励磁机碳刷冒火原因分析及处理方法韩峰

励磁机碳刷冒火原因分析及处理方法韩峰

韩峰

（国网公司东北分部辽宁丹东118000）

摘要：本论文对励磁机整流子碳刷伴有严重打火现象进行原因分析和现场检查处理。主要内容有：电磁方面的原因分析、机械方面的原因分析，环境方面的分析、高压试验、改变几何中性线的调整方法。

关键词：励磁机；打火；几何中性线调整；高压试验

引言

一号发电机大修结束，各项措施恢复完毕进行开机试验。当发电机空转到额定转速时，发电机建起电压，但励磁电流较大，同轴励磁机换向器碳刷伴有严重的打火现象，持续运行会造成励磁机换向器的伤害，最终导致励磁机转子绕组烧损的严重事故。

1打火原因分析

1.1电磁方面

在空载运行的情况下，如果忽略电枢电流不计，可以认为主磁场的轴线与主磁极的轴线是重合的。而电刷总是要放在几何中性线上，因为处在几何中性线上的元件的感应电势为零，该处元件虽经电刷短路，不会产生短路电流，也就不会产生火花。当直流电机带负载时，电枢绕组有电流通过，产生电枢磁场，它将使主磁场受到影响而发生畸变。此时电机气隙内的磁场，是主磁场与电枢磁场的合成磁场，它的轴线与主磁极的轴线已不在重合，这是因为在发电机磁极的前极端（即电枢进入磁极的一端），主磁通与电枢磁通的方向相反，因而合成磁通减少，而在后极端，主磁通和电枢磁通的方向相同，因而合成磁通增加。所以合成磁场的几何中性线顺着电枢的旋转方向转了一个角度，此角度的大小决定于负载电流的大小。当电机的磁路未饱和时，电枢反应的去磁作用和增磁作用相等，合成磁通在数量上等于主磁通，电枢反应仅使合成磁场发生畸变。但在实际上，电机工作时磁路已接近饱和，因此，后极端半个磁极内磁通的增加，不足以补偿前极端半个磁极内磁通的减少，故总磁通减少。电枢电流越大，则畸变越大，去磁作用越大。并且由于磁场畸变，使换向器产生火花。为减少电枢反应，改善电机性能，直流电机都装置换向极。在换向磁极的作用下，使几何中性线不至于偏转，并且它所产生的感应电势，可以抵消电流换向时产生的电抗电势，达到改善换向的目的。再一个就是当负载发生剧烈变化和突然短路时，电枢反应会使磁场畸变得非常厉害，就有可能在正负电刷之间产生环火，烧毁电机。在这种情况下，仅靠换向极还不能达到改善换向的目的，还必须同时采用补偿绕组。它和换向极一起与电枢绕组相串联，消除电枢磁场对主磁场的影响，使磁场不致发生畸变。另外，电枢断线也是向不好的原因之一。

1.2机械方面

在这方面有很多原因可以造成换向器电刷打火，如换向器偏心；电机转动不平衡或装配不良引起振动；换向片间绝缘凸出；换向片凸出；电刷与换向器表面接触不好；电刷的压力不合适，在刷握中太松发生跳动；换向器表面光洁度不够；换向极气隙不一致等。

1.3环境方面

在换向器表面，通常会产生一层褐色光泽的氧化亚铜薄膜，这层薄膜增大了电刷与换向器之间的接触电阻，可以改善换向，并具有良好的润滑作用，减少电刷的磨损。在电机运行时，这层薄膜不断地被破坏和形成。但当电刷压力过大或周围缺氧、潮湿和有化学气体时，氧化亚铜被破坏得快，形成得慢，就要产生火花。

2针对出现的问题进行原因查找

2.1励磁机各部检查处理

首先怀疑大修中对励磁机的检修工艺不到位，于是进行刷握弹簧压力调整，弹簧压力均在第二挡且压力均匀，又将碳刷全部更换（按照标准研磨）、整流子表面研磨抛光、整流子刮钩、倒角等工作，开机打火现象依然存在。停机后，进行励磁电缆引线调换工作（包括主极引线更换、补偿绕组引线更换及转子滑环引线更换），但开机试验打火现象依然存在。

2.2几何中心线调整

我班将励磁机引线恢复原样后，开始调整碳刷几何中心线。根据《太平湾发电厂技术规程》要求调整刷握间距，即：14组刷握平均分配1071个整流子片，平均间距为76.5片。调整完毕后整体移动进行中心线调整，总体测量为0.27mV。打开励磁机主极绕组上盖板，仔细进行清扫检查，无异常现象。开机后整流子碳刷依然打火。

2.3高压电气试验

我们用直流法再一次测试换相绕组接线的正确性，试验结果证明接线正确。方法：1、将直流电源施加在补偿绕组上，补偿绕组左侧接电池正极，右侧接电池负极。2、将测量表计接入电枢绕组上，电压表正极端接电枢绕组上母线，负极端接电枢绕组下母线上。经观察，直流电源接通瞬间电压表指针向“+”方向偏转。直流电源断开瞬间电压表指针向“-”方向偏转。测试3次，表针偏转方向3次均相同，励磁机电枢绕组和换向极绕组极性正确。

2.4机械部分检查

机械部位测量空气间隙稍有偏差，测试点为14点。根据规程规定，最大值应小于6.22mm；最小值应小于5.74mm。但是经过实际测量，最大值为6.48mm，有一点超标准。实际测量的最小值为5.50mm，有一点超标准。

3诊断论证及新的处理方法

3.1诊断论证

针对以上现象，我厂生技部再一次主持，由各相关专业负责人及哈尔滨电机厂电气和机械专家一起参加的分析会中，哈尔滨电机厂专家听取了我厂之前的处理过程，给以了充分地肯定，基本排除了机械方面及环境方面的影响，其根本原因还是电刷几何中性线发生偏移，致使换向困难而产生火花。提出应改变电刷几何中性线的调整方法，并说明了新调整方法及步骤，经过与会人员的讨论，一致同意用新方法调整电刷几何中性线。

3.2新方法调整几何中心线

先将换向器圆周表面按实际尺寸14等份。既：用一张不宜折，且结实的电话纸,紧密的围在整流子圆周表面上，在电话纸上画好始、终线（两线应重合）,然后取出电话纸，量出总长度后，按14等分，并画好等分线。将电话纸重新围在整流子表面，必须使始、终线重合，且用透明胶布将电话纸固定在整流子上（必须平整）。以任意一组刷握内30度角电刷的上边缘为基准，压在等分线上，将刷握固定。其他刷握也如此调整，使电刷相互之间距离相等。调好后,再整体调整基座。在调整基座的同时，进行电压测量，既：先测一个值,然后向任意方向微调基座，再测量数值,如果小,就向同一方向继续微调.如果大,就向反方向微调，直到调到相对的最小值。

在调整几何中性线的同时，我班还进行了刷握与换向器表面间的距离调整，将所有刷握下边与换向器表面间的距离均调至3mm，然后人工用240号砂纸研磨每一个碳刷(研磨前,先在升高片上端粘一圈密封胶带,防止碳粉进入内部影响绝缘),使碳刷与换向器表面接触良好，人工研磨完毕后，用吸尘器吸去碳粉。之后开机研磨碳刷,并在侧面用压缩空气吹扫。经过1小时后停机，撕去胶带,再开机空载旋转2小时，让碳刷自然研磨，增加接触面积。

次日凌晨二点半开机，加励磁一次启动成功,负荷从25％、50％、75％到100％，励磁机碳刷无冒火现象发生，设备请调后并网运行良好。

4结束语

通过对太平湾发电厂一号发电机的这次缺陷处理，我们总结了很多宝贵经验，特别是沿用老方法和老经验进行几何中性的调整，并没消除碳刷打火的问题，因为老方法是以励磁机整流子片数来调整，而整流子片的尺寸有偏差，且片间的距离在制造和安装过程中质量不加，所以几何中性调整不好，给缺陷处理带来了很多麻烦。通过新方法对碳刷几何中性线进行调整，才使问题得以解决。我们在这次碳刷打火的处理过程中，不仅掌握了几何中性调整的新方法，而且认识到学习新知识的重要性，为以后的发电机检修及维护奠定牢固的基础。

参考文献：

[1]宋远智，发电机原理和运行，水利电力出版社,1985年10月

[2]邹讥平，发电机修理，中国电力出版社,1998年04月

[3]范易生，发电机检修规程，太平湾发电厂生技部,1986年02月