浅析云冈矿电机滑环碳刷组件改造*

申俊琰

(同煤集团云冈矿,山西大同 037017)

浅析云冈矿电机滑环碳刷组件改造*

申俊琰

(同煤集团云冈矿,山西大同 037017)

针对云冈煤矿主井北部电机滑环碳刷组件改造前存在事故及改造后效果和效益情况的比较,得出新型碳刷的有效接触面积和弹簧压力大为增高,产生的噪音量也大大降低,有效的解决了滑环打火甚至爆炸的安全隐患,保证了设备安全运转,减少了事故率,减少了因维修浪费的时间、人工,大大提高了提煤量。

滑环;新型碳刷;安全

0 引 言

同煤集团云冈矿主井北部电机是1961年日本日立电机厂生产的交流异步电动机。碳刷正常运行中的温度一般在50～80℃,(温升40℃左右),碳刷电流分布整体比较平衡,每块碳刷工作电流在20～100 A。刷握弹簧压力比较均匀,碳刷活动自如且无振动卡涩现象。由于该电机属于进口老旧产品,因此其配件日益短缺,难以购买。近些年电机滑环电刷架使用时间长由于弹簧疲劳和其结构原因,导致碳刷接触不好,大量碳刷出现不正常的跳动或卡涩,并出现大量火花,刷辫烧断或脱辫;碳刷与滑环摩擦声音变得尖锐刺耳,甚至出现爆炸事故。因此经常造成停产检修的状况,此问题急需解决。

1 滑环室容易出现的故障及原因

碳刷正常运行中的温度一般在50～80℃,(温升40℃左右),碳刷电流分布整体比较平衡,每块碳刷工作电流在20～100 A。刷握弹簧压力比较均匀,碳刷活动自如且无振动卡涩现象。

碳刷在正常运行状态下,当负荷电流增大或个别碳刷工况变差时,会有温度短时、少量增加或者不增加,温度系统能够维持平衡或达到新的平衡状态。但是如果碳刷变短、接触电阻和附加电阻变大、刷握弹簧压力变小、碳刷运行工况变差,当工作电流增加,温度变化时系统的平衡能力降低,部分碳刷温度将升高,从而整个系统温度升高,有时甚至达到无法控制状态。发热时碳刷和集电环温度可高达100℃以上,最严重时达到200～300℃。此时碳刷工作状态越来越差,碳刷电流分布很不均匀,少数碳刷电流达到300A,而另一些碳刷电流接近于零。大量碳刷出现不正常的跳动或卡涩,并出现大量火花,刷辫烧断或脱辫;碳刷与滑环摩擦声音变得尖锐刺耳[1]。

(1)碳刷组件正常运行中出现的主要故障

①碳刷、滑环发热。

②碳刷卡阻、振动,发展到弹簧跳出、刷握损坏(碳刷使用前均需进行打磨,打磨至碳刷在刷握内能出入自如,一般碳刷在刷握内与四周间隙均在0.1～0.2 mm即可,包括弧度打磨)。

③碳刷压力减小:碳刷压紧弹簧在长时间高温运行下,由于质量问题,导致弹簧压力减小,压力小到一定程度,接触不稳定,接触压降增大,接触压降发热明显增加。

④碳刷接触面不足,形成气膜。

⑤碳刷电流不平衡。

⑥滑环室碳粉堆积过多,造成正负极短路。

其中,碳刷发热是造成碳刷烧坏的最直接原因,而其他几条中,除了第6条外,都能引起碳刷发热,所以监测碳刷温度,防止碳刷过度发热是我们日常维护工作的重点。

(2)碳刷发热的主要原因

①碳刷电阻增大。碳刷在使用过程中电阻值随着温度升高(包括自身电阻、刷辫与碳刷接触电阻和散流电阻)逐渐增大;同时,滑环氧化膜太厚,使碳刷接触电阻增加,一方面使碳刷本身发热,另一方面使励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上,同时使其他碳刷的电阻发热增加。

②碳刷卡阻。碳刷通过电流后发热,刷体膨胀,易卡在刷握内,这时拉动刷辫感觉很紧;部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因,会在刷握一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻,失去作用,同时也会造成其它碳刷分配的电流增加,发热增加。

③碳刷压力减小。在碳刷磨短过程中,弹簧压力可能会不同程度减少(虽然我厂使用的恒压弹簧,但由于没有弹簧压力测试仪器,无法得知是否恒压、无法进行检测)。压力小到一定程度,接触不稳定,接触压降增大,接触压降发热明显增加。

④碳刷接触面小。碳刷在允许最大速度下运行,很容易在碳刷接触面产生气膜,使流过碳刷的电流不稳定。同时,我单位集电环运行多年,未进行过车床加工,难以消除存在的划痕及凹槽,造成碳刷接触面积小。

⑤电流平衡的破坏。一般情况下,碳刷与滑环接触面的接触力较大,即接触压降小,所有碳刷工况相近,每条碳刷的电流大小接近,刷体的平均温度较低,碳刷间电流相对稳定平衡。运行一段时间后,碳刷的磨损量不一定相近,碳刷磨短或弹簧压力降低,碳刷接触面的压力减小,碳刷间电流重新分配,每条碳刷的电流差别增大。这个阶段时间长,且逐渐变化,不容易发觉。当环境温度升高或励磁电流增加时,随时可引起发热,造成平衡破坏,使得部分碳刷电流过高,部分碳刷电流过小,运行一段时间后,造成碳刷烧坏[2]。

2 改造方案及改造后效果效益

根据上述情况,在2014年12月15日下午14时开始停机,对主井北部电机滑环碳刷组件改造并加装碳粉吸收装置。旧刷组件见图1。

(1)改造方案 采用新型碳刷。据调查国内相关规定标准,结合本矿主井电机实际情况,本矿经过前期测绘,自己外委图纸加工好了电刷机和绝缘套、距离套,采用新型材质的碳刷,并对碳刷尺寸进行了改变,将原长46 mm,宽24 mm的旧碳刷改为长32 mm,宽25 mm的新碳刷。旧碳刷刷握因长度较大,因此一组滑环只能安装四只碳刷,而新碳刷刷握结构小巧,一组滑环共计安装了10只碳刷。旧碳刷长46 mm,宽24 mm,新碳刷长32 mm,宽25 mm,因此改造后最终接触面积增加到原来的1.5倍。新旧碳刷刷握对比,新碳刷由于尺寸小,所以与滑环的有效接触面积也有所增高。在此次改造中,新型碳刷运行时,不过热、噪声小、装配可靠、不破损。新型碳刷与刷握配合良好,碳刷在集电环表面能较快形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜;碳刷的使用寿命长,并且不易磨损集电环;具有良好的集流性能,使火花抑制在允许的范围内,并且能量损耗小。新刷组件和碳刷刷握分别见图2和图3。图3中上部为旧碳刷刷握,下部为新碳刷刷握。

图1 旧碳刷组件

图2 新碳刷组件

加装碳粉吸收装置。滑环室位于上导轴承上部,在机组运行过程中上导产生的油雾吸附在集电环及相关设备表面,容易产生油性碳粉污垢。同时,我单位机房,湿度较大,且集电环室内空间相对比较密闭,碳刷在运行过程产生的碳粉吸收湿气后,极易吸附在滑环室内绝缘子、引线等部位。有试验表明,在松散干燥的状态下,石墨碳粉的绝缘电阻可达到100 MΩ以上,但是在油雾作用下绝缘电阻迅速减小为零。由此可见,油性碳粉污垢也是造成滑环室内各绝缘件绝缘性能下降的主要原因之一。

图3 新旧碳刷刷握

(2)改造后效果 改造后,由于碳刷的有效接触面积和弹簧压力大为增高,产生的噪音量也大大降低,有效的解决了滑环打火甚至爆炸的安全隐患,保证了设备安全运转,减少了事故率,减少了因维修浪费的时间、人工,相当于增加了提煤量。而且电机的配件也改为市场常见的国产零件,大大降低了配件的购买成本,而且新配件随处可见,降低了购买的难度。所以说,这项改造具有广阔的应用前景,值得推广[3]。

(3)改造后效益

①首先电刷机和绝缘套、距离套全部是自己出图加工而成,节约了购买碳刷等成本约1 200元。

②节约了每天用来吹碳刷的人工费约每天200 元,一年下来约72 000元。

③还减少了因电机上落了碳沫而产生爆炸的停工时间,每次停工4～5 h,按每小时提煤6罐,每罐煤有8 t计算的话,停工这短时间共影响提升量240 t,每吨煤按400元计算,共计影响经济价值96 000元。此项改造共计创造经济价值达20万元。

3 结 语

通过对云冈煤矿主井北部电机滑环碳刷组件改造前存在事故及改造后效果和效益情况的比较,得出结论:该矿主井主井北部电机滑环碳刷组件中由原长46 mm,宽24 mm的旧碳刷改为长32 mm,宽25 mm的新碳刷,由原来一组只能安装四只碳刷的滑环改造为一组共计安装10只碳刷的滑环。新型碳刷组件的使用,加之日常工作中,工作人员严格按照管理标准进行巡视、检查,整个滑环室的运行环境与安全系数都得到了改善,给检修维护人员减少了很大的工作量,更大化的减少事故发生的概率,为该矿的长足发展提供了有力保障。

[1]刘西影.浅谈发电机碳刷、滑环发热及处理意见[J].能源技术与管理,2010(2):124-125.

[2]管 立.300 MW发电机励磁碳刷及滑环故障原因分析及防范措施[J].中国科技信息,2010(9):150-150.

[3]耿道波.发电机励磁碳刷滑环发热的预防与应急处理[J].中国设备工程,2007(5):29-31.

Analysis on Transformation of Electrical Slip Ring Carbon Brush Components in Yungang M ine

SHEN Jun-yan
(Yungang Mine ofDatong Coal Mine Group Company,Datong Shanxi 037017,China)

Through the existing accidents ofelectrical slip ring carbon brush components in themain shaftof northern Yungang coalmine beforemodification and the comparison of effect and benefit after transformation,it is concluded that the effective contact area of the new type carbon brush and the spring pressure are increased,while the amountof noise is greatly reduced,thus effectively solve the potential risk of slip ring striking fire or even exploding,ensure the safety operation of equipments,decrease the accident rate,reduce the amount of time and manualwork,and greatly improve the coal production.

slip ring;new type of carbon brush;security

TD407

A

1007-4414(2015)06-0165-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.064

2015-11-04

申俊琰(1977-),女,山西左云人,工程师,主要从事煤矿机电方面的工作。