浅析励磁机故障原因与消除措施

浅析励磁机故障原因与消除措施

    全国范围内连续20多个月的电力供应短缺情况已成为社会关注的热点之一。在短期内难以弥合供需缺口的情况下，一些地方政府采取给安装自备发电机组或分散式电源系统的企业予政策、技术上扶持的举措，促成了自备发电机组或分散式电源系统的发展，使在沿海经济发达地区总容量达数千万kW的机组陆续投入运行。励磁机是自备发电机组或分散式电源的重要组成部分，其安全运行与否不仅关系着交流发电机组的稳定运行，而且关系到企业的经济效益。由于励磁机故障而引发的自备发电机组停机通报不时传出。作者针对工作中遇到的两例励磁机设备故障做一浅析，供有关设备维护人员参考，以便尽快恢复故障设备的运行。

1    设计与制造质量问题引发的事故

1.1    事故经过

    某发电厂＃9发电机为QFS—125型（U_e为13.8kV、转子I_e为1635A），其主励磁机为ZLG—550—30型（550kW、300V、1832A并激），系上海某电机厂1974年产品。发电机负荷120MW，75Mvar，转子电流1500A。某日，在没有任何励磁调整的情况下，无功负荷突然大幅度摆动，从75Mvar摆至50Mvar；励磁机出风口冒黑烟，整流子火花严重，火花长约60～70mm，碳刷大部分被打碎，机组被迫紧急停运。检查发现主励磁机84块碳刷有81块被打碎，整流子表面局部过热，部分整流片凸片。按检修规程进行了冷态下车削处理。然后开机，当发电机定子电压升至7kV，转子电流400A时，再次出现碳刷被打碎现象，造成二次停机。经测量整流子偏心0.17mm（>0.05mm的技术规范），且有个别换向片凸起，相邻片最大高低差为0.07～0.08mm。

1.2    原因分析

    根据现象和检查分析认为，该型号励磁机在设计和制造方面存在先天不足。

1.2.1    设计方面

    550kW同轴直流励磁机是国内最大容量的同轴直流励磁机。其整流子直径Φ350mm，圆周速度大约为55m/s。按照公式P=1.8×10⁸/n(kW)计算，直流励磁机的极限容量为600kW（一般励磁机容量是发电机容量的0.25％～1％），制造厂要求使用的DS－74B型碳刷只能适用在50m/s的圆周速度下运行。而在高于50m/s速度下运行时，势必使整流子表面温度升高。加之，大直径高转速下运行的同轴直流励磁机，整流子所产生的机械应力较大，以致于使整流片发生变形。另外，550kW励磁机采用同轴风扇冷却，原设计的风道走向不合理，加上3道风圈的影响，使整流子表面各部分冷却不均匀，整流子各部分的热变形也不一致，以及碳粉对整流子表面污染等。

1.2.2    制造方面

    1）整流片的材质硬度偏低（硬度为45度），容易磨损、变形；

    2）制造工艺粗糙，整流片之间的高度误差较大，片间云母垫层厚薄不均，各片间的紧力有差异，因此受热后各片变形不等；

    3）楔形推拔的紧力没有明确规定，时紧时松，过紧可能造成整流片拱起，过松可能使整流片晃动；

    4）整流子的组装采用冷套冷压工艺，没有采取热变形处理，其内应力没有释放出来，而组并头套开焊，造成磁不平衡也是又一诱因；

    5）DS－74B碳刷材质不良，产品质量不稳定，刷尾易松脱造成碳刷过热，反过来造成碳刷卡死、冒火；

    6）整流子中心不在励磁机的几何中性面上，刷杆距离不等影响换向效果；

    7）整流子不园，光洁度低，表面氧化膜建立不起来，片间云母片凸出，以及整流子表面污染等。

1.3    处理措施

    根据上述检查分析，在现场采取了加温、热压、热车削整流子的方法进行处理，整个工艺过程如下。

    1）恢复标准工艺，对励磁机转子及整流片采用热套、热压及6h的加热变形处理，以便消除应力。加温前冷态背紧整流子。励磁机解体检查清扫后，检查楔形推拔张圈的紧力，一般为13t，用敲击法，听声音和振动，看背紧螺丝帽是否紧固。在背紧螺帽止钉处开一斜槽口，用12磅锤子加垫铁打紧背帽，并随时用2磅小锤检查背帽的紧固情况，直至紧实为止。

    2）整流子冷态紧固后，将电枢整体推入烘房加温，烘烤中最高温度不得超过120℃；保持120℃（实际只加热到110℃）6h，使整流子尽量变形；电枢各部分温度要均衡，防止局部超温使绝缘损坏。整流子在热状态下紧固。在加温热变形后，对楔形推拔背帽再进行紧固，用敲击法检查紧固情况，然后装复新止钉。止钉的重量应考虑背帽减轻的重量。

    3）整流子在热状态下车削，要求整流子表面光洁度达到△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，整流片两侧倒出0.5×45°的倒角；对照冷、热及车削后的整流子的偏心尺寸，以供分析处理。

    另外，碳刷改用材质均匀、硬度适中、质量稳定的B374N型。

1.4    处理结果

    经上述方法处理后，机组投运后运行正常，再未发生整流子严重火花、碳刷被打碎现象，之后也经多次测试，未发现整流子凸片现象。

2    油泥脏污引发励磁机转子接地故障

2.1    故障现象

    某日，某厂＃8发电机“励磁回路接地”信号发出。励磁机为ZL105—3000型（105kW/230V/456A3000r/min）。停机后检查、测量励磁机和发电机转子线圈。在现场用量程500MΩ/500V摇表测量励磁机转子绝缘电阻为零。解体检查发现定、转子的碳、灰油泥脏污严重。

2.2    原因分析

    解体后，首先用高压空气吹去浮灰。然后，用带电清洗剂反复喷洗干净后，进行烘干处理。干燥后用量程500MΩ/500V摇表测量励磁机转子绝缘电阻依然为零，用数字万用表测量励磁机转子绝缘电阻近200Ω，测量换向片间电阻并进行比较，全在合格范围内。借鉴兄弟单位处理励磁机转子绝缘低的经验和现场的实际情况，初步判断励磁机转子绕组对转轴有碳、灰油泥脏污短路接地故障。

2.3    消除方法

    确定故障性质以后，利用自制的钩刀和电动喷枪，拆除整流子端的环氧树脂包箍，取出升高片间的全部绝缘垫片后，用钩刀钩刮升高片内侧间隙和带电清洗剂喷洗清理交替反复多次，在每次处理后用万用表测量其绝缘有逐渐升高之势，但依然达不到规定值（≮0.5MΩ）。经过现场检查和讨论，查找资料后，决定用通流烧穿法来确定具体的接地点，这样可通过观察通入短路电流的大小和测量发热的部位来找到接地点，也可通过通入的短路电流将短路接地的介质烧穿以便于清除。具体做法是：在励磁机转子绕组（换向片处）与转轴之间施加一交流电压（电流≯5A），缓慢提升电压使通入的电流由0逐渐升高至1.3A时，发现升高片间有多处冒烟，继续观察发现凡冒烟处皆有结垢的脏污碳粉，此即为短路介质。然后断开施加的交流电压，对发现的冒烟处用钩刀钩刮和带电清洗剂喷洗清理交替反复

    进行后，再次用数字万用表和摇表测量，发现绝缘大幅度上升至近2.0MΩ。再一次在励磁机转子绕组（换向片处）与转轴之间施加交流电压升高到250V时，电流表指示为零。说明接地点已消除。然后，对励磁机转子绕组进行500V交流耐压和泄漏电流试验合格。拆除试验设备用量程500MΩ/500V摇表测量励磁机转子绝缘电阻稳定在1.5MΩ，至此，励磁机转子绕组接地故障消除。将转子进行烘干浸漆处理，恢复各升高片间绝缘垫块，包扎好整流子端的环氧树脂包箍，其它附件做工艺处理后，设备完全恢复到备用状态，又测量其绝缘电阻≯0.5MΩ，符合规程要求。

2.4    处理结果

    经上述方法处理后，设备投入运行已数年，至今安全稳定。

3    结语

    通过以上两例励磁机故障的处理，使我们积累了设备检修经验，对辅助设备重要性的认识有了提高，为以后机组的安全运行提供了保障。