电镀生产线直流电流表不当使用的分析
                           霍大勇   赵德申
                 (河南工业职业技术学院,河南南阳473009)
    摘要：通过六个生产实例说明了电镀生产现场所应用的直流电流表不当使用所引发的设备运行事故和生产事故,分析了事故产生的原因,指出了为了避免同类生产和设备事故应该采取的关于电镀生产现场直流电流表的配置、运行、操作方式的11个要点以及相关的技术措施。
    关键词：电镀生产线;直流电流表;配置;运行方式;仪表;分流器
    中图分类号：U463　文献标识码：B　文章编号：1000-3932(2010)06-0114-04
    1　引　言
    仪器仪表的准确、规范化应用,是保障设备正常运行、工业生产中工艺技术实现的关键。电镀作业现场常见直流计量仪表配置和使用不当所致的设备故障和生产运行事故,轻则影响生产进程、降低作业效率、使产品精度降低;重则造成设备损坏导致停产甚至火灾等伤害事故。所以,在电镀生产现场必须保证电镀设备和生产线配置仪表的合理与规范。根据生产现场积累的实践经验,记录了一些因测量仪表配置或使用不当引发的典型设备、生产故障和事故,对其中的一些直流电流表故障加以分析讨论,供从业人员在设备管理、维护和生产运行工作中参考。
    2　仪表表头和分流器不配套使用的故障
    2.1　生产实例1
    某电镀车间生产线大修后,发现按照原工艺规定的直流电流进行电镀时(工件的工艺镀铬),镀层不能实现工艺要求,造成产品批量不合格,表现在镀层不均匀,电镀工件成品表面粗糙。
    2.2　故障现场处理及原因分析
    (1)处理方法:电镀工认为“电镀槽内镀液的气泡没有生产线大修前剧烈,感觉直流电流比大修前同类生产加工条件下要小。”检查硅整流设备正常,铜母排良好,母排各连接点无大电阻出现;校验直流电流表表头,正常合格;检查分流器,阻值正常,输出正常。又检查电镀液的原料工艺配比和配料配方,符合工艺规程;检查电镀阳极极板、阴极极棒,也无异样。现场综合分析认为,电镀生产过程中镀槽内的实际电流值小于仪表所指示的电流。检查发现现场采用的分流器规格为3 000A/75mV,而现场表头的规格为45 mV/3 000A,导致表头所指示的直流电流大于镀槽内电镀生产过程中的实际电流值,产生电流指示错误,使作业人员产生错误判断。对45 mV/3 000 A重新按照75 mV/3 000 A标定,标注正确的标称电流值,故障排除。在这例故障的处理中,以更换配套的表头为宜,本例实际操作中之所以采取重新标定表头,是因为故障现场地处山区,没有更多的仪器仪表备件。
    (2)原因分析:在设备大修过程中,进行了仪表检定,原直流表头报废,更换表头时没有注意分流器和仪表表头的量程规格,用45 mV/3 000 A表头替代了75 mV/3 000 A,导致两者配合不当。
    2.3　故障1揭示的要点
    要点1:直流测量仪表的表头和分流器应严格配套使用;当出现不能配套时,应重新标定表头。要点2:直流电流表表头的准确度和配套的分流器的准确度应一致,当两者准确度不一致时,准确度低者为该计量仪表的准确度等级。要点3:对直流电流表进行检定、检查时,应同时检定、检查仪表表头和配套的分流器。
    2.4　与故障1相关的技术措施
    (1)仪表表头的重新标定常用两种方法,一种是比对法,在标准校表台上将需要标定的表头(如例1中的45mV/3 000A)与高精确度等级的标准表头(如例1中选75 mV/3 000A)相比对,逐点进行标定;另一种方法是直流电流标准值法。因为电镀现场大电流直流表的表头实际上是一个毫伏表,可以选取准确度等级高于现场仪表表头准确度两个等级的直流电源,将标准的毫伏值加在待标定的表头上,按照毫伏值与直流电流值的对应关系进行逐点标定。
    (2)生产现场定性检验“分流器-直流表头”配合的常用方法是:在分流器输出端量取直流毫伏值,根据分流器的变比,计算出现场的实际直流电流量值,与直流表头的输出显示相对比。实例1中故障的发现即得益于此方法。
    3　仪表与分流器的连接不符合测量仪表要求的故障
    3.1　生产实例2
    电镀现场,镀槽所在位置设置的指示仪表显示的直流电流值与实际电流值相比明显偏小(按照经验,从生产过程中镀槽内电化学反映的剧烈程度判断)。检验仪表表头合格,重新安装仪表表头后设备恢复正常。该故障在这一生产进程中间歇性发作,并伴有表头指针不规则偏转晃动,已影响生产报修。
    3.1.1　处理方法
    会同现场维修电工检查计量回路,发现仪表表头的接线端子有锈蚀现象;表头与分流器连接线采用1mm2铝线直接紧固于表头接线端子。用细砂纸处理仪表接线端子锈蚀处并做防腐处理,改用1 mm2铜芯绝缘线配接线端子(线鼻子)做连接导线,故障排除。
    3.1.2　原因分析
    仪表的接线端子通常为铜材质,这里采用铝线作为分流器和仪表表头的连接线,铜铝对接产生氧化腐蚀[1];又因为没有采用接线端子(接线耳或线鼻子)对接导线,导致设备运行一段时间后连接导线与仪表端子接触电阻增大,使传送到仪表表头的电压毫伏值小于分流器产生的实际值,也就使得仪表表头显示的直流电流小于直流母排上的实际电流。而每次拆换仪表表头均暂时使故障点接触电阻减小,设备运行一段时间后该电阻又增大,则故障重现。
    表头指针不规则偏转晃动是由电镀电流变化引起的。电流变化导致已经平衡的故障点出现阻值变化或产生电弧,传送到仪表表头的毫伏值即剧烈变化,表头指针即相应变化。
    3.2　生产实例3
    一电镀现场,进行电镀电流的调整,整流器交流电流表显示电流变化,而直流指示仪表却不能显示直流电流的变化。直流电流表表头偶尔出现剧烈摆动。检查直流电源设备正常,没有电源电压的异常波动现象和其他的三相交流电源故障,设备不存在过载。检验直流仪表表头,合格;检查分流器,正常。
    3.2.1　处理方法
    检查设备,排除交流电源和整流设备故障。检查电镀工艺程序和渡槽内电极设施,正常。检查直流计量回路,发现仪表表头与分流器连接线有一处破损接地,更换该导线,故障排除。
    3.2.2　原因分析
    仪表表头与分流器间连接线的破损接地,使分流器产生的毫伏电压值不能有效地传送到直流电流表的仪表表头,即不能显示直流电流值。出现电流剧烈变化的现象,是因接地点因为多种原因移动所致(如检修和生产过程中触动连接导线,实际电流的大幅度变化等)。
    3.3　故障2和故障3揭示的要点
    要点4:直流测量仪表与分流器的连接导线应采用单股铜芯绝缘线,根据信号传输距离选择导线截面。
    要点5:分流器信号的传输距离不能大于仪表和分流器的传输距离上限。具体量值参见所用仪表的使用说明。
    要点6:连接导线与表头、分流器的连接应采用接线端子并镀锡,保证连接的可靠。
    要点7:对直流计量仪表进行检定、检查时,应同时检定、检查仪表表头和分流器之间的连接线。现场检定或者“表头-分流器-连接线”一体化检定最佳。
    3.4　与故障2和故障3相关的技术措施
    (1)仪表接线端子的防腐处理方法有两点:一是接线时加装弹簧垫片,避免接触不牢固发热氧化;二是在接线时涂抹导电膏或者中性凡士林膏,加强防腐[2]。
    (2)连接导线接线端子的防腐处理方法也有两点。一是端子(如:线鼻子)与导线采用焊接并镀锡;二是导线接头留下5~10倍导线线径的弯折作为导线受力后的伸缩余量以避免导线连接点受力,避免导线松动可能导致的发热。
    (3)避免导线损伤的措施:一是导线加装保护管线;二是敷设路径和位置应避免导线承重和受损。
    (4)维修过程中如怀疑仪表表头和分流器的连接导线有接地故障时,应将导线与分流器和表头分离后再用兆欧表测量,以避免测量过程中对仪表和分流器造成绝缘击穿。
    4　仪表量程选用不当引发的生产事故
    4.1　生产实例4
    某电镀厂的电镀生产线需要进行的一个生产工艺中要求直流电流电镀作业时的直流电流较小(400 A)。生产过程中电镀操作工不能通过现场设备准确判定实际电镀直流电流的大小,使产品质量不能保证,次品率居高不下。
    4.2　事故的现场处理及原因分析
    (1)处理方法。首先检查设备,排除小电流输出时设备的故障因素。按照2.4节所列的现场检测方法测量发现,小电流电镀时,分流器的毫伏输出值较小。改变指示仪表的分辨度,方法是:从原6 000 A/75 mV分流器引出信号接45 mV/6 000 A和75 mV/6 000A的表头各1只;75 mV表头作为常规大电流计量指示,45 mV表头前接一转换开关,作为较小电流的计量档位,增大电流较小工艺下的表头分辨度。如图1所示。故障排除。
               
    (2)原因分析。该电镀生产线上述工艺采用的直流电流为400 A,原有表头显示的刻度在指针起始位置,分辨度不够,示值不准确,改接后有所改善。事实上,这里存在设备和工艺不配套的问题,本文不做讨论。也有人在直流回路中加另一套量程小的“分流器-表头”组合解决本章中的这一问题,如图2所示,但这样会加大母排上的直流电压降,同时还使母排的分段点增加,故障点人为增多,作者认为不宜采用这样的加装分流器的方法。
               
    4.3　故障4揭示的要点
    要点8:仪表的量程应和生产工艺要求的电流匹配,以被测电流在仪表量程的1/3~2/3为宜。要点9:当生产现场直流仪表的测量范围不能满足要点8时,可以采用双表头转换计量的方式,即一个75 mV分流器引出信号接75 mV和45 mV两个规格的表头各1;在45 mV表头前接一转换开关控制,作为计量较小的电流档位。
    5　仪表极性应用不当引发的设备故障
    5.1　生产实例5
    某电镀生产线试车过程中直流电流表表头没有电流显示值。但现场镀槽内的电化学反应表明此时母排上有电流传送,主回路有较大的电流值。
    5.1.1　故障的现场处理
    停止试车,检查测量回路,发现直流电流表表头为单向偏转表头,端子正负极接反。调换表头的接线端子正负极,故障排除。
    5.1.2　原因分析及处理方法讨论
    此故障原因显而易见,因正负极反接,使得单向偏转的直流毫伏表(标称的电流表)反向偏转,表头指针卡在零位限位,造成无电流指示的假象。在此类问题的处理中,有三种错误的方法被一部分维修人员认为是有效快捷的办法。第一是继续保持试车的通电状态,分别按照前面几个章节的方法,逐步排除系统的故障,最后通过测量分流器的输出和仪表表头的输入端子找到故障所在。第二是在反复调节电镀电流的过程中,监视直流电流表表头,同时参照交流电流表和电压表,以及直流电压表的示值变化,发现表针的卡位。第三是停车分析,再快速试车调试检查,反复至找到故障点。这三种方法之所以错误,在于可能造成故障扩大甚至酿成设备事故。他们之所以被认为有效,是因为较之于本节所述正确方法,更便于直观查找故障。实际工作中,当结合故障现象和理论分析,在无激励、非工作状态实在不能解决问题时,可以采用快速通电的方法,但从笔者的实践经验出发,认为通电试车查找此类故障时,反复测试不宜超过三次。
    5.2　生产实例6
    某运行多年的3000 A/0~18 V硅整流设备一直固定安装在一条电镀生产线上,某天起,在生产过程中直流电流表表头频繁出现表头指针损坏,导致反复更换表头。
    5.2.1　故障的现场处理
    按照前几章的方法排除了设备、电源、工艺、镀液、分流器、表头、连接线等故障。查看设备运行和工艺记录,发现故障发生在该生产线上产品更新后的一个时期。比对新产品和原有产品的工艺,发现从电气角度来看,一个最大的改变是增加了“电镀开始时采用大反向电流冲击”的方法。查看设备图纸,该硅整流设备是双向直流输出。实际检查设备,发现直流电流表表头是单向偏转表头,查看设备维修记录,因原生产工艺中没有反向电流的需求,在前一次设备大修时,将原双向偏转直流表头替换为单向偏转表头,将之更换为原设备配用的双向偏转直流表头,故障排除。
    5.2.2　原因分析
    因大反向冲击电流造成表头指针偏转至零位,生产中的反复冲击致指针折弯或者折断。又因为反向冲击只是短时间完成,在现场设备维修中易于被忽视。
    5.3　故障5和故障6揭示的要点
    要点10:直流仪表的表头实际上是一个直流毫伏表,应注意其接线端子的极性,避免表头反向偏转造成仪表损坏。
    要点11:当化工生产工艺中有反向冲击电流要求时,应选用双向偏转直流显示的仪表表头。
    6　结束语
    针对直流电流表的这些故障,现场维护人员之所以处理不当并报修,原因在于仪器仪表使用和维护知识在生产现场普及不够。仪器仪表专业知识对于生产现场的设备操作人员、机修和电气维修人员是一个边缘化知识点。事实上,现有的机、电和设备维修类本、专科非仪表专业在这方面的知识点设置也是一个薄弱环节。现场仪表维修人员的缺乏已经成为设备管理的一个难题。因直流测量仪表配置、运行方式不当引起电镀车间设备和生产线不能正常工作、影响产品质量在电镀加工中经常出现。直流电流表是其中最为重要的指示仪表,和生产工艺密切相关。在电镀生产线的使用、维护中,应当以规范化的作业手段进行线路的安装和运行工作。直流电流表配置、运行方式的规范化是电镀生产线运行中的一项重要课题,需要从业人员在实践中结合相关专业知识不断完善、避免设备和生产事故的发生。
    参考文献:
    [1]霍大勇,师宝山.照明线路电流和导线线径估算[J].矿山机械, 2009, (6): 71-72.
    [2]《电气工程师手册》第二版编辑委员会.电气工程师手册[K].北京:机械工业出版社, 2003.