燒結主抽高壓電機故障的探索及對策

羅 偉 管麗娜

（江蘇永鋼集團機動處，江蘇 張家港 215628）

燒結廠主抽高壓電機因起動困難而造成的電機繞組故障一直困擾著很多鋼鐵企業，許多鋼廠采用變頻、軟起動器、液阻柜等方式來拖動主抽高壓電機，平穩完成起動過程。目前大型同步電機配合高壓變頻器的拖動方案是新建燒結廠的主流設備選型方案，其具有輸出力矩曲線平滑，起動電流小、起動過程平穩等優點[1]。但對很多老鋼廠來說液阻柜配合繞線式轉子高壓異步電動機依然是主要的生產設備。由于燒結主抽風機功率大、風機轉子重量重、轉動慣量大等特點，即使高壓電機采取液阻柜降壓起動的方式起動，也會帶來不小的起動電流及沖擊，在起動過程中往往發生滑環打火、線圈絕緣擊穿對地、相間短路等故障[2]。

1 事故簡介

2013年1月3日18：20 燒結廠集控室接到3號車間停產的通知，待3 號主抽、冷卻風機全部停下來后電氣作業人員照例對3 號主抽、冷卻高壓電機進行絕緣檢測及維護保養工作。經測試3 號車間A 線主抽高壓電機轉子對地絕緣為0.1 MΩ，遂對3號車間A 線主抽高壓電機轉子引出線接線柱、滑環及刷握進行吹灰除塵，酒精擦拭處理。維保工作結束后對電機轉子對地絕緣進行再次測量，測量結果為500MΩ。21：30 接生產調度通知開機生產，3 號車間A 線主抽高壓電機在起動過程中突發“嘭”的一聲巨響，并冒出濃煙，高壓電機“放炮”。電氣人員打開后端蓋后發現電機滑環嚴重燒蝕已不能繼續使用（如圖1、圖2所示）。分廠主管立即組織人員更換高壓電機，至1月4日8：30 搶修工作結束，本次故障造成誤時共計660min。

圖1 故障電機

圖2 滑環表面燒蝕

2 原因分析

上述案例，只是我公司眾多YRKK560-4 型電機故障中的一例，據統計燒結廠自2003年以來主抽高壓電機每年發生故障2～3 起，直接、間接經濟損失數十萬元。此設備居高不下的故障率給我公司生產管理部門及設備管理部門帶來較大壓力。通過我們深入地調研與分析，對比其他型號高壓電機，總結過去的經驗，分析此類型高壓電機高發故障的原因如下。

1）滑環絕緣套管破裂（見圖3）

通過對該故障電機進行解體，我們發現該電機滑環多個絕緣套管存在破裂現象，且裂口中夾雜大量導電性粉塵。因套管直接接觸三相滑環，破裂且夾雜碳粉的套管絕緣性能大大下降，電機起動瞬間轉子相間產生的高電壓擊穿滑環相間的絕緣，直接導致短路放炮故障。

圖3 滑環絕緣套管破裂

2）碳刷磨損快，碳粉多

該電機所選用牌號為J204 的金屬石墨電刷，查閱電刷手冊可知該型號電刷額定電流密度較大，但允許圓周速度僅為20m/s，用在此電機上后碳刷磨損較快，產生的大量碳粉積聚在滑環室內部、附著在滑環相間絕緣體上，這是造成電機絕緣下降的主要原因。

3）滑環相間間距較小

與其他電機廠同型號電機相比該電機滑環相與相之間的距離過小，安裝刷握后僅有1cm 左右的間距，一旦電刷與滑環間產生火花，極易通過電弧誘發相間短路。

4）滑環燒蝕

該型號電機使用的滑環材質為普碳鋼，自2003年使用至今未進行過滑環保養及更換，在漫長的使用過程中碳刷對滑環的機械磨損及電氣磨損均會造成滑環表面凹凸不平、磨損不均引起電刷彈跳較大，接觸不勻，從而在電機起動瞬間受大電流的影響產生火花，嚴重時打火致使滑環表面燒蝕[2]。

5）帶電體空間距離過近

滑環室底板可導電部分距滑環空間距離過近，當電機產生電弧火花時飛弧容易在此位置形成對地短路放炮現象，嚴重時引起轉子繞組損壞。

6）維護工具及方法不正確

通過深入跟蹤，對分廠高壓電機的維保工作進行現場調研，發現除塵清理工作存在以下幾個問題：①除塵所使用的主要工具為吹風機，風量大，但風壓較低，除塵效果不好；②吹風機風管較粗大，諸多細節及角落、狹窄之處根本無法清理；③使用紗頭廢料進行重點絕緣部位的擦拭工作，不但擦不干凈還會掉落線頭，既無法徹底除塵，又不符合精細化維護的要求。

總之，目前原有的維護工作工具不恰當，方法不正確，標準不達標。

3 整改方案

3.1 對電機進行技術改造

1）加大滑環相與相之間的空間距離，由改造前的35mm 加大至改造后的87mm，使得空間距離及爬電距離都得到明顯加大，電機在運行過程中難以在滑環部位形成相間短路。

圖4 滑環改造前

圖5 滑環改造后

2）將滑環及刷握材質更換為銅質滑環、銅質刷握，提高電流的通過性，以減少碳刷與滑環之間的發熱。

3）在轉子軸上重新制作滑環室排風風葉，以此增加滑環室空氣流動性能將磨損的碳粉及時吹出

4）割除滑環室底部的鐵板，并制作除塵風道。一方面加大了電機滑環帶電體與底板之間的空間距離，另一方面通過風道將積聚的碳粉排出。

5）將原J204 電刷更換為美爾森LFC554 軟石墨電刷，如表1所示，LFC554 碳刷允許電流密度為13A/cm2與原型號相差不大，允許速度提升至90m/s以減少碳刷的磨損形成的碳粉，并增長碳刷使用周期。

表1 碳刷性能參數

3.2 制定合理的高壓電機維護技術要求

1）改用0.4MPa 的壓縮空氣配套自制風嘴進行滑環清灰，且時長不低于10min。

2）用耐壓25kV 的電器專用清洗劑清洗劑對滑環各部位噴吹清洗，以風干后用手摸無黑色沾染物為合格標準。

3）改用無塵布蘸無水乙醇對關鍵絕緣部位進行擦拭。

3.3 落實高壓電機管理規定

1）縮短點檢周期為2h 巡檢一次，要求電工認真執行。

2）點檢項目除了原有振動、溫度等項目外，增加滑環溫度檢測項目，確保滑環溫度不超80℃。

3）一旦電機滑環出現火花現象，則建議提前進行非計劃檢修，將設備故障控制在最小范圍之內。

4）燒結廠實行區域責任制，明確每臺高壓電機的責任人，按考核細則獎勵、考核到個人。

4 結論

通過對我公司燒結廠一臺主抽高壓電動機滑環打火故障的介紹，引發了我們對于該類型電機故障的探索及其對策的研究。在現場調研后發現原有高壓電動機滑環的檢查、維護及管理工作存在一定的疏漏和缺陷。通過本次技術上的改造及管理上的改進，使得該型號電機故障得到有效控制，自2013年3月改造結束至今未再發生過高壓電機滑環打火故障，本次攻關工作取得圓滿成功。

[1] 顧繩谷.電機及拖動基礎[M].北京:機械工業出版社,2011.

[2] 牛秀巖.電機學[M].北京:冶金工業出版社,2002.