汽油发电机组电刷火花过大原因及解决方法

　　1、前言

　　我国的真空制盐技术自上世纪60年代发展以来,历经三十多年时间,其间制盐规模不断增大,制盐技术装备发展迅速。但作为真空制盐装置配套的热电站,其主要设备变化却不大,尤其是小型汽轮汽油发电机组,多采用与主机同轴的励磁机进行励磁(如四川久大制盐有限责任公司自流井分公司热电站的QF-1.5-2型、贡井分公司的QF-3-2型及大安分公司的QF-6-2型汽轮汽油发电机组等就是采用与主机同轴的ZLQ型励磁机)。虽然这种励磁机具有生产历史长、技术成熟、电路结构简单、能源消耗较少的优点,但由于换向的存在,其电刷易产生火花。近年来随着国民经济持续快速的发展,制盐规模不断扩大,制盐装备不断更新,其配套热电站采用可控硅静止励磁的汽轮汽油发电机组也不断增多,但上世纪70～90年代初投运采用同轴励磁的机组仍然在运行,而这些机组励磁系统的电刷运行与维护技术仍是传统技术,多年来工艺和技术水平无实质性突破,加上各种其它因素的影响,制盐企业往往对汽油发电机励磁系统实质性的关注不够,造成励磁机运行维护不规范,导致励磁系统电刷故障时有发生,进而引发停机,影响了制盐企业的生产,给制盐企业造成较大经济损失。

　　汽油发电机励磁机电刷故障,其主要表象为换向器电刷火花过大,但引起的原因却相当复杂,当导入导出电流的电刷在运行中发生火花过大时,如何判别引起原因的类型与性质,以便尽快消除故障,保证设备稳定运行,是大家需要认真思考和关注的。下面从励磁机换向器产生火花的原因分析、运行维护、定期检修和故障处理等方面,对汽油发电机励磁机电刷火花过大进行分析探讨,供同行借鉴参考,以期规范汽油发电机励磁机的运行维护,避免电刷事故的发生。

　　2励磁机换向器产生火花的原因

　　2.1机械方面的原因

　　2.1.1电刷与换向器接触不良。

　　电刷与换向器接触不良的主要原因是。

　　(1)电刷表面与换向器工作面之间有油污和杂物;

　　(2)换向器表面有轻微电灼伤或毛刺;

　　(3)电刷与刷握之间的间隙不合适或刷握内孔粗糙。电刷与刷握之间的间隙过大,运行时电刷在刷握内晃动,影响接触的稳定;间隙过小或刷握内孔粗糙,影响电刷在刷握内的自由滑动,甚至出现卡刷;电刷受力不合理还可能造成电刷与刷握壁产生电流通路,而导致电刷附焊现象;

　　(4)电刷研磨方式不对、电刷接触面研磨不光滑或弧度不合适;

　　(5)电刷压力调整不当。一是压力大小不当,压力过大时使电刷与换向器之间的摩擦力增大,机械磨损加剧,产生比正常运行时较多的热量不易散发;压力过小时电刷与换向器接触不良,易产生火花。二是各电刷压力不均匀;

　　(6)电刷刷握底边与换向器表面的间隙不合适,电刷的滑入边和滑出边与换向器不平行。间隙距离过小,会碰撞换向器表面,换向器易受损;距离过大,电刷跳动易产生火花;

　　(7)换向器换向片间绝缘云母凸出或拉槽倒角处理不当;

　　(8)汽油发电机组安装不良,调整不当,使汽油发电机中心水平不理想,运行时机组振动,造成汽油发电机转子轴向窜动超差,使电刷在换向器上的运动轨迹不是一个规则的圆,从而使电刷与换向接触不良,实际接触面积减少;

　　(9)换向器偏心,表面摆度加大;

　　(10)换向器的表面平整度(指换向片由于磨损和电灼伤等原因,在轴向形成的凹凸不平)超过规程规定0.5～1.0mm。

　　2.1.2电刷的材质和型号选择不当,造成电刷及换向器磨损异常。

　　2.1.3换向器表面形成的氧化亚铜薄膜被破坏。

　　2.2电磁方面的原因

　　2.2.1电刷位置不在中性线上。由于电刷火花产生的热量会传递到刷握和刷架,刷架与固定座之间的绝缘垫板用久了也会破裂,炭化,引起励磁回路接地,需要作定期的更换。更换时容易使中心点位置偏移,再运行必然要导致火花的产生。

　　2.2.2励磁机磁场中心发生偏移。通常励磁绕组与补偿绕组磁极都固定在机座上,检查和清扫励磁绕组需要松开螺栓,拆下磁极,而回装时往往只注重磁极在圆周上的对称,而忽视磁极端面与旋转中心或大轴的平行,造成磁场中心偏移。而励磁机磁场中心发生偏移,会造成电枢绕组感应电势发生突变,引起励磁机振动,从而使电刷产生火花。

　　2.2.3励磁机磁场间隙不均。磁场间隙不均一般是励磁机大修后装复造成的,磁场间隙不均会使磁场中心与大轴中心不一致,从而使电刷产生火花。

　　2.2.4励磁机换向极、补偿绕组极性不正确,接线连接不对。若励磁机换向极、补偿绕组极性不正确,接线连接不对,将使换向极和补偿绕组不但不能起到抵消励磁机横轴电枢磁势、电抗电势和交轴电枢磁动势的作用,而且还会起到相反的助增作用。

　　2.2.5电刷电流密度不均。引起电刷电流密度不均的原因主要有:

　　(1)电刷掺杂使用,其中包括新旧掺杂使用和不同型号掺杂使用;

　　(2)电刷选择不当,质量性能不佳,造成各个电刷的固有电阻值有差异;

　　(3)电刷安装不当,造成接触电阻不一。

　　2.2.6电刷载流量不能满足要求,电刷在运行中实际承受的电流密度超过其允许范围,或与允许范围相比没有一定的裕度。

　　2.3化学方面的原因

　　2.3.1励磁机运行在有腐蚀性的气体中,或运行空间缺乏氧气。

　　2.3.2换向器与电刷接触的表面上一层自然形成的氧化亚铜薄膜遭到破坏,本已形成的近似线性电阻的换向不复存在,在接触面重新形成氧化膜的过程中引起换向器火花加剧。

　　2.3.3换向器被酸性气体或油脂腐蚀。

　　2.3.4电刷及换向器被污染等。

　　3励磁机换向器及电刷的运行维护

　　3.1运行检查

　　加强定期与不定期的设备巡回检查工作。正常情况下,运行人员每天必须对励磁机电刷进行两次检查,检查内容主要是电刷有无火花、电刷滑动噪音、电刷振动情况、磨损程度、换向器表面状况、负荷情况,以及温度、湿度等。如有条件可用红外测温仪测量换向器和电刷的温度,高峰负荷期间以及无功和电压波动较大时应缩短巡回检查和测温的间隔时间,对更换的新碳刷要做重点检查,并做好巡回检查设备运行情况的记录。

　　3.2运行中异常情况的处理

　　运行中如发现励磁机换向器和电刷温度过高或电刷出现火花,运行人员应正确判断异常情况出现的初步原因及电刷火花的等级,并要立即采取相应措施及时进行处理,避免恶性循环,不能听之任之。

　　3.3运行人员的日常维护

　　3.3.1对励磁机、换向器和电刷勤清扫、吹灰,保持电刷及换向器表面光滑清洁,尤其是大风尘埃天气过后必须及时清扫。每周要用压缩空气吹扫换向器、电刷、刷握和励磁机内部一次,以除去表面的灰尘,保持换向器表面清洁。换向器表面的污垢不能吹净时,应用干净柔软的白布蘸酒精或汽油擦拭。

　　3.3.2勤调整电刷弹簧压力,电刷弹簧的压力要符合励磁机制造厂家的规定,使电刷承受压力均匀,防止由于受力不均,造成个别电刷过热或产生火花、刷辫烧焦烧断现象的发生。

　　3.3.3要经常检查电刷的运行情况。刷辫与刷握架和电刷的接触应良好,电刷在刷盒内能自由均匀滑动,无卡阻现象,发现电刷在刷盒内不能自由均匀滑动或有卡阻现象时,要及时通知相关人员进行处理。

　　3.3.4及时更换电刷和刷握弹簧。电刷长度短于刷握的1/3-l/4时,必须立即更换,以免电刷晃动或造成弹簧压力不足及避免电刷内刷辫摩擦到换向器。无论是一次性更换还是分批更换电刷,要预先查清牌号、型号、规格,要使用相同型号规格的电刷,不可混用。如分批进行更换,每次更换电刷的数目不宜超过10%。对更换的电刷,要研磨好与换向器接触的工作面。

　　电刷压簧使用久了,也会因温度效应使弹性逐渐减弱,发现弹簧弹性减弱时应及时更换。

　　4励磁机的调整和换向器及电刷的检修

　　4.1励磁机的测量和调整

　　4.1.1励磁机励磁线圈磁极对称调整

　　励磁机磁场中心发生偏移,会造成电枢绕组感应电势发生突变,引起励磁机振动,从而使电刷产生火花。通常励磁绕组与补偿绕组磁极都固定在机座上,检查和清扫励磁绕组需要松开螺栓,拆下磁极,而回装时只往往只注重磁极在圆周上的对称,而忽视磁极端面与旋转中心或大轴的平行,造成磁场中心偏移。因此应对磁极磁场中心进行校验,如有偏移,应进行调整。调整时应特别注意各种垫片的数量和位置,保证磁场中心与几何中心一致。

　　4.1.2励磁机磁场间隙的调整

　　磁场间隙不均一般是励磁机大修后装复造成的,磁场间隙不均会使磁场中心与大轴中心不一致,从而使电刷产生火花。因此应用标准直径的带把金属环测量电枢与各个磁极间的径向间隙,保证磁场间隙均匀。如间隙相差过大时,应进行调整。水平方向磁极与电枢间的间隙,可以利用移动励磁机的转子来调整;垂直方向磁极与电枢间的间隙,可抽去或增加励磁机底脚下的垫片来调整,必要时可抽去或增加个别磁极下的垫片,使电枢与所有磁极之间的间隙误差不超过平均值的5%,保证气隙磁场不畸变,使各换向片间的电压趋于相等,避免出现电位差火花。

　　4.1.3检查励磁机换向极、补偿绕组的极性和接线。

　　要求正确连接换向极和补偿绕组。

　　4.2换向器的检修

　　4.2.1测量换向器的径向跳动值

　　测量换向器的径向跳动值,规程规定为不大于0.05mm,径向跳动值可在盘车状态下用百分表测量。如测量数值超过规程规定,应进行相应处理。

　　4.2.2测量换向器表面的摆度

　　在停机时检查换向器的状态,用千分表测量换向器表面的摆度,其最大值与最小值之差不应超过0.05毫米(3000转/分)。如测量数值超过规程规定,应进行相应处理。

　　4.2.3换向器的拉槽与倒角处理

　　励磁机连续运行半年以上,换向器会因表面磨损使片间隔离槽变浅,严重时有的云母绝缘片会高出换向器表面。这样一方面因电刷与换向器接触不好而产生连续火花,另一方面高出的云母加快了电刷的磨损而产生大量的炭粉,炭粉沉积在换向片的并头套中间,降低了励磁机的绝缘,并且有可能引起线圈短路而烧毁励磁机。因此,必须对换向器进行定期维护。除按前述要求用压缩空气对励磁机进行吹扫外,还应对换向器进行拉槽与倒角处理。即用专用工具对换向器换向片间绝缘层进行拉槽处理,对换向片进行倒角处理,换向器拉槽与倒角处理以后,要用电桥逐一测量换向片间的直流电阻,以判断绕组与换向器的连接是否良好、是否有短路情况,以便及时处理。

　　4.2.4励磁机电刷火花过大时,停机对励磁机换向器表面进行检查,并进行相应的处理。

　　(1)如换向器表面被火花灼伤面不大,损伤面积不超过总面积的20%~30%,以及换向器表面平整度(指换心片由于磨损在轴向形成的凹凸不平)没有超过规程规定的0.5～1.0mm时,可对换向器表面进行清洁研磨处理。

　　对换向器表面沾有的碳粉、油污等杂物,应用干净柔软的白布蘸酒精或汽油擦拭。对换向器上轻微的灼伤和毛刺,用N320玻璃细砂布固定在木质支架上仔细研磨去除。若灼痕较重,则先用较粗的玻璃砂布打磨,然后再用N320玻璃细砂布进行仔细研磨。由于研磨后,会破坏换向器表面形成的氧化亚铜薄膜,因此研磨后最初投运时,应先空载运转数小时,使其换向器表面形成适宜的氧化亚铜薄膜。

　　(2)若励磁机换向器火花等级超过3/2级,甚至达到2级,或发现换向器表面被火花灼伤面大,损伤面积超过总面积的20%~30%,以及换向器表面平整度(指换心片由于磨损在轴向形成的凹凸不平)超过规程规定的0.5～1.0mm时,则应对励磁机换向器表面进行车削处理。

　　车削处理应实行就地车削,其方法如下:首先,按励磁机定子底座的底脚孔尺寸制作拖板座,其高度要保证车刀与大轴中心线等高;其次,拆卸励磁机电刷、刷架及励磁机的定子部分;第三,把中、小拖板安装在拖板座上,保证车刀轴向径向活动自如;第四,开启汽轮机,使大轴转速保持在250r/min左右;第五,进入精车后应多次测量同轴度,使其达到标准;第六,车削精度要求为换向器表面粗糙度Ra达到0.8μm;第七,车削完毕,必须用专用挖槽刀把换向器换向片间毛刺消除掉,并把片间绝缘云母挖低1～1.5mm及对换向片边缘进行0.5×45°的倒角处理;第八,用"00"号玻璃砂布抛光;第九,用高压压缩空气将铜粉、碳粉等车削物吹干净;最后用电桥逐一测量换向片间的直流电阻,以判断绕组与换向器的连接是否良好、是否有短路情况,并作相应处理。

　　4.3电刷的检修和调整

　　4.3.1对刷盒进行处理

　　电刷与刷盒之间要配合良好,刷握盒内表面应当光滑平整无毛刺,刷盒内孔粗糙度Ra小于2μm,电刷在刷盒内能自由均匀滑动,无卡阻现象,一般要求电刷尺寸长宽较刷握内孔均小0.20mm,对于卡刷或附焊,可对电刷进行研磨,清理刷握内壁使之符合要求。

　　4.3.2选择优良合适的电刷

　　核查励磁机的各技术数据及对电刷的使用要求,然后根据这些数据,按电刷的类别、型号、电阻率、硬度、接触电压降、磨擦系数、额定电流密度、最大圆周速度、应用范围等方面进行综合考虑,选择合适型号和材质的电刷。对新购进的电刷需进行验收,测定电刷的固有电阻值,阻值要符合制造厂和国家标准。同一台机组使用的电刷必须一致,不可掺杂使用。

　　4.3.3校验所选电刷的载流量

　　对单只电刷的单位载流量进行校验,检验计算电刷在运行中实际承受的电流密度是否超过其允许范围,与允许范围相比有没有一定的裕度,然后按需要考虑是否选择另外型号的电刷或考虑在换向器上增加适当数量的电刷。

　　4.3.4研磨电刷接触面

　　电刷使用前必须进行仔细研磨。研磨时应先用“00”号玻璃砂布(切忌使用金刚砂布)进行粗磨(粗磨时砂布应顺电机转动方向移动)。粗磨后,令其在空载下运转0.5小时,再令其在轻载下(20%～30%)运转数小时,使电刷与换向器表面充分磨合,争取实现电刷接触面大于电刷截面的80%,并形成适宜的氧化

　　4.3.5电刷的调整

　　(1)压力的调整。对电刷压力调整的要求是使电刷受到均匀稳定的压力,各电刷之间的压力差不应超过其平均值+10%,电机在运行过程中随着电刷的磨损,刷握弹簧能自动调整或维持电刷压力基本不变。

　　电刷压力大小的具体数据,应根据使用电刷的主要技术特性和使用条件确定,同时也要考虑电机的运行情况。对转速高和在振动条件下工作的电机,应适当提高电刷单位压力,以保证电刷的正常工作。

　　(2)间隙的调整。刷握的下边缘和换向器工作表面之间的距离应调整为2-3毫米。间隙距离过小,会碰撞换向器表面,易受损;距离过大,电刷跳动,易产生火花,要慎重调整。电刷的滑入边和滑出边必须要与换向器平行。

　　(3)电刷中性点的调整。由于电刷火花产生的热量会传递到刷握和刷架,刷架与固定座之间的绝缘垫板用久了也会破裂,炭化,引起励磁回路接地,需要作定期的更换,同时刷架和刷握在机组大、小修时都要发生变动。而这些容易使电刷中性点位置偏移,再投入运行时必然要导致火花的产生。因此除在变动之前要做好记号,回放和安装刷架时,角度和几何位置要保证在原状态外,还必须在安装恢复后用直流感应法复查中性位置,对电刷几何中心进行调整。

　　电刷几何中心核校验的具体方法如下:先把同一极性的刷架短接线断开,将外加直流电源接至励磁机励磁线圈上,正极接正极,负极接负极,中间指零的指针式直流毫伏表的两根试验棒与两个电刷下的换向片相接,再将两节1.5V的干电池串接开关后接到励磁绕组接线柱上。这样在按下和松开开关的瞬间,励磁机励磁线圈中的电流发生变化,从而产生变化的磁场,在电枢线圈中产生感应电压。如刷握不在中性线上,则毫伏表指针就会摆动,逐一调整两根试验棒的位置,直至毫伏表指针摆动最小,此时试验棒所在位置就是中性线位置。按相同的方法可查出其他中性线位置。测量时,应保持换向器静止,不要盘车或引蒸汽冲动转子。中性线的位置不随换向器的转动而变化,与测量时的换向片无关。

　　5结束语

　　汽油发电机励磁机电刷在运行中出现火花是运行中常常遇到的问题,但也常被运行人员忽视或过度依赖于检修,因而往往等到火花过大,励磁电流无法调整时才引起重视,这势必引起不必要的火花恶性循环。因此,对待汽油发电机励磁机电刷在运行中出现火花的问题,应做到早发现、早维护、早处理,只有这样才能从源头上预防火花的产生,收到预期的效果。