4000kW同步電機集電環(huán)燒損事故的在線修復(fù)與預(yù)防

沙慧　朱智　戴本俊

摘 要：文章針對一起軋機主電機集電環(huán)燒損事故原因進行了分析，介紹大型電機集電環(huán)燒損的在線修復(fù)方法及過程，同時從管理上、技術(shù)上提出了對類似事故的發(fā)生預(yù)防措施，為大型電機集電環(huán)在線修復(fù)提供了可借鑒的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：集電環(huán)；燒損；在線修復(fù)；預(yù)防措施

中圖分類號：TM312 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0093-02

1 概 述

馬鋼某公司開坯生產(chǎn)線的開坯機組由中冶華天設(shè)計，如圖1所示，開坯機主傳動驅(qū)動采用二臺4 000 kW同步電機，系哈爾濱電機廠制造，型號為：TBP4000-16/3000。開坯機軋制原料為連鑄圓坯，規(guī)格分別是Φ380 mm、Φ450 mm、Φ600 mm。工藝流程為連鑄圓坯加熱至出爐溫度后，由托鋼機構(gòu)將圓坯送出加熱爐，經(jīng)高壓水除鱗后，送入開坯機，經(jīng)過開坯機往復(fù)軋制5～13道次，形成合格的中間坯料，送往下游軋機。

2 事故發(fā)生及原因分析

2013年12月1日晚22：05，當(dāng)Φ600 mm圓坯到達開坯機前，準(zhǔn)備軋制時發(fā)生主電機跳電故障，開坯軋機主傳動控制柜報勵磁過流故障，通過主傳動柜故障復(fù)位按鍵復(fù)位無效，故障報警依然存在。根據(jù)故障代碼，得知勵磁接地。檢查勵磁回路絕緣，絕緣值達200 MΩ以上，屬于正常。維護人員立即到現(xiàn)場檢查主電機設(shè)備，發(fā)現(xiàn)同步電機一相12個電刷及刷窩全部損壞，集電環(huán)上有燒灼痕跡，如圖2所示，故導(dǎo)致電機故障，造成非計劃停產(chǎn)。

該電機運行情況在當(dāng)日點檢人員的二次檢查中均未發(fā)現(xiàn)異常，事故發(fā)生前的一次設(shè)備點檢距故障發(fā)生時間為50min左右，故障發(fā)生前15 min開坯機正常軋制一支鋼，主電機各參數(shù)監(jiān)控都無異常。當(dāng)下一支鋼坯到達開坯機前，主電機開始加速，鋼坯進入軋機時故障發(fā)生，初步斷定此次電機集電環(huán)燒損事故從發(fā)生到產(chǎn)生事故大約在半小時內(nèi)。

事故發(fā)生后，電氣檢修人員對電機的集電環(huán)、電刷及刷窩殘渣進行檢查，集電環(huán)上大量電弧燒傷痕跡，并有一處壓簧片粘在集電環(huán)上面；電刷外觀及電刷導(dǎo)電銅辮絕緣套未見變色現(xiàn)象，電刷磨損情況良好，部分電刷已被擊碎；刷窩恒壓壓簧無過熱變色，刷窩固定螺栓有一根斷裂。

集電環(huán)和電刷裝置產(chǎn)生火花原因有多種，最常見的是電刷發(fā)熱產(chǎn)生火花，嚴(yán)重的燒損電刷刷窩及集電環(huán)。產(chǎn)生過熱的原因有通風(fēng)不良、接觸電阻過大或分布不均勻、機械及摩擦等原因。此次事故設(shè)備在短時間內(nèi)由正常運行發(fā)展成燒損集電環(huán)，從現(xiàn)場損壞的部件上看不具有上述原因的可能性。綜合分析事故系突發(fā)因素造成短時間內(nèi)產(chǎn)生電弧，導(dǎo)致集電環(huán)燒損。

基于上述設(shè)備檢查，得出事故直接原因為電刷刷窩由于震動，螺栓斷裂，刷窩脫落到集電環(huán)上，造成電刷對其持續(xù)放電，高溫作用將其壓簧燒熔粘在集電環(huán)上，電機運轉(zhuǎn)將其它11個刷架損壞并導(dǎo)致環(huán)火形成電弧，燒損集電環(huán)表面。

3 現(xiàn)場修復(fù)

集電環(huán)表面損壞即表面粗糙度被破壞，不能滿足其與電刷的接觸要求（電刷與集電環(huán)接觸面積要達到70%以上），需要對集電環(huán)表面進行修復(fù)處理。由于主電機安裝位置在廠房立柱間，且噸位大，行車無法使用，需要500 t汽車吊配合進行拆裝，汽車吊在廠房內(nèi)途徑路線上的設(shè)備都必須拆除，周期長，吊裝運輸困難，加上拆裝技術(shù)要求高，采用線外拆下修復(fù)的方法不現(xiàn)實，因此決定采用在線修復(fù)處理，如圖3所示。

首先，將自制便攜式小車床在現(xiàn)場安裝定位，底座與電機底板焊接固定；

其次，在PLC控制程序內(nèi)對電機的運行條件進行封點，使電機具備運轉(zhuǎn)能力；

第三，便攜式小車床的刀頭保持水平且位于集電環(huán)中心處，通過電機的運轉(zhuǎn)對集電環(huán)表面進行車削。

第四，因大電機集電環(huán)一般為合金鋼質(zhì)，硬度大，需使用合金刀頭。

在車削過程中，電機的轉(zhuǎn)速要控制在2 m/s左右，粗車進刀量控制在0.3 mm，精車進刀量控制在0.1 mm。精車后手摸集電環(huán)表面手感光滑，對毛刺及小缺陷使用磨石進行修磨。修復(fù)后的集電環(huán)表面粗糙度范圍在0.025～3.2 μm，符合設(shè)備運行要求。

由于此次電機刷窩、電刷嚴(yán)重?fù)p壞，需要進行更換處理。刷窩安裝時，需核對軸向位置，如電刷不在集電環(huán)表面的中心部位，必須進行適當(dāng)調(diào)整。

刷窩安裝后，裝上電刷，每塊電刷均應(yīng)檢查電刷銅辮是否正常牢固，接頭焊接是否良好，銅辮是否有斷股等。電刷在刷窩內(nèi)要有0.1～0.3 mm的間隙，保持上下活絡(luò)無卡阻現(xiàn)象。

4 預(yù)防措施

針對此次開坯主電機集電環(huán)燒損事故，無論在制度管理上、技術(shù)監(jiān)督上都采取嚴(yán)格防范措施以避免類似事故的重復(fù)發(fā)生。

4.1 管理措施

①制定了“主電機專項巡檢跟蹤表”，巡檢內(nèi)容包括電刷弧光、刷窩緊固情況、電刷磨損情況、集電環(huán)磨損情況及溫度等，跟蹤表內(nèi)注明檢查方法及周期，并記錄檢查結(jié)果及檢查人員，并為點檢員配備了專用堅固工具、紅外測溫儀。

②修訂“軋鋼電氣點檢標(biāo)準(zhǔn)”，將主電機點檢標(biāo)準(zhǔn)中增加集電環(huán)、電刷等點檢內(nèi)容，加大對設(shè)備定期檢查的督察力度和考核力度。

③編制了“開坯主電機電刷檢查步驟” 單點課，對軋鋼區(qū)域點檢員及運行協(xié)力人員進行知識培訓(xùn)，提高電氣維護人員對主電機電刷檢查認(rèn)知度。

④從制度上要求生產(chǎn)期間點檢員按“主電機專項巡檢跟蹤表”對每臺主電機集電環(huán)室進行巡檢，重點檢查電刷磨損及壓簧松緊情況、刷窩及其余緊固件的連接情況、刷窩與集電環(huán)之間的距離，及時消除存在隱患。

4.2 技術(shù)措施

①電機在使用過程中進行定期檢查并保持清潔，清理時應(yīng)注意集電環(huán)、電刷和引線的清潔。

②檢查集電環(huán)，保持其表面光滑。若集電環(huán)表面不平時，則可用砂輪研磨或進行切削，切削時速度不應(yīng)高于2 m/s，每一次進刀量不應(yīng)大于0.1 mm，并用防塵布將電樞繞組包上或蓋住，不得容許磨屑和銅末落入電機內(nèi)，磨完后用壓縮空氣把集電環(huán)吹凈。

③檢查刷窩。與集電環(huán)的間隙應(yīng)調(diào)整在3～5 mm間，電刷在刷窩內(nèi)活動自如，其間隙一般在0.1～0.3 mm。檢查電刷壓簧壓力，用手輕拉電刷，感覺無壓力時更換壓簧。

④檢查電刷。電刷與集電環(huán)有良好的接觸，電刷應(yīng)全部貼在集電環(huán)的表面上。必要時可用細砂紙研磨電刷，但不能用金鋼砂紙，把砂紙放到電刷下面順著集電環(huán)表面拉動。為避免電刷磨成凸緣，電刷應(yīng)放置在集電環(huán)的中部，電刷無偏移集電環(huán)外側(cè)現(xiàn)象，電刷的邊緣無崩裂情況。當(dāng)電刷短于原長度的三分之二或接近磨損最低線時須更換，新電刷使用前必須適形研磨（磨弧），使之于滑環(huán)接觸面大于70%以上。

⑤檢查固定螺栓。使用扳手檢查刷窩固定螺栓，做到無松動。

5 結(jié) 語

這次在線修復(fù)主電機集電環(huán)，改變以往電機集電環(huán)燒損采用線外拆下修復(fù)的方法，從技術(shù)上提出了明確的解決方案，采用自制便攜式小車床在線修理集電環(huán)，整個修復(fù)過程僅耗時 23 h完成，提高大電機集電環(huán)修復(fù)作業(yè)效率，縮短了設(shè)備檢修和故障處理時間，降低檢修作業(yè)人員勞動強度，直接節(jié)約了生產(chǎn)成本。事故后，完善了主電機設(shè)備的點檢、巡檢制度標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過二年的執(zhí)行，設(shè)備運行狀態(tài)良好，同類事故沒有再次發(fā)生。

參考文獻：

[1] 王鼎才.發(fā)電機集電環(huán)燒損事故原因的分析[J].浙江電力，2005，（5）.