煙機機組電動機本體轉子滑環故障分析

胡志杰

摘要：通過一起有刷勵磁同步電動機轉子滑環故障，發現同步電動機轉子上滑環和碳刷部分存在缺陷，導致碳刷打火嚴重電機停機故障，并針對此故障分析原因及應對措施。

關鍵詞：電機轉子;碳刷;壓簧;滑環

1故障現象

1.1電機運行工況及基礎參數

同步電動（發電）機是催化裝置中煙機四機組系統的重要組成部分。其運行工況依據生產情況決定，本周期內絕大部分時間運行在發電狀態，發電功率在500kW-1200 kW之間，期間因蒸汽、機組原因短周期內電動運行，電動機功率在1000kW-2700 kW之間，電機勵磁運行電壓在35V-43V之間，勵磁運行電流在85-170A之間。電機從投運至今已運行28年。

1.2故障現象

2018年12月25日，電氣人員巡檢至煙機，檢查電機碳刷時發現電機北側軸負極端兩個碳刷與滑環之間跳動打火磨損嚴重，隨后更換了兩組碳刷，但更換后并無改善。電氣專業人員手動調整勵磁柜的輸出勵磁電流，減小其輸出，多次調整碳刷角度及更換碳刷后，打火和磨損現象仍無改善，且愈發加劇，達到難以控制狀態。針對此情況，電氣專業人員立即停機檢查，通過對電機轉子滑環檢測分析，判斷電機滑環嚴重受損，后軸負極端滑環已經出現多處凹槽和麻面，碳刷與滑環表面無法有效接觸造成嚴重打火及磨損、跳動現象，電機前軸正極端也出現了較深的溝槽，但表面平整度磨損情況稍好一些。

2處理過程

依據電機滑環磨損情況分析對比，現場確定了檢修方案，即將電機轉子抽出外送專業維修公司對滑環進行車削打磨處理。參照廠家提供標準值：轉子跳動值不超過0.02mm，滑環表面光潔度達到0.4。

2.1滑環車修、拋光：

尾端滑環直徑D=288mm ，寬度b=60mm;聯軸器端滑環直徑D=295mm ，寬度b=60mm;利用75強力車刀進行精車，精車削速度=50 mm/min，車削深度1mm，控制進給量4*0.5mm，車削完成后采用打磨、滾壓、拋光等方法，對滑環表做進一步精細處理。

2.2車修后的滑環尺寸：

車修后的滑環外徑尺寸，尾端滑環直徑D=286mm，聯軸器端滑環直徑D= 293mm。兩端滑環車修量均為2.0mm，尾端滑環散熱風道深度=0.6mm，聯軸器端滑環導散熱風道=4.2mm，修復后滑環表面平整光滑。

2.3轉子跳動值測量

轉子兩軸端經檢測跳動值為0.01mm，負極端滑環外徑跳動值偏高達0.45mm接近于軸頸。外徑整圓切削，車修后的滑環跳動值低于0.02mm，符合廠家出廠技術要求。同時對電機轉子聯軸器端外齒、內齒進行著色檢驗，未發現裂紋。

26日晚19：00轉子回裝完畢。同時更換、調整正極刷握、壓力彈簧、刷桿支架、碳刷共4套;更換負極碳刷、壓力彈簧、刷桿支架、共4套，調整負極刷握4個。煙機組滑環、碳刷處理工作結束。之后各專業確認正常后，四機組開始進行油運、低速暖機，至21：30電機拖入同步合閘，27日凌晨00：23分，四機組滿負荷運行，電機運行在電動狀態，運行功率2500kW。上午10：30分，電機改發電運行，發電功率1000kW。電機合閘運行后，滑環碳刷之間運行無打火現象，每個碳刷的運行電流、表面溫度基本平衡，前后軸端碳刷運行良好。

3故障原因分析

3.1直接原因

3.1.1煙機四機組運行工況發生變化，造成電機軸向位移會隨工況負荷變化而變化，致使整個機組的振動很不穩定，從而造成碳刷與轉子滑環長期運行不良，此種工況惡性循環，使滑環表面磨損嚴重產生麻面，滑環產生電化腐蝕，損壞滑環表面光潔度，當光潔度損壞到一定程度時，就造成了滑環表面嚴重凹凸不平，使碳刷與滑環接觸不良，一定程度上增大接觸電阻，從而使碳刷發熱嚴重，造成碳刷與滑環之間產生較大跳動無法緊密接觸，引發嚴重打火和磨損。

3.1.2碳刷質量：不同碳刷的硬度及材料成分不同。如碳刷材料中含有硬度較大的雜質，極易在運行中通過與滑環表面摩擦，破壞滑環表面。

3.2間接原因

1）恒壓力彈簧壓力不均、長時間使用、更換不及時。現場使用的碳刷恒壓力彈簧不是同一批次，彼此之間壓力會存在差異，壓力太大會磨損嚴重，壓力太小會接觸不良，加之彈簧彈簧使用壽命過長會出現彈簧疲勞的現象，從而易產生打火、發熱現象，長期運行便造成滑環表面光潔度和平整度變差。

2）轉子及滑環長期高速運行會產生不同程度的變形，滑環可能會出現不圓或者偏心，會使碳刷與滑環接觸不可靠，在運行時出現碳刷跳動打火現象。

3）刷架的中心線不完全垂直于滑環圓周切面，會造成碳刷的接觸不良，使碳刷電流偏差增大，增加滑環的磨損。

4）車間及班組相關人員對電機碳刷出現異常及缺陷后不夠重視。

4、舉一反三及措施

4.1加強設備管理工作

4.1.1正確選擇碳刷型號及恒壓力彈簧，確保同型號、同廠家，做好做足備件。

4.1.2每日對發電機滑環、碳刷進行檢查，測量其溫度以及每個刷辮的電流，確保碳刷與銅辮接觸良好及回路中各螺絲是否上緊，確保刷架角度無偏差，并建立臺賬。

4.1.3定期清理刷架灰塵、清理滑環表面污垢。

4.1.4碳刷磨損到1/2處需進行更換，新碳刷使用前需研磨，保證接觸面在70%以上。并建立臺賬對每次更換碳刷的時間點及更換位置進行記錄。

4.1.5新壓簧投用前對其進行試驗，保證各壓簧壓力值在1.3Kg/cm2-1.7Kg/cm2之間，各壓簧壓力差別不超過10%，并建立臺賬。

4.1.6檢查碳刷接線應良好且無接地，燒傷和過熱現象。碳刷應壓力均勻，在刷握內無擺動，卡住及跳動現象碳刷在刷握內應能夠上下自由活動，（一般間隙為0.1～0.2mm），邊緣無脫落現象，銅辨無斷股。

4.2由于老機組使用年限過長，車間已經上報電機更新計劃，購置電機備臺，應對突發故障，縮短機組維修時間。

5、結束語

通過催化煙機這起碳刷部分打火嚴重，造成電機停機故障，總結了一套煙機機組轉子滑環碳刷運行檢測、維護的有效方法，可靠地控制住碳刷溫度、電流在適當的范圍內運行，鍛煉提高了電氣運行人員的專業素質和維護技能以及此類突發事件的應變能力，對以后保證設備安全、穩定運行及其碳刷運行維護工作均有較好的指導意義和借鑒作用。

參考文獻

[1]于文博.催化裂化裝置主風機煙機機組用能分析及節能措施[J]化工管理.?2018，（18）：176