内燃机车主发电机典型故障案例的分析

王晓军

（山西省长治市潞安集团铁路运营公司， 山西 长治 046000）

引言

主发电机是内燃机车将机械功转换为电能输出的电力设备，它的功能完善与否直接关系到机车功率的发挥。DF8B型内燃机车主要装配为204系列主发电机，本文就针对该主发电机近年来的故障类型进行分析，有针对性地提出了预防措施，为保障DF8B型内燃机车主发电机的安全稳定运行提供了参考[1]。

1 电枢绕组支路节点电蚀性断路

1.1 故障发生的原因分析

主发电机电枢绕组主要指三相电枢绕组，造成三相电枢绕组烧损短路的原因：第一，主要为结构性缺陷引起机车运用性故障，绝大多数情况下为三相电枢绕组支路中焊接节点因长期在柴油机和主发电机振动与电磁激振下，三相电枢绕组集流环支撑点螺栓断损，造成集流环上支路焊接节点开焊，形成“电铃”接触产生电蚀烧损，从一点到多点，而此发生点多数在主发电机圆周上的时钟下午4时至5时或7时至8时的区域内。第二，为电枢绕组绝缘老化或被外来利物划破，所造成的绝缘破损短路引起的主发电机损坏故障。此类故障一般属波及性损坏，机车在此类故障发生之初，无故障现象,当发生到一定程度时，在主发电机电流表上有所波动[2]。

1.2 典型案例分析

1.2.1 案例介绍

一辆DF8B型机车在进站前，机车主回路发生接地，接地继电器（DJ）起保护作用，机车卸载，微机屏显示接地。进行DJ解锁恢复后，再提主手柄加载时，发现柴油机转速不升，机械间冒出“怪味”烟雾，机车无法运行。经检查，为主发电机定子绕组烧损，请求救援。区间总停时70 min。

1.2.2 故障分析

该台机车返回段内，经初步检查，主发电机内靠下部电枢绕组部分被短路烧损，以及相应导电集流环上的支路节点接线被烧蚀脱开，主发电机内下方部位一导电集流环支撑紧固螺栓断裂。将主发电机吊下，未解体，直接返大厂修。

此故障属机械性破损故障，初步判断为电枢绕组集流环上的支点紧固螺栓疲劳性断裂后，造成该支撑点的集流环松动，在机车、柴油机、主发电机的振动综合作用下，使集流环上相应的线圈支路焊接点呈疲劳性开焊，成虚接的“电铃”接触，引起接触电阻增大，造成电熔电蚀性烧损。而在此过程中，随着漏电电流的增大，造成定子三相绕组线圈间的短路，使其短路烧损。此故障属主发电机结构与运用综合性故障。值得注意的是，主发电机电枢绕组将受到接地继电器DJ的保护，当主发电机电枢绝缘破损接地时，是不能使用屏蔽性处理措施的，如果使用此方法，主发电机将会报废[3]。

1.2.3 预防措施

此故障属主发电机结构线圈线路机械性断路虚接，造成电枢绕组间电蚀性短路烧损。此故障为主发电机内部线圈虚接断路，有不可视性，静态检查困难。但经双臂电桥进行三相绕组对称测试检查是能检查出来的。作为预防性措施，如果能在早期发现，可避免主发电机报废。当主发电机内某支点虚接时，将引起此点处接点的绝缘损坏，电热性加强，反映在主发电机外壳的温度升高。支路接点由开路到短路烧损会有一渐进的过程，在此过程中，一般在主发电机动态的情况下很容易发现，即用手摸主发电机外壳，均能查出其故障点。204型主发电机其电枢绕组与励磁绕组绝缘等级均为H级，当此温度传导到机壳外界应有所下降。

2 电枢绕组尾端绝缘老化短路烧损

2.1 故障发生的原因分析

电枢绕组尾端鼻部主要指形成线圈各绕组出电枢槽的环形部。该部位悬空并不与机体相连，又在主发电机壳内侧，日常无法检测到，该部位受电化性及高温环境下催蚀，加上油气化学性侵蚀易引起绝缘老化带来的绝缘不良。同时该部位在发生绝缘不良的初始期，接地继电器（DJ）还不能对此点起保护作用，机车在日常检查检测时，也无法对该部位进行检测。在主发电机持续工作环境下遇到的电枢绕组工作温度上升过高，加上自身绝缘物老化导致的绝缘强度不够而被匝间短路烧损（见图1），因此多数情况该处发生短路故障时，接地继电器（DJ）是不能起到保护作用的。

图1 主发电枢绕组尾端鼻部短路烧损

2.2 典型案例分析

2.2.1 案例介绍

DF8B型机车在加载运行中，主发电机电压、电流输出异常后，机车无功率输出。学习司机检查发现主发电机处冒出大量烟雾，便立即停车。停车进行检修，故障无法排除，开始请求救援，区间总停时64 min[4]。

2.2.2 故障分析

该台机车返回段内，经解体检查，发现为主发电机电枢绕组后端鼻部环形圈处绝缘老化，在主发电机热状态下，引起线圈绕组匝间短路。使机车无功率输出，被迫停于区间，请求救援。注意，该处属定子绕组悬空部位，与机体部分分离，初期绝缘损坏时，漏电不能接地，因此初始期接地继电器不能起保护作用。

2.2.3 预防措施

该类故障属电机电枢绕组电气绝缘老化，引起主发电机定子绕组短路。对该类故障的预防有一定障碍，主发电机属内置部件，只能通过绝缘测试的方法检查，运行机车不能随时检查。而运用人员很难通过直接检查的方法检查出来，只能在主发电机的负载中，进行相应间接识别判断。若主发电机的电压或电流出现大的波动，应检查主发电机四周外壳温度，当其外壳某处的温度有异常时，即可判断该点相应的主发电机电枢绕组发生故障。这时，应降低主发电机输出功率，维持机车运行进站，待确认后，更换机车，以避免机车大部件破损与堵塞正线的事件发生。

3 主发电机滑环环火

3.1 故障发生的原因分析

主发电机环火主要发生在滑环与碳刷接触的位置，与牵引电动机环火有所区别，该类环火绝大多数情况下由碳刷与滑环接触不良引起。其成因有碳刷压指弹簧压力不够；滑环表面有电蚀性麻点；滑环表面上附着有异物（见图2）；采用不同牌号的碳刷；主发电机励磁支撑裂损，造成圆周运转中摆幅加大，导致碳刷与滑环接触不良。

图2 主发机滑环电蚀性烧损情况

3.2 典型故障分析

3.2.1 故障介绍

DF8B型机车在运行过程中，主发电机发生环火，并伴随有“放炮”声，渐渐出现机车无功率输出，调整碳刷压力等技术处理措施无效后请求救援，区间总停时57 min。

3.2.2 故障分析

机车返回经解体检查发现主发电机刷架机械性移位，主发电机法兰和柴油机连接轴的连接螺栓全部断裂，其中有一条是完全脱落。故障成因为该台机车在大修时主发电机法兰与柴油机弹性联轴节的连接螺栓紧固力矩不足，在机车运行中逐步松动脱落，使转轴中心产生偏移。而滑环装置在主发电机的转轴上，因此导致刷架偏移。由于滑环发生斜置出现摆幅不正，使碳刷底面与滑环接触面积减少，主发电机在加载运转中因此发生环火，机车无法加载。

3.2.3 预防措施

机车出段启机运转时，应认真检查确认主发电机滑环的旋转摆幅，当发现超值时，应立即通告机车地勤质检人员进行相应检查。当机车运行中，遇到此类故障时，可适当降低机车功率，维持机车运行至前方站。发生此类故障机车不能长时间运行，为避免区间停车，防止堵塞正线的事件发生，应尽快就近靠站停车。

4 主发电机励磁绕组断路

4.1 故障发生的原因分析

主发电机励磁绕组是由若干线圈串联而成，因主发电机类型不同，其励磁线圈的串联个数也不相同。由于机械振动的存在，其线圈间的串联连线容易因疲劳发生机械断损。同时，励磁绕组的电源是通过滑环引入，其滑环端的接线端子为有色金属的扁铜线，也存在疲劳性机械断损，呈现“电铃状”接触引起电蚀性烧损。主发电机励磁绕组属机车励磁回路，故障一般发生在机车运行中，其故障现象为机车无功率输出，机车保护装置不能对其实施保护。

4.2 典型案例分析

4.2.1 案例介绍

DF8B型机车在运行中，机车突发性无功率输出，停车检修后故障仍未排除，区间总停时84 min。

4.2.2 故障分析

该台机车返回段后，经检查，发现主发电机励磁绕组阻值无穷大，经进一步解体检查，发现其励磁绕组中一线圈的连接线的引出接线从根部断损后烧损。其原因为该连线绑扎不牢，在机车、柴油机振动下，加上主发电机自身的激振，使该连线在振动中发生疲劳性机械断裂后电蚀性烧损。因主发电机励磁线圈为串激绕组组成，当其中一线圈连接线发生断路后，其励磁电路是无励磁电流流过的，因此不能建立起感应磁场，也无感应电动势，而导致机车无功率输出。

4.2.3 预防措施

此故障属机车电机连接线结构疲劳性机械断损故障，属主发电机内部隐蔽不可视故障，在机车出段前的技术检查作业中，凭日常检查手段查出此类故障难度大。在机车运行中，该类故障司乘人员是无法处理的，主要在于是否能准确的判断，避免延误行车时间。该类故障的表象是控制电路无故障，操纵台上卸载灯熄灭，机车无功率输出。检查时，仅需对励磁回路进行检查，即在机车加载的情况下，用试灯检查励磁回路的三级电路，其中第一、二级可用手摸的方法，第三级电路用试灯，在LC主触头被垫开的情况下，将试灯串接在动、静触头间。机车加载，若试灯亮，第三级电路为正常，否则，第三级电路发生断路。