发电机组换向不良故障的分析及处理方案

李俊林

(宝钛集团有限公司宽厚板材料公司，陕西 宝鸡 721014)

0 引言

宝钛集团宽厚板材料公司的3300 mm轧机属于20世纪50年代产品，因为轧机电动机容量大(两台5050 kW)，发电机组换向不良，影响生产。近年来，随着企业的发展，其产品产量逐年上升，设备负荷量不断递增，3300 mm轧机成为企业的重大关键设备之一。为保障3300 mm轧机的安全、可靠、正常运行，更好地、持续地发挥设备效能，2006年2月，宽厚板材料公司成功解决了3300 mm轧机发电机组换向不良故障的问题。

1 症状及分析

3300 mm轧机采用发电机组供电方式如图1所示。

图1 发电机组供电方式Fig.1 Power supply mode of generator set

现场观察，发电机组在轧制电动机空载时，电刷边缘大部分有轻微火花，火花等级为级。在轧制时，随压下吨位的增加，电刷整个边缘有强烈火花，同时有大火花飞出，火花等级达到3级，严重时，电弧飞越几乎导致环火。情况越来越严重，停机检查，发现换向器表面氧化膜已严重破坏，灼痕严重，规律明显，表现为隔片烧伤。

火花是直流电机换向不良最明显的标志。换向火花实际上是电刷和换向片脱离接触时换向元件中释放的电磁能量，是一种频谱广阔的电磁波，其频谱的主要范围是0.03～1 MHz。轻微的火花，不会对电机运行造成危害，但有害火花会破坏电刷与换向器的滑动接触，烧伤电刷镜面和氧化膜，使两者的磨损剧增，造成换向恶性循环，甚至因电弧飞越而导致环火事故，构成对直流电机运行的威胁。

换向火花产生原因可归结为以下几个方面:

(1)电磁原因。主要是由于换向元件内的合成电势不等于零，根据电磁理论，换向元件中产生附加换向电流，就会造成电刷前后刷边电流密度分布不均匀，电刷与换向片接触或脱离时，有较多的接触电位差;或是由于电刷与换向片脱离接触时，元件内换向附加电流并未为零，元件内的电磁能将以火花的形式释放出来。当电刷不在几何中心线上时，由于换向元件不在中性区换向而进入主极区，换向元件切割主磁道，这时将产生空载火花。

(2)机械原因。当换向器表面质量不良，换向器突片变形，电枢动平衡不好，运行时电机振动，片间云母突出等等，都将造成电刷与换向器之间无法保持稳定的滑动接触，而产生火花。其次是电刷和刷握的工作状态不良，当电刷与刷握的间隙不合适、电刷压力不合适、电刷材质不合适和刷握结构形式不合适等等，都影响滑动接触，也将产生火花。

(3)电机负载及周围环境。因电机过载、冲击性负载、电流变化率过高等原因，可能导致换向火花产生。湿度太低、有害性气体、含尘量过高等引起氧化膜平衡破坏，无法保持正常的滑动接触而产生火花。

2 故障的处理

2.1 换向正常化检查

宝钛宽厚板材料公司一边组织专家学者分析事故原因，一边进行换向正常化检查工作。换向正常化检查主要包括以下项目:

(1)换向器片间电阻测量;

(2)换向器摆度测量;

(3)电刷中性面检查;

(4)极距、刷距和气隙的检查与调整;

(5)电刷和刷握工作性能检查;

(6)换向器表面工作状态的检查;

(7)电机振动检查;

(8)主极、换向极绕组极性与匝间短路的检查;

(9)绝缘检测。

2.2 换向器的处理

(1)换向器打磨与车圆。直流电机由于换向不良，电刷布置不合理和电刷材质不合适，在换向表面出现条痕、有规律烧伤、表面出现麻点以及不均匀磨损形成轴向波浪度，一般需打磨换向器。当换向器表面烧伤严重，沟道较深超过0.5 mm时，打磨换向器不能达到改善换向表面状态的作用，应车削换向器表面。宝钛宽厚板材料公司的电机换向不良主要是过负荷引起的，因此决定对换向器进行打磨。采用的磨石为砂轮厂专门制作的一种组织较疏松，粒度适当，180目，专门用于换向器打磨的砂石烧结成砖形。机组由原动机拖动，启动起来，在机组速度达到400 r/min时，切断原动机动力，使机组自由停车，在400～250 r/min之间，对发电机换向器进行打磨，换向器速度维持在10 m/s左右，用双手将磨石稳定地压在换向器上机组速度过低时，打磨效果不佳，停止打磨，直至机组速度为零。重新启动机组，重复打磨操作过程，一直打磨到看不见表面烧痕和沟道为止。磨石打磨完后，再用粒度较细的砂布(240目左右)围在木块上，用相同的办法，再打磨一遍。最后用帆布代替细砂布，再打磨一遍。

(2)换向器的表面处理。在打磨或切削换向器后，必须进行换向器的表面处理，以改善换向器表面的工作状态，保持良好的滑动接触，减少电刷磨损和防止片间闪络可能性。换向器表面处理包括:①云母沟下刻:下刻深度为1.5 mm～2 mm，下刻深度太小，易产生云母片突出，下刻深度过大，云母沟中易积存碳粉。②换向片倒角:换向片倒角能减少电刷磨损和云母沟积灰，对于防止换向片铜毛刺和闪络的发生，也是有效的。换向片倒角通常要求是0.5×45°，要求均匀平直。③换向器表面精砂光:在换向器下刻和倒角操作结束后，应先在旋转时将换向器表面精砂光一次，使换向器表面光滑。

3 结束语

通过认真的逐项检查、检测与排除处理，分析产生故障的真正原因，对换向器进行打磨和表面处理，最终，仅用了两周时间，解决了3300 mm轧机四台发电机换向不良问题，检修后机组运行效果非常好，发电机组火花未超过1级标准。

［1］ 许实章．电机学［M］．北京:机械工业出版社，1980．

［2］ 赵家礼．电动机修理手册［M］．北京:机械工业出版社，1988．