水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷及刷架燒熔原因分析與處理

【摘要】碳刷是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的滑環(huán)與靜止部分的接觸點(diǎn)，碳刷性能的好壞，直接影響到發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況，然而實(shí)際運(yùn)行中，碳刷與滑環(huán)發(fā)熱現(xiàn)象極為普遍，如果不能及時(shí)有效地采取措施加以處理，或者處理不得當(dāng)，將會(huì)擴(kuò)大故障，造成嚴(yán)重發(fā)熱、滑環(huán)燒壞，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)事故；造成不必要的損失。針對(duì)水力發(fā)電廠機(jī)組滑環(huán)及碳刷燒壞的原因進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)；碳刷；滑環(huán)；故障分析；處理

四川川投田灣河水力發(fā)電總廠大發(fā)電站2#發(fā)電機(jī)是哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的SF120-20/6500型號(hào)的立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組額定容量為125MW，采用機(jī)端自并勵(lì)可控硅全控橋整流，額定勵(lì)磁電壓為217V，額定勵(lì)磁電流為1398A。

2011年08月22日，巡屏人員正在巡大發(fā)二號(hào)機(jī)組單元操作接線圖時(shí)發(fā)現(xiàn)2F機(jī)組勵(lì)磁電流突變，棒圖變紅色，正準(zhǔn)備減機(jī)組有無(wú)功時(shí)， 18：17：46 上位機(jī)語(yǔ)音及事故光字均報(bào)：大發(fā)2F機(jī)組轉(zhuǎn)子反時(shí)限過(guò)流動(dòng)作/復(fù)歸；18：18：55報(bào)大發(fā)2F機(jī)組B套轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地高定值動(dòng)作/復(fù)歸、大發(fā)2F機(jī)組B套轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地低定值動(dòng)作/復(fù)歸、電氣事故動(dòng)作/復(fù)歸、水機(jī)保護(hù)動(dòng)作、大發(fā)2F機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)故障動(dòng)作、轉(zhuǎn)子溫度高動(dòng)作、調(diào)速器事故動(dòng)作、調(diào)速器緊急停機(jī)動(dòng)作，大發(fā)2F機(jī)組出口斷路器分閘動(dòng)作、滅磁開(kāi)關(guān)分閘動(dòng)作、跨接器動(dòng)作、球閥全關(guān)，上位機(jī)檢查2QF在分位，機(jī)組甩負(fù)荷120MW，機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中。運(yùn)行人員立即到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)大發(fā)2#發(fā)電機(jī)進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)：大發(fā)電站2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上下層碳刷和刷辮被燒熔，碳刷上下支架的拉力桿已被燒斷，發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油盆蓋上有很多金屬燒熔物。

故障發(fā)生前，發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常。有功負(fù)荷為120MW，無(wú)功為24MW，轉(zhuǎn)子電流最大為1968.56A且只持續(xù)三秒的時(shí)間。根據(jù)此故障現(xiàn)象判斷并非是無(wú)功過(guò)大造成的事故，而是勵(lì)磁電流突然增大至額定勵(lì)磁電流的1.4倍是此次事故的根源。經(jīng)過(guò)分析造成勵(lì)磁電流突然增大的原因如下：

1、發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)碳刷的型號(hào)雖然是一致的，但是由于每個(gè)碳刷的加工工藝不同，其與彈簧的受力也不完全相同，便造成單個(gè)碳刷魚(yú)滑環(huán)之間的電阻也不相同，各個(gè)碳刷在運(yùn)行時(shí)收到的磨損程度也不相同，這樣就造成各個(gè)碳刷與滑環(huán)之間的導(dǎo)電性能也不完全一致，所以每個(gè)碳刷與滑環(huán)之間的電流大小便不相同，與滑環(huán)接觸面較好的碳刷其通過(guò)的電流就會(huì)很大，反之電流較小，這樣就會(huì)加大碳刷與滑環(huán)接觸面較好的過(guò)流負(fù)荷，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行便會(huì)造成碳刷發(fā)熱或者溫度持續(xù)升高，溫度過(guò)高的碳刷容易發(fā)生脆化，這樣會(huì)使碳刷和滑環(huán)之間電阻加大，甚至產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，最終造成碳刷的損壞。久而久之，完好的碳刷承受的電流不斷增加，受損的碳刷產(chǎn)生的電弧也在加大，這樣就會(huì)使碳刷與滑環(huán)之間發(fā)生環(huán)火，甚至產(chǎn)生弧光，使下滑環(huán)表面灼傷，刷辮熔斷。強(qiáng)烈弧光、碳粉、油污、燒損的熔渣及金屬顆粒還造成上下滑環(huán)、上滑環(huán)與下環(huán)刷握之間發(fā)生間歇性放電，致使下集電環(huán)、刷架部分燒損，上環(huán)底部及邊沿被弧光灼傷。不間斷的電弧產(chǎn)生高強(qiáng)的溫度使下面集電環(huán)燒熔，造成下集電環(huán)接地，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組事故停機(jī)。

2、由于大發(fā)電站2#機(jī)組的滑環(huán)在推力油盆下面，并且滑環(huán)還被發(fā)電機(jī)蓋板給封閉的非常嚴(yán)密，由于2# 發(fā)電機(jī)的推力油盆時(shí)常發(fā)生甩油，被甩出的透平油與碳粉粘合在一起附在滑環(huán)上面，造成碳刷與滑環(huán)之間接觸能力變?nèi)?，油碳混合物粘在滑環(huán)碳刷及刷架上面，又沒(méi)有對(duì)其及時(shí)的清掃，時(shí)間一長(zhǎng)造成滑環(huán)對(duì)碳刷和刷架放電嚴(yán)重放電，最終造成短路引起事故。

3、日常維護(hù)工作不當(dāng)。平常維護(hù)人員很少對(duì)機(jī)組碳刷和滑環(huán)進(jìn)行清掃，也未對(duì)機(jī)組碳刷性能進(jìn)行檢測(cè)。只有在運(yùn)行人員巡視發(fā)現(xiàn)碳刷發(fā)生環(huán)火時(shí)通知檢修人員進(jìn)行檢查時(shí)才對(duì)碳刷及滑環(huán)進(jìn)行清掃及測(cè)試。并未按要求定期對(duì)滑環(huán)進(jìn)行定期正負(fù)極換向。造成機(jī)組碳刷與滑環(huán)損壞的原因是多方面的，但是歸根結(jié)底都是由于碳刷與滑環(huán)之間接觸不良使各個(gè)碳刷通過(guò)的電流不均衡而產(chǎn)生過(guò)高的溫度將碳刷，滑環(huán)及刷辮損毀，最終釀大的的事故。

4、通風(fēng)不良，由于大發(fā)2#機(jī)組的滑環(huán)在機(jī)組的推力油盆和上到油盆之間，并且完全封閉，且沒(méi)有通風(fēng)散熱通道，眾所周知，碳刷與滑環(huán)之間不僅存在相互摩擦，同時(shí)還有電流通過(guò)，這兩方面都會(huì)是滑環(huán)表面與碳刷的接觸面產(chǎn)生高溫，過(guò)高的溫度導(dǎo)致碳刷的磨損加快，卻沒(méi)有冷卻風(fēng)對(duì)碳刷和滑環(huán)進(jìn)行冷卻，造成碳刷和滑環(huán)之間溫度越升越高，直至造成事故。

5、定期工作減少，機(jī)組剛發(fā)電時(shí)，運(yùn)行人員定期用棉布對(duì)機(jī)組的滑環(huán)進(jìn)行擦拭，以減少滑環(huán)上面碳粉。后來(lái)認(rèn)為此項(xiàng)工作沒(méi)有必要性就將該項(xiàng)工作取消。

處理措施：1、將下層刷架上所有燒壞的碳刷進(jìn)行更換，并全面清理，對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣進(jìn)行搖測(cè)正常。2、更換機(jī)組新的下層刷架，對(duì)機(jī)組下滑環(huán)進(jìn)行從新打磨并拋光，對(duì)已經(jīng)燒熔了的刷架支撐桿的絕緣墊塊進(jìn)行更換相同型號(hào)的備品。3、更換新的碳刷及彈簧并對(duì)碳刷的表面進(jìn)行打磨，以便使其表面與滑環(huán)接觸良好，因機(jī)電倉(cāng)庫(kù)無(wú)足夠數(shù)量的DT172碳刷及上海摩根NCC634碳刷配套刷握，不能全部更換。經(jīng)請(qǐng)示總廠領(lǐng)導(dǎo)同意，對(duì)上下滑環(huán)碳刷整體數(shù)量進(jìn)行了調(diào)整，即由原來(lái)的60只碳刷調(diào)整為52只，從上層刷架取8只DT172碳刷配套刷握，安裝在下層刷架上；上層刷架安裝了4只上海摩根NCC634碳刷配套刷握，下層刷架安裝了17只DT172碳刷配套刷握（其中9只新刷握，8只舊刷握）及9只上海摩根NCC634碳刷配套刷握。4、將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁引線拆除，將上層刷架上的碳刷全部取出，測(cè)量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子絕緣與勵(lì)磁引線的絕緣均合格，勵(lì)磁引線絕緣為19GΩ，轉(zhuǎn)子絕緣為21GΩ）。5、清掃轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面，打磨碳刷，將碳刷回裝完整后，調(diào)整每個(gè)碳刷與滑環(huán)之間的接觸面及彈簧的壓力，并將碳刷與滑環(huán)上下之間對(duì)齊，回裝轉(zhuǎn)子勵(lì)磁引線在機(jī)組滅磁開(kāi)關(guān)下端搖測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣合格，其為410MΩ，符合檢修規(guī)程。

采取的措施：1、加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)。每八天運(yùn)行人員都要對(duì)碳刷進(jìn)行測(cè)溫，并定期用棉布進(jìn)行滑環(huán)擦拭，定期對(duì)碳刷，刷架、刷辮和滑環(huán)進(jìn)行吹掃，減少碳粉及其他粉塵的堆積.每八天對(duì)碳刷進(jìn)行一次全面測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)有個(gè)別溫度過(guò)高的碳刷后及時(shí)通知檢修人員處理進(jìn)行。2、如果需要更換碳刷，盡可能的更換同型號(hào)批次的碳刷，這樣表保證新的碳刷與舊的碳刷差別最小，其通過(guò)的電流相差最小，其電阻系數(shù)也盡可能相等。如果更換的碳刷較多，必須進(jìn)行停機(jī)更換，更換后需要開(kāi)機(jī)空載進(jìn)行滑環(huán)與碳刷之間的充分磨合。磨合期間對(duì)碳刷的溫度應(yīng)進(jìn)行監(jiān)視，保證氣彈簧的壓力均勻，無(wú)環(huán)火現(xiàn)象，在全面檢查無(wú)異常后方可并網(wǎng)運(yùn)行。

采取以上兩項(xiàng)措施后，經(jīng)過(guò)夏季豐水期的高負(fù)荷運(yùn)行后2#機(jī)組一切正常。