直流電機(jī)常規(guī)試驗(yàn)問(wèn)題

程大勇

（杭州鋼鐵股份有限公司維檢中心 杭州）

1.故障現(xiàn)象

公司煉鐵廠3#高爐上料主卷?yè)P(yáng)采用他勵(lì)式直流電機(jī)（圖1）拖動(dòng)，電機(jī)型號(hào)ZD2-132-2B，容量250 kW，電樞電壓440 V，電樞電流617 A，勵(lì)磁電壓220 V，勵(lì)磁電流16 A。2014年12月，該電機(jī)在更換碳刷和拆裝清灰維護(hù)后，對(duì)其進(jìn)行電氣試驗(yàn)測(cè)試，主要試驗(yàn)內(nèi)容是勵(lì)磁繞組T、電樞繞組S、補(bǔ)償繞組C、換向繞組H等4個(gè)線圈繞組的絕緣電阻值和直流電阻值。僅從現(xiàn)場(chǎng)得出的數(shù)據(jù)結(jié)果初步看，并沒(méi)有什么故障，但是試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的1個(gè)現(xiàn)象值得關(guān)注。分別測(cè)試勵(lì)磁線圈t1t2、t5t6直流電阻時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)儀器接通線圈通電后，首先儀器對(duì)線圈充電時(shí)間明顯過(guò)長(zhǎng)，其次電阻值穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。針對(duì)這一現(xiàn)象，結(jié)合該電機(jī)前兩次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1）進(jìn)行分析。表1中的數(shù)據(jù)，其中2014年3月的數(shù)據(jù)是直流電機(jī)大修出烘房后6 h的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，5月和12月分別是電機(jī)使用過(guò)程中停機(jī)維護(hù)時(shí)所測(cè)數(shù)據(jù)。由于該電機(jī)處于在線帶負(fù)載狀態(tài)，無(wú)法測(cè)試電樞繞組S的片間電阻，因此沒(méi)有電樞繞組的直流電阻數(shù)據(jù)。

圖1 直流電機(jī)原理

表1 3#高爐主卷?yè)P(yáng)直流電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.分析

（1）從絕緣電阻數(shù)據(jù)直觀分析。明顯看出使用過(guò)程中兩次所測(cè)各繞組絕緣電阻呈明顯下降趨勢(shì)。按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 596-1996，使用1000 V搖表測(cè)試，各繞組的絕緣電阻應(yīng)≥0.5 MΩ，因此絕緣電阻符合標(biāo)準(zhǔn)要求。絕緣水平降低的原因和該電機(jī)使用環(huán)境和空氣濕度有很大關(guān)系，不能武斷做出絕緣材料老化的判定。

（2）從各繞組的直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)分析。補(bǔ)償繞組C和換向繞組H的串聯(lián)電阻3次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差為2.1%，勵(lì)磁繞組t1t2的實(shí)測(cè)誤差為16%，勵(lì)磁繞組t5t6的實(shí)測(cè)誤差為18.61%。

根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 596-1996，直流電機(jī)繞組的直流電阻值（不包括電樞繞組的片間電阻）與出廠數(shù)據(jù)或以往所測(cè)數(shù)據(jù)比較，相差一般≤2%，由此可見勵(lì)磁繞組的直流電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值。

（3）從試驗(yàn)過(guò)程的現(xiàn)象分析。對(duì)線圈的充電時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)所測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，表明勵(lì)磁繞組的磁通量發(fā)生改變，繞組線圈的電感量變大。電機(jī)線圈是感性負(fù)載，對(duì)線圈通直流電后，在開始瞬間，試驗(yàn)儀器與被測(cè)線圈所組成的回路中沒(méi)有電流I，該時(shí)間段即為充電時(shí)間t0，然后在一定的時(shí)間t1內(nèi)，I慢慢增大，直至電感作用消失，線圈成為純電阻特性，回路電流才達(dá)到最大值穩(wěn)定。根據(jù)歐姆定律，電壓相同，試驗(yàn)儀器所計(jì)算出的直流電阻值R應(yīng)該就是慢慢減小直至平穩(wěn)的過(guò)程，兩者的曲線關(guān)系見圖2。

3.結(jié)論

圖2 I、R關(guān)系曲線

通過(guò)對(duì)比勵(lì)磁繞組直觀的直流電阻數(shù)據(jù)，以及間接的電感量分析，可以判斷出該直流電機(jī)勵(lì)磁繞組存在故障隱患，從而導(dǎo)致繞組線圈的直流電阻值和電感量發(fā)生改變。

（1）影響直流電阻值的常見因素。線圈引出線固定或焊接松動(dòng)，線圈匝間短路，多層并繞線圈斷股或脫焊等。

（2）影響線圈電感值變化因素。在鐵芯不發(fā)生改變情況下，線圈匝數(shù)、線徑、線圈長(zhǎng)度三者與線圈電感值有著對(duì)應(yīng)關(guān)系。

基于上述兩點(diǎn)因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境，綜合判斷該電機(jī)勵(lì)磁線圈匝間短路或繞組斷股的可能性極大。2015年1月，換下該直流電機(jī)，抽芯檢查維護(hù)，維修人員在一組勵(lì)磁線圈上明顯發(fā)現(xiàn)線圈斷股并且該組勵(lì)磁繞組框架存在松動(dòng)和輕微變形，經(jīng)過(guò)單組線圈更換和框架調(diào)整固定后，該直流電機(jī)隱患得以消除，性能得以恢復(fù)。

針對(duì)重要電氣設(shè)備的電氣預(yù)防性試驗(yàn)，不應(yīng)單從某一次的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)就做出性能判定，既要結(jié)合以往歷史數(shù)據(jù)，而且不能只看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，更要注重整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的各種現(xiàn)象，這樣才能做到不漏判、不誤判。