故障檢修與技術(shù)維護 |
斯坦福發(fā)電機(電球)常見故障原因和檢查 |
摘要:同步發(fā)電機作為柴油發(fā)電機組成套設(shè)備中的重要組成部分,其正常運行對于柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。然而,在實際運行中,同步發(fā)電機也會出現(xiàn)各種故障,這些故障會直接影響發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。此外,當斯坦福發(fā)電機許久沒有進行保養(yǎng),或長時間擱置,就有可能導(dǎo)致斯坦福發(fā)電機不發(fā)電。一般情況下,斯坦福發(fā)電機常見故障多發(fā)生在勵磁調(diào)壓裝置和各電氣連接部位。下面康明斯公司在本文將從其旗下品牌斯坦福發(fā)電機的故障類型入手,分析其原因和解決方法,以便更好地維護和管理同步發(fā)電機。
一、斯坦福發(fā)電機的常見故障
斯坦福發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。 定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1、斯坦福發(fā)電機過熱
斯坦福發(fā)電機沒有按規(guī)定的技術(shù)條件運行,如定子電壓過高,鐵損增大;負荷電流過大,定子繞組銅損增大;頻率過低,使冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢,影響斯坦福發(fā)電機散熱;功率因數(shù)太低,使轉(zhuǎn)子勵磁電流增大,造成轉(zhuǎn)子發(fā)熱。應(yīng)檢查監(jiān)視儀表的指示是否正常。如不正常,要進行必要的調(diào)節(jié)和處理(調(diào)整裝置電路如圖2所示),使斯坦福發(fā)電機按照規(guī)定的技術(shù)條件運行。
(1)斯坦福發(fā)電機的三相負荷電流不平衡,過載的一相繞組會過熱;若三相電流之差超過額定電流的10%,即屬于嚴重蛄相電流不平衡,三相電流不平衡會產(chǎn)生負序磁場,從而增加損耗,引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應(yīng)調(diào)整三相負荷,使各相電流盡量保持平衡。
(2)風(fēng)道被積塵堵塞,通風(fēng)不良,造成斯坦福發(fā)電機散熱困難。應(yīng)清除風(fēng)道積塵、油垢、使風(fēng)道暢通無阻。
(3)進風(fēng)溫度過高或進水溫度過高,冷卻器有堵塞現(xiàn)象。應(yīng)降低進風(fēng)或進水溫度清除冷卻器內(nèi)的堵塞物。在故障未排除前,應(yīng)限制斯坦福發(fā)電機負荷,以降低斯坦福發(fā)電機溫度。
(4)軸承加潤滑脂過多或過少,應(yīng)按規(guī)定加潤滑脂,通常為軸承室的1/2~1/3(轉(zhuǎn)速低的取上限,轉(zhuǎn)速高的取下限),并以不超過軸承室的70%為宜。
(5)軸承磨損。若磨損不嚴重,使軸承局部過熱;若磨損嚴重,有可能使定子和轉(zhuǎn)子摩擦,造成定子和轉(zhuǎn)子避部過熱。應(yīng)檢查軸承有無噪音,若發(fā)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子摩擦,應(yīng)立即停機進行檢修或更換軸承。
(6)定子鐵芯絕緣損壞,引起片間短路,造成鐵芯局部的渦流損失增加而發(fā)熱,嚴重時會使定子繞組損壞。應(yīng)立即停機進行檢修。
(7)定子繞組的并聯(lián)導(dǎo)線斷裂,使其他導(dǎo)線的電流增大而發(fā)熱。應(yīng)立即停機進行檢修。
圖1 斯坦福發(fā)電機結(jié)構(gòu)組成 |
圖2 同步發(fā)電機整流穩(wěn)壓調(diào)節(jié)裝置 |
2、中性線對地有異常電壓
(1)正常情況下,由于高次諧波影響或制造工藝等原因造成各磁極下的氣隙不均、磁勢不等而出現(xiàn)的很低電壓,若電壓在一至數(shù)伏,不會有危險,不必處理。
(2)斯坦福發(fā)電機繞組有短路或?qū)Φ亟^緣不良,使用電設(shè)備及斯坦福發(fā)電機性能變壞,容易發(fā)熱,應(yīng)及時檢修,以免事故擴大。
(3)空載時中性線對地?zé)o電壓,而有負荷時出現(xiàn)電壓,是由于三相不平衡引起的,應(yīng)調(diào)整三相負荷使其基本平衡。
3、發(fā)電機過電流
(1)負荷過大,應(yīng)減輕負荷。
(2)輸電線路發(fā)生相間短路或接地故障,應(yīng)對線路進行檢修,故障排除后即可恢復(fù)正常。
4、端電壓過高
(1)與電網(wǎng)并列的斯坦福發(fā)電機電網(wǎng)電壓過高,應(yīng)降低并列的斯坦福發(fā)電機的電壓。
(2)勵磁裝置的故障引起過勵磁,應(yīng)及時檢修勵磁裝置。
5、無功功率不足
由于勵磁裝置電壓源復(fù)勵補償不足,不能提供電樞反應(yīng)所需的勵磁電流,使斯坦福發(fā)電機端電壓低于電網(wǎng)電壓,送不出額定無功功率,應(yīng)采取下列措施:
(1)在斯坦福發(fā)電機與勵磁電抗器之間接入一臺三相調(diào)壓器,以提高斯坦福發(fā)電機端電壓,使勵磁裝置的磁勢逐漸增大。
(2)改變勵磁裝置電壓磁通勢與斯坦福發(fā)電機端電壓的相位,使合成總磁通勢增大,可在電抗器每相繞組兩端并聯(lián)數(shù)千歐、10W的電阻。
(3)減小變阻器的阻值,使斯坦福發(fā)電機的勵磁電流增大。
6、定子繞組絕緣擊穿、短路
(1)定子繞組受潮
對于長期停用或經(jīng)較長時間檢修的斯坦福發(fā)電機、投入運行前應(yīng)測量絕緣電阻,不合格者不準投入運行。發(fā)電機受潮后,發(fā)電機電氣性能會受到嚴重影響,可能會發(fā)生短路(短路時電流實測波形如圖3所示),從而會引起內(nèi)部燒毀或失火等事故。因此,要進行烘干處理。
(2)繞組本身缺陷或檢修工藝不當
造成繞組絕緣擊穿或機械損傷。應(yīng)按規(guī)定的絕緣等級選擇絕緣材料,嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴格按工藝要求進行。
(3)繞組過熱
絕緣過熱后會使絕緣性能降低,有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應(yīng)加強日常的巡視檢查,防止斯坦福發(fā)電機各部分發(fā)生過熱而損壞繞組絕緣。
(4)絕緣老化
一般斯坦福發(fā)電機運行15~20年以上,其繞組絕緣老化,電氣性能變化,甚至使絕緣擊穿。要做好斯坦福發(fā)電機的檢修及預(yù)防性試驗,若發(fā)現(xiàn)絕緣不合格,應(yīng)及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組,以延長斯坦福發(fā)電機的使用壽命。
(5)斯坦福發(fā)電機內(nèi)部進入金屬異物
在檢修斯坦福發(fā)電機后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中;綁緊轉(zhuǎn)子的綁扎線、緊固端部零件,以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。
(6)過電壓擊穿
過電壓擊穿時,可采用專業(yè)的試驗儀進行測試,原理如圖4所示。
① 線路遭受雷擊,而防雷保護不完善。應(yīng)完善防雷保護設(shè)施。
② 誤操作,如在空載時,將斯坦福發(fā)電機電壓升得過高。應(yīng)嚴格按操作規(guī)程對斯坦福發(fā)電機進行升壓,防止誤操作。
③ 斯坦福發(fā)電機內(nèi)部過電壓,包括操作過電壓、弧光接地過電壓和諧振過電壓等,應(yīng)加強繞組絕緣預(yù)防性試驗,及時發(fā)現(xiàn)和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。
圖3 發(fā)電機短路時A相電流實測波形圖 |
圖4 發(fā)電機電壓擊穿試驗儀原理 |
7、定子鐵芯松馳
由于制造裝配不當,鐵芯沒有緊固好,從而造成鐵芯片間短路。
(1)鐵芯疊片松弛,當斯坦福發(fā)電機運轉(zhuǎn)時鐵芯產(chǎn)生振動而損壞絕緣;鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱,使絕緣老化,就按原計劃條中的方法進行處理。
(2)鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時受機械損傷。應(yīng)用細銼刀除去毛刺,修整損傷處,清潔表面,再涂上一層硅鋼片漆。
(3)有焊錫或銅粒短接鐵芯,應(yīng)刮除或鑿除金屬熔接焊點,處理好表面。
(4)繞組發(fā)生弧光短路,也可能造成鐵芯短路,應(yīng)將燒損部分用鑿子清除后,處理好表面。
如果是整個鐵芯松馳,對于小型斯坦福發(fā)電機,鐵芯位置與結(jié)構(gòu)參考圖5、圖6所示,可用兩塊小于定子繞組端部內(nèi)徑的鐵板,穿上雙頭螺栓,收緊鐵芯。待恢復(fù)原形后,再將鐵芯原來夾緊螺栓緊。如果局部性鐵芯松弛,可先在松弛片間涂刷硅鋼片漆,再在松弛部分打入硬質(zhì)絕緣材料即可。
圖5 發(fā)電機定子鐵芯位置平面圖 |
圖6 發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)示意圖 |
8、失磁后不能發(fā)電
(1)停機后經(jīng)常失去剩磁,是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼,剩磁較少。當停機后勵磁繞組沒有電流時磁場就消失,應(yīng)備有蓄電池,在發(fā)電前先進行充磁。
(2)斯坦福發(fā)電機的磁極失去磁性,應(yīng)在繞組中通入比額定電流大的直流電流(時間很短)進行充磁,即能恢復(fù)足夠的剩磁。
9、勵磁電抗器溫度過高
(1)電抗器線圈局部短路,應(yīng)檢修電抗器。
(2)電抗器磁路的氣隙過大,應(yīng)調(diào)整磁路氣隙。
10、電壓升不起來
(1)勵磁回路斷線,使電壓升不起來。應(yīng)檢查勵磁回路有無斷線,接觸是否良好。
(2)剩磁消失,如果勵磁機電壓表無批示說明剩磁消失,應(yīng)對勵磁機充磁。
(3)勵磁機的磁場線圈極性接反,應(yīng)將它的正、負連接線對換。
(4)在斯坦福發(fā)電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電,導(dǎo)致剩磁消失或反向,應(yīng)重新進行充磁。
11、轉(zhuǎn)子故障
同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是其主要部件之一,如果轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障,會導(dǎo)致發(fā)電機無法正常運行。轉(zhuǎn)子故障的類型主要有以下幾種:
(1)轉(zhuǎn)子繞組短路:由于轉(zhuǎn)子繞組受到過電壓或過流等因素的影響,導(dǎo)致繞組短路。這種故障會導(dǎo)致同步發(fā)電機的電氣性能下降,甚至可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損壞。
(2)轉(zhuǎn)子繞組斷路:轉(zhuǎn)子繞組斷路是指轉(zhuǎn)子繞組中有一段或多段線圈斷開。這種故障會導(dǎo)致發(fā)電機輸出功率下降,同時也會使發(fā)電機的電壓和頻率不穩(wěn)定。
(3)轉(zhuǎn)子不平衡:轉(zhuǎn)子不平衡是指轉(zhuǎn)子的重心與轉(zhuǎn)軸軸線不在同一條直線上。這種故障會導(dǎo)致發(fā)電機產(chǎn)生振動,使機器運行不穩(wěn)定。
對于轉(zhuǎn)子故障,可以通過檢查轉(zhuǎn)子的繞組、進行平衡校正等方式來解決。如果故障比較嚴重,需要更換轉(zhuǎn)子。
二、發(fā)電機故障檢查方法
1、常見檢查方法
(1)檢查電源:首先檢查控制電源是否正常,電池電壓是否足夠。
(2)檢查接線:檢查斯坦福發(fā)電機的接線是否正確。同時檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組引線和斯坦福發(fā)電機的接地點是否牢固連接。
(3)檢查穩(wěn)壓器:檢查穩(wěn)壓器的繼電器是否工作正常,并且相互之間的互感器、穩(wěn)壓器是否運作正常。
(4)檢查監(jiān)測器:檢查監(jiān)測器是否工作正常,監(jiān)測器是否連接正確。
(5)檢查保護器:檢查保護器的設(shè)定是否合理,并檢查保護器的動作是否正常。
(6)檢查地線:檢查斯坦福發(fā)電機的地線是否良好。地線應(yīng)該是個獨立的電路接在地面上,且不和其他的電路共用。
對于其他方面,還可以檢查斯坦福發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是否松動,是否出現(xiàn)故障。如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)相關(guān)故障,可以根據(jù)具體情況進行排除。
2、不發(fā)電故障檢查
斯坦福發(fā)電機不發(fā)電多是因剩磁消失或內(nèi)部接線錯誤而引起,可用下述方法檢查:
(1)檢查風(fēng)扇皮帶緊度是否合適。如過松會使斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)速不足,造成成發(fā)電微弱。
(2)檢查整流子與碳刷配合情況。實際證明,斯坦福發(fā)電機故障大多發(fā)生在此處。拆下防塵罩重點檢查以下幾個方面:
① 觀察整流子表面情況,如出現(xiàn)碳黑色燒蝕斑跡或有油污將直接影響電流輸出,應(yīng)使用“00”號砂紙磨光,并用清潔布蘸汽油擦凈。如出現(xiàn)有光澤的紫灰色氧化膜,因它具有良好的耐磨性,可不磨出。
② 檢查碳刷與整流子結(jié)合壓力。用手指或螺絲刀在兩碳刷上加壓,如發(fā)電立即正常,說明碳刷彈簧過軟或碳刷過度磨損,應(yīng)更換新配件。若在運輸途中或田間作業(yè)時,可用鐵絲將碳刷彈簧固定端提起,與碳刷架接線螺釘相接,以作臨時補救辦法。
③ 用觀察碳刷與整流子間火花大小檢查兩者貼合是否緊密。將發(fā)動機控制在中速以上,然后搭接電樞,磁場接線柱,增大輸出電流,此時,碳刷與整流子接合面間應(yīng)出現(xiàn)微弱的小火花。如出現(xiàn)很大的電弧狀火花,會使碳刷與整流子很快燒壞,影響正常發(fā)電。這時可用手指對碳刷加壓,若火花消除發(fā)電正常,說明碳刷結(jié)合壓力過小;若火花仍不能消除,說明整流子表面失圓,云母突出,或電樞線圈部分短路,斷電,碰鐵。
(3)若上述檢查均正常,仍不發(fā)電,可用擦火法檢查斯坦福發(fā)電機接線及內(nèi)部情況,檢查時,拆下調(diào)節(jié)器,把電樞接線柱和磁場接線柱連一導(dǎo)線分別與電池接線柱相碰,觀察火花的情況。磁場線頭與電池接線柱相碰,通常有四種現(xiàn)象:
① 發(fā)出藍白色的小火花,說明激磁電路聯(lián)接良好。
② 無火花,說明激磁電路斷路。此時,將磁場線頭接到電池接線柱上,然后拆下斯坦福發(fā)電機上的磁場接線柱的柱頭,與機殼相碰,如有火花,則說明連線完好,而是激磁線圈發(fā)生斷路;如仍無火花,則說明連線斷路。
③ 若發(fā)出暗紅色的小火花,說明激磁線路某處接觸不良。此毛病常因假焊造成。
④ 發(fā)出很強的大火花并伴有響聲,說明激磁電路碰鐵。此時應(yīng)拆下斯坦福發(fā)電機上的磁場接線柱線頭,將調(diào)節(jié)器處的磁場線頭再與電池接線柱相碰,如有火花,即證明磁場線圈碰鐵。
3、發(fā)電不正常的檢查
(1)接地劃火法:
將發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在中速以上,而后將斯坦福發(fā)電機的電樞磁場線柱暫時短路,用螺絲刀將電樞接線柱瞬間與機殼觸碰一下,如出現(xiàn)很強的藍白色大火花,說明發(fā)電正常;如出現(xiàn)暗紅色小火花或無火花,說明不發(fā)電。這時將風(fēng)扇皮帶調(diào)緊一些,拆下電樞、磁場接線柱上去往調(diào)節(jié)器的線頭,然后再按上法試一下,如火花正常,說明皮帶過松或到調(diào)節(jié)器的電樞、磁場連線碰鐵。如仍無火花說明斯坦福發(fā)電機有故障。接地劃火法簡便易行,但不能準確地查出斯坦福發(fā)電機發(fā)電不足的故障。
(2)空載電壓法:
也叫蓄電池檢測法,電路如圖7所示。首先將風(fēng)扇皮帶的緊度調(diào)整適中,拆下通往調(diào)節(jié)器的電樞、磁場接線頭,而后用導(dǎo)線將斯坦福發(fā)電機上的電樞、磁場接線柱短路。在蓄電池正極搭鐵電系中,用直流電壓表(5—50伏)的負表筆與斯坦福發(fā)電機的電樞或磁場接線柱相接。正表筆接機殼,觀察表針讀數(shù)。220瓦斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1250轉(zhuǎn)/分,電壓應(yīng)為12.5伏。當轉(zhuǎn)速達2800轉(zhuǎn)/分時,可達35伏。150瓦斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)速1650轉(zhuǎn)/分時,可達27伏。如電壓值低于要求值3伏以上時,說明斯坦福發(fā)電機不正常。
(3)發(fā)電機試驗法:
電路參考圖8所示,將斯坦福發(fā)電機電樞,磁場接線柱短接后,串一電流表接到蓄電池的負極,蓄電池正極接斯坦福發(fā)電機外殼。如果在機車上檢查時,應(yīng)將調(diào)節(jié)器三個接線柱用導(dǎo)線短接。電路接通后,斯坦福發(fā)電機立即平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。對于150瓦斯坦福發(fā)電機電流不大于6.5安,220瓦斯坦福發(fā)電機不大于5.5安。如斯坦福發(fā)電機不轉(zhuǎn),說明斯坦福發(fā)電機內(nèi)部短路,斷短或接錯;如聲音正常而電流很大,說明激磁線圈或電樞線圈間發(fā)生短路;如電流正常而有雜音,說明軸承缺油;如電流大而又有雜音,說明軸承間隙過大,造成轉(zhuǎn)子掃膛或某部分裝配不當發(fā)生摩擦;如聲音正常但電流小(3—4安),整流子又有較大火花出現(xiàn),說明電樞繞組局部斷路。
用這種方法檢查斯坦福發(fā)電機的故障時,要注意兩點:
① 電流和聲音都正常,有時仍不能發(fā)電,這是因為斯坦福發(fā)電機磁極鐵芯不能被磁化引起。當磁極鐵芯質(zhì)量不好,或被猛烈撞擊造成磁分子嚴重紊亂時,激磁線圈在12伏電壓下建立的磁場不能將鐵芯磁化。這樣鐵芯就無剩磁,不能發(fā)電,此時應(yīng)將充磁電壓提高一倍。
② 發(fā)電機做直流發(fā)電機試驗時的轉(zhuǎn)速高低,與電源電壓成正比,與每極磁通成反比。所以當斯坦福發(fā)電機運轉(zhuǎn)后,若摘掉磁場線頭,磁場突然減小,斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)速就會突然升高。此時由于磁場很弱,斯坦福發(fā)電機反電勢很低,從而使通往電樞內(nèi)的電流增大很多,因此做此試驗時不應(yīng)將磁場線脫開。
圖7 調(diào)壓器電壓信號蓄電池檢測法 |
圖8 調(diào)壓器電壓信號發(fā)電機檢測法 |
總結(jié):
同步發(fā)電機的故障類型比較多,需要及時檢查維護,確保發(fā)電機的正常運行。如果發(fā)電機出現(xiàn)的故障情況比較復(fù)雜,還可以根據(jù)具體情況進行更詳細的排查和修復(fù)。總之,斯坦福發(fā)電機起動故障需要進行詳細的檢測和排查,根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的解決方法。只有這樣,才能確保同步發(fā)電機能夠正常起動并運行。另外,用戶的管理部門要加強對同步發(fā)電機的管理和維護,確保柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定性和可靠性。
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