励磁机转子换向器片间直流电阻增大引起的电刷火花
日期：2008-11-1 23:19:20 来源：中国自动化网
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前言
所谓“励磁机”，是与同步发电机同轴旋转的直流发电机。直流发电机发出的电供给同步发电机转子励磁电流，这种励磁方式，是同步发电机中最老而现在仍广泛使用的同轴电机励磁方式。同步发电机在正常运行中或事故状态下，都需要调节励磁电流以达到调节发电机电压与无功功率的目的，并维持与之并联运行发电机的稳定性。励磁机在运转时，在电刷和换向器之间很难完全避免火花的产生，产生火花的原因有电磁、机械和化学等因素。在一定程度内，火花并不影响电机的正常运行工作，若无法消除可允许其存在，如果所发生的火花大于某一程度，尤其是放电性的红色电弧火花，会加速电刷与换向器的磨损，甚至励磁机损坏，必须及时检查纠正。要维护好励磁机电刷的火花并非一件容易的事情，从我厂的发电机组运行情况来看，励磁机电刷的火花一直在困扰着我们，而无法得到有效的解决，究其原因，有以下几个方面：
1．从污水处理站发出的硫化氢气体，对铜导体污染腐蚀严重。
2．励磁机生产制造厂家产品工艺技术有缺陷。
3．发电机组与锅炉、煤场距离较近，粉尘大。
一、 励磁机电刷火花原因分析
面对很多有关励磁机电刷火花故障消除处理方法，大多数人由于对故障现象缺乏分析比较而茫然不知所措。其实，不同性质的火花故障要用不同的方法来处理。例如：我厂发电机组投入运行近三年，其励磁机电刷出现较大的火花，采用各种常规方法均无法得到有效的改善。励磁机火花产生的原因，归纳起来主要有以下几悖?/p>
1．电刷与换向器接触不良。
2．刷握松动或装置不正。
3．电刷的压力大小不当或不匀。
4．换向器表面不光洁，不圆或有污垢。
5．换向片间云母片凸出。
6．电刷位置不在中性线上。
7．电刷磨损过度，或所用牌号尺寸不符。
8．过载。
9．励磁机底脚松动，发生震动。
10．换向极绕组短路。
11．电枢绕组与换向器脱焊。
12．有换向器绕组接反。
13．电刷之间的电流分布不均匀。
14．电刷分布不等分。
15．转子平衡未较好。
二、 测量方法及判断
针对用常规方法处理仍然不能解决励磁机电刷火花的问题，后来停机时，用QJ44型双臂电桥测量励磁机转子换向器各相邻两片之间的直流电阻值，如图所示。要注意的是绝不允许在双臂电桥处，用导线将C、P端连接改用两根测试线测量，否则不能消除表笔与换向片间的接触电阻对测量结果造成的影响。
测量前先用00# 水磨砂纸将换向器表面磨光，剔去片间残留碳粉，再用压缩空气吹干净励磁机转子。换向器片用记号笔依次编号。
记录测量结果，换向器任何两片之间片间直流电阻值相差不得超过10%，总共有138片，所测的大多数片间直流电阻值都偏大，其中有三组严重超标，相差达700%左右。测量记录见下表：
超标 超标 超标
编号 1-2 … 17-18 … 51-52 … 77-78 … 138-1
阻值 0.001340 0.009130 0.009450 0.008971 0.001357
励磁机是高速旋转的设备，其转子绕组会受到电动力和离心力的作用，虽然一直以来均是在额定参数下运行，但转子绕组与换向器升高片的焊接口处是励磁机转子的薄弱环节，且是采用传统的焊锡工艺， 结合片间直流电阻测量结果，判断转子绕组与换向器升高片之间的焊接点虚松，致使端部导线疲劳，使接触电阻增大，发热量增加，加速接触面的氧化，使接触电阻进一步增加，发热量进一步增大，如此恶性循环，最终导致励磁机转子绝缘在高温下烧损，对地弧光放电，而损毁励磁机。励磁机解体检查的结果表明，转子绕组的测试有关数据和判断结论准确无误。
三、 处理措施
励磁机制造厂家接受我方提出的改进建议，将转子绕组的升高
片焊口由原来的焊锡工艺改用氩弧焊接工艺，同时加强焊接口的绝缘水平和提高预防化学气体腐蚀的能力，见表二。
表二：
状态 正常 正常 正常 正常 正常
编号 1—2 … 17—18 … 51—52 … 77—78 … 138—1
阻值 0.001340 0.001390 0.00142 0.00147 0.00138
采用氩弧焊接工艺励磁机片间电阻
加强运行中设备的维护保养，针对机组周围环境粉尘较大及励磁
机电刷与换向器磨擦留下碳粉聚积较多的情况，加大对励磁机进行除尘处理的力度，每星期保持不少于二次用经过过滤的压缩空气对励磁机进行吹尘工作。
从污水处理站挥发的硫化氢气体，对铜换向器污染腐蚀严重的
问题，已提请有关部门加快研究，在解决之前，对于每次停机维护保养，先用00#金相砂纸对励磁机转子换向器进行打磨，以消除其表面因化学气体腐蚀而引起的接触电阻增大，再用压缩空气吹尘及用电气清洁剂清洗干净。
四、 几点建议
1、缩短测量励磁机转子绕组片间直流电阻的周期，可以较快发现
转子绕组阻值的变化情况，将各组绕组相互进行比较并与历年情况比较，可以有效地检测出片间直流电阻缺陷。若周期过长，到大修时才测，不能及时发现片间直流电阻轻微的变化，此外应注意测试值的历年变化，缩短检测周期。
2、对励磁机电刷火花各种故障类型平时要善于综合归纳，积累丰
富的数据资料。同时要结合现场设备实际情况来进行分析判断。
3、励磁机定期计划解体大修也有负面影响，设备解体后发现状态
尚佳或仅有局部缺陷，常可运行一段时间。所以应逐步由计划检修过渡到状态检修，根据设备状态，决定是否需要和何时适宜预防性检修，即状态检修。
五、 实施效果
通过采取以上几种防止励磁机电刷火花发生的强有力的措施，
其效果是比较明显的。首先延长了设备的检修周期，即根据设备情况进行检修，其次在其他发电机组同样采用上述方法后，可有效地减少电刷火花故障的发生，保证了我厂机组的安全运行，为“多发满供”打下了坚实基础，见表三。
表三:
满负荷运行 换向器表面温度 换向器火花等级 检修周期
检修前 65～68℃ 2 每周一次
检修后 48～50℃ 每半年一次
六、结束语
1998年至今，我们充分利用机组大小修及临时检修机会，多次
测量励磁机转子片间直流电阻，避免了励磁机直流电阻增大而引起的电刷火花现象的发生，这有利于维护发电机组设备的安全运行，创造了可观的经济效益。今后工作中，我们应继续缩短励磁机转子片间直流电阻的测试周期，逢停必测，精心试验，认真分析，注意测试值的历年变化，杜绝励磁机因转子直流电阻增大而导致的火花现象的发生。
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所谓“励磁机”，是与同步发电机同轴旋转的直流发电机。直流发电机发出的电供给同步发电机转子励磁电流，这种励磁方式，是同步发电机中最老而现在仍广泛使用的同轴电机励磁方式。同步发电机在正常运行中或事故状态下，都需要调节励磁电流以达到调节发电机电压与无功功率的目的，并维持与之并联运行发电机的稳定性。励磁机在运转时，在电刷和换向器之间很难完全避免火花的产生，产生火花的原因有电磁、机械和化学等因素。在一定程度内，火花并不影响电机的正常运行工作，若无法消除可允许其存在，如果所发生的火花大于某一程度，尤其是放电性的红色电弧火花，会加速电刷与换向器的磨损，甚至励磁机损坏，必须及时检查纠正。要维护好励磁机电刷的火花并非一件容易的事情，从我厂的发电机组运行情况来看，励磁机电刷的火花一直在困扰着我们，而无法得到有效的解决，究其原因，有以下几个方面：
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1．从污水处理站发出的硫化氢气体，对铜导体污染腐蚀严重。
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2．励磁机生产制造厂家产品工艺技术有缺陷。
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3．发电机组与锅炉、煤场距离较近，粉尘大。
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一、 励磁机电刷火花原因分析
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面对很多有关励磁机电刷火花故障消除处理方法，大多数人由于对故障现象缺乏分析比较而茫然不知所措。其实，不同性质的火花故障要用不同的方法来处理。例如：我厂发电机组投入运行近三年，其励磁机电刷出现较大的火花，采用各种常规方法均无法得到有效的改善。励磁机火花产生的原因，归纳起来主要有以下几悖?/p>
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1．电刷与换向器接触不良。
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2．刷握松动或装置不正。
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3．电刷的压力大小不当或不匀。
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4．换向器表面不光洁，不圆或有污垢。
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5．换向片间云母片凸出。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
6．电刷位置不在中性线上。
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7．电刷磨损过度，或所用牌号尺寸不符。
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8．过载。
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9．励磁机底脚松动，发生震动。
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10．换向极绕组短路。
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11．电枢绕组与换向器脱焊。
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12．有换向器绕组接反。
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13．电刷之间的电流分布不均匀。
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14．电刷分布不等分。
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15．转子平衡未较好。
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二、 测量方法及判断
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针对用常规方法处理仍然不能解决励磁机电刷火花的问题，后来停机时，用QJ44型双臂电桥测量励磁机转子换向器各相邻两片之间的直流电阻值，如图所示。要注意的是绝不允许在双臂电桥处，用导线将C、P端连接改用两根测试线测量，否则不能消除表笔与换向片间的接触电阻对测量结果造成的影响。
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测量前先用00# 水磨砂纸将换向器表面磨光，剔去片间残留碳粉，再用压缩空气吹干净励磁机转子。换向器片用记号笔依次编号。
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记录测量结果，换向器任何两片之间片间直流电阻值相差不得超过10%，总共有138片，所测的大多数片间直流电阻值都偏大，其中有三组严重超标，相差达700%左右。测量记录见下表：
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超标 超标 超标
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编号 1-2 … 17-18 … 51-52 … 77-78 … 138-1
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阻值 0.001340 0.009130 0.009450 0.008971 0.001357
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励磁机是高速旋转的设备，其转子绕组会受到电动力和离心力的作用，虽然一直以来均是在额定参数下运行，但转子绕组与换向器升高片的焊接口处是励磁机转子的薄弱环节，且是采用传统的焊锡工艺， 结合片间直流电阻测量结果，判断转子绕组与换向器升高片之间的焊接点虚松，致使端部导线疲劳，使接触电阻增大，发热量增加，加速接触面的氧化，使接触电阻进一步增加，发热量进一步增大，如此恶性循环，最终导致励磁机转子绝缘在高温下烧损，对地弧光放电，而损毁励磁机。励磁机解体检查的结果表明，转子绕组的测试有关数据和判断结论准确无误。
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三、 处理措施
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片焊口由原来的焊锡工艺改用氩弧焊接工艺，同时加强焊接口的绝缘水平和提高预防化学气体腐蚀的能力，见表二。
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表二：
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
状态 正常 正常 正常 正常 正常
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编号 1—2 … 17—18 … 51—52 … 77—78 … 138—1
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阻值 0.001340 0.001390 0.00142 0.00147 0.00138
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采用氩弧焊接工艺励磁机片间电阻
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问题，已提请有关部门加快研究，在解决之前，对于每次停机维护保养，先用00#金相砂纸对励磁机转子换向器进行打磨，以消除其表面因化学气体腐蚀而引起的接触电阻增大，再用压缩空气吹尘及用电气清洁剂清洗干净。
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四、 几点建议
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1、缩短测量励磁机转子绕组片间直流电阻的周期，可以较快发现
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转子绕组阻值的变化情况，将各组绕组相互进行比较并与历年情况比较，可以有效地检测出片间直流电阻缺陷。若周期过长，到大修时才测，不能及时发现片间直流电阻轻微的变化，此外应注意测试值的历年变化，缩短检测周期。
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2、对励磁机电刷火花各种故障类型平时要善于综合归纳，积累丰
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富的数据资料。同时要结合现场设备实际情况来进行分析判断。
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五、 实施效果
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通过采取以上几种防止励磁机电刷火花发生的强有力的措施，
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其效果是比较明显的。首先延长了设备的检修周期，即根据设备情况进行检修，其次在其他发电机组同样采用上述方法后，可有效地减少电刷火花故障的发生，保证了我厂机组的安全运行，为“多发满供”打下了坚实基础，见表三。
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表三:
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满负荷运行 换向器表面温度 换向器火花等级 检修周期
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检修后 48～50℃ 每半年一次
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六、结束语
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