4000kW同步電機集電環燒損事故的在線修復與預防

沙慧　朱智　戴本俊

摘 要：文章針對一起軋機主電機集電環燒損事故原因進行了分析，介紹大型電機集電環燒損的在線修復方法及過程，同時從管理上、技術上提出了對類似事故的發生預防措施，為大型電機集電環在線修復提供了可借鑒的經驗。

關鍵詞：集電環；燒損；在線修復；預防措施

中圖分類號：TM312 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0093-02

1 概 述

馬鋼某公司開坯生產線的開坯機組由中冶華天設計，如圖1所示，開坯機主傳動驅動采用二臺4 000 kW同步電機，系哈爾濱電機廠制造，型號為：TBP4000-16/3000。開坯機軋制原料為連鑄圓坯，規格分別是Φ380 mm、Φ450 mm、Φ600 mm。工藝流程為連鑄圓坯加熱至出爐溫度后，由托鋼機構將圓坯送出加熱爐，經高壓水除鱗后，送入開坯機，經過開坯機往復軋制5～13道次，形成合格的中間坯料，送往下游軋機。

2 事故發生及原因分析

2013年12月1日晚22：05，當Φ600 mm圓坯到達開坯機前，準備軋制時發生主電機跳電故障，開坯軋機主傳動控制柜報勵磁過流故障，通過主傳動柜故障復位按鍵復位無效，故障報警依然存在。根據故障代碼，得知勵磁接地。檢查勵磁回路絕緣，絕緣值達200 MΩ以上，屬于正常。維護人員立即到現場檢查主電機設備，發現同步電機一相12個電刷及刷窩全部損壞，集電環上有燒灼痕跡，如圖2所示，故導致電機故障，造成非計劃停產。

該電機運行情況在當日點檢人員的二次檢查中均未發現異常，事故發生前的一次設備點檢距故障發生時間為50min左右，故障發生前15 min開坯機正常軋制一支鋼，主電機各參數監控都無異常。當下一支鋼坯到達開坯機前，主電機開始加速，鋼坯進入軋機時故障發生，初步斷定此次電機集電環燒損事故從發生到產生事故大約在半小時內。

事故發生后，電氣檢修人員對電機的集電環、電刷及刷窩殘渣進行檢查，集電環上大量電弧燒傷痕跡，并有一處壓簧片粘在集電環上面；電刷外觀及電刷導電銅辮絕緣套未見變色現象，電刷磨損情況良好，部分電刷已被擊碎；刷窩恒壓壓簧無過熱變色，刷窩固定螺栓有一根斷裂。

集電環和電刷裝置產生火花原因有多種，最常見的是電刷發熱產生火花，嚴重的燒損電刷刷窩及集電環。產生過熱的原因有通風不良、接觸電阻過大或分布不均勻、機械及摩擦等原因。此次事故設備在短時間內由正常運行發展成燒損集電環，從現場損壞的部件上看不具有上述原因的可能性。綜合分析事故系突發因素造成短時間內產生電弧，導致集電環燒損。

基于上述設備檢查，得出事故直接原因為電刷刷窩由于震動，螺栓斷裂，刷窩脫落到集電環上，造成電刷對其持續放電，高溫作用將其壓簧燒熔粘在集電環上，電機運轉將其它11個刷架損壞并導致環火形成電弧，燒損集電環表面。

3 現場修復

集電環表面損壞即表面粗糙度被破壞，不能滿足其與電刷的接觸要求（電刷與集電環接觸面積要達到70%以上），需要對集電環表面進行修復處理。由于主電機安裝位置在廠房立柱間，且噸位大，行車無法使用，需要500 t汽車吊配合進行拆裝，汽車吊在廠房內途徑路線上的設備都必須拆除，周期長，吊裝運輸困難，加上拆裝技術要求高，采用線外拆下修復的方法不現實，因此決定采用在線修復處理，如圖3所示。

首先，將自制便攜式小車床在現場安裝定位，底座與電機底板焊接固定；

其次，在PLC控制程序內對電機的運行條件進行封點，使電機具備運轉能力；

第三，便攜式小車床的刀頭保持水平且位于集電環中心處，通過電機的運轉對集電環表面進行車削。

第四，因大電機集電環一般為合金鋼質，硬度大，需使用合金刀頭。

在車削過程中，電機的轉速要控制在2 m/s左右，粗車進刀量控制在0.3 mm，精車進刀量控制在0.1 mm。精車后手摸集電環表面手感光滑，對毛刺及小缺陷使用磨石進行修磨。修復后的集電環表面粗糙度范圍在0.025～3.2 μm，符合設備運行要求。

由于此次電機刷窩、電刷嚴重損壞，需要進行更換處理。刷窩安裝時，需核對軸向位置，如電刷不在集電環表面的中心部位，必須進行適當調整。

刷窩安裝后，裝上電刷，每塊電刷均應檢查電刷銅辮是否正常牢固，接頭焊接是否良好，銅辮是否有斷股等。電刷在刷窩內要有0.1～0.3 mm的間隙，保持上下活絡無卡阻現象。

4 預防措施

針對此次開坯主電機集電環燒損事故，無論在制度管理上、技術監督上都采取嚴格防范措施以避免類似事故的重復發生。

4.1 管理措施

①制定了“主電機專項巡檢跟蹤表”，巡檢內容包括電刷弧光、刷窩緊固情況、電刷磨損情況、集電環磨損情況及溫度等，跟蹤表內注明檢查方法及周期，并記錄檢查結果及檢查人員，并為點檢員配備了專用堅固工具、紅外測溫儀。

②修訂“軋鋼電氣點檢標準”，將主電機點檢標準中增加集電環、電刷等點檢內容，加大對設備定期檢查的督察力度和考核力度。

③編制了“開坯主電機電刷檢查步驟” 單點課，對軋鋼區域點檢員及運行協力人員進行知識培訓，提高電氣維護人員對主電機電刷檢查認知度。

④從制度上要求生產期間點檢員按“主電機專項巡檢跟蹤表”對每臺主電機集電環室進行巡檢，重點檢查電刷磨損及壓簧松緊情況、刷窩及其余緊固件的連接情況、刷窩與集電環之間的距離，及時消除存在隱患。

4.2 技術措施

①電機在使用過程中進行定期檢查并保持清潔，清理時應注意集電環、電刷和引線的清潔。

②檢查集電環，保持其表面光滑。若集電環表面不平時，則可用砂輪研磨或進行切削，切削時速度不應高于2 m/s，每一次進刀量不應大于0.1 mm，并用防塵布將電樞繞組包上或蓋住，不得容許磨屑和銅末落入電機內，磨完后用壓縮空氣把集電環吹凈。

③檢查刷窩。與集電環的間隙應調整在3～5 mm間，電刷在刷窩內活動自如，其間隙一般在0.1～0.3 mm。檢查電刷壓簧壓力，用手輕拉電刷，感覺無壓力時更換壓簧。

④檢查電刷。電刷與集電環有良好的接觸，電刷應全部貼在集電環的表面上。必要時可用細砂紙研磨電刷，但不能用金鋼砂紙，把砂紙放到電刷下面順著集電環表面拉動。為避免電刷磨成凸緣，電刷應放置在集電環的中部，電刷無偏移集電環外側現象，電刷的邊緣無崩裂情況。當電刷短于原長度的三分之二或接近磨損最低線時須更換，新電刷使用前必須適形研磨（磨弧），使之于滑環接觸面大于70%以上。

⑤檢查固定螺栓。使用扳手檢查刷窩固定螺栓，做到無松動。

5 結 語

這次在線修復主電機集電環，改變以往電機集電環燒損采用線外拆下修復的方法，從技術上提出了明確的解決方案，采用自制便攜式小車床在線修理集電環，整個修復過程僅耗時 23 h完成，提高大電機集電環修復作業效率，縮短了設備檢修和故障處理時間，降低檢修作業人員勞動強度，直接節約了生產成本。事故后，完善了主電機設備的點檢、巡檢制度標準，經過二年的執行，設備運行狀態良好，同類事故沒有再次發生。

參考文獻：

[1] 王鼎才.發電機集電環燒損事故原因的分析[J].浙江電力，2005，（5）.