电站直流励磁机运行中的常见故障处理

2010-04-17董素红周振雄张大彪

中国水能及电气化 2010年11期

董素红，周振雄，张大彪

（1河北省邢台市朱庄水库水电站，邢台 054001；2邢台钢铁有限责任公司，邢台 054001）

引言

河北省邢台市朱庄水库水电站于1981年建成，一期工程安装三台水轮发电机组（1#机3200kW，3#、4#机为500kW），其直流励磁机均采用自并激励磁方式。在多年的运用中，励磁系统在基本满足机组开停机及运行调节要求的同时，也出现过一些影响正常运行的现象，造成发电机不能建立电压，现就其中常见的几例故障介绍分析如下：

1 常见故障及处理

1.1 调整刷握架与换向器间隙，造成电刷与换向器接触面过小，发电机不能建压。3#机刷握架与换向器间由于机组安装时调整的间距偏大（约6-7mm），并且刷握纵向轴线指向偏离换向器轴线，经过一段时间的运行磨损，电刷与换向器的接触面成马蹄形，造成电刷的纵向轴线指向远远偏离电机轴心，电刷虽然还有较大的剩余量，但在刷握内安全可靠性已较差。在检修过程中，我们仅调整电刷纵轴线指向了电机轴心，并调节刷握与换向器的间隙至3mm左右，但忽视了电刷与换向器接触面的处理。造成了在调整后的开机过程中，出现了机组在额定转速下不能建压的现象，经对电刷与换向器接触面进行处理，使电刷与换向器接触面达90%以上，开机建压成功。

1.2 1#机短接强行减磁电阻RQJ用的接触器接点QJ接触不良（见图1），造成开机时机组不能建压。由于强行减磁直流接触器灭弧罩在组装过程中不细心，造成了接触器动触头连杆灵活性较差，在接触器动作复位后，常闭触点不能可靠接触，造成不能建压，经对接触器灭弧罩重新组装调整，故障消除。

1.3 机组转速偏低，合灭磁开关后不能建压。3#机组启动后，在转速约为额定转速80%的情况下，合灭磁开关，调节励磁用磁场变阻器已超过额定电压位置，发电机不能建立电压，检查调整机组转速至额定值，机组建压成功。

1.4 1#机电刷型号选择不当，造成换向器与电刷接触面形成深沟。1#机原配电刷为DS214型，运行初期，后刷边有轻度火花，经过一段时间的运行，火花逐渐加大，经过几年的运行后，在电刷和换向器接触面间形成了相互吻合的锯齿面，凹凸深度达1-2mm。在检修过程中我们对换向器进行了车削处理，并用DS104型电刷替换了原来配置的电刷。经过一段时间的运行，换向器表面形成了氧化铜层，电刷与换向器接触面运行效果良好，电机工作正常。

2 故障的原因分析

2.1 直流励磁机励磁回路电阻过大，机组不能建压

由直流发电机的建压原理可知：直流发电机自行励磁建立稳定的电压，必须满足：

2.1.1 具有剩磁和磁饱和特性；

2.1.2 正确的电枢旋转方向和电机励磁绕组与电枢绕组的正确连接；

2.1.3 励磁回路电阻值必须小于临界电阻值。

由图1可见在故障现象1.1、1.2当中，无论是电刷接触面的减小，还是强行减磁接触器接点QJ接触不良，均造成了电机励磁回路励磁电阻的增加，从而对励磁机的建压造成了影响。其原理可结合图2分析见得：

在图1所示的励磁回路中，励磁电流IL，电阻RL和机端电压间Ua的关系，可用Ua=ILRL表示。（RL为励磁回路总电阻）如图2所示在合适的RL下，当电机达到额定转速后，电枢切割主磁极的剩磁磁场而产生剩磁电动势E0，并由此在励磁回路中产生励磁电流IL0，该电流又在电机磁路内建立磁场，使主磁场得到加强，使电动势进一步提高；经过电动势产生电流，电流增加磁场进而提高电动势的不断反复，使电动势沿曲线规律得到增大；并最终使发电机电压稳定在场阻线U=ILRL与电机电动势Ea曲线的交点a，机端电压达到稳定。由图1图2可见，在相同的IL下，当对应的Ea＞ILRL，即电枢电动势Ea比IL在RL产生的电压降大时，电枢电动势能使励磁电流增大，进而使主磁场增强，电枢电动势升高，经不断反复，直至Ea=ILRL点达到稳定，建立电压。当Ea=ILRL时，由于Ea不能产生使磁场增加的励磁电流，磁场不能进一步得到增强，电动势只能维持在剩磁电动势E0，而不能升高，发电机将不能建压。

当电机励磁回路电阻RL增大并超过发电机建压的临界电阻 RJ时，电枢电动势 Ea＜IL′RL′，电机不能正常建压；在这故障1、2中均应属因励磁回路电阻增大，导致电机在额定转速下不能正常建压。

2.2 机组转速过低时，机组将不能正常建压

在因转速偏低造成不能建压的故障1.3中，由线圈感应电势E与转速n和气隙磁通量准的关系E=Fn准可知，当电机剩磁磁通一定时，建压过程中产生的电动势E与电机的转速n成正比。参照图1、图2分析可见，在同样的励磁电阻RL下，当转速降低时，同样的剩磁产生的感应电动势将较正常转速时变小，至Ea＜ILRL时，电机即不能建压。因此，在励磁回路电阻配置调试完成后，达到或接近发电机额定转速，是发电机建压的必要条件，当转速过低时，发电机在原定的励磁回路电阻下，不可能成功建压。

2.3 电刷选择得当，才能使换向器得到保护

在电刷的选择中，通过查阅电刷的有关资料得知：D214型电刷一般应用于换向困难，电压在200V以上带有冲击性负荷的直流电机、汽轮发电机的励磁机，如工矿冶金用直流电机、热电机车主发电机等部分的设备。该碳刷在使用过程中，尽管我们采取过调整碳刷压力、车削处理换向器接触面等措施，力图使换向器避免烧痕，但是均未能避免碳刷与换向器间产生火花，并使换向器形成沟痕，不得不再次进行车削处理。本站该机为转速300转/分的小型水轮发电机励磁用电机，对换向无特殊要求，运行电压在115V以下，通过查找比较碳刷的性能参数，发现D104型广泛用于换向正常、电压为80-120V的直流电机、汽轮发电机、同步发电机及电焊发电机等，如一般直流电机、直流发电机组、船电直流电机、专用直流电机、机车电机等场合，D104型电刷的适用范围更接近于本站机组（如表1）。故而我们选择D104型碳刷试用，结果，电刷与换向器间没有产生火花，而且经过一段时间的运行，换向器表面产生了氧化层，换向器被烧蚀的现象得到了避免，机组运行正常，收到了优良效果。