淺談發(fā)電機滑環(huán)及碳刷發(fā)熱原因及預(yù)防措施

江蘇華電揚州發(fā)電有限公司 黃長春

淺談發(fā)電機滑環(huán)及碳刷發(fā)熱原因及預(yù)防措施

江蘇華電揚州發(fā)電有限公司 黃長春

本文通過對本廠330MW機組的一次碳刷滑環(huán)燒毀事故，分析發(fā)電機滑環(huán)及碳刷發(fā)熱原因及預(yù)防措施。

發(fā)電機；碳刷；滑環(huán)；發(fā)熱

碳刷及滑環(huán)是發(fā)電機一個重要的組成部分，為發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供直流電源，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的大小來調(diào)節(jié)無功出力。

本廠2009年11月22日11時33分，#7機組運行正常，有功235MW，無功2Mvar，勵磁電流1580A。運行人員聽見機房內(nèi)有“嗒嗒”聲，立即出外查看，發(fā)現(xiàn)#7發(fā)電機碳刷消音罩延大軸向東冒火光。11時32分～11時34分期間，#7發(fā)電機勵磁電流有幾次瞬間升高且增幅逐次明顯增大（1580A↗2016A，1580A↗2083A，1580A↗2382A，1580A↗2576A）。11時35分，DCS上發(fā)“發(fā)變組A2轉(zhuǎn)子一點接地保護”報警，此時負荷234MW，無功4.5Mvar，勵磁電流1589A。11時36分，勵磁電流開始連續(xù)較大晃動（1450A～2460A），勵磁電壓隨其晃動（勵磁電流增，勵磁電壓增；勵磁電流減，勵磁電壓減），立即快速減有功、無功負荷。11時40分，緊急切換廠用電正常；此時發(fā)電機刷屋、廠房平臺南側(cè)格柵有大量濃煙冒出，立即向公司消防2119報警，同時組織人員滅火，打開機房門窗通風(fēng)。11時41分，勵磁電流晃動幅度明顯減小。11時44分，有功158MW，汽機打閘，破壞真空緊急停機。滅火后后至就地檢查發(fā)現(xiàn)#7發(fā)電機東側(cè)10組碳刷、刷握、滑環(huán)損壞。

一、以我廠#7發(fā)電機碳刷、滑環(huán)燒毀事故為例，分析碳刷及滑環(huán)常見發(fā)熱原因及處理方法

在發(fā)電機運行過程中，碳刷和滑環(huán)的作用是將勵磁電流倒入至發(fā)電機轉(zhuǎn)子，在運行中出現(xiàn)故障表現(xiàn)為發(fā)熱、冒火、環(huán)火、燒紅、破碎、甚至燒損碳刷刷握刷架及滑環(huán)。通過對本次事故的分析，總結(jié)原因主要有以下幾個方面：

1、由于#7發(fā)電機機碳刷冷卻系統(tǒng)出風(fēng)口碳粉堆積導(dǎo)致出風(fēng)不暢，從而使冷卻風(fēng)量下降，引起發(fā)熱。尤其是事故發(fā)生前期，#7機組處于迎峰度夏期間，負荷較高勵磁電流較大，導(dǎo)致#7發(fā)電機碳刷及滑環(huán)溫度長時間偏高，加劇碳刷磨損，出風(fēng)口積聚碳粉量增加，從而引起冷卻性能下降。同時冷卻風(fēng)道內(nèi)的碳粉不能及時排除，導(dǎo)致部分碳粉在滑環(huán)表面螺旋狀散熱槽內(nèi)堆積，使得滑環(huán)散熱性能進一步急劇惡化，這是#7發(fā)電機碳刷及滑環(huán)燒毀的重要原因之一。因此在機組大小修時，應(yīng)及時清理通風(fēng)道、滑環(huán)表面螺旋狀通風(fēng)槽內(nèi)的碳粉。

2、由于#7發(fā)電機滑環(huán)因表面有麻點被車削過，導(dǎo)致接觸電阻過大、壓力分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱。碳刷是在圓周形滑環(huán)表面滑動過程中將勵磁電流導(dǎo)入轉(zhuǎn)子，因此每組碳刷布置的方向、角度均不一樣，導(dǎo)致接觸電阻及電流分布情況存在差異，從壓力和接觸電阻引起發(fā)熱的原因有以下幾個：（1）碳刷與滑環(huán)的接觸電阻過大、碳刷與刷辮之間的電阻過大、刷辮與刷握連接處電阻過大，引起總壓降增大，從而引起發(fā)熱。此時須檢查刷辮與刷架連接螺絲是否緊固，刷架上的恒力彈簧壓力是否正常，碳刷表面是否清潔。（2）若刷握上恒力彈簧壓力不符合要求，可能是碳刷過短、彈簧老化等原因。應(yīng)及時更換碳刷或恒力彈簧。恒力彈簧應(yīng)用銅鉚釘或銅螺栓固定，壓力應(yīng)符合規(guī)程規(guī)定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5%，同一刷架上每個碳刷的壓力應(yīng)均勻。（3）刷辮與刷握連接處電阻過大，這種情況應(yīng)檢查固定刷辮的銅質(zhì)螺絲是否緊固，必要時予以更換。（4）同發(fā)電機上應(yīng)使用同一型號、同一廠家的碳刷，對于外觀有明顯差異的碳刷應(yīng)不予使用。

3、由于機械摩擦造成過熱：滑環(huán)與碳刷發(fā)熱原因中，機械摩擦導(dǎo)致的發(fā)熱占較大部分。汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中，發(fā)電機尚未加勵磁，此時應(yīng)加強碳刷、滑環(huán)檢查，從而能排除因機械磨擦導(dǎo)致發(fā)熱。若此時出現(xiàn)滑環(huán)與碳刷發(fā)熱，拔下幾組碳刷后，溫度立即降低，可以肯定是由于機械及摩擦原因?qū)е碌?。機械摩擦引起碳刷及滑環(huán)發(fā)熱的情況較多，以下為常見的幾個原因：（1）碳刷研磨工藝不良或一次更換過多的碳刷。運行中更換碳刷時，每8個小時且是低負荷時，每極刷架上只允許更換1-2組碳刷。換上的新碳刷應(yīng)在專用模具上磨出與舊碳刷一樣的弧度，廠家和品牌須一樣。若在大修時一次更換的碳刷過多，應(yīng)在機組啟動前應(yīng)充分盤車，使碳刷表面形成氧化膜。（2）碳刷和滑環(huán)接觸面積應(yīng)足夠，接觸面積一般不應(yīng)小于單個碳刷截面的75%。（3）碳刷在刷盒中應(yīng)活動自如，無卡澀或者搖晃，間隙應(yīng)符合規(guī)程規(guī)定。（4）刷握與滑環(huán)表面間隙過大。由于碳刷材質(zhì)較脆，當(dāng)刷握與滑環(huán)表面間隙過大時，運行中易引起碳刷傾斜、側(cè)面磨損，甚至造成碳刷碎裂。

二、通過本次#7發(fā)電機碳刷、滑環(huán)燒毀事故總結(jié)出來的預(yù)防措施

1、進一步加強對碳刷滑環(huán)的認(rèn)識，從發(fā)生的故障事故中總結(jié)，主要有以下幾個原因：（1）溫度過高：當(dāng)滑環(huán)、碳刷出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱，溫度通常都會達到150℃，甚至更高。此時即便換上新的碳刷，因表面氧化膜不易形成，無法起到潤滑作用，碳刷磨損將加劇，導(dǎo)致溫度繼續(xù)升高，成為惡性循環(huán)。此時應(yīng)降低發(fā)電機的有功、無功，同時打開碳刷小室門，在外部加裝風(fēng)扇對碳刷及滑環(huán)強制冷卻，迫使使溫度降到正常范圍內(nèi)，讓碳刷表面氧化膜逐漸形成。因碳刷小室門已打開，此時要派專人監(jiān)視，防止小動物闖入或人員誤碰，冷卻風(fēng)扇及電源線應(yīng)固定好，防止造成人身傷害。（2）檢查發(fā)電機周圍是否存在油氣泄漏：油氣泄漏導(dǎo)致碳刷及滑環(huán)表面形成臟污，導(dǎo)致接觸電阻過大，引起發(fā)熱 。同時油氣與粉塵、碳粉等物質(zhì)混合，在滑環(huán)表面螺旋狀通風(fēng)槽和冷卻風(fēng)道內(nèi)堆積成油泥，導(dǎo)致散熱性能下降，從而進一步引起碳刷及滑環(huán)發(fā)熱。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：碳刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發(fā)生氧化作用而產(chǎn)生，當(dāng)含氧量過低時也不利于氧化膜的形成。

2、物資部在碳刷、刷握采購過程中須嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)： 即便同一廠家生產(chǎn)的碳刷、刷握，也可能來自不同的子公司，這就要求我們在采購過程中對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)地均須把關(guān)，同時對生產(chǎn)廠家的工藝和質(zhì)量檢測手段及程序進行了解。

3、嚴(yán)格按照我廠《汽輪發(fā)電機運行規(guī)程》的要求對滑環(huán)、碳刷進行檢查和運行維護。以下為維護措施：（1）每班接班后兩小時、交班前全面檢查碳刷和滑環(huán)并測溫。（2）定期測量正極、負極每只碳刷電流并記錄。（5）定期測量正極、負極每只碳刷電流并錄簿。（6）重點檢查項目如下：滑環(huán)表面應(yīng)清潔無傷痕，碳刷邊緣應(yīng)完整，無剝落，其聯(lián)接軟線完整無過熱斷股現(xiàn)象；碳刷無嚴(yán)重磨損，碳刷無冒火、發(fā)熱；碳刷在刷盒內(nèi)無搖動或卡澀現(xiàn)象，應(yīng)能上下自由起落（一般間隙為0.1～0.2mm）；滑環(huán)表面應(yīng)無變色、過熱現(xiàn)象；滑環(huán)溫度不超過120℃；尤其應(yīng)注意碳刷發(fā)熱情況，一般不超過120℃；碳刷發(fā)熱、發(fā)生火花時，若型號不對，應(yīng)及時更換；注意碳刷壓力（一般為200～300g/cm2）均勻，各碳刷壓力差別不超過10%；測量發(fā)電機勵磁各碳刷電流，電流在12—80A為運行正常，電流超過120A為不正常，應(yīng)及時調(diào)整；發(fā)現(xiàn)碳刷長度接近低于刷握的1/3時，應(yīng)及時更換，注意新舊牌號一致，對于新更換的碳刷，更換后3小時內(nèi)每小時測量一次電流和溫度；如某塊碳刷冒火花或跳動，調(diào)整此塊碳刷，如有卡澀，更換碳刷；如發(fā)現(xiàn)某塊碳刷燒紅，更換此塊碳刷；如發(fā)現(xiàn)滑環(huán)上有明顯環(huán)火，立即減無功接近于零，并測量各碳刷電流，取下一組火花較大的碳刷，必要時降有功負荷，進行調(diào)整、更換工作；如發(fā)現(xiàn)碳刷系統(tǒng)著火或?qū)Υ筝S放電產(chǎn)生火花，立即解列發(fā)電機，并檢查確認(rèn)滅磁開關(guān)跳閘；發(fā)電機解列后，立即派人至現(xiàn)場滅火。

［1］江蘇華電揚州發(fā)電有限公司《330MW機組運行規(guī)程》.

［2］中國華電集團公司《電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》.