發電機組換向不良故障的分析及處理方案

李俊林

(寶鈦集團有限公司寬厚板材料公司，陜西 寶雞 721014)

0 引言

寶鈦集團寬厚板材料公司的3300 mm軋機屬于20世紀50年代產品，因為軋機電動機容量大(兩臺5050 kW)，發電機組換向不良，影響生產。近年來，隨著企業的發展，其產品產量逐年上升，設備負荷量不斷遞增，3300 mm軋機成為企業的重大關鍵設備之一。為保障3300 mm軋機的安全、可靠、正常運行，更好地、持續地發揮設備效能，2006年2月，寬厚板材料公司成功解決了3300 mm軋機發電機組換向不良故障的問題。

1 癥狀及分析

3300 mm軋機采用發電機組供電方式如圖1所示。

圖1 發電機組供電方式Fig.1 Power supply mode of generator set

現場觀察，發電機組在軋制電動機空載時，電刷邊緣大部分有輕微火花，火花等級為級。在軋制時，隨壓下噸位的增加，電刷整個邊緣有強烈火花，同時有大火花飛出，火花等級達到3級，嚴重時，電弧飛越幾乎導致環火。情況越來越嚴重，停機檢查，發現換向器表面氧化膜已嚴重破壞，灼痕嚴重，規律明顯，表現為隔片燒傷。

火花是直流電機換向不良最明顯的標志。換向火花實際上是電刷和換向片脫離接觸時換向元件中釋放的電磁能量，是一種頻譜廣闊的電磁波，其頻譜的主要范圍是0.03～1 MHz。輕微的火花，不會對電機運行造成危害，但有害火花會破壞電刷與換向器的滑動接觸，燒傷電刷鏡面和氧化膜，使兩者的磨損劇增，造成換向惡性循環，甚至因電弧飛越而導致環火事故，構成對直流電機運行的威脅。

換向火花產生原因可歸結為以下幾個方面:

(1)電磁原因。主要是由于換向元件內的合成電勢不等于零，根據電磁理論，換向元件中產生附加換向電流，就會造成電刷前后刷邊電流密度分布不均勻，電刷與換向片接觸或脫離時，有較多的接觸電位差;或是由于電刷與換向片脫離接觸時，元件內換向附加電流并未為零，元件內的電磁能將以火花的形式釋放出來。當電刷不在幾何中心線上時，由于換向元件不在中性區換向而進入主極區，換向元件切割主磁道，這時將產生空載火花。

(2)機械原因。當換向器表面質量不良，換向器突片變形，電樞動平衡不好，運行時電機振動，片間云母突出等等，都將造成電刷與換向器之間無法保持穩定的滑動接觸，而產生火花。其次是電刷和刷握的工作狀態不良，當電刷與刷握的間隙不合適、電刷壓力不合適、電刷材質不合適和刷握結構形式不合適等等，都影響滑動接觸，也將產生火花。

(3)電機負載及周圍環境。因電機過載、沖擊性負載、電流變化率過高等原因，可能導致換向火花產生。濕度太低、有害性氣體、含塵量過高等引起氧化膜平衡破壞，無法保持正常的滑動接觸而產生火花。

2 故障的處理

2.1 換向正常化檢查

寶鈦寬厚板材料公司一邊組織專家學者分析事故原因，一邊進行換向正常化檢查工作。換向正常化檢查主要包括以下項目:

(1)換向器片間電阻測量;

(2)換向器擺度測量;

(3)電刷中性面檢查;

(4)極距、刷距和氣隙的檢查與調整;

(5)電刷和刷握工作性能檢查;

(6)換向器表面工作狀態的檢查;

(7)電機振動檢查;

(8)主極、換向極繞組極性與匝間短路的檢查;

(9)絕緣檢測。

2.2 換向器的處理

(1)換向器打磨與車圓。直流電機由于換向不良，電刷布置不合理和電刷材質不合適，在換向表面出現條痕、有規律燒傷、表面出現麻點以及不均勻磨損形成軸向波浪度，一般需打磨換向器。當換向器表面燒傷嚴重，溝道較深超過0.5 mm時，打磨換向器不能達到改善換向表面狀態的作用，應車削換向器表面。寶鈦寬厚板材料公司的電機換向不良主要是過負荷引起的，因此決定對換向器進行打磨。采用的磨石為砂輪廠專門制作的一種組織較疏松，粒度適當，180目，專門用于換向器打磨的砂石燒結成磚形。機組由原動機拖動，啟動起來，在機組速度達到400 r/min時，切斷原動機動力，使機組自由停車，在400～250 r/min之間，對發電機換向器進行打磨，換向器速度維持在10 m/s左右，用雙手將磨石穩定地壓在換向器上機組速度過低時，打磨效果不佳，停止打磨，直至機組速度為零。重新啟動機組，重復打磨操作過程，一直打磨到看不見表面燒痕和溝道為止。磨石打磨完后，再用粒度較細的砂布(240目左右)圍在木塊上，用相同的辦法，再打磨一遍。最后用帆布代替細砂布，再打磨一遍。

(2)換向器的表面處理。在打磨或切削換向器后，必須進行換向器的表面處理，以改善換向器表面的工作狀態，保持良好的滑動接觸，減少電刷磨損和防止片間閃絡可能性。換向器表面處理包括:①云母溝下刻:下刻深度為1.5 mm～2 mm，下刻深度太小，易產生云母片突出，下刻深度過大，云母溝中易積存碳粉。②換向片倒角:換向片倒角能減少電刷磨損和云母溝積灰，對于防止換向片銅毛刺和閃絡的發生，也是有效的。換向片倒角通常要求是0.5×45°，要求均勻平直。③換向器表面精砂光:在換向器下刻和倒角操作結束后，應先在旋轉時將換向器表面精砂光一次，使換向器表面光滑。

3 結束語

通過認真的逐項檢查、檢測與排除處理，分析產生故障的真正原因，對換向器進行打磨和表面處理，最終，僅用了兩周時間，解決了3300 mm軋機四臺發電機換向不良問題，檢修后機組運行效果非常好，發電機組火花未超過1級標準。

［1］ 許實章．電機學［M］．北京:機械工業出版社，1980．

［2］ 趙家禮．電動機修理手冊［M］．北京:機械工業出版社，1988．