淺析勵(lì)磁機(jī)故障原因與消除措施

全國范圍內(nèi)連續(xù)20多個(gè)月的電力供應(yīng)短缺情況已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。在短期內(nèi)難以彌合供需缺口的情況下，一些地方政府采取給安裝自備發(fā)電機(jī)組或分散式電源系統(tǒng)的企業(yè)予政策、技術(shù)上扶持的舉措，促成了自備發(fā)電機(jī)組或分散式電源系統(tǒng)的發(fā)展，使在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)總?cè)萘窟_(dá)數(shù)千萬kW的機(jī)組陸續(xù)投入運(yùn)行。勵(lì)磁機(jī)是自備發(fā)電機(jī)組或分散式電源的重要組成部分，其安全運(yùn)行與否不僅關(guān)系著交流發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，而且關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由于勵(lì)磁機(jī)故障而引發(fā)的自備發(fā)電機(jī)組停機(jī)通報(bào)不時(shí)傳出。作者針對工作中遇到的兩例勵(lì)磁機(jī)設(shè)備故障做一淺析，供有關(guān)設(shè)備維護(hù)人員參考，以便盡快恢復(fù)故障設(shè)備的運(yùn)行。

1 設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量問題引發(fā)的事故

1.1 事故經(jīng)過

某發(fā)電廠＃9發(fā)電機(jī)為QFS—125型（U_e為13.8kV、轉(zhuǎn)子I_e為1635A），其主勵(lì)磁機(jī)為ZLG—550—30型（550kW、300V、1832A并激），系上海某電機(jī)廠1974年產(chǎn)品。發(fā)電機(jī)負(fù)荷120MW，75Mvar，轉(zhuǎn)子電流1500A。某日，在沒有任何勵(lì)磁調(diào)整的情況下，無功負(fù)荷突然大幅度擺動(dòng)，從75Mvar擺至50Mvar；勵(lì)磁機(jī)出風(fēng)口冒黑煙，整流子火花嚴(yán)重，火花長約60～70mm，碳刷大部分被打碎，機(jī)組被迫緊急停運(yùn)。檢查發(fā)現(xiàn)主勵(lì)磁機(jī)84塊碳刷有81塊被打碎，整流子表面局部過熱，部分整流片凸片。按檢修規(guī)程進(jìn)行了冷態(tài)下車削處理。然后開機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子電壓升至7kV，轉(zhuǎn)子電流400A時(shí)，再次出現(xiàn)碳刷被打碎現(xiàn)象，造成二次停機(jī)。經(jīng)測量整流子偏心0.17mm（>0.05mm的技術(shù)規(guī)范），且有個(gè)別換向片凸起，相鄰片最大高低差為0.07～0.08mm。

1.2 原因分析

根據(jù)現(xiàn)象和檢查分析認(rèn)為，該型號勵(lì)磁機(jī)在設(shè)計(jì)和制造方面存在先天不足。

1.2.1 設(shè)計(jì)方面

550kW同軸直流勵(lì)磁機(jī)是國內(nèi)最大容量的同軸直流勵(lì)磁機(jī)。其整流子直徑Φ350mm，圓周速度大約為55m/s。按照公式P=1.8×10⁸/n(kW)計(jì)算，直流勵(lì)磁機(jī)的極限容量為600kW（一般勵(lì)磁機(jī)容量是發(fā)電機(jī)容量的0.25％～1％），制造廠要求使用的DS－74B型碳刷只能適用在50m/s的圓周速度下運(yùn)行。而在高于50m/s速度下運(yùn)行時(shí)，勢必使整流子表面溫度升高。加之，大直徑高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的同軸直流勵(lì)磁機(jī)，整流子所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力較大，以致于使整流片發(fā)生變形。另外，550kW勵(lì)磁機(jī)采用同軸風(fēng)扇冷卻，原設(shè)計(jì)的風(fēng)道走向不合理，加上3道風(fēng)圈的影響，使整流子表面各部分冷卻不均勻，整流子各部分的熱變形也不一致，以及碳粉對整流子表面污染等。

1.2.2 制造方面

1）整流片的材質(zhì)硬度偏低（硬度為45度），容易磨損、變形；

2）制造工藝粗糙，整流片之間的高度誤差較大，片間云母墊層厚薄不均，各片間的緊力有差異，因此受熱后各片變形不等；

3）楔形推拔的緊力沒有明確規(guī)定，時(shí)緊時(shí)松，過緊可能造成整流片拱起，過松可能使整流片晃動(dòng)；

4）整流子的組裝采用冷套冷壓工藝，沒有采取熱變形處理，其內(nèi)應(yīng)力沒有釋放出來，而組并頭套開焊，造成磁不平衡也是又一誘因；

5）DS－74B碳刷材質(zhì)不良，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，刷尾易松脫造成碳刷過熱，反過來造成碳刷卡死、冒火；

6）整流子中心不在勵(lì)磁機(jī)的幾何中性面上，刷桿距離不等影響換向效果；

7）整流子不園，光潔度低，表面氧化膜建立不起來，片間云母片凸出，以及整流子表面污染等。

1.3 處理措施

根據(jù)上述檢查分析，在現(xiàn)場采取了加溫、熱壓、熱車削整流子的方法進(jìn)行處理，整個(gè)工藝過程如下。

1）恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)工藝，對勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子及整流片采用熱套、熱壓及6h的加熱變形處理，以便消除應(yīng)力。加溫前冷態(tài)背緊整流子。勵(lì)磁機(jī)解體檢查清掃后，檢查楔形推拔張圈的緊力，一般為13t，用敲擊法，聽聲音和振動(dòng)，看背緊螺絲帽是否緊固。在背緊螺帽止釘處開一斜槽口，用12磅錘子加墊鐵打緊背帽，并隨時(shí)用2磅小錘檢查背帽的緊固情況，直至緊實(shí)為止。

2）整流子冷態(tài)緊固后，將電樞整體推入烘房加溫，烘烤中最高溫度不得超過120℃；保持120℃（實(shí)際只加熱到110℃）6h，使整流子盡量變形；電樞各部分溫度要均衡，防止局部超溫使絕緣損壞。整流子在熱狀態(tài)下緊固。在加溫?zé)嶙冃魏?，對楔形推拔背帽再進(jìn)行緊固，用敲擊法檢查緊固情況，然后裝復(fù)新止釘。止釘?shù)闹亓繎?yīng)考慮背帽減輕的重量。

3）整流子在熱狀態(tài)下車削，要求整流子表面光潔度達(dá)到△8；整流子偏心不大于0.01mm；云母槽刮削低于整流子表面1.5mm，整流片兩側(cè)倒出0.5×45°的倒角；對照冷、熱及車削后的整流子的偏心尺寸，以供分析處理。

另外，碳刷改用材質(zhì)均勻、硬度適中、質(zhì)量穩(wěn)定的B374N型。

1.4 處理結(jié)果

經(jīng)上述方法處理后，機(jī)組投運(yùn)后運(yùn)行正常，再未發(fā)生整流子嚴(yán)重火花、碳刷被打碎現(xiàn)象，之后也經(jīng)多次測試，未發(fā)現(xiàn)整流子凸片現(xiàn)象。

2 油泥臟污引發(fā)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障

2.1 故障現(xiàn)象

某日，某廠＃8發(fā)電機(jī)“勵(lì)磁回路接地”信號發(fā)出。勵(lì)磁機(jī)為ZL105—3000型（105kW/230V/456A3000r/min）。停機(jī)后檢查、測量勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈。在現(xiàn)場用量程500MΩ/500V搖表測量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻為零。解體檢查發(fā)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子的碳、灰油泥臟污嚴(yán)重。

2.2 原因分析

解體后，首先用高壓空氣吹去浮灰。然后，用帶電清洗劑反復(fù)噴洗干凈后，進(jìn)行烘干處理。干燥后用量程500MΩ/500V搖表測量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻依然為零，用數(shù)字萬用表測量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻近200Ω，測量換向片間電阻并進(jìn)行比較，全在合格范圍內(nèi)。借鑒兄弟單位處理勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣低的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場的實(shí)際情況，初步判斷勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組對轉(zhuǎn)軸有碳、灰油泥臟污短路接地故障。

2.3 消除方法

確定故障性質(zhì)以后，利用自制的鉤刀和電動(dòng)噴槍，拆除整流子端的環(huán)氧樹脂包箍，取出升高片間的全部絕緣墊片后，用鉤刀鉤刮升高片內(nèi)側(cè)間隙和帶電清洗劑噴洗清理交替反復(fù)多次，在每次處理后用萬用表測量其絕緣有逐漸升高之勢，但依然達(dá)不到規(guī)定值（≮0.5MΩ）。經(jīng)過現(xiàn)場檢查和討論，查找資料后，決定用通流燒穿法來確定具體的接地點(diǎn)，這樣可通過觀察通入短路電流的大小和測量發(fā)熱的部位來找到接地點(diǎn)，也可通過通入的短路電流將短路接地的介質(zhì)燒穿以便于清除。具體做法是：在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組（換向片處）與轉(zhuǎn)軸之間施加一交流電壓（電流≯5A），緩慢提升電壓使通入的電流由0逐漸升高至1.3A時(shí)，發(fā)現(xiàn)升高片間有多處冒煙，繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)凡冒煙處皆有結(jié)垢的臟污碳粉，此即為短路介質(zhì)。然后斷開施加的交流電壓，對發(fā)現(xiàn)的冒煙處用鉤刀鉤刮和帶電清洗劑噴洗清理交替反復(fù)

進(jìn)行后，再次用數(shù)字萬用表和搖表測量，發(fā)現(xiàn)絕緣大幅度上升至近2.0MΩ。再一次在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組（換向片處）與轉(zhuǎn)軸之間施加交流電壓升高到250V時(shí)，電流表指示為零。說明接地點(diǎn)已消除。然后，對勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行500V交流耐壓和泄漏電流試驗(yàn)合格。拆除試驗(yàn)設(shè)備用量程500MΩ/500V搖表測量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻穩(wěn)定在1.5MΩ，至此，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接地故障消除。將轉(zhuǎn)子進(jìn)行烘干浸漆處理，恢復(fù)各升高片間絕緣墊塊，包扎好整流子端的環(huán)氧樹脂包箍，其它附件做工藝處理后，設(shè)備完全恢復(fù)到備用狀態(tài)，又測量其絕緣電阻≯0.5MΩ，符合規(guī)程要求。

2.4 處理結(jié)果

經(jīng)上述方法處理后，設(shè)備投入運(yùn)行已數(shù)年，至今安全穩(wěn)定。

3 結(jié)語

通過以上兩例勵(lì)磁機(jī)故障的處理，使我們積累了設(shè)備檢修經(jīng)驗(yàn)，對輔助設(shè)備重要性的認(rèn)識(shí)有了提高，為以后機(jī)組的安全運(yùn)行提供了保障。