龐登高，尚彩秀，張曉東，趙雪茹

（1.中車永濟(jì)電機(jī)有限公司，永濟(jì) 044502；2.中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663）

前言

為保證動(dòng)車組運(yùn)行安全，需要嚴(yán)格執(zhí)行定期檢修制度，牽引電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重要部件，隨動(dòng)車組修程檢修。動(dòng)車組牽引電機(jī)運(yùn)行條件比較惡劣，在牽引變流器供電的條件下除了承受高電壓、大電流負(fù)荷之外，還要承受電源高次諧波、浪涌電壓沖擊作用[1]，會(huì)造成牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)的老化，因此，在特定檢修周期時(shí)（約運(yùn)行480 萬(wàn)公里后），牽引電機(jī)定子裝配需要進(jìn)行二次浸漆，以保證牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)的正常工作。

牽引電機(jī)定子裝配結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由定子機(jī)座、硅鋼片疊壓而成的定子鐵心和固定在定子鐵心槽中包覆絕緣材料的定子線圈組成，制造過(guò)程中經(jīng)整體真空壓力浸漆（VPI）后，定子鐵心的空隙和定子線圈表面覆蓋絕緣漆。由于動(dòng)車組牽引電機(jī)在線運(yùn)行過(guò)程中采取強(qiáng)制風(fēng)冷方式散熱，運(yùn)行中吸入的冷卻風(fēng)中存在油污、塵土、砂礫、水分等雜質(zhì)，在牽引電機(jī)工作時(shí)的反復(fù)冷熱交替作用下，吸附在定子線圈的絕緣漆和絕緣材料上，其直接影響是降低了電機(jī)絕緣強(qiáng)度和散熱性能。如果定子線圈上的污垢清洗不干凈，二次浸漆后將被絕緣漆包覆在內(nèi)部，將會(huì)對(duì)絕緣漆的漆膜質(zhì)量造成損害。為保證二次浸漆效果，同時(shí)防止電機(jī)定子線圈上的污物在浸漆時(shí)對(duì)浸漆設(shè)備中絕緣漆造成污染，需要在二次浸漆前對(duì)牽引電機(jī)定子裝配進(jìn)行清洗。

由于定子裝配中有影響牽引電機(jī)電氣性能絕緣材料，因此需要對(duì)清洗方案和清洗劑的種類行試驗(yàn)、驗(yàn)證，本項(xiàng)目通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和實(shí)際使用的動(dòng)車牽引電機(jī)定子裝配實(shí)物清洗實(shí)證實(shí)驗(yàn)，證明BJ-2019E 型機(jī)用清洗劑具有良好的清洗效果并滿足各項(xiàng)測(cè)試要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 清洗方法的選擇

由于牽引電機(jī)定子線圈表面污垢成分復(fù)雜，在冷卻風(fēng)和電機(jī)反復(fù)冷熱交替作用下，與線圈表面絕緣漆結(jié)合非常牢固，目前采用的擦洗等清洗方法難以徹底清除，反復(fù)擦洗更容易造成絕緣漆和絕緣材料的物理?yè)p傷。因此需要選擇合理、高效的清洗方法，以滿足牽引電機(jī)檢修要求。目前常用的工業(yè)清洗方法主要有化學(xué)法、飽和蒸汽法、高壓水處理法、超聲波法、干冰法等[2]。高壓水處理法缺點(diǎn)較多，單純用水清洗效果不佳，且因水壓較高可能對(duì)定子線圈絕緣造成損害而禁止使用，故不采用；超聲波法因高頻振動(dòng)可能會(huì)造成電機(jī)絕緣層損壞而禁止使用；干冰法存在低溫（-78 ℃）沖擊和造價(jià)昂貴的問(wèn)題，暫不考慮?；瘜W(xué)法是利用有機(jī)或無(wú)機(jī)清洗劑對(duì)難溶水垢、油污生物粘泥等進(jìn)行分散剝離，同時(shí)與化學(xué)藥劑發(fā)生反應(yīng)，生成絡(luò)合物或水溶性鹽，從而達(dá)到清洗的目的。飽和蒸汽法是利用飽和蒸汽的高溫，及外加高壓，清洗零件表面的油漬污物，并將其汽化蒸發(fā)。同時(shí)還可以清洗任何細(xì)小的間隙和孔洞，剝離并去除油漬和殘留物，從而達(dá)到高效、節(jié)水、潔凈、干燥的要求。

根據(jù)對(duì)常見(jiàn)工業(yè)清洗方法的調(diào)研和分析，以及對(duì)化學(xué)法和飽和蒸汽法的驗(yàn)證，綜合考慮清洗效果和工作效率，初步確定采用熱水清洗（化學(xué)法）+飽和蒸汽+擦洗的混合清洗方案。

1.2 清洗劑的選擇

由于運(yùn)行后的牽引電機(jī)定子線圈絕緣漆上的污垢粘附牢固，清洗中清洗劑是必不可少的。為避免對(duì)電機(jī)絕緣系統(tǒng)造成損傷，清洗劑需要滿足以下要求：

1）清洗效果要滿足要求；

2）與絕緣漆相容性良好，不與絕緣漆反應(yīng)；

3）少量附著在絕緣漆表面時(shí)，不影響絕緣漆的電性能或影響較??；

圖1 牽引電機(jī)定子裝配結(jié)構(gòu)示意圖

4）可在漂洗后經(jīng)烘焙揮發(fā)，無(wú)殘留；

5）侵入絕緣缺陷后，對(duì)絕緣性能無(wú)影響或影響較小。

通過(guò)與中國(guó)電器科學(xué)研究院工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，共選擇了三種清洗劑試驗(yàn)。由于對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果證明BJ-2019E 型機(jī)用清洗劑效果較好，下文試驗(yàn)、驗(yàn)證均以BJ-2019E 型機(jī)用清洗劑說(shuō)明。

2 結(jié)果與討論

2.1 清洗劑浸泡對(duì)絕緣漆膜電氣性能的影響

為了考察清洗劑浸泡過(guò)程對(duì)絕緣漆膜電氣性能的影響，使用公司常用的3 種絕緣漆餅進(jìn)行試驗(yàn)研究。首先將3 種絕緣漆分別浸入BJ-2019E 型清洗劑中自然條件下放置24 h后，觀察到漆餅表面無(wú)溶脹現(xiàn)象。取出烘干后，漆餅表面附著少量的清洗劑（約1 %），用自來(lái)水沖洗后，漆餅表面外觀恢復(fù)原狀態(tài)。進(jìn)一步對(duì)絕緣漆餅不同試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的電氣性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1 所示。可知，當(dāng)清洗劑不同程度的分散附著在絕緣漆的表面時(shí)，對(duì)絕緣漆的表面電阻和介質(zhì)損耗因數(shù)影響較大，而對(duì)體積電阻和擊穿強(qiáng)度基本無(wú)影響，在用水清洗去除清洗劑殘留后，電氣性能恢復(fù)。該試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，BJ-2019E 型機(jī)用清洗劑在浸泡過(guò)程中不會(huì)造成絕緣漆電氣性能損失，并且殘留物容易清洗干凈。

2.2 清洗劑對(duì)液態(tài)絕緣漆穩(wěn)定性影響

使用公司常用的3 種絕緣漆液態(tài)樣品，試驗(yàn)組添加1 %的清洗劑，對(duì)照組分別為未添加清洗劑的絕緣漆，試驗(yàn)組混合攪拌后，均呈現(xiàn)乳白色的渾濁液，但無(wú)沉淀及顆粒物出現(xiàn)，這主要是在混合攪拌過(guò)程中，清洗劑中的表面活性物質(zhì)將絕緣漆乳化所至。將上述六組試樣，閉口自然放置30 天后，進(jìn)行凝膠時(shí)間測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中，試驗(yàn)組冒出大量氣泡，逸散出試管，絕緣漆恢復(fù)原色，用手提法測(cè)試后凝膠時(shí)間無(wú)差別。該試驗(yàn)說(shuō)明清洗劑對(duì)絕緣漆液態(tài)樣品的穩(wěn)定性影響極其微小。

2.3 清洗劑浸泡對(duì)電機(jī)表面防護(hù)性能的影響

使用公司兩種常用表面漆和一種灌封膠，分別使用馬口鐵板掛表面漆和灌封膠薄層，正反各一次，室溫固化。將制作好的樣品按不同條件下浸入清洗劑中，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。結(jié)果表明，在給定試驗(yàn)條件下，清洗劑對(duì)表面漆及灌封膠的影響很小或者無(wú)影響。

2.4 清洗劑殘留對(duì)牽引電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的影響

由于電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)不同以及選用的絕緣材料、絕緣包扎方式不同，形成不同電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)，為驗(yàn)證清洗劑殘留對(duì)特定電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的影響，使用公司兩種典型動(dòng)車牽引電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。按兩種絕緣結(jié)構(gòu)包扎線棒，制作A 絕緣結(jié)構(gòu)和B 絕緣結(jié)構(gòu)線棒各15 支，模擬實(shí)際清洗過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，其中各5 支僅烘焙處理，各5 支用清水加熱浸泡40 min，各5 支用5 %清洗液加熱浸泡40 min，浸泡后烘潮（不清洗），分別檢測(cè)介質(zhì)損耗，然后30 支線棒進(jìn)行浸漆烘焙，檢測(cè)介質(zhì)損耗，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖2、圖3?？梢钥闯?，清洗劑浸泡處理后的線棒烘潮后和浸漆后的介質(zhì)損耗與未處理、熱水浸泡后的線棒在同一水平，完成浸漆后少量清洗劑殘留對(duì)絕緣性能沒(méi)有明顯影響。

表1 清洗劑對(duì)絕緣漆漆餅電氣性能的影響數(shù)據(jù)表

表2 不同浸泡條件對(duì)馬口鐵樣品防護(hù)性能的影響

圖2 A 絕緣結(jié)構(gòu)線棒不同處理后介質(zhì)損耗檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

2.5 牽引電機(jī)定子裝配清洗驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用實(shí)際使用的動(dòng)車牽引電機(jī)定子裝配進(jìn)行了清洗過(guò)程實(shí)物驗(yàn)證。確認(rèn)清洗過(guò)程對(duì)電機(jī)絕緣性能的綜合影響。實(shí)物驗(yàn)證期間，清洗某型號(hào)電機(jī)10 臺(tái)。對(duì)清洗前后電機(jī)的絕緣電阻和介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比清洗過(guò)程對(duì)牽引電機(jī)絕緣性能影響。

圖3 B 絕緣結(jié)構(gòu)線棒不同處理后介質(zhì)損耗檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

1）絕緣電阻

絕緣電阻是電機(jī)定子繞組抵抗直流電流的電氣絕緣能力，在2500 V 的直流電壓下測(cè)試1 min，結(jié)果如圖4。從圖4 可以看出，清洗前后絕緣電阻有增大有減小，沒(méi)有明顯的規(guī)律，且數(shù)值都在10 GΩ 以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GB/T 20160-2006《旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣電阻測(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)中100 MΩ的要求。

2）介質(zhì)損耗因數(shù)

測(cè)試1 kV2 kV3 kV 下的介質(zhì)損耗因數(shù)，由于1 kV～3 kV 電機(jī)介質(zhì)損耗因數(shù)增量很小，因此對(duì)3 kV 下測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5 所示。從圖5 可以看出，清洗前后介質(zhì)損耗因數(shù)的變化不大，沒(méi)有明顯的規(guī)律，大部分電機(jī)清洗后介質(zhì)損耗因數(shù)降低，所有電機(jī)介質(zhì)損耗因數(shù)均不大于2 %，滿足要求。數(shù)據(jù)的隨機(jī)分布說(shuō)明清洗過(guò)程對(duì)于電機(jī)的絕緣性能沒(méi)有明顯影響。

3）濕熱試驗(yàn)

使用1 臺(tái)清洗完成后的某型號(hào)電機(jī)定子裝配，浸漆后按GB/T 2423.4-2008[3]標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行6 周期的高溫40 ℃交變濕熱試驗(yàn)。完成后按GB/T 12665-2008[4]規(guī)定檢測(cè)繞組對(duì)機(jī)座絕緣電阻，并進(jìn)行電機(jī)繞組對(duì)機(jī)座耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)電機(jī)順利通過(guò)濕熱試驗(yàn)。

3 結(jié)論

圖4 清洗前后絕緣電阻對(duì)比

圖5 清洗前后介質(zhì)損耗因數(shù)對(duì)比

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室樣品驗(yàn)證和牽引電機(jī)實(shí)物清洗驗(yàn)證，證明清洗劑和清洗過(guò)程對(duì)牽引電機(jī)絕緣性能無(wú)明顯影響，清洗效果良好，滿足動(dòng)車組牽引電機(jī)檢修中二次浸漆的清洗要求。為保證安全，建議但清洗劑清洗后進(jìn)一步用清水清洗去除清洗劑殘留物。