可逆式軋機主電機集電環(huán)故障分析及改造措施

夏宏基 楊家滿 胡占明

(寶鋼特鋼韶關(guān)有限公司，廣東 韶關(guān) 512123)

0 前言

寶特韶關(guān)特鋼廠可逆式二輥軋機主電機，轉(zhuǎn)速0-60-120 r/min，采用空氣-水冷卻器對電機內(nèi)部進(jìn)行冷卻，變頻傳動為Siemens公司的SM150系列大功率高精度中壓變頻裝置，轉(zhuǎn)子通過滑環(huán)輸入直流電源，軸承為油頂式油膜軸承。目前該電機的轉(zhuǎn)子滑環(huán)存在易長銹、導(dǎo)電效果不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)子導(dǎo)電連接不合適等隱患，運行時故障頻出，經(jīng)常導(dǎo)致軋制過程的中斷，嚴(yán)重制約了大棒線粗軋機效率的發(fā)揮。

1 故障分析

2016年4月23日出現(xiàn)了外環(huán)導(dǎo)電螺柱與集電環(huán)內(nèi)相交處出現(xiàn)短路，導(dǎo)致絕緣套管燒損事故停產(chǎn)7天，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟損失，如圖l所示。

圖1 集電環(huán)導(dǎo)外環(huán)導(dǎo)電螺柱及絕緣套管燒損圖

為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，制定了臨時的處理方案,并根據(jù)臨時的處理方案對電機進(jìn)行了臨時處，以便于特棒廠快速恢復(fù)生產(chǎn)，并立即提出了擇機安排進(jìn)一步更換全部的導(dǎo)電螺桿及絕緣套管，進(jìn)一步排查電機的安全隱患。其臨時處理后的效果如圖2所示。同時為了盡早的排查電機可能存在的安全隱患，對集電環(huán)的所有導(dǎo)電螺桿進(jìn)行了進(jìn)一步的更換，并采用室溫固化膠對導(dǎo)電螺桿的絕緣配套套管進(jìn)行了固化處理，處理后的效果如圖3所示。

圖2 臨時處理后的集電環(huán)圖

圖3 全部導(dǎo)電桿更換后的集電環(huán)

處理后的集電環(huán)內(nèi)導(dǎo)電環(huán)在事故中被強電流灼燒出一較大凹坑，雖進(jìn)行了打磨處理，但由于現(xiàn)場檢修條件限制，難以清理徹底缺陷，開坯機頻繁正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和軋鋼電機的頻繁沖擊，易造成導(dǎo)電環(huán)上可能存在的缺陷進(jìn)一步惡化，甚至可能出現(xiàn)內(nèi)環(huán)導(dǎo)電環(huán)在運行過程中解體。

上膠固化處理雖已采用室溫固化膠將絕緣套管和導(dǎo)電環(huán)固化在了一起，但由于現(xiàn)場條件有限，無法絕對均勻涂抹固化膠，電機臥式使膠在重力作用下會泄露，很難填滿絕緣套管與導(dǎo)電環(huán)間的間隙，如圖4所示。同時由于現(xiàn)場的天氣較為潮濕，導(dǎo)電環(huán)的外表面上出現(xiàn)大量的銹蝕，破壞了導(dǎo)電環(huán)上的氧化膜，氧化膜破壞后會加速導(dǎo)電環(huán)表面銹蝕，嚴(yán)重情況會使導(dǎo)電環(huán)表面產(chǎn)生大量麻點或凹坑，進(jìn)而影響導(dǎo)電環(huán)的導(dǎo)電功能。

圖4 集電環(huán)可能存在的隱患示意圖

由圖4可以看出在外集電環(huán)導(dǎo)電螺柱絕緣套管與導(dǎo)電環(huán)處及導(dǎo)電螺柱與導(dǎo)電環(huán)內(nèi)環(huán)相交已涮室溫固化膠，且在現(xiàn)場拆卸時可以看出玻璃布管與集電環(huán)內(nèi)環(huán)已粘牢，須用管鉗用力才能拆下，未發(fā)生松動，但絕緣套管已被燒蝕，發(fā)生變形而無法判定是否在運行過程中已與導(dǎo)電螺柱發(fā)生相對的圓周運動，如圖5所示。

圖5 集電環(huán)裝配示意圖

導(dǎo)致本次事故的主要產(chǎn)生的原因有：集電環(huán)裝配中的導(dǎo)電螺柱絕緣套管按要求須涂涮了室溫固化膠，但如在廠內(nèi)涂刷室溫固化膠時涂涮不均勻，有可能導(dǎo)致電機在長期運行過程中因受熱、振動使室溫固化膠脫落，從而導(dǎo)致導(dǎo)電螺柱絕緣套管與導(dǎo)電螺柱間產(chǎn)生相對運動甚至使絕緣套管與集電環(huán)內(nèi)環(huán)產(chǎn)生摩擦，摩損絕緣套管，加之碳粉附著在破損處，導(dǎo)致導(dǎo)電螺柱與集電環(huán)內(nèi)圓間產(chǎn)生短路而引起了故障發(fā)生。

2 改造措施

2.1 短螺栓改造

考慮現(xiàn)場天氣潮濕的情況，現(xiàn)將電機集電環(huán)材質(zhì)有由原來的Q235A改為不銹鋼材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。在集電環(huán)與絕緣套筒結(jié)合處增加能夠承膠的沉孔。適當(dāng)增加絕緣套筒的厚度，如圖6所示。

圖6 集電環(huán)短螺栓升級改造示意圖

2.2 長螺栓改造

考慮現(xiàn)場天氣潮濕的情況，現(xiàn)將電機集電環(huán)材質(zhì)有由原來的Q235A改為不銹鋼材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。如圖7所示在集電環(huán)與絕緣套筒結(jié)合處增加能夠承膠的沉孔和增加絕緣套筒的厚度，如圖7所示。

圖7 集電環(huán)長螺栓升級改造示意圖

如圖8所示在涂膠時增加工藝用的絕緣墊圈和支撐木塊，保證絕緣套筒與集電環(huán)內(nèi)環(huán)之間的間隙能用環(huán)氧膠填充滿。

圖8 集電環(huán)升級改造絕緣套管涂膠示意圖

2.3 集電環(huán)表面處理

為保證集電環(huán)表面與碳刷表面有良好的接觸性能，必須對集電環(huán)表面作精處理，嚴(yán)格控制集電環(huán)質(zhì)量控制的跳動、錐度及表面粗糙度。跳動及錐度通過車刀或磨刀能夠滿足技術(shù)要求，但表面粗糙度采用更換磨刀控制。在進(jìn)行集電環(huán)磨削時，須注意電機盤車狀態(tài)下集電環(huán)的線速度與走刀速度的配合，在加工時，電機的軸向走刀速度必須保證集電環(huán)轉(zhuǎn)一周后，才能軸向走刀，以防止在集電環(huán)表面出現(xiàn)螺旋加工痕。磨削后，再用拋光輪進(jìn)行拋光，控制表面粗糙度Ra0.8以下。

對集電環(huán)進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)測量：電機內(nèi)外兩側(cè)環(huán)跳動：0.06 mm，0.05 mm。集電環(huán)錐度小于0.06 mm，粗糙度Ra0.8。由于磨削電機軸承存在間隙，磨削轉(zhuǎn)子軸存在偏心振動，集電環(huán)跳動超過0.03 mm，但按現(xiàn)場處理經(jīng)驗，具備集電環(huán)投用條件。

2.4 集電環(huán)導(dǎo)電螺栓的連接方式改進(jìn)

因?qū)щ娐菟ㄖ饕强柯菁y導(dǎo)電，且導(dǎo)電螺栓要承載幾千安以上的大電流，極易發(fā)熱，由于電機頻繁正反方向運行，為保證集電環(huán)導(dǎo)電螺栓處長期高溫運行良好緊固性，故在原來的粗牙連接改進(jìn)為細(xì)牙連接，以防止導(dǎo)電螺栓松動導(dǎo)致絕緣密封的損壞。

2.5 集電環(huán)的安裝

集電環(huán)安裝，首先將集電環(huán)置于烘箱內(nèi)烘12 h，溫度控制在220 ℃，加熱不可用火焊烘烤、防止受熱不均，內(nèi)孔膨脹方向不一致，造成安裝偏心；然后測量集電環(huán)內(nèi)孔，孔徑應(yīng)大于安裝的絕緣筒外徑0.2～0.3 mm，防止安裝過程中因集電環(huán)冷卻收縮導(dǎo)致安裝不到位，使得絕緣筒或集電環(huán)報廢；最后用臨時加工的專用吊具將集電環(huán)移至發(fā)電機大軸處，對準(zhǔn)大軸及集電環(huán)中心，集電環(huán)上的導(dǎo)電螺栓安裝孔與大軸上螺紋孔中心水平對齊，迅速將集電環(huán)安裝至規(guī)定位置。

為保證碳涮與集電環(huán)有良好的接觸，在彈簧的使用要選用恒壓彈簧，要定期進(jìn)行彈簧的拉力測試，使各個彈簧拉力偏不超過10%，確保各碳刷所受壓力均勻不跳動，各碳刷表面接觸電阻相近，電流分布均勻。且在安裝新裝碳涮前，必須將碳刷表面研磨成與集電環(huán)面相吻合弧面，避免碳添磨損集電環(huán)，讓新裝碳涮承載過多電流，盡可能避免同時大批量更換新碳涮。

3 結(jié)束語

通過對韶鋼大棒主電機集電環(huán)故障的分析、研究，找到了引起集電環(huán)故障的原因，及時加強實施對集電環(huán)的維護(hù)措施，減少和避免故障的發(fā)生；同時針對現(xiàn)有集電環(huán)存在隱患，提出了對集電環(huán)的改造方案，消除目前集電環(huán)使用導(dǎo)電效果差，連接絕緣易損壞等不利因素，其目的是通過改造實現(xiàn)大棒線粗軋4 800 kW主電機長期安全運行。改造后現(xiàn)場運行兩年結(jié)果顯示，電機滑環(huán)表面平整光滑，碳刷的磨損明顯減小，火花現(xiàn)象基本消除，有效保證了機組運行安全生產(chǎn)工作。