內(nèi)燃機車主發(fā)電機典型故障案例的分析

王曉軍

（山西省長治市潞安集團鐵路運營公司， 山西 長治 046000）

引言

主發(fā)電機是內(nèi)燃機車將機械功轉(zhuǎn)換為電能輸出的電力設(shè)備，它的功能完善與否直接關(guān)系到機車功率的發(fā)揮。DF8B型內(nèi)燃機車主要裝配為204系列主發(fā)電機，本文就針對該主發(fā)電機近年來的故障類型進行分析，有針對性地提出了預(yù)防措施，為保障DF8B型內(nèi)燃機車主發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行提供了參考[1]。

1 電樞繞組支路節(jié)點電蝕性斷路

1.1 故障發(fā)生的原因分析

主發(fā)電機電樞繞組主要指三相電樞繞組，造成三相電樞繞組燒損短路的原因：第一，主要為結(jié)構(gòu)性缺陷引起機車運用性故障，絕大多數(shù)情況下為三相電樞繞組支路中焊接節(jié)點因長期在柴油機和主發(fā)電機振動與電磁激振下，三相電樞繞組集流環(huán)支撐點螺栓斷損，造成集流環(huán)上支路焊接節(jié)點開焊，形成“電鈴”接觸產(chǎn)生電蝕燒損，從一點到多點，而此發(fā)生點多數(shù)在主發(fā)電機圓周上的時鐘下午4時至5時或7時至8時的區(qū)域內(nèi)。第二，為電樞繞組絕緣老化或被外來利物劃破，所造成的絕緣破損短路引起的主發(fā)電機損壞故障。此類故障一般屬波及性損壞，機車在此類故障發(fā)生之初，無故障現(xiàn)象,當(dāng)發(fā)生到一定程度時，在主發(fā)電機電流表上有所波動[2]。

1.2 典型案例分析

1.2.1 案例介紹

一輛DF8B型機車在進站前，機車主回路發(fā)生接地，接地繼電器（DJ）起保護作用，機車卸載，微機屏顯示接地。進行DJ解鎖恢復(fù)后，再提主手柄加載時，發(fā)現(xiàn)柴油機轉(zhuǎn)速不升，機械間冒出“怪味”煙霧，機車無法運行。經(jīng)檢查，為主發(fā)電機定子繞組燒損，請求救援。區(qū)間總停時70 min。

1.2.2 故障分析

該臺機車返回段內(nèi)，經(jīng)初步檢查，主發(fā)電機內(nèi)靠下部電樞繞組部分被短路燒損，以及相應(yīng)導(dǎo)電集流環(huán)上的支路節(jié)點接線被燒蝕脫開，主發(fā)電機內(nèi)下方部位一導(dǎo)電集流環(huán)支撐緊固螺栓斷裂。將主發(fā)電機吊下，未解體，直接返大廠修。

此故障屬機械性破損故障，初步判斷為電樞繞組集流環(huán)上的支點緊固螺栓疲勞性斷裂后，造成該支撐點的集流環(huán)松動，在機車、柴油機、主發(fā)電機的振動綜合作用下，使集流環(huán)上相應(yīng)的線圈支路焊接點呈疲勞性開焊，成虛接的“電鈴”接觸，引起接觸電阻增大，造成電熔電蝕性燒損。而在此過程中，隨著漏電電流的增大，造成定子三相繞組線圈間的短路，使其短路燒損。此故障屬主發(fā)電機結(jié)構(gòu)與運用綜合性故障。值得注意的是，主發(fā)電機電樞繞組將受到接地繼電器DJ的保護，當(dāng)主發(fā)電機電樞絕緣破損接地時，是不能使用屏蔽性處理措施的，如果使用此方法，主發(fā)電機將會報廢[3]。

1.2.3 預(yù)防措施

此故障屬主發(fā)電機結(jié)構(gòu)線圈線路機械性斷路虛接，造成電樞繞組間電蝕性短路燒損。此故障為主發(fā)電機內(nèi)部線圈虛接斷路，有不可視性，靜態(tài)檢查困難。但經(jīng)雙臂電橋進行三相繞組對稱測試檢查是能檢查出來的。作為預(yù)防性措施，如果能在早期發(fā)現(xiàn)，可避免主發(fā)電機報廢。當(dāng)主發(fā)電機內(nèi)某支點虛接時，將引起此點處接點的絕緣損壞，電熱性加強，反映在主發(fā)電機外殼的溫度升高。支路接點由開路到短路燒損會有一漸進的過程，在此過程中，一般在主發(fā)電機動態(tài)的情況下很容易發(fā)現(xiàn)，即用手摸主發(fā)電機外殼，均能查出其故障點。204型主發(fā)電機其電樞繞組與勵磁繞組絕緣等級均為H級，當(dāng)此溫度傳導(dǎo)到機殼外界應(yīng)有所下降。

2 電樞繞組尾端絕緣老化短路燒損

2.1 故障發(fā)生的原因分析

電樞繞組尾端鼻部主要指形成線圈各繞組出電樞槽的環(huán)形部。該部位懸空并不與機體相連，又在主發(fā)電機殼內(nèi)側(cè)，日常無法檢測到，該部位受電化性及高溫環(huán)境下催蝕，加上油氣化學(xué)性侵蝕易引起絕緣老化帶來的絕緣不良。同時該部位在發(fā)生絕緣不良的初始期，接地繼電器（DJ）還不能對此點起保護作用，機車在日常檢查檢測時，也無法對該部位進行檢測。在主發(fā)電機持續(xù)工作環(huán)境下遇到的電樞繞組工作溫度上升過高，加上自身絕緣物老化導(dǎo)致的絕緣強度不夠而被匝間短路燒損（見圖1），因此多數(shù)情況該處發(fā)生短路故障時，接地繼電器（DJ）是不能起到保護作用的。

圖1 主發(fā)電樞繞組尾端鼻部短路燒損

2.2 典型案例分析

2.2.1 案例介紹

DF8B型機車在加載運行中，主發(fā)電機電壓、電流輸出異常后，機車無功率輸出。學(xué)習(xí)司機檢查發(fā)現(xiàn)主發(fā)電機處冒出大量煙霧，便立即停車。停車進行檢修，故障無法排除，開始請求救援，區(qū)間總停時64 min[4]。

2.2.2 故障分析

該臺機車返回段內(nèi)，經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)為主發(fā)電機電樞繞組后端鼻部環(huán)形圈處絕緣老化，在主發(fā)電機熱狀態(tài)下，引起線圈繞組匝間短路。使機車無功率輸出，被迫停于區(qū)間，請求救援。注意，該處屬定子繞組懸空部位，與機體部分分離，初期絕緣損壞時，漏電不能接地，因此初始期接地繼電器不能起保護作用。

2.2.3 預(yù)防措施

該類故障屬電機電樞繞組電氣絕緣老化，引起主發(fā)電機定子繞組短路。對該類故障的預(yù)防有一定障礙，主發(fā)電機屬內(nèi)置部件，只能通過絕緣測試的方法檢查，運行機車不能隨時檢查。而運用人員很難通過直接檢查的方法檢查出來，只能在主發(fā)電機的負(fù)載中，進行相應(yīng)間接識別判斷。若主發(fā)電機的電壓或電流出現(xiàn)大的波動，應(yīng)檢查主發(fā)電機四周外殼溫度，當(dāng)其外殼某處的溫度有異常時，即可判斷該點相應(yīng)的主發(fā)電機電樞繞組發(fā)生故障。這時，應(yīng)降低主發(fā)電機輸出功率，維持機車運行進站，待確認(rèn)后，更換機車，以避免機車大部件破損與堵塞正線的事件發(fā)生。

3 主發(fā)電機滑環(huán)環(huán)火

3.1 故障發(fā)生的原因分析

主發(fā)電機環(huán)火主要發(fā)生在滑環(huán)與碳刷接觸的位置，與牽引電動機環(huán)火有所區(qū)別，該類環(huán)火絕大多數(shù)情況下由碳刷與滑環(huán)接觸不良引起。其成因有碳刷壓指彈簧壓力不夠；滑環(huán)表面有電蝕性麻點；滑環(huán)表面上附著有異物（見圖2）；采用不同牌號的碳刷；主發(fā)電機勵磁支撐裂損，造成圓周運轉(zhuǎn)中擺幅加大，導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)接觸不良。

圖2 主發(fā)機滑環(huán)電蝕性燒損情況

3.2 典型故障分析

3.2.1 故障介紹

DF8B型機車在運行過程中，主發(fā)電機發(fā)生環(huán)火，并伴隨有“放炮”聲，漸漸出現(xiàn)機車無功率輸出，調(diào)整碳刷壓力等技術(shù)處理措施無效后請求救援，區(qū)間總停時57 min。

3.2.2 故障分析

機車返回經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)主發(fā)電機刷架機械性移位，主發(fā)電機法蘭和柴油機連接軸的連接螺栓全部斷裂，其中有一條是完全脫落。故障成因為該臺機車在大修時主發(fā)電機法蘭與柴油機彈性聯(lián)軸節(jié)的連接螺栓緊固力矩不足，在機車運行中逐步松動脫落，使轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生偏移。而滑環(huán)裝置在主發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸上，因此導(dǎo)致刷架偏移。由于滑環(huán)發(fā)生斜置出現(xiàn)擺幅不正，使碳刷底面與滑環(huán)接觸面積減少，主發(fā)電機在加載運轉(zhuǎn)中因此發(fā)生環(huán)火，機車無法加載。

3.2.3 預(yù)防措施

機車出段啟機運轉(zhuǎn)時，應(yīng)認(rèn)真檢查確認(rèn)主發(fā)電機滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)擺幅，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超值時，應(yīng)立即通告機車地勤質(zhì)檢人員進行相應(yīng)檢查。當(dāng)機車運行中，遇到此類故障時，可適當(dāng)降低機車功率，維持機車運行至前方站。發(fā)生此類故障機車不能長時間運行，為避免區(qū)間停車，防止堵塞正線的事件發(fā)生，應(yīng)盡快就近靠站停車。

4 主發(fā)電機勵磁繞組斷路

4.1 故障發(fā)生的原因分析

主發(fā)電機勵磁繞組是由若干線圈串聯(lián)而成，因主發(fā)電機類型不同，其勵磁線圈的串聯(lián)個數(shù)也不相同。由于機械振動的存在，其線圈間的串聯(lián)連線容易因疲勞發(fā)生機械斷損。同時，勵磁繞組的電源是通過滑環(huán)引入，其滑環(huán)端的接線端子為有色金屬的扁銅線，也存在疲勞性機械斷損，呈現(xiàn)“電鈴狀”接觸引起電蝕性燒損。主發(fā)電機勵磁繞組屬機車勵磁回路，故障一般發(fā)生在機車運行中，其故障現(xiàn)象為機車無功率輸出，機車保護裝置不能對其實施保護。

4.2 典型案例分析

4.2.1 案例介紹

DF8B型機車在運行中，機車突發(fā)性無功率輸出，停車檢修后故障仍未排除，區(qū)間總停時84 min。

4.2.2 故障分析

該臺機車返回段后，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)主發(fā)電機勵磁繞組阻值無窮大，經(jīng)進一步解體檢查，發(fā)現(xiàn)其勵磁繞組中一線圈的連接線的引出接線從根部斷損后燒損。其原因為該連線綁扎不牢，在機車、柴油機振動下，加上主發(fā)電機自身的激振，使該連線在振動中發(fā)生疲勞性機械斷裂后電蝕性燒損。因主發(fā)電機勵磁線圈為串激繞組組成，當(dāng)其中一線圈連接線發(fā)生斷路后，其勵磁電路是無勵磁電流流過的，因此不能建立起感應(yīng)磁場，也無感應(yīng)電動勢，而導(dǎo)致機車無功率輸出。

4.2.3 預(yù)防措施

此故障屬機車電機連接線結(jié)構(gòu)疲勞性機械斷損故障，屬主發(fā)電機內(nèi)部隱蔽不可視故障，在機車出段前的技術(shù)檢查作業(yè)中，憑日常檢查手段查出此類故障難度大。在機車運行中，該類故障司乘人員是無法處理的，主要在于是否能準(zhǔn)確的判斷，避免延誤行車時間。該類故障的表象是控制電路無故障，操縱臺上卸載燈熄滅，機車無功率輸出。檢查時，僅需對勵磁回路進行檢查，即在機車加載的情況下，用試燈檢查勵磁回路的三級電路，其中第一、二級可用手摸的方法，第三級電路用試燈，在LC主觸頭被墊開的情況下，將試燈串接在動、靜觸頭間。機車加載，若試燈亮，第三級電路為正常，否則，第三級電路發(fā)生斷路。