交流供電系統(tǒng)對鍍鉻質(zhì)量的影響

王 萍，楊 旭，霍大勇

(1.南陽理工學院，河南南陽 473004;2.河南工業(yè)職業(yè)技術學院，河南南陽 473009)

引 言

在鍍鉻生產(chǎn)中，電鍍產(chǎn)品質(zhì)量的兩個重要指標是鍍層的均勻性和密度。影響電鍍質(zhì)量的因素包含交流供電電源、直流電源、電鍍設備、電鍍液和工藝技術、電鍍后的熱處理等。當電鍍產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時，找到故障引發(fā)的根本原因最為關鍵。在長期的電鍍生產(chǎn)實踐中，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場積累的經(jīng)驗，記錄了一些影響生產(chǎn)和電鍍工藝實現(xiàn)的典型故障實例。對其中的一些關于因交流供電系統(tǒng)配置或者運行不當，包含交流電源、交流供電線路及交流配電方案導致的鍍鉻生產(chǎn)故障加以分析、討論，供同行參考。

1 交流電源的缺相故障

1.1 生產(chǎn)實例1

在鍍鉻生產(chǎn)線上對鋼絲鉗進行鍍鉻，長期運行穩(wěn)定正常。突發(fā)鋼絲鉗鍍鉻層表面發(fā)花、灰黑的故障。懷疑電鍍液混入銅雜質(zhì)，進行小電流電解，無效;進行霍爾槽試驗，證明電鍍液正常。繼續(xù)就溫度、電流配合等進行檢查，均沒有發(fā)現(xiàn)問題。以疑難生產(chǎn)問題召集協(xié)調(diào)分析會。

1.2 故障原因分析

綜合分析故障現(xiàn)象，排除了工藝流程中化學除油、酸洗、拋光等程序中的故障疑點，同時也排除了掛具故障的可能性。斷電狀態(tài)下檢查直流電源GDS-1000/18整流設備，正常;測量三相進線電源電壓也正常。斷開直流電源的電鍍負載，加模擬電阻負載，通電，檢查直流輸出端、有直流顯示;同時負載狀態(tài)下檢查交流電源，發(fā)現(xiàn)缺少一相。用示波器檢測負載下直流輸出，發(fā)現(xiàn)直流波形紊亂、其間交流成分混雜多。停電，繼續(xù)檢查該設備的供電電源，發(fā)現(xiàn)進線開關一相接觸不良。這種情況下交流電源帶負荷運行時導致缺相，不帶負荷時電壓測量是正常的;也就是俗語所說的“似接非接”狀態(tài)，是一種供配電系統(tǒng)隱形故障。原因在于供配電系統(tǒng)的設備老化，日常維護不足。更換新的電源開關，試車，電鍍故障排除。

當電源缺相時，直流電源的紋波系數(shù)增大，當紋波系數(shù)大于5%時，鍍鉻質(zhì)量就會發(fā)生變化。這里，同樣的因紋波系數(shù)不好導致故障的原因有兩個方面:一是某相供電導線斷線，二是做為直流電源的整流器本身的硅管壞掉一組。

鍍鉻層發(fā)花或者發(fā)霧的其他原因還有:鍍鉻時的溫度太高、鍍鎳液中糖精太多、亮鎳出槽到鍍鉻的間隔時間過長、鍍鉻前的硫酸活化液的濃度太低或過高、掛具掛鉤與工件彈性不緊、鍍鉻過程中斷電、鍍鉻液中氯離子過多、鎳層拋光時的線速度太大、拋光后的工件鍍鉻前表面有油或拋光膏及銅-錫合金底層中錫含量太高等。

1.3 故障排除方法

1)加裝三相指示或在直流電源進線端加裝斷相保護裝置;每班檢查三相電源。

2)直流電的紋波系數(shù)影響電鍍質(zhì)量，用示波器檢測直流波形可以準確識別。

2 交流電源的異常運行

2.1 生產(chǎn)實例2

1)故障現(xiàn)象。生產(chǎn)實例1中的同一條生產(chǎn)線上鋼絲鉗鍍鉻。故障現(xiàn)象也為鋼絲鉗鍍層表面發(fā)花、灰黑，但不是持續(xù)存在每一個生產(chǎn)批次。故障現(xiàn)象時有時無，三個月故障一直存在，報修。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。同1.2所述，進行了所有檢查，并排除了其間的所有疑點。分析生產(chǎn)記錄，發(fā)現(xiàn)故障批次集中在周六。詢問電鍍作業(yè)人員、并調(diào)閱生產(chǎn)記錄，發(fā)現(xiàn)在故障時均有停電發(fā)生。查閱相關變配電所運行記錄，發(fā)現(xiàn)鍍鉻故障與變電所倒閘操作相關。在故障批次的鍍鉻過程中均有20～60min不等的停電。電鍍過程中電鍍電流中斷，工件的鎳鍍層在鍍鉻液中鈍化，出現(xiàn)鉻層發(fā)花現(xiàn)象。在后續(xù)批次中，斷電后取出工件，用酸活化后重新電鍍，故障排除。

當直流輸出端出現(xiàn)導電不良或者陽極導電不好時，故障現(xiàn)象與本例相同。

2.2 生產(chǎn)實例3

1)故障現(xiàn)象。一山區(qū)工廠，新建電鍍生產(chǎn)線，進行銅管結晶器鍍鉻，出現(xiàn)鉻層發(fā)霧，灰暗色，偶發(fā)結晶器尾端凸凹處鍍層不均勻的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。排除相關工序、工藝問題和設備問題之后，集中分析電流密度、電鍍溫度和電流效率。自制標準銅板24h監(jiān)測電鍍實際運行期間陰極電流密度和鍍槽溫度;發(fā)現(xiàn)23時至次日4時的Jκ比其他時段高20%左右;同期同時試鍍的實驗銅板發(fā)霧批次則出現(xiàn)在Jκ較高的時段。進一步分析發(fā)現(xiàn)，該廠區(qū)地處山區(qū)，專線供電，夜間電力負荷降低，供電系統(tǒng)電壓增高，電壓波動接近20%。按照功能性鍍鉻操作條件對鍍鉻層光亮區(qū)關系［1-2］和不同鍍液的鍍層光亮范圍［1-2］，降低電鍍溫度，使陰極電流和電鍍溫度始終配合在光亮區(qū)，故障排除。

為保障產(chǎn)品質(zhì)量、提高工作效率，在后續(xù)的設備改造中，加裝了整流設備的直流輸出穩(wěn)定電流裝置，運行多年，效果較好。進行交流穩(wěn)壓也可以避免同類故障，但設備投資較大，不宜采取。還可以采取人工實時調(diào)整Jκ的方法，在講究生產(chǎn)自動化的今天，也不宜采取。

2.3 生產(chǎn)實例4

1)故障現(xiàn)象。某廠銅管結晶器電鍍生產(chǎn)線，運行一年出現(xiàn)結晶器鍍鉻層乳白色間斷性出現(xiàn)的故障。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。同1.2的分析和排除故障思路，發(fā)現(xiàn)因交流供電原因、電鍍的陰極電流密度反復低于下限。原因在于同一供配電線路上增加了熔銅設備，熔銅設備的啟動使得交流供配電回路的供電電壓劇烈波動(電壓降低較多)，導致故障。將鍍鉻生產(chǎn)線恢復為專線交流供電，故障排除。

2.4 故障排除方法

1)保證交流電壓波動在10%以內(nèi)，必要加裝交流穩(wěn)壓裝置或者在直流側加裝直流電壓穩(wěn)定裝置。

2)電鍍設備采用專線供電比較好。

3)當不能采用專線供電時，交流供電回路要核算尖峰電流引起的電壓波動影響，保證配電質(zhì)量。

4)臨時用電設備不能從電鍍設備交流端引出電源。

3 導線允許載流量不滿足電鍍負荷要求

3.1 生產(chǎn)實例5

1)故障現(xiàn)象。某工廠新增電鍍生產(chǎn)線，試生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)按照原工藝規(guī)定的直流電流進行電鍍時，直流電流表顯示電鍍電流自動持續(xù)減小，調(diào)高設備輸出電壓，直流電流升高，后又持續(xù)減小;試生產(chǎn)產(chǎn)品鍍層粗糙。影響生產(chǎn)線設備交接。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。這是一起新生產(chǎn)線配電設計缺陷的故障。由于交流配電回路導線線徑過細，不能滿足電鍍?nèi)萘康男枨蟆ｋ婂冞^程中，導線發(fā)熱引起設備端受電電壓降低。按照設備容量重新配電，故障排除。

3.2 生產(chǎn)實例6

1)故障現(xiàn)象。某廠銅管結晶器電鍍生產(chǎn)線，正常運行兩年后，出現(xiàn)結晶器鍍鉻鍍層乳白色間斷性出現(xiàn)，故障時有時無。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。這是生產(chǎn)線新增設備而供配電線路沒有同步擴容引起的故障。這次故障發(fā)生前，該生產(chǎn)車間新增了同樣容量的設備，兩條生產(chǎn)線同時運行引起配電導線線徑不能滿足電鍍?nèi)萘康男枨?。單條生產(chǎn)線運行時，工作正常。因為實際工作中兩條生產(chǎn)線不是備用關系，所以按照設備容量加粗交流回路的供配電導線，故障排除。

3.3 故障排除方法

1)交流供配電系統(tǒng)導線的線徑要嚴格按照電鍍負荷選擇。

2)同線路加裝新設備或者設備更新加大容量，要同時更新供配電線路，增大線路的允許載流量。

4 交流供配電線路布線不當

4.1 生產(chǎn)實例7

1)故障現(xiàn)象。電鍍車間增加大容量硅整流設備，按照電力負荷計算應采用截面積70mm2的三芯電纜。在線路原安裝位置已有一條穿鋼管敷設的截面積16mm2的三芯絕緣電纜，出于安裝位置限制以及節(jié)約的考慮，決定再敷設兩根截面積16mm2的三芯絕緣電纜另行穿鋼管與原來的一組截面積16mm2的三芯絕緣電纜并聯(lián)一起作為新設備的電源線。硅整流設備運行后，發(fā)現(xiàn)電纜過熱，表現(xiàn)為敷設的鋼管發(fā)熱。重新將電纜截面積增大為25mm2、35mm2故障依舊［3］。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。故障的原因，為電纜的敷設、運行方式不當所致。

查現(xiàn)場接線方法，分別將三根電纜的線芯并聯(lián)接于電源的一相，每相電源線形成固定的磁場，導致電纜鋼鎧和穿線鋼管形成渦流過熱。將線路接法改為每根電纜分三相接入電源，采用截面積為16mm2的三芯絕緣電纜，設備及線路運行正常［3］。

當三芯電纜的導線線芯并作一相使用，流過的電流形成固定的磁場，在電纜的金屬鎧裝形成渦流，引起導線發(fā)熱［3］。當電纜三芯流過三相平衡的交流電流時，電流的矢量和為零，周圍沒有磁場形成。這樣既可以避免電纜發(fā)熱，又可以避免磁場對其他設備的電磁干擾。避免此類問題的方法是:小截面電纜替代大截面電纜時，應將每根電纜分相使用。

4.2 生產(chǎn)實例8

1)故障現(xiàn)象。生產(chǎn)實例1所述的鍍鉻生產(chǎn)線上鋼絲鉗鍍鉻，長期運行穩(wěn)定正常。鍍層表面發(fā)花、灰黑故障突發(fā)。檢查排除了電鍍直流電源設備、交直流儀表、直流輸電系統(tǒng)(含母線及其連接)、鍍鉻工藝、鍍液(含添加劑等)、電鍍電極、鍍槽等故障因素。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。這是一起交流供配電線路布線違章所致故障。原因在于有一相電源的導線在管內(nèi)敷設時，有中間接頭。長期運行后該接頭腐蝕斷開，導致交流電源缺一相。重新布線故障排除。

4.3 故障排除方法

交流供配電系統(tǒng)的導線要合理配置并加強檢修維護。交流供配電的布線和維護、檢修具體措施按照供配電系統(tǒng)運行維護規(guī)程進行?？蓞㈤嗠姎夤こ處熓謨?。

5 結語

無論哪一種加工行業(yè)，供配電、設備及工藝都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)，三個環(huán)節(jié)中的單一故障往往容易處理，這是因為每個環(huán)節(jié)都有專業(yè)化的人員和技術知識體系。各環(huán)節(jié)影響因素疊加產(chǎn)生的影響就比較麻煩，主要是從業(yè)人員的三個環(huán)節(jié)的知識跨度通常不能滿足。在生產(chǎn)中，應當從影響產(chǎn)品質(zhì)量的全部因素思考問題。就鍍鉻生產(chǎn)而言，應當把交流電源系統(tǒng)、直流電源設備、交直流儀表、直流輸電系統(tǒng)(含母線及其連接)、鍍鉻工藝、鍍液(含添加劑等)、電鍍電極及鍍槽這些項目列進故障分析和檢修程序。電鍍生產(chǎn)中，交流電源系統(tǒng)影響產(chǎn)品質(zhì)量的故障是不多見的，當這些故障出現(xiàn)時，通常會按照影響產(chǎn)品質(zhì)量的表像去從工藝方面試圖解決而根本無法達到目的。交流供配電系統(tǒng)是各類生產(chǎn)現(xiàn)場的生命線，對電鍍生產(chǎn)也如此，需要從業(yè)人員在實踐中結合相關專業(yè)知識不斷完善分析和處理這類故障的能力、避免設備和生產(chǎn)事故的發(fā)生。

［1］胡如南，陳松祺.實用鍍鉻技術(第二版)［M］.北京:國防工業(yè)出版，2013:5.

［2］胡傳炘.表面處理工藝手冊(修訂版)［M］.北京:北京工業(yè)大學出版社，2009:7.

［3］霍大勇.王萍.導線在安全載流量條件下的過熱故障［J］.煤礦安全，2010，41(8):141-142.