某动车组电机超温报警故障分析及处理

张帆 ，周安德， 陈爱军 ，陈三猛，于建顺

中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001

摘要：为了解决某动车组电机超温报警故障，文章对电机输入电流，温度变化，以及温度传感器进行了逐步分析，最终确定了故障原因并进行了完善的处理。为后续动车组车辆的类似故障问题处理提供依据。

关键字：动车组车辆；电机；温度传感器；超温报警；

一、引言

牵引电机是动车组牵引电传动系统中，负责将电能转换为机械能的核心零部件，是动车组运行的动力来源。牵引电机在运行过程中有大的电流和高电压，同时会释放大量的热量。为确保牵引电机在运行过程中持续稳定的工作，牵引电机一般采用自通风或强迫通风方式进行冷却，同时采用超温报警等传感器进行监控及保护，保障电机有效安全运行。

在动车组前期试运营过程中，会出现牵引电机超温报警故障，对车辆运营可能引发此故障的原因有很多，本文以某动车组电机超温报警故障为例进行分析说明，为后续动车组车辆的类似故障问题处理提供参考依据。

二、故障描述

某动车组2月9日运行，01主控，升02车受电弓。途中列车报01车牵引电机4超温。随后，电机4温度恢复正常，故障消失，未对行车造成影响。

三、故障分析调查：

1）现场线路检查

故障发生后，公司组织现场售后人员下载数据并提交技术人员分析。此外对温度传感器接线进行了检查，未发现异常。

2）温度传感器电阻测试

故障发生当日现场检测温度传感器阻值，结果如下表1所示

表1：温度传感器阻值

测试引脚	1-2	3-4	1-3	2-4
合格标准	≦0.5Ω	≦0.5Ω	105	105
测试电阻Ω	0.08	0.08	117.3	117.5
结论	合格	合格	不合格	不合格

3）原理说明

故障判断逻辑：TCU通过APB模拟采集板，采集电机温度传感器的原始数据，由背板传给MCC板卡进行数模转换，并将最终结果送给SMC进行限功以及保护。当TCU检测到牵引变流器电机温度大于170℃持续2秒时，会报出牵引变流器电机超温预警故障，TCU维持50%功率运行。当电机温度低于160℃持续2秒，故障自动恢复。电机温度超过190℃持续2秒，列车报出电机超温故障，封锁逆变。当温度下降到180℃持续2秒，故障自动恢复。

需要注意，TCU对电机采样值进行了步长补偿，因此电机温度不可以突变。

4）数据分析

1．网络数据分析

分析动车组网络数据如图1所示。

温度超过190℃

图1 01车电机4超温故障时刻

从TCU记录的故障数据分析可知，在2月9日16:00:10时刻电机4温度达到了170℃，持续2秒后触发电机超温预警故障。之后16:16:23时刻，电机4的温度达到了190℃，持续2秒以后TCU报出电机超温报警故障。

对比电机1、2、3，电机4的温度在逆变启动以后处于波动状态，明显与其他的电机温度不同，因此初步判断为电机温度传感器故障引起。

2．电机超温报警分析

电机温升高的原因可能有：

a）输入电流异常造成损耗过大；

b）电机滤网堵塞造成散热困难温度超温；

c）温度传感器或温度采集链路故障。

对比故障前后一架和二架的电流曲线，除故障时刻二架切除2min外无电流外，复位后一架和二架电机电流基本一致，而4位电机与其他3位电机温度还是存在较大差异，可以排除是输入电流异常影响。

图2 对比一架和二架电机总电流大小

电机为具有较大热惯性的系统，在外部条件不变的情况下，电机的升温和降温曲线符合惯性曲线，即不会阶跃上升和下降，并相比外部条件变化有一定滞后。将4位电机所在二架的电流与电机温升曲线进行合并对比（见图3），每个温度峰值均滞后于电流峰值。

图3 电流和电机温升曲线合并对比

电流与温度存在一定相关性。根据曲线趋势，分析存在以下疑点：

a）电流变化相同，除4位电机外其余3位电机在30min内温度变化极小，最大温度变化15K；

b）高温电机的升温和降温速率最高分别达3.6K/s和3.5K/s,且持续时间长，远超正常电机的极限升温降温速率0.3～0.5K/s,散热功率过大不符合电机本体的物理特性。

c）车组工作时，4位电机温度与其他3台电机温度持平，车组停止工作后温度与其他正常电机保持一致，不排除传感器故障情况。

根据上述分析，电机输入电流无异常，电机高温报警故障与异常工况和输入无关；电机升温和降温速率过大不符合物理常识，与电机风道和滤尘器堵塞可能无关；疑似故障电机有多段持续时间显示温度与其他3台电机持平，因此判断可能为温度传感器故障。

5）故障复现试验

故障复现试验时使用轴温主机进行监控（如轴温变化不大于15℃/分钟），传感器的阻值与温度呈基本线性关系，温度越高则阻值越高。

传感器温度会随着外部环境温度的变化而变化，且温度传递存在一定的滞后性，因此正常情况下轴温主机显示温度不会出现突变。

而根据垂向和横向的三综合试验曲线可以看出，在振动试验条件下，该件温度传感器的温度输出均存在温度突变。如图5 所示，轴温主机显示的实时温度在2秒内由152℃突变至-50℃，升（降）温速度超过800℃/分钟，不符合温度传感器的热响应特征。根据轴温主机的判定逻辑当温度传感器阻值无穷大（即传感器完全断开）时轴温数据会显示为-50℃。

引脚接触不良，阻值增大，温度显示152℃

引脚断开，温度显示-50℃

图4 横向振动试验图片图和垂向振动试验图片

四、结果确认及处理方案

1）故障分析结论

对故障温度传感器进行返厂检测及地面故障复现试验，确认牵引电机误报超温报警的原因为温度传感器内部PT100芯片引脚折断(温度传感器内部PT100 芯片引脚折断的原因为温度传感器制作过程中，半成品摆放不当使得芯片引脚受外力碰撞而弯曲所致)，导致HMI报牵引电机超温报警。

2）处理方案

a. 更换01车电机4的电机温度传感器；

b. 对报超温报警电机所在的01车4台电机在铁芯相同位置处粘贴测温试纸，车组运行一天后记录试纸温度，未发现异常。

c. 要求供应商加强温度传感器制做过程中的质量管控和检测。

五、总结

本文分析了一起典型的动车组报警故障案例，从电机温升过高的可能原因出发，依次分析了电机输入电流是否异常，温度变化是否符合符合电机本体的物理特性，以及温度传感器或温度采集链路是否存在故障。通过复现试验最终确认了电机温度传感器的异常问题，并且进行完善的故障处理。对后续类似故障问题处理具有一定借鉴意义。

参考文献：

1. 郭从民，张立军，李化明，等. 动车组牵引电机温度过高故障浅析 [J].中国高新技术企业，2016，（21）：91-92

2. 梁习锋，王宝金，赵建农.高速牵引电机冷却风机风量实车测量方法研究 [J].流体机械，2003，（2）：31

3. 何碧青. 温度传感器 [J].贵州教育学院学报，2005，（2）：80-41

4. 马静，李晓光，宁伟. 几种常见温度传感器的研究及发展 [J]. 使用与维修，2005，（6）：1-2

5. 张广军，黄俊钦，李行善，等.温度传感器动态重复性、线性度与性能改进研究 [J].仪器仪表学报，1997，（2）：119-124

作者简介:

张帆(1990－)，男，毕业于中南大学机电工程学院，现任职于中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，长期从事动车组研发工作。