烟机机组电动机本体转子滑环故障分析

胡志杰

摘要：通过一起有刷励磁同步电动机转子滑环故障，发现同步电动机转子上滑环和碳刷部分存在缺陷，导致碳刷打火严重电机停机故障，并针对此故障分析原因及应对措施。

关键词：电机转子;碳刷;压簧;滑环

1故障现象

1.1电机运行工况及基础参数

同步电动（发电）机是催化装置中烟机四机组系统的重要组成部分。其运行工况依据生产情况决定，本周期内绝大部分时间运行在发电状态，发电功率在500kW-1200 kW之间，期间因蒸汽、机组原因短周期内电动运行，电动机功率在1000kW-2700 kW之间，电机励磁运行电压在35V-43V之间，励磁运行电流在85-170A之间。电机从投运至今已运行28年。

1.2故障现象

2018年12月25日，电气人员巡检至烟机，检查电机碳刷时发现电机北侧轴负极端两个碳刷与滑环之间跳动打火磨损严重，随后更换了两组碳刷，但更换后并无改善。电气专业人员手动调整励磁柜的输出励磁电流，减小其输出，多次调整碳刷角度及更换碳刷后，打火和磨损现象仍无改善，且愈发加剧，达到难以控制状态。针对此情况，电气专业人员立即停机检查，通过对电机转子滑环检测分析，判断电机滑环严重受损，后轴负极端滑环已经出现多处凹槽和麻面，碳刷与滑环表面无法有效接触造成严重打火及磨损、跳动现象，电机前轴正极端也出现了较深的沟槽，但表面平整度磨损情况稍好一些。

2处理过程

依据电机滑环磨损情况分析对比，现场确定了检修方案，即将电机转子抽出外送专业维修公司对滑环进行车削打磨处理。参照厂家提供标准值：转子跳动值不超过0.02mm，滑环表面光洁度达到0.4。

2.1滑环车修、抛光：

尾端滑环直径D=288mm ，宽度b=60mm;联轴器端滑环直径D=295mm ，宽度b=60mm;利用75强力车刀进行精车，精车削速度=50 mm/min，车削深度1mm，控制进给量4*0.5mm，车削完成后采用打磨、滚压、抛光等方法，对滑环表做进一步精细处理。

2.2车修后的滑环尺寸：

车修后的滑环外径尺寸，尾端滑环直径D=286mm，联轴器端滑环直径D= 293mm。两端滑环车修量均为2.0mm，尾端滑环散热风道深度=0.6mm，联轴器端滑环导散热风道=4.2mm，修复后滑环表面平整光滑。

2.3转子跳动值测量

转子两轴端经检测跳动值为0.01mm，负极端滑环外径跳动值偏高达0.45mm接近于轴颈。外径整圆切削，车修后的滑环跳动值低于0.02mm，符合厂家出厂技术要求。同时对电机转子联轴器端外齿、内齿进行着色检验，未发现裂纹。

26日晚19：00转子回装完毕。同时更换、调整正极刷握、压力弹簧、刷杆支架、碳刷共4套;更换负极碳刷、压力弹簧、刷杆支架、共4套，调整负极刷握4个。烟机组滑环、碳刷处理工作结束。之后各专业确认正常后，四机组开始进行油运、低速暖机，至21：30电机拖入同步合闸，27日凌晨00：23分，四机组满负荷运行，电机运行在电动状态，运行功率2500kW。上午10：30分，电机改发电运行，发电功率1000kW。电机合闸运行后，滑环碳刷之间运行无打火现象，每个碳刷的运行电流、表面温度基本平衡，前后轴端碳刷运行良好。

3故障原因分析

3.1直接原因

3.1.1烟机四机组运行工况发生变化，造成电机轴向位移会随工况负荷变化而变化，致使整个机组的振动很不稳定，从而造成碳刷与转子滑环长期运行不良，此种工况恶性循环，使滑环表面磨损严重产生麻面，滑环产生电化腐蚀，损坏滑环表面光洁度，当光洁度损坏到一定程度时，就造成了滑环表面严重凹凸不平，使碳刷与滑环接触不良，一定程度上增大接触电阻，从而使碳刷发热严重，造成碳刷与滑环之间产生较大跳动无法紧密接触，引发严重打火和磨损。

3.1.2碳刷质量：不同碳刷的硬度及材料成分不同。如碳刷材料中含有硬度较大的杂质，极易在运行中通过与滑环表面摩擦，破坏滑环表面。

3.2间接原因

1）恒压力弹簧压力不均、长时间使用、更换不及时。现场使用的碳刷恒压力弹簧不是同一批次，彼此之间压力会存在差异，压力太大会磨损严重，压力太小会接触不良，加之弹簧弹簧使用寿命过长会出现弹簧疲劳的现象，从而易产生打火、发热现象，长期运行便造成滑环表面光洁度和平整度变差。

2）转子及滑环长期高速运行会产生不同程度的变形，滑环可能会出现不圆或者偏心，会使碳刷与滑环接触不可靠，在运行时出现碳刷跳动打火现象。

3）刷架的中心线不完全垂直于滑环圆周切面，会造成碳刷的接触不良，使碳刷电流偏差增大，增加滑环的磨损。

4）车间及班组相关人员对电机碳刷出现异常及缺陷后不够重视。

4、举一反三及措施

4.1加强设备管理工作

4.1.1正确选择碳刷型号及恒压力弹簧，确保同型号、同厂家，做好做足备件。

4.1.2每日对发电机滑环、碳刷进行检查，测量其温度以及每个刷辫的电流，确保碳刷与铜辫接触良好及回路中各螺丝是否上紧，确保刷架角度无偏差，并建立台账。

4.1.3定期清理刷架灰尘、清理滑环表面污垢。

4.1.4碳刷磨损到1/2处需进行更换，新碳刷使用前需研磨，保证接触面在70%以上。并建立台账对每次更换碳刷的时间点及更换位置进行记录。

4.1.5新压簧投用前对其进行试验，保证各压簧压力值在1.3Kg/cm²-1.7Kg/cm²之间，各压簧压力差别不超过10%，并建立台账。

4.1.6检查碳刷接线应良好且无接地，烧伤和过热现象。碳刷应压力均匀，在刷握内无摆动，卡住及跳动现象碳刷在刷握内应能够上下自由活动，（一般间隙为0.1～0.2mm），边缘无脱落现象，铜辨无断股。

4.2由于老机组使用年限过长，车间已经上报电机更新计划，购置电机备台，应对突发故障，缩短机组维修时间。

5、结束语

通过催化烟机这起碳刷部分打火严重，造成电机停机故障，总结了一套烟机机组转子滑环碳刷运行检测、维护的有效方法，可靠地控制住碳刷温度、电流在适当的范围内运行，锻炼提高了电气运行人员的专业素质和维护技能以及此类突发事件的应变能力，对以后保证设备安全、稳定运行及其碳刷运行维护工作均有较好的指导意义和借鉴作用。

参考文献

[1]于文博.催化裂化裝置主风机烟机机组用能分析及节能措施[J]化工管理. 2018，（18）：176