淺析勵磁機故障原因與消除措施

全國范圍內連續20多個月的電力供應短缺情況已成為社會關注的熱點之一。在短期內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電機組或分散式電源系統的企業予政策、技術上扶持的舉措，促成了自備發電機組或分散式電源系統的發展，使在沿海經濟發達地區總容量達數千萬kW的機組陸續投入運行。勵磁機是自備發電機組或分散式電源的重要組成部分，其安全運行與否不僅關系著交流發電機組的穩定運行，而且關系到企業的經濟效益。由于勵磁機故障而引發的自備發電機組停機通報不時傳出。作者針對工作中遇到的兩例勵磁機設備故障做一淺析，供有關設備維護人員參考，以便盡快恢復故障設備的運行。

1 設計與制造質量問題引發的事故

1.1 事故經過

某發電廠＃9發電機為QFS—125型（U_e為13.8kV、轉子I_e為1635A），其主勵磁機為ZLG—550—30型（550kW、300V、1832A并激），系上海某電機廠1974年產品。發電機負荷120MW，75Mvar，轉子電流1500A。某日，在沒有任何勵磁調整的情況下，無功負荷突然大幅度擺動，從75Mvar擺至50Mvar；勵磁機出風口冒黑煙，整流子火花嚴重，火花長約60～70mm，碳刷大部分被打碎，機組被迫緊急停運。檢查發現主勵磁機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。按檢修規程進行了冷態下車削處理。然后開機，當發電機定子電壓升至7kV，轉子電流400A時，再次出現碳刷被打碎現象，造成二次停機。經測量整流子偏心0.17mm（>0.05mm的技術規范），且有個別換向片凸起，相鄰片最大高低差為0.07～0.08mm。

1.2 原因分析

根據現象和檢查分析認為，該型號勵磁機在設計和制造方面存在先天不足。

1.2.1 設計方面

550kW同軸直流勵磁機是國內最大容量的同軸直流勵磁機。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)計算，直流勵磁機的極限容量為600kW（一般勵磁機容量是發電機容量的0.25％～1％），制造廠要求使用的DS－74B型碳刷只能適用在50m/s的圓周速度下運行。而在高于50m/s速度下運行時，勢必使整流子表面溫度升高。加之，大直徑高轉速下運行的同軸直流勵磁機，整流子所產生的機械應力較大，以致于使整流片發生變形。另外，550kW勵磁機采用同軸風扇冷卻，原設計的風道走向不合理，加上3道風圈的影響，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定，時緊時松，過緊可能造成整流片拱起，過松可能使整流片晃動；

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

5）DS－74B碳刷材質不良，產品質量不穩定，刷尾易松脫造成碳刷過熱，反過來造成碳刷卡死、冒火；

6）整流子中心不在勵磁機的幾何中性面上，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

根據上述檢查分析，在現場采取了加溫、熱壓、熱車削整流子的方法進行處理，整個工藝過程如下。

1）恢復標準工藝，對勵磁機轉子及整流片采用熱套、熱壓及6h的加熱變形處理，以便消除應力。加溫前冷態背緊整流子。勵磁機解體檢查清掃后，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，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，并隨時用2磅小錘檢查背帽的緊固情況，直至緊實為止。

2）整流子冷態緊固后，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。整流子在熱狀態下緊固。在加溫熱變形后，對楔形推拔背帽再進行緊固，用敲擊法檢查緊固情況，然后裝復新止釘。止釘的重量應考慮背帽減輕的重量。

3）整流子在熱狀態下車削，要求整流子表面光潔度達到△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，碳刷改用材質均勻、硬度適中、質量穩定的B374N型。

1.4 處理結果

經上述方法處理后，機組投運后運行正常，再未發生整流子嚴重火花、碳刷被打碎現象，之后也經多次測試，未發現整流子凸片現象。

2 油泥臟污引發勵磁機轉子接地故障

2.1 故障現象

某日，某廠＃8發電機“勵磁回路接地”信號發出。勵磁機為ZL105—3000型（105kW/230V/456A3000r/min）。停機后檢查、測量勵磁機和發電機轉子線圈。在現場用量程500MΩ/500V搖表測量勵磁機轉子絕緣電阻為零。解體檢查發現定、轉子的碳、灰油泥臟污嚴重。

2.2 原因分析

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

2.3 消除方法

確定故障性質以后，利用自制的鉤刀和電動噴槍，拆除整流子端的環氧樹脂包箍，取出升高片間的全部絕緣墊片后，用鉤刀鉤刮升高片內側間隙和帶電清洗劑噴洗清理交替反復多次，在每次處理后用萬用表測量其絕緣有逐漸升高之勢，但依然達不到規定值（≮0.5MΩ）。經過現場檢查和討論，查找資料后，決定用通流燒穿法來確定具體的接地點，這樣可通過觀察通入短路電流的大小和測量發熱的部位來找到接地點，也可通過通入的短路電流將短路接地的介質燒穿以便于清除。具體做法是：在勵磁機轉子繞組（換向片處）與轉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，發現升高片間有多處冒煙，繼續觀察發現凡冒煙處皆有結垢的臟污碳粉，此即為短路介質。然后斷開施加的交流電壓，對發現的冒煙處用鉤刀鉤刮和帶電清洗劑噴洗清理交替反復

進行后，再次用數字萬用表和搖表測量，發現絕緣大幅度上升至近2.0MΩ。再一次在勵磁機轉子繞組（換向片處）與轉軸之間施加交流電壓升高到250V時，電流表指示為零。說明接地點已消除。然后，對勵磁機轉子繞組進行500V交流耐壓和泄漏電流試驗合格。拆除試驗設備用量程500MΩ/500V搖表測量勵磁機轉子絕緣電阻穩定在1.5MΩ，至此，勵磁機轉子繞組接地故障消除。將轉子進行烘干浸漆處理，恢復各升高片間絕緣墊塊，包扎好整流子端的環氧樹脂包箍，其它附件做工藝處理后，設備完全恢復到備用狀態，又測量其絕緣電阻≯0.5MΩ，符合規程要求。

2.4 處理結果

經上述方法處理后，設備投入運行已數年，至今安全穩定。

3 結語

通過以上兩例勵磁機故障的處理，使我們積累了設備檢修經驗，對輔助設備重要性的認識有了提高，為以后機組的安全運行提供了保障。