羅 偉 管麗娜

（江蘇永鋼集團(tuán)機(jī)動(dòng)處，江蘇 張家港 215628）

燒結(jié)廠主抽高壓電機(jī)因起動(dòng)困難而造成的電機(jī)繞組故障一直困擾著很多鋼鐵企業(yè)，許多鋼廠采用變頻、軟起動(dòng)器、液阻柜等方式來(lái)拖動(dòng)主抽高壓電機(jī)，平穩(wěn)完成起動(dòng)過(guò)程。目前大型同步電機(jī)配合高壓變頻器的拖動(dòng)方案是新建燒結(jié)廠的主流設(shè)備選型方案，其具有輸出力矩曲線平滑，起動(dòng)電流小、起動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)[1]。但對(duì)很多老鋼廠來(lái)說(shuō)液阻柜配合繞線式轉(zhuǎn)子高壓異步電動(dòng)機(jī)依然是主要的生產(chǎn)設(shè)備。由于燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)功率大、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子重量重、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大等特點(diǎn)，即使高壓電機(jī)采取液阻柜降壓起動(dòng)的方式起動(dòng)，也會(huì)帶來(lái)不小的起動(dòng)電流及沖擊，在起動(dòng)過(guò)程中往往發(fā)生滑環(huán)打火、線圈絕緣擊穿對(duì)地、相間短路等故障[2]。

1 事故簡(jiǎn)介

2013年1月3日18：20 燒結(jié)廠集控室接到3號(hào)車(chē)間停產(chǎn)的通知，待3 號(hào)主抽、冷卻風(fēng)機(jī)全部停下來(lái)后電氣作業(yè)人員照例對(duì)3 號(hào)主抽、冷卻高壓電機(jī)進(jìn)行絕緣檢測(cè)及維護(hù)保養(yǎng)工作。經(jīng)測(cè)試3 號(hào)車(chē)間A 線主抽高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣為0.1 MΩ，遂對(duì)3號(hào)車(chē)間A 線主抽高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子引出線接線柱、滑環(huán)及刷握進(jìn)行吹灰除塵，酒精擦拭處理。維保工作結(jié)束后對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣進(jìn)行再次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為500MΩ。21：30 接生產(chǎn)調(diào)度通知開(kāi)機(jī)生產(chǎn)，3 號(hào)車(chē)間A 線主抽高壓電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中突發(fā)“嘭”的一聲巨響，并冒出濃煙，高壓電機(jī)“放炮”。電氣人員打開(kāi)后端蓋后發(fā)現(xiàn)電機(jī)滑環(huán)嚴(yán)重?zé)g已不能繼續(xù)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(jī)，至1月4日8：30 搶修工作結(jié)束，本次故障造成誤時(shí)共計(jì)660min。

圖1 故障電機(jī)

圖2 滑環(huán)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(jī)故障中的一例，據(jù)統(tǒng)計(jì)燒結(jié)廠自2003年以來(lái)主抽高壓電機(jī)每年發(fā)生故障2～3 起，直接、間接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十萬(wàn)元。此設(shè)備居高不下的故障率給我公司生產(chǎn)管理部門(mén)及設(shè)備管理部門(mén)帶來(lái)較大壓力。通過(guò)我們深入地調(diào)研與分析，對(duì)比其他型號(hào)高壓電機(jī)，總結(jié)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，分析此類型高壓電機(jī)高發(fā)故障的原因如下。

1）滑環(huán)絕緣套管破裂（見(jiàn)圖3）

通過(guò)對(duì)該故障電機(jī)進(jìn)行解體，我們發(fā)現(xiàn)該電機(jī)滑環(huán)多個(gè)絕緣套管存在破裂現(xiàn)象，且裂口中夾雜大量導(dǎo)電性粉塵。因套管直接接觸三相滑環(huán)，破裂且?jiàn)A雜碳粉的套管絕緣性能大大下降，電機(jī)起動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)子相間產(chǎn)生的高電壓擊穿滑環(huán)相間的絕緣，直接導(dǎo)致短路放炮故障。

圖3 滑環(huán)絕緣套管破裂

2）碳刷磨損快，碳粉多

該電機(jī)所選用牌號(hào)為J204 的金屬石墨電刷，查閱電刷手冊(cè)可知該型號(hào)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(jī)上后碳刷磨損較快，產(chǎn)生的大量碳粉積聚在滑環(huán)室內(nèi)部、附著在滑環(huán)相間絕緣體上，這是造成電機(jī)絕緣下降的主要原因。

3）滑環(huán)相間間距較小

與其他電機(jī)廠同型號(hào)電機(jī)相比該電機(jī)滑環(huán)相與相之間的距離過(guò)小，安裝刷握后僅有1cm 左右的間距，一旦電刷與滑環(huán)間產(chǎn)生火花，極易通過(guò)電弧誘發(fā)相間短路。

4）滑環(huán)燒蝕

該型號(hào)電機(jī)使用的滑環(huán)材質(zhì)為普碳鋼，自2003年使用至今未進(jìn)行過(guò)滑環(huán)保養(yǎng)及更換，在漫長(zhǎng)的使用過(guò)程中碳刷對(duì)滑環(huán)的機(jī)械磨損及電氣磨損均會(huì)造成滑環(huán)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(jī)起動(dòng)瞬間受大電流的影響產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時(shí)打火致使滑環(huán)表面燒蝕[2]。

5）帶電體空間距離過(guò)近

滑環(huán)室底板可導(dǎo)電部分距滑環(huán)空間距離過(guò)近，當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生電弧火花時(shí)飛弧容易在此位置形成對(duì)地短路放炮現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)引起轉(zhuǎn)子繞組損壞。

6）維護(hù)工具及方法不正確

通過(guò)深入跟蹤，對(duì)分廠高壓電機(jī)的維保工作進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)除塵清理工作存在以下幾個(gè)問(wèn)題：①除塵所使用的主要工具為吹風(fēng)機(jī)，風(fēng)量大，但風(fēng)壓較低，除塵效果不好；②吹風(fēng)機(jī)風(fēng)管較粗大，諸多細(xì)節(jié)及角落、狹窄之處根本無(wú)法清理；③使用紗頭廢料進(jìn)行重點(diǎn)絕緣部位的擦拭工作，不但擦不干凈還會(huì)掉落線頭，既無(wú)法徹底除塵，又不符合精細(xì)化維護(hù)的要求。

總之，目前原有的維護(hù)工作工具不恰當(dāng)，方法不正確，標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)。

3 整改方案

3.1 對(duì)電機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造

1）加大滑環(huán)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(jī)在運(yùn)行過(guò)程中難以在滑環(huán)部位形成相間短路。

圖4 滑環(huán)改造前

圖5 滑環(huán)改造后

2）將滑環(huán)及刷握材質(zhì)更換為銅質(zhì)滑環(huán)、銅質(zhì)刷握，提高電流的通過(guò)性，以減少碳刷與滑環(huán)之間的發(fā)熱。

3）在轉(zhuǎn)子軸上重新制作滑環(huán)室排風(fēng)風(fēng)葉，以此增加滑環(huán)室空氣流動(dòng)性能將磨損的碳粉及時(shí)吹出

4）割除滑環(huán)室底部的鐵板，并制作除塵風(fēng)道。一方面加大了電機(jī)滑環(huán)帶電體與底板之間的空間距離，另一方面通過(guò)風(fēng)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(hào)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(zhǎng)碳刷使用周期。

表1 碳刷性能參數(shù)

3.2 制定合理的高壓電機(jī)維護(hù)技術(shù)要求

1）改用0.4MPa 的壓縮空氣配套自制風(fēng)嘴進(jìn)行滑環(huán)清灰，且時(shí)長(zhǎng)不低于10min。

2）用耐壓25kV 的電器專用清洗劑清洗劑對(duì)滑環(huán)各部位噴吹清洗，以風(fēng)干后用手摸無(wú)黑色沾染物為合格標(biāo)準(zhǔn)。

3）改用無(wú)塵布蘸無(wú)水乙醇對(duì)關(guān)鍵絕緣部位進(jìn)行擦拭。

3.3 落實(shí)高壓電機(jī)管理規(guī)定

1）縮短點(diǎn)檢周期為2h 巡檢一次，要求電工認(rèn)真執(zhí)行。

2）點(diǎn)檢項(xiàng)目除了原有振動(dòng)、溫度等項(xiàng)目外，增加滑環(huán)溫度檢測(cè)項(xiàng)目，確?；h(huán)溫度不超80℃。

3）一旦電機(jī)滑環(huán)出現(xiàn)火花現(xiàn)象，則建議提前進(jìn)行非計(jì)劃?rùn)z修，將設(shè)備故障控制在最小范圍之內(nèi)。

4）燒結(jié)廠實(shí)行區(qū)域責(zé)任制，明確每臺(tái)高壓電機(jī)的責(zé)任人，按考核細(xì)則獎(jiǎng)勵(lì)、考核到個(gè)人。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)我公司燒結(jié)廠一臺(tái)主抽高壓電動(dòng)機(jī)滑環(huán)打火故障的介紹，引發(fā)了我們對(duì)于該類型電機(jī)故障的探索及其對(duì)策的研究。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)原有高壓電動(dòng)機(jī)滑環(huán)的檢查、維護(hù)及管理工作存在一定的疏漏和缺陷。通過(guò)本次技術(shù)上的改造及管理上的改進(jìn)，使得該型號(hào)電機(jī)故障得到有效控制，自2013年3月改造結(jié)束至今未再發(fā)生過(guò)高壓電機(jī)滑環(huán)打火故障，本次攻關(guān)工作取得圓滿成功。

[1] 顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 牛秀巖.電機(jī)學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.