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发生环火事故后应采取的检查和处理方法


《电气与电控》 / 2012-07-13

  直流电动机产生环火的原因及预防发生环火事故的措施以及发生环火事故后应采取的检查和处理方法

  环火是一种恶性事故。在直流电动机的运行中,由于换向器片间累积击穿,换向严重恶化,或者电动机频繁启动和连续过载,均会产生正负极性刷架之间电弧飞越,环绕换向器表面出现一圈强烈的电弧,并伴随强烈的弧光和巨响,这种现象称为环火。


  换向器产生环火有以下两方面的原因:


  (1)片间击穿。


  1)当换向器片间电压较高,而电动机运行中又产生过电压时P171737,由于换向器片间累积击穿而产生环火。


  2)由于对换向器维护不良,清扫不认真,换向器云母沟中积存炭粉和铜粉,或由于电桥挤铜,换向片铜毛刺延长导致相邻换向片短路,这些导电物质都构成云母沟中的导电桥。当这种导电桥随电枢旋他而进入主极区时,换向器表面电位梯度增大,通过的电流逐渐增加。当电流产生的电动力超过维持导电粉末定位的力时,这些导电粉末所构成的导电桥就会错位,因此导电桥由于熔化灼热而产生片间闪络。如果导电桥断裂点的有效电压超过电弧最低电压,就产生电弧。当导电桥断裂部位的宽度增大到云母沟宽度时,维持电弧的电压也需增加。如果片间电压和起弧时的感应电压大于维持电弧的电压,则电弧将继续存在。在一定条件下,片间电弧将扩展到正负两个极性刷架之间,而最终造成环火。


    (2)严重的电刷火花。电刷火花是换向器产生环火的另一个主要原因。当直流电动机在恶劣的负载条件下运行,换向器表面滑动接触受到严重破坏时,电刷与换向器之间就会产生严重火花。当换向器的火花增大到一定程度时火花形成的电弧将引起电刷和换向片燃烧和气化并在燃烧区形成一个等离子区域,而这个电弧又被旋转的换向器沿电刷磨道拉长。当电弧被拉长到一定长度的某一换向片时,电弧能否继续燃烧,就取决于换向器表面的电位分布和电弧特性。如果该换向片的电位小于电弧的维持电压,则电弧将熄灭;如果该换向片的电位大于电弧的维持电压,则电弧将持续燃烧,并将继续延伸。而电刷磨道上空气的电离则为电弧的延伸创造了条件。当换向火花能量增大到某一量级时,电弧将伸展到异极性电刷上,从而造成环火。


    由于环火事故发生的时间很短,而且又在电动机内部发生,所以很难用继电器、空气断路器或速断空气断路器来保护,通常只能从设计和运行维护方面采取措施来预防环火,主要的措施有:


    (1)采用补偿绕组。直流电动机加设补偿绕组,有以下作用:①解决换向极饱和问题,改善过电流换向;②抵消横轴电枢反应,消除主磁场畸变现象,使换向器电位分布曲线较为平滑,因为此分布曲线实际上就是气隙合成磁场的空间分布曲线的积分;③有利于抑制电刷火花和片间电弧的扩展。对于无法采用补偿绕组的小型电动机,采用不同心气隙,也可削弱气隙磁场的畸变。


    (2)改善换向器表面处理质量,特别是改善换向片的倒角和片间云母下刻质量,以及消除换向片上的端部尖棱、夹角,可以有效地防止环火。


    (3)限制换向器圆周上单位长度的电位差,并适当降低片间电压。对于大型电动机,片间电压最好不高于16V,小型电动机不高于18V。对于片间电压较高P171716、经常出现环火的电动机,应适当降低过电压保护值。


    (4)在刷架之间的空间,用耐弧隔板进行挡隔,可以抑制电弧扩展和减轻环火造成的损害。


    (5)在线路上装设保护装置,主要采用以下几种保护:①对并联工作的电动机分别进行保护,其中某台电动机一旦产生环火,不至于对其他电动机造成危害;②在线路上装设速断保护装置,即电动机一旦产生环火,保护装置就迅速将电动机从电网断开;③采用火花放电器来限制整流子片间电压,一旦出现过电压,整流子片间电压也不会过高,从而降低了产生环火的几率。


    (6)加强换向器的维护,如经常清理、擦拭和吹扫,以防止片面‘积尘和产生的铜毛刺。特别是换向不良而又出现过环火的电动机,更应加强换向器的运行维护。


    发生环火事故后,一般应进行以下检查:


    (1)检查绝缘电阻。发生环火事故后,首先打磨毁损烧黑的换向器和吹扫绕组,然后用绝缘电阻表测量各绕组的绝缘电阻是否符合规定,以确定绝缘是否需要处理。


    (2)测量片间电阻,以检查升高片和电枢并头套有无开焊和片间短路现象。


    (3)检查换向器表面是否氧化,是否由于电弧烧伤而出现点状凹陷,换向器端部是否局部烧损,有无较深的烧蚀痕迹。


    (4)检查电刷和刷握的受损程度,刷握和电刷烧损数量。


    (5)检查刷架和导电环是否出现缺陷P167890,确定需要修补或更换的零部件。


    (6)检查主极绕组、电枢绕组、换向极绕组和补偿绕组是否受到损伤。


    (7)由于出现环火后有强大的轴电流通过轴承,因此应检查轴颈和轴瓦接触面上是否出现严重的麻点,轴瓦的巴氏合金是否熔化。


    (8)检查轴承和定子的固定螺钉是否因环火产生的巨大短路力矩而松动。


    发生环火事故后,根据电气器件的损伤情况,可分别按以下方法进行处理:


    (1)表面发黑的换向器,可用砂纸或换向器磨石进行清理性打磨;表面轻微灼伤、灼痕较浅换向器,可用换向器磨石进行一次打磨;严重烧灼的换向器,应重新车削外圆;烧蚀严重、无法修复的换向器,应给予更换。换向器打磨或车削后,应重新进行倒棱和下刻,并且处理后必须测量片间电阻。


    (2)更换烧损的电刷和刷握,电刷牌号应与原来的相同,电刷压力应调整均匀。
 

    (3)对受损的绕组和其他部件进行焊补或更换。
 

    (4)如果绕组和导电部件表面的绝缘仅受铜、炭蒸气的蒸熏而绝缘电阻下降,可用棉布沾少许汽油和四氯化碳擦去绝缘上凝聚的铜和炭微粒,然后测量绝缘电阻;如果擦洗清理后,绝缘电阻仍然没有提高,则应清洗并烘干整台电动机。若表面绝缘层被电弧烧焦,则应剥去烧焦的绝缘层,重新进行绝缘处理,处理后绝缘电阻应高于允许标准。


    (5)如果轴瓦上仅出现被轴电流烧灼的轻微灼点,则刮研后轴瓦可继续使用;如果灼点密集并且灼痕很深P163323,则应换上备用轴瓦和重新浇铸轴瓦。处理轴瓦故障时,应检查轴承座的绝缘层是否正常。


    (6)检查并紧固定子和轴承座的固定螺栓。

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