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【摘 要】 珠海站10KV3M#1并联电抗器631开关为西安森源公司产品，型号：VS1—12/1250出厂时间：2009.09.21，合闸、分闸、储能回路均无整流桥，储能电机为ZY-CJ06永磁直流电机，操作电压为直流110V。该设备在长时间运行期间出现了一些故障，现本文就重点对引起该故障的原因进行了分析，并提出了改善措施。
【关键词】 直流机电;接触不良;储能故障
一、概况分析
220KV珠海站10KV3M#1并联电抗器631开关出现了不能储能缺陷，运行人员将小车开关拉至试验位置时，投上储能电源把手，储能电机又可以储能，但出力声音缓慢。工作负责人完成相关工作票许可手续后，打开小车开关前盖板，分合几次后，机构反复出现不能储能情况，偶尔可以储能时，电机转速较慢。手动储能后，电动分合正常，分、合闸回路正常。通常情况下发生这种故障的原因主要为电气和机械两方面。具体如表1所示：
表1 故障原因及处理办法
种类 序号 故障原因及分析 处理办法
电气 1 储能整流桥坏 检测并更换整流桥
2 SP1SP2微动开关损坏 检查修复或更换微动开关
3 电机极性接反 检测并调整正确接线
4 控制回路断线 检查储能回路接点，接头
机械 1 机械传动损坏 检查修复损坏部件
2 电机问题 检查炭刷是否正常，修复或
更换炭刷。否则更换储能电机
二、分析是否为电气原因
储能回路较为简单，只通过行程开关SP1（常闭接点）的开闭状态控制。未储能时，SP1常闭状态，在储能控制电源投上后，即可储能;储能后，储能压板在机械转轴的作用下转动，使SP1压下，接点断开，储能回路断开。储能灯是SP2（常开接点）控制的，未储能不亮，储能后亮。储能回路主要结点为（图1）：
图1
（一）逆向法分析
1、插上排插，拔下电机下端接线端子（18-8、18-9），投上储能控制电源，用万用表分别量取回路进线两接点电压（图2），正负端为正负55左右，如果电压值达标说明回路良好;
2、如果电压值不达标，拔下开关排插座，量取排插座进线储能回路接点25、35是否有电，如电压值正常，说明为机构内部电气原因（储能行程开关，回路接点），原因种类有：接地故障、短路故障、接点接触不良、行程开关接点不可靠等;
图2
3、如上步骤测量后，没有电，说明机构外部电未到小车开关，查明外部电源电压（继保、储能总控制开关，操作把手）。
（二）结论
631开关在步骤一量取后，接线端子（18-8、18—9）的电压值分别为-58V和56V，说明电气回路良好，可能为机械部分原因。
三、分析是否为机械原因
（一）直流电机原理
在排除電气原因后，再次测量电机进线接线端子（18-8、18-9）的电压是否达标，符合标准后，电气缺陷可以排除。将端子装复，投上电源开关和操作把手观察电机储能情况，若不能储能则为机械原因导致。
机械原因可以分为储能机构传动故障和电机故障。由于电机故障种类较多，而且不同运行方式电机的故障类别也有不同，其不同类别电机的原理、结构和故障类别不能一一详细列出（可在网络搜寻相关资料学习），简单说明而已，这里主要介绍直流电机原理结构和VS1型断路器储能电机更换步骤。
电机按其种类可分为直流电机、交流电机、交直流两用电机;按其相数可分为单相和三相。我们供电系统常见的电机为三相交流电机（风扇），单相交流电机、单相直流电机和交直流两用电机。
图3 单相直流电机工作原理和结构
工作原理：建立在电磁力定律的基础上，F=BILCOSθ（B：磁场强度，I：导体电流，L：导体有效长度，θ：磁场和导体夹角），力的方向用左手定则判定。利用换向器（由互相绝缘的铜质换向片构成，装在轴上，和电枢绝缘，且和电刷一起旋转）和电刷的导通作用使电流方向恒定，产生方向不变的电磁转矩，使电动机连续旋转。
结构：1、机罩2、主磁极3、端盖4、换向器5、换向极和电刷6、绕组绝缘7、机座8、电枢绕组9、电枢铁芯
这种电机实质上是直流串励电动机。只是为了使它能适应交流运行，全部磁路系统都由叠片制成，以减小涡流。定子上除励磁绕组F和换向极绕组FD外，还增设补偿绕组Fc，以限制交流运行时电枢绕组产生过大的电抗压降并改善换向。
由于这种电动机是直流串励电动机的改进，故它无疑可作直流电动机运行。作直流电动机运行时，磁通和电枢电流方向不变，电磁转矩的方向也不变。作交流电动机运行时，虽然磁通和电枢电流的大小和方向不断改变，但由于二者是同时改变的，所以它们所产生的转矩的方向是不变的。（注意：所以单相交直流两用电机可替代单相交流电机和单相直流电机使用）（见表2）
表2 直流电机的常见故障和处理方法（摘录）
序号 可能原因 处理方法
1 电刷换向器接触不良 研磨电刷接触面，并在轻载下运转30～60min
2 握松动或装置不正确 紧固或纠正刷握装置
3 电刷与刷握配合太紧 略微磨小电刷尺寸
4 电刷压力大小不当或不均 用弹簧校正电刷压力
5 换向器表面不光洁不圆或有污垢 清洁或研磨换向器表面
6 换向片间云母凸出 换向器刻槽，倒角，再研磨
7 电刷位置不在中性线上 调整刷杆座至原有位置或按感应法校正中性线位置
8 电刷磨损过度或用品牌及尺寸不符 更换新电刷
9 过载 恢复正常负载 10 电机底角松动，发生震动 固定底脚螺钉
11 换向极绕组短路 检查换相极绕组，修理绝缘损害处
12 电刷绕组与换向器脱焊 用毫伏表检查换向片间电压是否呈周期性出现，如某两片之间电压特别大，说明该处有脱焊现象，须进行重焊
13 检修时将换相极绕组接反 用指南针试检验换相极极性，并纠正换向极与主磁极极性关系，顺电机旋转方向，发电机为n—N—s—S，电动机为n—S—s—N（大写字母为主磁极极性，小写字母为换向器极极性）
14 电刷之间的电流分布不均匀 调整刷架等分;按原牌号及尺寸更换新电刷
15 电刷分布不等分 校正电刷等分
16 转子平衡未校好 重校转子动平衡
17 无电源 检查线路是否完好，启动器连接是否准确，熔丝是否熔断
18 电刷接触不良 检查刷握弹簧是否松弛或改善接触面
19 电动机转速过高，具有剧烈火花 检查磁场绕组与启动器（或调速器）连接是否良好，是否接错，磁场绕组或调速器内部是否断路
20 电刷不在正常位置 按所刻记号调整刷杆座位置
21 电枢及磁场绕组短路 检查是否短路（磁场绕组须每极分别测量电阻）
22 串励直流电动机轻载或空载运转 增加负载
23 串励磁场绕组接反 纠正接线
24 磁场回路电阻过大 检查磁场变阻器和励磁绕组电阻，并检查接触是否良好
25 机壳漏电 电机绝缘电阻过低，用500V兆欧表测量绕组对地绝缘电阻，如低于0.5MΩ应加以烘干;出线头碰壳;出线板或绕组某处绝缘损坏需修复;接地装置不良，加以修理
（二）结论
本次实例：在确认为电机故障后，我们量取了631储能电机的电枢绕组电阻，电阻阻值不稳定，2兆欧—7兆欧，甚至量取不出绕组阻值。可知631断路器使用的为永磁直流有刷电机，电机的绕组不分相，是由多个相同的线圈在转子电枢上按圆周均匀分布，阻值应为几欧到十几欧（交直流两用电机为几十欧）;再用摇表摇测电机出线端绝缘电阻，皆为无穷大，初步可判断为电机内部电枢绕组回路缺陷。
观察外侧电刷无问题，内测电刷观察不到，所以决定拆下电机。拆下电机后，发现电机电刷卡死在电刷口内部，这是不正常的，这将导致两个问题出现：一、卡死位置不能使电刷和换向器接触，回路接触不良，导致储能故障;二、卡死位置较深，使电枢铁芯旋转，磨损较大，也会导致储能故障。所以因为投运时间问题，暂不拆开电机内部，直接更换电机。
原电机 待更换电机
（三）VS1型断路器储能电机更换步骤
工具材料：新电机、开口扳手一套、若干大、中、小号梅花/一字（数量足够），英制和国标内六角各一套、弹簧片钳，尖嘴钳、虎钳、戒尺刀、碎布若干。
1、安全措施：将开关控制电源退出，取下排插，拔开电机进线端子，如弹簧已储能务必将能量释放。
2、拉弹簧和拆弹簧下部：这个步骤是很必要的，如果不部分拆卸弹簧，碍与弹簧的位置，储能电机左右两侧门板上的紧固螺丝将不可被取出，图中合闸弹簧被螺丝刀顶开后，就给螺丝的拆卸留出了空间，如果有弹簧专用工具效果更好。珠海站小车右边的螺丝较短，刚好够位，所以右边弹簧未拆卸。
3、拆卸固定螺丝：拆卸螺丝时，在螺丝下方要有放掉落措施，防止螺丝掉落在小车地盘，若掉落将严重加大工作量和安全隐患。
4、解开链条：传动链条上有一铜环和卡环，作连接链条两端用，拆下后即可解开链条。
5、取出電机，拆解传动齿轮：取出电机后，拆下传动齿轮，拆下时注意齿轮月牙朝向位置，是向上还是向下，装复位置如果不正，储能链条反转。
6、更换新电机，按原位组装传动部件。
7、按拆卸的相反顺序装复电机固定螺丝、弹簧和链条。
8、全部装复后，拔下螺丝刀，手动给电机储能。
9、手动储能、试分合几次无问题后，再电动储能，观测电动储能时间是否符合厂家要求，再电动试分合几次，如果情况都良好，说明机构恢复正常。
四、结论
完成工作票回到班组库房后，我们拆卸了电机内部，发现拔不出的电刷卡死在电刷口，用小一字刀顶出后，发现电刷口有少量的黑色物质（拟为润滑脂渗入电刷口）使电刷卡死，这是电刷卡死引起电机不能储能的根本原因。
建议给小车开关传动机构齿轮做润滑时，一定要控制润滑脂的量，润滑脂在长期运行后会产生氧化和固化，不仅不可起到润滑作用，反而加大传动机构的卡滞，建议以适量润滑剂为主。
【关键词】 直流机电;接触不良;储能故障
一、概况分析
220KV珠海站10KV3M#1并联电抗器631开关出现了不能储能缺陷，运行人员将小车开关拉至试验位置时，投上储能电源把手，储能电机又可以储能，但出力声音缓慢。工作负责人完成相关工作票许可手续后，打开小车开关前盖板，分合几次后，机构反复出现不能储能情况，偶尔可以储能时，电机转速较慢。手动储能后，电动分合正常，分、合闸回路正常。通常情况下发生这种故障的原因主要为电气和机械两方面。具体如表1所示：
表1 故障原因及处理办法
种类 序号 故障原因及分析 处理办法
电气 1 储能整流桥坏 检测并更换整流桥
2 SP1SP2微动开关损坏 检查修复或更换微动开关
3 电机极性接反 检测并调整正确接线
4 控制回路断线 检查储能回路接点，接头
机械 1 机械传动损坏 检查修复损坏部件
2 电机问题 检查炭刷是否正常，修复或
更换炭刷。否则更换储能电机
二、分析是否为电气原因
储能回路较为简单，只通过行程开关SP1（常闭接点）的开闭状态控制。未储能时，SP1常闭状态，在储能控制电源投上后，即可储能;储能后，储能压板在机械转轴的作用下转动，使SP1压下，接点断开，储能回路断开。储能灯是SP2（常开接点）控制的，未储能不亮，储能后亮。储能回路主要结点为（图1）：
图1
（一）逆向法分析
1、插上排插，拔下电机下端接线端子（18-8、18-9），投上储能控制电源，用万用表分别量取回路进线两接点电压（图2），正负端为正负55左右，如果电压值达标说明回路良好;
2、如果电压值不达标，拔下开关排插座，量取排插座进线储能回路接点25、35是否有电，如电压值正常，说明为机构内部电气原因（储能行程开关，回路接点），原因种类有：接地故障、短路故障、接点接触不良、行程开关接点不可靠等;
图2
3、如上步骤测量后，没有电，说明机构外部电未到小车开关，查明外部电源电压（继保、储能总控制开关，操作把手）。
（二）结论
631开关在步骤一量取后，接线端子（18-8、18—9）的电压值分别为-58V和56V，说明电气回路良好，可能为机械部分原因。
三、分析是否为机械原因
（一）直流电机原理
在排除電气原因后，再次测量电机进线接线端子（18-8、18-9）的电压是否达标，符合标准后，电气缺陷可以排除。将端子装复，投上电源开关和操作把手观察电机储能情况，若不能储能则为机械原因导致。
机械原因可以分为储能机构传动故障和电机故障。由于电机故障种类较多，而且不同运行方式电机的故障类别也有不同，其不同类别电机的原理、结构和故障类别不能一一详细列出（可在网络搜寻相关资料学习），简单说明而已，这里主要介绍直流电机原理结构和VS1型断路器储能电机更换步骤。
电机按其种类可分为直流电机、交流电机、交直流两用电机;按其相数可分为单相和三相。我们供电系统常见的电机为三相交流电机（风扇），单相交流电机、单相直流电机和交直流两用电机。
图3 单相直流电机工作原理和结构
工作原理：建立在电磁力定律的基础上，F=BILCOSθ（B：磁场强度，I：导体电流，L：导体有效长度，θ：磁场和导体夹角），力的方向用左手定则判定。利用换向器（由互相绝缘的铜质换向片构成，装在轴上，和电枢绝缘，且和电刷一起旋转）和电刷的导通作用使电流方向恒定，产生方向不变的电磁转矩，使电动机连续旋转。
结构：1、机罩2、主磁极3、端盖4、换向器5、换向极和电刷6、绕组绝缘7、机座8、电枢绕组9、电枢铁芯
这种电机实质上是直流串励电动机。只是为了使它能适应交流运行，全部磁路系统都由叠片制成，以减小涡流。定子上除励磁绕组F和换向极绕组FD外，还增设补偿绕组Fc，以限制交流运行时电枢绕组产生过大的电抗压降并改善换向。
由于这种电动机是直流串励电动机的改进，故它无疑可作直流电动机运行。作直流电动机运行时，磁通和电枢电流方向不变，电磁转矩的方向也不变。作交流电动机运行时，虽然磁通和电枢电流的大小和方向不断改变，但由于二者是同时改变的，所以它们所产生的转矩的方向是不变的。（注意：所以单相交直流两用电机可替代单相交流电机和单相直流电机使用）（见表2）
表2 直流电机的常见故障和处理方法（摘录）
序号 可能原因 处理方法
1 电刷换向器接触不良 研磨电刷接触面，并在轻载下运转30～60min
2 握松动或装置不正确 紧固或纠正刷握装置
3 电刷与刷握配合太紧 略微磨小电刷尺寸
4 电刷压力大小不当或不均 用弹簧校正电刷压力
5 换向器表面不光洁不圆或有污垢 清洁或研磨换向器表面
6 换向片间云母凸出 换向器刻槽，倒角，再研磨
7 电刷位置不在中性线上 调整刷杆座至原有位置或按感应法校正中性线位置
8 电刷磨损过度或用品牌及尺寸不符 更换新电刷
9 过载 恢复正常负载 10 电机底角松动，发生震动 固定底脚螺钉
11 换向极绕组短路 检查换相极绕组，修理绝缘损害处
12 电刷绕组与换向器脱焊 用毫伏表检查换向片间电压是否呈周期性出现，如某两片之间电压特别大，说明该处有脱焊现象，须进行重焊
13 检修时将换相极绕组接反 用指南针试检验换相极极性，并纠正换向极与主磁极极性关系，顺电机旋转方向，发电机为n—N—s—S，电动机为n—S—s—N（大写字母为主磁极极性，小写字母为换向器极极性）
14 电刷之间的电流分布不均匀 调整刷架等分;按原牌号及尺寸更换新电刷
15 电刷分布不等分 校正电刷等分
16 转子平衡未校好 重校转子动平衡
17 无电源 检查线路是否完好，启动器连接是否准确，熔丝是否熔断
18 电刷接触不良 检查刷握弹簧是否松弛或改善接触面
19 电动机转速过高，具有剧烈火花 检查磁场绕组与启动器（或调速器）连接是否良好，是否接错，磁场绕组或调速器内部是否断路
20 电刷不在正常位置 按所刻记号调整刷杆座位置
21 电枢及磁场绕组短路 检查是否短路（磁场绕组须每极分别测量电阻）
22 串励直流电动机轻载或空载运转 增加负载
23 串励磁场绕组接反 纠正接线
24 磁场回路电阻过大 检查磁场变阻器和励磁绕组电阻，并检查接触是否良好
25 机壳漏电 电机绝缘电阻过低，用500V兆欧表测量绕组对地绝缘电阻，如低于0.5MΩ应加以烘干;出线头碰壳;出线板或绕组某处绝缘损坏需修复;接地装置不良，加以修理
（二）结论
本次实例：在确认为电机故障后，我们量取了631储能电机的电枢绕组电阻，电阻阻值不稳定，2兆欧—7兆欧，甚至量取不出绕组阻值。可知631断路器使用的为永磁直流有刷电机，电机的绕组不分相，是由多个相同的线圈在转子电枢上按圆周均匀分布，阻值应为几欧到十几欧（交直流两用电机为几十欧）;再用摇表摇测电机出线端绝缘电阻，皆为无穷大，初步可判断为电机内部电枢绕组回路缺陷。
观察外侧电刷无问题，内测电刷观察不到，所以决定拆下电机。拆下电机后，发现电机电刷卡死在电刷口内部，这是不正常的，这将导致两个问题出现：一、卡死位置不能使电刷和换向器接触，回路接触不良，导致储能故障;二、卡死位置较深，使电枢铁芯旋转，磨损较大，也会导致储能故障。所以因为投运时间问题，暂不拆开电机内部，直接更换电机。
原电机 待更换电机
（三）VS1型断路器储能电机更换步骤
工具材料：新电机、开口扳手一套、若干大、中、小号梅花/一字（数量足够），英制和国标内六角各一套、弹簧片钳，尖嘴钳、虎钳、戒尺刀、碎布若干。
1、安全措施：将开关控制电源退出，取下排插，拔开电机进线端子，如弹簧已储能务必将能量释放。
2、拉弹簧和拆弹簧下部：这个步骤是很必要的，如果不部分拆卸弹簧，碍与弹簧的位置，储能电机左右两侧门板上的紧固螺丝将不可被取出，图中合闸弹簧被螺丝刀顶开后，就给螺丝的拆卸留出了空间，如果有弹簧专用工具效果更好。珠海站小车右边的螺丝较短，刚好够位，所以右边弹簧未拆卸。
3、拆卸固定螺丝：拆卸螺丝时，在螺丝下方要有放掉落措施，防止螺丝掉落在小车地盘，若掉落将严重加大工作量和安全隐患。
4、解开链条：传动链条上有一铜环和卡环，作连接链条两端用，拆下后即可解开链条。
5、取出電机，拆解传动齿轮：取出电机后，拆下传动齿轮，拆下时注意齿轮月牙朝向位置，是向上还是向下，装复位置如果不正，储能链条反转。
6、更换新电机，按原位组装传动部件。
7、按拆卸的相反顺序装复电机固定螺丝、弹簧和链条。
8、全部装复后，拔下螺丝刀，手动给电机储能。
9、手动储能、试分合几次无问题后，再电动储能，观测电动储能时间是否符合厂家要求，再电动试分合几次，如果情况都良好，说明机构恢复正常。
四、结论
完成工作票回到班组库房后，我们拆卸了电机内部，发现拔不出的电刷卡死在电刷口，用小一字刀顶出后，发现电刷口有少量的黑色物质（拟为润滑脂渗入电刷口）使电刷卡死，这是电刷卡死引起电机不能储能的根本原因。
建议给小车开关传动机构齿轮做润滑时，一定要控制润滑脂的量，润滑脂在长期运行后会产生氧化和固化，不仅不可起到润滑作用，反而加大传动机构的卡滞，建议以适量润滑剂为主。