4000kW同步电机集电环烧损事故的在线修复与预防

沙慧　朱智　戴本俊

摘 要：文章针对一起轧机主电机集电环烧损事故原因进行了分析，介绍大型电机集电环烧损的在线修复方法及过程，同时从管理上、技术上提出了对类似事故的发生预防措施，为大型电机集电环在线修复提供了可借鉴的经验。

关键词：集电环；烧损；在线修复；预防措施

中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0093-02

1 概 述

马钢某公司开坯生产线的开坯机组由中冶华天设计，如图1所示，开坯机主传动驱动采用二台4 000 kW同步电机，系哈尔滨电机厂制造，型号为：TBP4000-16/3000。开坯机轧制原料为连铸圆坯，规格分别是Φ380 mm、Φ450 mm、Φ600 mm。工艺流程为连铸圆坯加热至出炉温度后，由托钢机构将圆坯送出加热炉，经高压水除鳞后，送入开坯机，经过开坯机往复轧制5～13道次，形成合格的中间坯料，送往下游轧机。

2 事故发生及原因分析

2013年12月1日晚22：05，当Φ600 mm圆坯到达开坯机前，准备轧制时发生主电机跳电故障，开坯轧机主传动控制柜报励磁过流故障，通过主传动柜故障复位按键复位无效，故障报警依然存在。根据故障代码，得知励磁接地。检查励磁回路绝缘，绝缘值达200 MΩ以上，属于正常。维护人员立即到现场检查主电机设备，发现同步电机一相12个电刷及刷窝全部损坏，集电环上有烧灼痕迹，如图2所示，故导致电机故障，造成非计划停产。

该电机运行情况在当日点检人员的二次检查中均未发现异常，事故发生前的一次设备点检距故障发生时间为50min左右，故障发生前15 min开坯机正常轧制一支钢，主电机各参数监控都无异常。当下一支钢坯到达开坯机前，主电机开始加速，钢坯进入轧机时故障发生，初步断定此次电机集电环烧损事故从发生到产生事故大约在半小时内。

事故发生后，电气检修人员对电机的集电环、电刷及刷窝残渣进行检查，集电环上大量电弧烧伤痕迹，并有一处压簧片粘在集电环上面；电刷外观及电刷导电铜辫绝缘套未见变色现象，电刷磨损情况良好，部分电刷已被击碎；刷窝恒压压簧无过热变色，刷窝固定螺栓有一根断裂。

集电环和电刷装置产生火花原因有多种，最常见的是电刷发热产生火花，严重的烧损电刷刷窝及集电环。产生过热的原因有通风不良、接触电阻过大或分布不均匀、机械及摩擦等原因。此次事故设备在短时间内由正常运行发展成烧损集电环，从现场损坏的部件上看不具有上述原因的可能性。综合分析事故系突发因素造成短时间内产生电弧，导致集电环烧损。

基于上述设备检查，得出事故直接原因为电刷刷窝由于震动，螺栓断裂，刷窝脱落到集电环上，造成电刷对其持续放电，高温作用将其压簧烧熔粘在集电环上，电机运转将其它11个刷架损坏并导致环火形成电弧，烧损集电环表面。

3 现场修复

集电环表面损坏即表面粗糙度被破坏，不能满足其与电刷的接触要求（电刷与集电环接触面积要达到70%以上），需要对集电环表面进行修复处理。由于主电机安装位置在厂房立柱间，且吨位大，行车无法使用，需要500 t汽车吊配合进行拆装，汽车吊在厂房内途径路线上的设备都必须拆除，周期长，吊装运输困难，加上拆装技术要求高，采用线外拆下修复的方法不现实，因此决定采用在线修复处理，如图3所示。

首先，将自制便携式小车床在现场安装定位，底座与电机底板焊接固定；

其次，在PLC控制程序内对电机的运行条件进行封点，使电机具备运转能力；

第三，便携式小车床的刀头保持水平且位于集电环中心处，通过电机的运转对集电环表面进行车削。

第四，因大电机集电环一般为合金钢质，硬度大，需使用合金刀头。

在车削过程中，电机的转速要控制在2 m/s左右，粗车进刀量控制在0.3 mm，精车进刀量控制在0.1 mm。精车后手摸集电环表面手感光滑，对毛刺及小缺陷使用磨石进行修磨。修复后的集电环表面粗糙度范围在0.025～3.2 μm，符合设备运行要求。

由于此次电机刷窝、电刷严重损坏，需要进行更换处理。刷窝安装时，需核对轴向位置，如电刷不在集电环表面的中心部位，必须进行适当调整。

刷窝安装后，装上电刷，每块电刷均应检查电刷铜辫是否正常牢固，接头焊接是否良好，铜辫是否有断股等。电刷在刷窝内要有0.1～0.3 mm的间隙，保持上下活络无卡阻现象。

4 预防措施

针对此次开坯主电机集电环烧损事故，无论在制度管理上、技术监督上都采取严格防范措施以避免类似事故的重复发生。

4.1 管理措施

①制定了“主电机专项巡检跟踪表”，巡检内容包括电刷弧光、刷窝紧固情况、电刷磨损情况、集电环磨损情况及温度等，跟踪表内注明检查方法及周期，并记录检查结果及检查人员，并为点检员配备了专用坚固工具、红外测温仪。

②修订“轧钢电气点检标准”，将主电机点检标准中增加集电环、电刷等点检内容，加大对设备定期检查的督察力度和考核力度。

③编制了“开坯主电机电刷检查步骤” 单点课，对轧钢区域点检员及运行协力人员进行知识培训，提高电气维护人员对主电机电刷检查认知度。

④从制度上要求生产期间点检员按“主电机专项巡检跟踪表”对每台主电机集电环室进行巡检，重点检查电刷磨损及压簧松紧情况、刷窝及其余紧固件的连接情况、刷窝与集电环之间的距离，及时消除存在隐患。

4.2 技术措施

①电机在使用过程中进行定期检查并保持清洁，清理时应注意集电环、电刷和引线的清洁。

②检查集电环，保持其表面光滑。若集电环表面不平时，则可用砂轮研磨或进行切削，切削时速度不应高于2 m/s，每一次进刀量不应大于0.1 mm，并用防尘布将电枢绕组包上或盖住，不得容许磨屑和铜末落入电机内，磨完后用压缩空气把集电环吹净。

③检查刷窝。与集电环的间隙应调整在3～5 mm间，电刷在刷窝内活动自如，其间隙一般在0.1～0.3 mm。检查电刷压簧压力，用手轻拉电刷，感觉无压力时更换压簧。

④检查电刷。电刷与集电环有良好的接触，电刷应全部贴在集电环的表面上。必要时可用细砂纸研磨电刷，但不能用金钢砂纸，把砂纸放到电刷下面顺着集电环表面拉动。为避免电刷磨成凸缘，电刷应放置在集电环的中部，电刷无偏移集电环外侧现象，电刷的边缘无崩裂情况。当电刷短于原长度的三分之二或接近磨损最低线时须更换，新电刷使用前必须适形研磨（磨弧），使之于滑环接触面大于70%以上。

⑤检查固定螺栓。使用扳手检查刷窝固定螺栓，做到无松动。

5 结 语

这次在线修复主电机集电环，改变以往电机集电环烧损采用线外拆下修复的方法，从技术上提出了明确的解决方案，采用自制便携式小车床在线修理集电环，整个修复过程仅耗时 23 h完成，提高大电机集电环修复作业效率，缩短了设备检修和故障处理时间，降低检修作业人员劳动强度，直接节约了生产成本。事故后，完善了主电机设备的点检、巡检制度标准，经过二年的执行，设备运行状态良好，同类事故没有再次发生。

参考文献：

[1] 王鼎才.发电机集电环烧损事故原因的分析[J].浙江电力，2005，（5）.