特征

CRH380BL型高速动车组牵引电机在线运行轴承故障具体表征为电机轴承温度在较短时间内快速上升，达到过热限制报警。故障种类主要为轴承过热、轴承甩油、轴承卡滞。通过对二十多起轴承故障的牵引电机运行里程、配属车位等信息汇总，发现在动车组两端车辆转向架上的牵引电机故障机率高，占故障70.83%

经过对多台故障电机解体发现，电机故障具有相同的特点：轴承润滑脂存在变黑、碳化现象；电机绕组部存在润滑脂污迹；轴承绝缘涂层击穿、部分有明显灼烧痕迹；轴承滚动体表面和滚道上遍布微小的凹坑，呈现出严重的电腐蚀。综合上述信息，高速动车组牵引电机轴承故障都直接或者间接的与过电流、润滑有关，是绝缘轴承发生电蚀而引起的功能失效。

２牵引电机轴承故障机理分析

轴承电蚀是旋转中的轴承内部电流通过引起的。当电流流过轴承时，电流会击穿滚动接触部分极薄的油膜，产生火花，使接触表面产生局部熔化损坏，形成电弧放电麻点，造成轴承沟道和钢球电蚀，使摩擦系数增大，加剧机械磨损，致使轴承异常发热，严重时会发展成剥落，最终使轴承功能过早失效。电蚀对轴承的破坏程度取决于放电能量和持续时间，但破坏效果基本相似，包括：滚动体和滚道上的电蚀凹坑、搓 板纹等。电流通过还会导致轴承内的润滑脂结构发生变化，局部高温会导致添加剂和基油发生反应，使基油燃烧或炭化，润滑脂迅速衰变变 黑、变硬。

同时高温使润滑脂变稀，在旋转部件作用下从迷宫间隙甩出，润滑脂的迅速失效也是过电流导致轴承失效的一个典型模式。牵引电机轴承中有电流流过是因为在绝缘轴承的外圈与内圈之间存在超过一定数值的高电压，该高电压将轴承绝缘涂层耐压薄弱处击穿，轴承电 气绝缘失效，形成了电流通路。．

１电机轴电压CRH380BL型高速动车组采用电力牵引，牵引电机由电压型变频器供电运行，经齿轮箱传动将电能转换为牵引列车的机械能。通 过轮对和钢轨产生牵引力，并通过轮对驱动动车组运行。在轨道牵引电传动系统中，牵引电机由电压型变频器供电运行时不可避免会出现轴 电压。

电机轴电压主要由两部分组成：

一是由于磁路不对称，磁通脉动产生的电磁感应电压；二是脉宽调制（ＰＷＭ）逆变器供电下，电源电压不平衡并含有比较高次的谐波分量，使电源中点电压产生零点漂移，存在零序分量，从而通过电机各部分间存在着大小不等的分布电容所构成的零序回路产生高频共模电压。其值不仅取决于定子绕组和转子之间、转子和机座之间 的电容以及轴承本身的电容值

轴承损伤特征还与脉冲频率、脉冲上升时间以及电动机的定额有关。在设计和运行条件正常的牵引电机中会存在一定数值的轴电压，轴电 压最大值为84Ｖ，变化周期与IGBT的开关频率一致，以共模电压为主。

3、防止轴承电蚀对策

牵引电机绝缘轴承不产生电蚀所容许的电压或允许通过电流的大小与供电条件、轴承状况、安装质量、电机运行工况、现场运行环境和轴电流流经路线的阻抗等诸多因素有关。一般来说，完全消除铁道机车车辆轴承内、外圈的电势差是非常困难的。然而，如果能够阻止或大大降低通过轴 承的电流，就可以防止轴承发生电腐蚀。

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