內燃機車主發電機典型故障案例的分析

王曉軍

（山西省長治市潞安集團鐵路運營公司， 山西 長治 046000）

引言

主發電機是內燃機車將機械功轉換為電能輸出的電力設備，它的功能完善與否直接關系到機車功率的發揮。DF8B型內燃機車主要裝配為204系列主發電機，本文就針對該主發電機近年來的故障類型進行分析，有針對性地提出了預防措施，為保障DF8B型內燃機車主發電機的安全穩定運行提供了參考[1]。

1 電樞繞組支路節點電蝕性斷路

1.1 故障發生的原因分析

主發電機電樞繞組主要指三相電樞繞組，造成三相電樞繞組燒損短路的原因：第一，主要為結構性缺陷引起機車運用性故障，絕大多數情況下為三相電樞繞組支路中焊接節點因長期在柴油機和主發電機振動與電磁激振下，三相電樞繞組集流環支撐點螺栓斷損，造成集流環上支路焊接節點開焊，形成“電鈴”接觸產生電蝕燒損，從一點到多點，而此發生點多數在主發電機圓周上的時鐘下午4時至5時或7時至8時的區域內。第二，為電樞繞組絕緣老化或被外來利物劃破，所造成的絕緣破損短路引起的主發電機損壞故障。此類故障一般屬波及性損壞，機車在此類故障發生之初，無故障現象,當發生到一定程度時，在主發電機電流表上有所波動[2]。

1.2 典型案例分析

1.2.1 案例介紹

一輛DF8B型機車在進站前，機車主回路發生接地，接地繼電器（DJ）起保護作用，機車卸載，微機屏顯示接地。進行DJ解鎖恢復后，再提主手柄加載時，發現柴油機轉速不升，機械間冒出“怪味”煙霧，機車無法運行。經檢查，為主發電機定子繞組燒損，請求救援。區間總停時70 min。

1.2.2 故障分析

該臺機車返回段內，經初步檢查，主發電機內靠下部電樞繞組部分被短路燒損，以及相應導電集流環上的支路節點接線被燒蝕脫開，主發電機內下方部位一導電集流環支撐緊固螺栓斷裂。將主發電機吊下，未解體，直接返大廠修。

此故障屬機械性破損故障，初步判斷為電樞繞組集流環上的支點緊固螺栓疲勞性斷裂后，造成該支撐點的集流環松動，在機車、柴油機、主發電機的振動綜合作用下，使集流環上相應的線圈支路焊接點呈疲勞性開焊，成虛接的“電鈴”接觸，引起接觸電阻增大，造成電熔電蝕性燒損。而在此過程中，隨著漏電電流的增大，造成定子三相繞組線圈間的短路，使其短路燒損。此故障屬主發電機結構與運用綜合性故障。值得注意的是，主發電機電樞繞組將受到接地繼電器DJ的保護，當主發電機電樞絕緣破損接地時，是不能使用屏蔽性處理措施的，如果使用此方法，主發電機將會報廢[3]。

1.2.3 預防措施

此故障屬主發電機結構線圈線路機械性斷路虛接，造成電樞繞組間電蝕性短路燒損。此故障為主發電機內部線圈虛接斷路，有不可視性，靜態檢查困難。但經雙臂電橋進行三相繞組對稱測試檢查是能檢查出來的。作為預防性措施，如果能在早期發現，可避免主發電機報廢。當主發電機內某支點虛接時，將引起此點處接點的絕緣損壞，電熱性加強，反映在主發電機外殼的溫度升高。支路接點由開路到短路燒損會有一漸進的過程，在此過程中，一般在主發電機動態的情況下很容易發現，即用手摸主發電機外殼，均能查出其故障點。204型主發電機其電樞繞組與勵磁繞組絕緣等級均為H級，當此溫度傳導到機殼外界應有所下降。

2 電樞繞組尾端絕緣老化短路燒損

2.1 故障發生的原因分析

電樞繞組尾端鼻部主要指形成線圈各繞組出電樞槽的環形部。該部位懸空并不與機體相連，又在主發電機殼內側，日常無法檢測到，該部位受電化性及高溫環境下催蝕，加上油氣化學性侵蝕易引起絕緣老化帶來的絕緣不良。同時該部位在發生絕緣不良的初始期，接地繼電器（DJ）還不能對此點起保護作用，機車在日常檢查檢測時，也無法對該部位進行檢測。在主發電機持續工作環境下遇到的電樞繞組工作溫度上升過高，加上自身絕緣物老化導致的絕緣強度不夠而被匝間短路燒損（見圖1），因此多數情況該處發生短路故障時，接地繼電器（DJ）是不能起到保護作用的。

圖1 主發電樞繞組尾端鼻部短路燒損

2.2 典型案例分析

2.2.1 案例介紹

DF8B型機車在加載運行中，主發電機電壓、電流輸出異常后，機車無功率輸出。學習司機檢查發現主發電機處冒出大量煙霧，便立即停車。停車進行檢修，故障無法排除，開始請求救援，區間總停時64 min[4]。

2.2.2 故障分析

該臺機車返回段內，經解體檢查，發現為主發電機電樞繞組后端鼻部環形圈處絕緣老化，在主發電機熱狀態下，引起線圈繞組匝間短路。使機車無功率輸出，被迫停于區間，請求救援。注意，該處屬定子繞組懸空部位，與機體部分分離，初期絕緣損壞時，漏電不能接地，因此初始期接地繼電器不能起保護作用。

2.2.3 預防措施

該類故障屬電機電樞繞組電氣絕緣老化，引起主發電機定子繞組短路。對該類故障的預防有一定障礙，主發電機屬內置部件，只能通過絕緣測試的方法檢查，運行機車不能隨時檢查。而運用人員很難通過直接檢查的方法檢查出來，只能在主發電機的負載中，進行相應間接識別判斷。若主發電機的電壓或電流出現大的波動，應檢查主發電機四周外殼溫度，當其外殼某處的溫度有異常時，即可判斷該點相應的主發電機電樞繞組發生故障。這時，應降低主發電機輸出功率，維持機車運行進站，待確認后，更換機車，以避免機車大部件破損與堵塞正線的事件發生。

3 主發電機滑環環火

3.1 故障發生的原因分析

主發電機環火主要發生在滑環與碳刷接觸的位置，與牽引電動機環火有所區別，該類環火絕大多數情況下由碳刷與滑環接觸不良引起。其成因有碳刷壓指彈簧壓力不夠；滑環表面有電蝕性麻點；滑環表面上附著有異物（見圖2）；采用不同牌號的碳刷；主發電機勵磁支撐裂損，造成圓周運轉中擺幅加大，導致碳刷與滑環接觸不良。

圖2 主發機滑環電蝕性燒損情況

3.2 典型故障分析

3.2.1 故障介紹

DF8B型機車在運行過程中，主發電機發生環火，并伴隨有“放炮”聲，漸漸出現機車無功率輸出，調整碳刷壓力等技術處理措施無效后請求救援，區間總停時57 min。

3.2.2 故障分析

機車返回經解體檢查發現主發電機刷架機械性移位，主發電機法蘭和柴油機連接軸的連接螺栓全部斷裂，其中有一條是完全脫落。故障成因為該臺機車在大修時主發電機法蘭與柴油機彈性聯軸節的連接螺栓緊固力矩不足，在機車運行中逐步松動脫落，使轉軸中心產生偏移。而滑環裝置在主發電機的轉軸上，因此導致刷架偏移。由于滑環發生斜置出現擺幅不正，使碳刷底面與滑環接觸面積減少，主發電機在加載運轉中因此發生環火，機車無法加載。

3.2.3 預防措施

機車出段啟機運轉時，應認真檢查確認主發電機滑環的旋轉擺幅，當發現超值時，應立即通告機車地勤質檢人員進行相應檢查。當機車運行中，遇到此類故障時，可適當降低機車功率，維持機車運行至前方站。發生此類故障機車不能長時間運行，為避免區間停車，防止堵塞正線的事件發生，應盡快就近靠站停車。

4 主發電機勵磁繞組斷路

4.1 故障發生的原因分析

主發電機勵磁繞組是由若干線圈串聯而成，因主發電機類型不同，其勵磁線圈的串聯個數也不相同。由于機械振動的存在，其線圈間的串聯連線容易因疲勞發生機械斷損。同時，勵磁繞組的電源是通過滑環引入，其滑環端的接線端子為有色金屬的扁銅線，也存在疲勞性機械斷損，呈現“電鈴狀”接觸引起電蝕性燒損。主發電機勵磁繞組屬機車勵磁回路，故障一般發生在機車運行中，其故障現象為機車無功率輸出，機車保護裝置不能對其實施保護。

4.2 典型案例分析

4.2.1 案例介紹

DF8B型機車在運行中，機車突發性無功率輸出，停車檢修后故障仍未排除，區間總停時84 min。

4.2.2 故障分析

該臺機車返回段后，經檢查，發現主發電機勵磁繞組阻值無窮大，經進一步解體檢查，發現其勵磁繞組中一線圈的連接線的引出接線從根部斷損后燒損。其原因為該連線綁扎不牢，在機車、柴油機振動下，加上主發電機自身的激振，使該連線在振動中發生疲勞性機械斷裂后電蝕性燒損。因主發電機勵磁線圈為串激繞組組成，當其中一線圈連接線發生斷路后，其勵磁電路是無勵磁電流流過的，因此不能建立起感應磁場，也無感應電動勢，而導致機車無功率輸出。

4.2.3 預防措施

此故障屬機車電機連接線結構疲勞性機械斷損故障，屬主發電機內部隱蔽不可視故障，在機車出段前的技術檢查作業中，憑日常檢查手段查出此類故障難度大。在機車運行中，該類故障司乘人員是無法處理的，主要在于是否能準確的判斷，避免延誤行車時間。該類故障的表象是控制電路無故障，操縱臺上卸載燈熄滅，機車無功率輸出。檢查時，僅需對勵磁回路進行檢查，即在機車加載的情況下，用試燈檢查勵磁回路的三級電路，其中第一、二級可用手摸的方法，第三級電路用試燈，在LC主觸頭被墊開的情況下，將試燈串接在動、靜觸頭間。機車加載，若試燈亮，第三級電路為正常，否則，第三級電路發生斷路。