国网公司东北分部太平湾发电厂 辽宁丹东 118000
摘要：太平湾发电厂一号机开机试验时，零起升压出现异常，无法建立电压，后改为他励方式励磁，发电机能建起电压，但励磁电流较大，电刷伴有打火现象。最后改变几何中性线调整方法，使问题得以解决，本文对太平湾发电厂一号机开机试验时出现的问题进行分析。
关键词：试验；分析；处理
1.问题的提出
2015年12月18日13时，太站一号发电机大修完毕，各项措施恢复完毕，准备进行开机试验。当发电机空转到额定转速时，零起升压出现异常，发电机无法建立电压，怀疑是励磁系统出现故障。后改为他励方式励磁，发电机能建起电压，但励磁电流较大，励磁机电刷伴有严重的打火现象。因此，各级领导对此现象很重视，各工作人员立即查找缺陷。
2.打火原因分析
当励磁机即直流电机旋转时，电枢绕组元件从一条支路，经过电刷短路，进入另一条支路，元件中电流改变方向的过程称为换向。直流电机换向，电刷下就会产生火花。根据GB755—65，我们把电刷下火花分为五个等级：1级、1-级、1-级、2级、3级，在1-级前电机允许长期运行。但换向如果不好就会使电刷下产生较大的火花，甚至超过1-级，造成对励磁机换向器的伤害。一般换向不好主要有电磁、机械和工作环境等几方面原因：
2.1电磁方面
直流电机主磁极的励磁绕组通以直流电流时产生磁场，叫做主磁场。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，我们把通过电枢轴线并垂直于主磁极轴线的直线称为几何中性线。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，这种影响作用叫做电枢反应。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。
2.2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（应200克/厘米2），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。
2.3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。
3.针对出现的问题进行缺陷查找
针对开机试验时出现的问题，对照以上可能出现火花的原因，各部门立即组织人员进行了相应检查及试验，具体步骤如下：
3.1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）、整流子磨光等工作，开机打火现象依然存在；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）。开机试验打火现象依然存在。
3.2进行碳刷几何中心线调整
同时测量三号机碳刷几何中心线，进行对比无明显差别。回路直流电阻与二号机进行对比也无明显差别。
3.3进行机组空载试验
当发电机电压达到5000V时（发电机额定电压10.5KV），整流子有打火现象，达到9700V打火现象严重。不得不降低电压，因此曲线未达到饱和点（饱和点应将电压加到额定电压以上）。
3.4根据《规程》调整刷握间距，14个刷握平均分配1071个整流片，平均间距为76.5片。整体移动进行中心线调整，总体测量为0.27mV。
3.5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。再次进行几何中心线调整（0.09mV），依然打火。
3.6用直流法阻抗法再一次检验换相绕组接线的正确性，试验结果证明接线正确。
具体方法如下表
3.7进行励磁机空载试验，曲线和原始记录有差别。
3.8将励磁机重新分解检查，检查电气部分无异常，符合运行标准，但机械部位测量空气间隙稍有偏差，数据如下：
4诊断论证
针对以上现象，并查找相关专业资料，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，主要应改变电刷几何中性线的调整方法。
12月28号励磁机开始回装，之后按照另外一种新方法调整几何中性线。方法是：将换向器表面按实际尺寸14等份，用一张等长度的不宜折的结实的蜡纸，在上面画好尺寸，以任意一组刷握为基准贴到换向器上，然后按照画好的尺寸调整所有的刷握.调好后，再整体调整基座。在调整基座的同时，进行试验：先测一个值，然后向任意方向微调基座，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。最后测的数值如下表：
励磁机碳刷中性线位置调整试验统计表
在调整几何中性线的同时，还进行了刷握调整，所有刷握下边和换向器表面距离均调至3mm，然后研磨碳刷（回装前，先在升高片上粘一圈密封胶带，防止碳粉进入内部），用吸尘器吸去碳粉。之后开机研磨，并在侧面用风吹。经过半小时停机，撕去胶带，开机空转半小时自然研磨。
5处理结果
12月29号凌晨2点半太平湾发电厂一号机开机加励磁一次启动成功，励磁机无冒火现象，设备并网运行。
6结束语
通过对太平湾发电厂一号机的这次缺陷处理，我们总结了很多宝贵经验，特别是对碳刷几何中性线的调整，我们又掌握了新方法，为以后的设备检修及维护奠定了牢固的基础。
参考文献
[1]太平湾发电厂《励磁机检修规程》。
[2]太平湾发电厂《设备技术档案》。
[3]太平湾发电厂《设备技术指导书》。
[4]哈尔滨电机厂《水轮发电机励磁机几何中心线调整技术》。
论文作者:梅宏志
论文发表刊物:《电力技术》2016年第10期
论文发表时间:2017/1/9
标签：电枢论文; 电刷论文; 磁场论文; 换向器论文; 励磁论文; 磁极论文; 几何论文; 《电力技术》2016年第10期论文;