淺析云岡礦電機滑環碳刷組件改造*

申俊琰

(同煤集團云岡礦,山西大同 037017)

淺析云岡礦電機滑環碳刷組件改造*

申俊琰

(同煤集團云岡礦,山西大同 037017)

針對云岡煤礦主井北部電機滑環碳刷組件改造前存在事故及改造后效果和效益情況的比較,得出新型碳刷的有效接觸面積和彈簧壓力大為增高,產生的噪音量也大大降低,有效的解決了滑環打火甚至爆炸的安全隱患,保證了設備安全運轉,減少了事故率,減少了因維修浪費的時間、人工,大大提高了提煤量。

滑環;新型碳刷;安全

0 引 言

同煤集團云岡礦主井北部電機是1961年日本日立電機廠生產的交流異步電動機。碳刷正常運行中的溫度一般在50～80℃,(溫升40℃左右),碳刷電流分布整體比較平衡,每塊碳刷工作電流在20～100 A。刷握彈簧壓力比較均勻,碳刷活動自如且無振動卡澀現象。由于該電機屬于進口老舊產品,因此其配件日益短缺,難以購買。近些年電機滑環電刷架使用時間長由于彈簧疲勞和其結構原因,導致碳刷接觸不好,大量碳刷出現不正常的跳動或卡澀,并出現大量火花,刷辮燒斷或脫辮;碳刷與滑環摩擦聲音變得尖銳刺耳,甚至出現爆炸事故。因此經常造成停產檢修的狀況,此問題急需解決。

1 滑環室容易出現的故障及原因

碳刷正常運行中的溫度一般在50～80℃,(溫升40℃左右),碳刷電流分布整體比較平衡,每塊碳刷工作電流在20～100 A。刷握彈簧壓力比較均勻,碳刷活動自如且無振動卡澀現象。

碳刷在正常運行狀態下,當負荷電流增大或個別碳刷工況變差時,會有溫度短時、少量增加或者不增加,溫度系統能夠維持平衡或達到新的平衡狀態。但是如果碳刷變短、接觸電阻和附加電阻變大、刷握彈簧壓力變小、碳刷運行工況變差,當工作電流增加,溫度變化時系統的平衡能力降低,部分碳刷溫度將升高,從而整個系統溫度升高,有時甚至達到無法控制狀態。發熱時碳刷和集電環溫度可高達100℃以上,最嚴重時達到200～300℃。此時碳刷工作狀態越來越差,碳刷電流分布很不均勻,少數碳刷電流達到300A,而另一些碳刷電流接近于零。大量碳刷出現不正常的跳動或卡澀,并出現大量火花,刷辮燒斷或脫辮;碳刷與滑環摩擦聲音變得尖銳刺耳[1]。

(1)碳刷組件正常運行中出現的主要故障

①碳刷、滑環發熱。

②碳刷卡阻、振動,發展到彈簧跳出、刷握損壞(碳刷使用前均需進行打磨,打磨至碳刷在刷握內能出入自如,一般碳刷在刷握內與四周間隙均在0.1～0.2 mm即可,包括弧度打磨)。

③碳刷壓力減小:碳刷壓緊彈簧在長時間高溫運行下,由于質量問題,導致彈簧壓力減小,壓力小到一定程度,接觸不穩定,接觸壓降增大,接觸壓降發熱明顯增加。

④碳刷接觸面不足,形成氣膜。

⑤碳刷電流不平衡。

⑥滑環室碳粉堆積過多,造成正負極短路。

其中,碳刷發熱是造成碳刷燒壞的最直接原因,而其他幾條中,除了第6條外,都能引起碳刷發熱,所以監測碳刷溫度,防止碳刷過度發熱是我們日常維護工作的重點。

(2)碳刷發熱的主要原因

①碳刷電阻增大。碳刷在使用過程中電阻值隨著溫度升高(包括自身電阻、刷辮與碳刷接觸電阻和散流電阻)逐漸增大;同時,滑環氧化膜太厚,使碳刷接觸電阻增加,一方面使碳刷本身發熱,另一方面使勵磁電流分流到其它回路電阻小的碳刷上,同時使其他碳刷的電阻發熱增加。

②碳刷卡阻。碳刷通過電流后發熱,刷體膨脹,易卡在刷握內,這時拉動刷辮感覺很緊;部分碳刷由于振動、刷握不垂直等原因,會在刷握一側的上沿和另一側下沿產生明顯卡阻,失去作用,同時也會造成其它碳刷分配的電流增加,發熱增加。

③碳刷壓力減小。在碳刷磨短過程中,彈簧壓力可能會不同程度減少(雖然我廠使用的恒壓彈簧,但由于沒有彈簧壓力測試儀器,無法得知是否恒壓、無法進行檢測)。壓力小到一定程度,接觸不穩定,接觸壓降增大,接觸壓降發熱明顯增加。

④碳刷接觸面小。碳刷在允許最大速度下運行,很容易在碳刷接觸面產生氣膜,使流過碳刷的電流不穩定。同時,我單位集電環運行多年,未進行過車床加工,難以消除存在的劃痕及凹槽,造成碳刷接觸面積小。

⑤電流平衡的破壞。一般情況下,碳刷與滑環接觸面的接觸力較大,即接觸壓降小,所有碳刷工況相近,每條碳刷的電流大小接近,刷體的平均溫度較低,碳刷間電流相對穩定平衡。運行一段時間后,碳刷的磨損量不一定相近,碳刷磨短或彈簧壓力降低,碳刷接觸面的壓力減小,碳刷間電流重新分配,每條碳刷的電流差別增大。這個階段時間長,且逐漸變化,不容易發覺。當環境溫度升高或勵磁電流增加時,隨時可引起發熱,造成平衡破壞,使得部分碳刷電流過高,部分碳刷電流過小,運行一段時間后,造成碳刷燒壞[2]。

2 改造方案及改造后效果效益

根據上述情況,在2014年12月15日下午14時開始停機,對主井北部電機滑環碳刷組件改造并加裝碳粉吸收裝置。舊刷組件見圖1。

(1)改造方案 采用新型碳刷。據調查國內相關規定標準,結合本礦主井電機實際情況,本礦經過前期測繪,自己外委圖紙加工好了電刷機和絕緣套、距離套,采用新型材質的碳刷,并對碳刷尺寸進行了改變,將原長46 mm,寬24 mm的舊碳刷改為長32 mm,寬25 mm的新碳刷。舊碳刷刷握因長度較大,因此一組滑環只能安裝四只碳刷,而新碳刷刷握結構小巧,一組滑環共計安裝了10只碳刷。舊碳刷長46 mm,寬24 mm,新碳刷長32 mm,寬25 mm,因此改造后最終接觸面積增加到原來的1.5倍。新舊碳刷刷握對比,新碳刷由于尺寸小,所以與滑環的有效接觸面積也有所增高。在此次改造中,新型碳刷運行時,不過熱、噪聲小、裝配可靠、不破損。新型碳刷與刷握配合良好,碳刷在集電環表面能較快形成一層均勻、適度和穩定的氧化薄膜;碳刷的使用壽命長,并且不易磨損集電環;具有良好的集流性能,使火花抑制在允許的范圍內,并且能量損耗小。新刷組件和碳刷刷握分別見圖2和圖3。圖3中上部為舊碳刷刷握,下部為新碳刷刷握。

圖1 舊碳刷組件

圖2 新碳刷組件

加裝碳粉吸收裝置。滑環室位于上導軸承上部,在機組運行過程中上導產生的油霧吸附在集電環及相關設備表面,容易產生油性碳粉污垢。同時,我單位機房,濕度較大,且集電環室內空間相對比較密閉,碳刷在運行過程產生的碳粉吸收濕氣后,極易吸附在滑環室內絕緣子、引線等部位。有試驗表明,在松散干燥的狀態下,石墨碳粉的絕緣電阻可達到100 MΩ以上,但是在油霧作用下絕緣電阻迅速減小為零。由此可見,油性碳粉污垢也是造成滑環室內各絕緣件絕緣性能下降的主要原因之一。

圖3 新舊碳刷刷握

(2)改造后效果 改造后,由于碳刷的有效接觸面積和彈簧壓力大為增高,產生的噪音量也大大降低,有效的解決了滑環打火甚至爆炸的安全隱患,保證了設備安全運轉,減少了事故率,減少了因維修浪費的時間、人工,相當于增加了提煤量。而且電機的配件也改為市場常見的國產零件,大大降低了配件的購買成本,而且新配件隨處可見,降低了購買的難度。所以說,這項改造具有廣闊的應用前景,值得推廣[3]。

(3)改造后效益

①首先電刷機和絕緣套、距離套全部是自己出圖加工而成,節約了購買碳刷等成本約1 200元。

②節約了每天用來吹碳刷的人工費約每天200 元,一年下來約72 000元。

③還減少了因電機上落了碳沫而產生爆炸的停工時間,每次停工4～5 h,按每小時提煤6罐,每罐煤有8 t計算的話,停工這短時間共影響提升量240 t,每噸煤按400元計算,共計影響經濟價值96 000元。此項改造共計創造經濟價值達20萬元。

3 結 語

通過對云岡煤礦主井北部電機滑環碳刷組件改造前存在事故及改造后效果和效益情況的比較,得出結論:該礦主井主井北部電機滑環碳刷組件中由原長46 mm,寬24 mm的舊碳刷改為長32 mm,寬25 mm的新碳刷,由原來一組只能安裝四只碳刷的滑環改造為一組共計安裝10只碳刷的滑環。新型碳刷組件的使用,加之日常工作中,工作人員嚴格按照管理標準進行巡視、檢查,整個滑環室的運行環境與安全系數都得到了改善,給檢修維護人員減少了很大的工作量,更大化的減少事故發生的概率,為該礦的長足發展提供了有力保障。

[1]劉西影.淺談發電機碳刷、滑環發熱及處理意見[J].能源技術與管理,2010(2):124-125.

[2]管 立.300 MW發電機勵磁碳刷及滑環故障原因分析及防范措施[J].中國科技信息,2010(9):150-150.

[3]耿道波.發電機勵磁碳刷滑環發熱的預防與應急處理[J].中國設備工程,2007(5):29-31.

Analysis on Transformation of Electrical Slip Ring Carbon Brush Components in Yungang M ine

SHEN Jun-yan
(Yungang Mine ofDatong Coal Mine Group Company,Datong Shanxi 037017,China)

Through the existing accidents ofelectrical slip ring carbon brush components in themain shaftof northern Yungang coalmine beforemodification and the comparison of effect and benefit after transformation,it is concluded that the effective contact area of the new type carbon brush and the spring pressure are increased,while the amountof noise is greatly reduced,thus effectively solve the potential risk of slip ring striking fire or even exploding,ensure the safety operation of equipments,decrease the accident rate,reduce the amount of time and manualwork,and greatly improve the coal production.

slip ring;new type of carbon brush;security

TD407

A

1007-4414(2015)06-0165-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.064

2015-11-04

申俊琰(1977-),女,山西左云人,工程師,主要從事煤礦機電方面的工作。