汽輪發(fā)電機(jī)碳刷電流偏差大原因分析及處理

王俊華

（三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472000）

汽輪發(fā)電機(jī)碳刷電流偏差大原因分析及處理

王俊華

（三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472000）

本文結(jié)合三門峽火電廠發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，針對發(fā)電機(jī)碳刷電流分布不均偏差大的現(xiàn)象，從碳刷刷握材質(zhì)、恒壓彈簧壓力、運(yùn)行維護(hù)管理及人員維護(hù)觀念等方面進(jìn)行原因分析，并以此為依據(jù)采取了相應(yīng)措施消除電流偏差大現(xiàn)象，對于防止發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)生冒火，徹底避免碳刷——滑環(huán)燒損引起的發(fā)電機(jī)失磁，轉(zhuǎn)子短路事故的發(fā)生具有一定的借鑒意義。

發(fā)電機(jī)；碳刷；電流；偏差；冒火；滑環(huán)；刷握；恒壓彈簧

0.前言

大型汽輪發(fā)電機(jī)碳刷和滑環(huán)正常情況下，運(yùn)行比較穩(wěn)定，維護(hù)工作量也較小。但碳刷和滑環(huán)是發(fā)電機(jī)中動(dòng)靜接觸和交換能量的設(shè)備，因受其通流的大小、碳刷的壓力、碳刷與滑環(huán)表面的磨損以及本身制造工藝等因素影響，在長期運(yùn)行中，會(huì)發(fā)生碳刷電流分布不均勻，造成個(gè)別碳刷帶大負(fù)荷電流，容易在碳刷和滑環(huán)之間發(fā)生冒火，若沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行處理，將有可能形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)將形成環(huán)火造成發(fā)電機(jī)滑環(huán)燒毀、被迫停機(jī)的事故。通過認(rèn)真分析碳刷電流分布偏差大的原因，并采取相應(yīng)的處理辦法，可以有效地防止發(fā)生滑環(huán)冒火，避免進(jìn)一步燒損滑環(huán)的惡性事故。

1.設(shè)備狀況

三門峽電廠一期＃1、2機(jī)為東方電機(jī)廠生產(chǎn)的300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，型號：QFSN-300-2-20型，發(fā)電機(jī)為發(fā)變組單元接線，于95年11月相繼投產(chǎn)，后經(jīng)增容升級改造為330MW。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是帶有永磁付勵(lì)磁機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)，靜止整流器的“三機(jī)勵(lì)磁”系統(tǒng)。 主勵(lì)磁機(jī)輸出的交流電流，由三相全波橋式接線的硅整流柜整流后，經(jīng)發(fā)電機(jī)碳刷供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁；交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源由中頻永磁付勵(lì)磁機(jī)輸出的交流電，經(jīng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的可控硅整流橋整流后，經(jīng)主勵(lì)碳刷供給。發(fā)電機(jī)和主勵(lì)碳刷型號均為NCC634；規(guī)格為25×32×65。發(fā)電機(jī)每極36支碳刷，兩極共72支；主勵(lì)每極4支，共8支。

2.發(fā)電機(jī)碳刷電流異常情況

2015年8月，公司運(yùn)行人員在進(jìn)行#1、2發(fā)電機(jī)碳刷維護(hù)時(shí)多次發(fā)現(xiàn)碳刷電流偏差大，部分出現(xiàn)與滑環(huán)接觸面的邊角出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象。最大的單支碳刷電流達(dá)125A，最小電流達(dá)5A甚至為0A，經(jīng)活動(dòng)調(diào)整后有所好轉(zhuǎn)，但經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)運(yùn)行，就又發(fā)現(xiàn)電流偏差大的現(xiàn)象又出現(xiàn)了，最嚴(yán)重時(shí)發(fā)生過主勵(lì)磁機(jī)一極4只碳刷電流有3支碳刷都沒有電流，一支碳刷電流非常大。單支碳刷通過較大的電流會(huì)造成碳刷接觸面通流密度增大，根據(jù)Q=I2RT，發(fā)熱量跟電流的平方成正比，積聚的熱量無法散發(fā)出去時(shí)，溫度急劇升高，碳刷與滑環(huán)接觸面就會(huì)產(chǎn)生火花。另外火花的產(chǎn)生后，使碳刷工作環(huán)境更加惡劣，從而惡性循環(huán)，使碳刷冒火花更嚴(yán)重。并且在如此大電流下將造成碳刷刷辮燒斷。碳刷燒斷后其分?jǐn)偞箅娏饔洲D(zhuǎn)移到其他碳刷上，造成其他碳刷也發(fā)生如此情況，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)將形成環(huán)火造成滑環(huán)燒毀、被迫停機(jī)的事故。

3.發(fā)電機(jī)碳刷電流分布不均偏差大原因分析

為防止進(jìn)一步發(fā)演化成碳刷冒火，嚴(yán)重的話會(huì)引起發(fā)電機(jī)滑環(huán)燒損事故，我們及時(shí)對碳刷電流偏差大這一異常現(xiàn)象進(jìn)行分析討論。

（1）碳刷方面

我公司機(jī)組使用的碳刷為摩根公司生產(chǎn)的NCC634 25×32×60型碳刷，在更換碳刷時(shí)嚴(yán)格按照要求選用的是同廠家、同型號、同批次的產(chǎn)品，一次更換數(shù)量不得超過單極總數(shù)的10%，并保證新?lián)Q碳刷的接觸面不小于80%。發(fā)生電流分布不均現(xiàn)象后，專門找質(zhì)量技術(shù)部門對使用的碳刷進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果顯示碳刷的電阻率、硬度、接觸壓降、摩擦系數(shù)等參數(shù)均合格，碳刷外形盡寸均符合要求，故可排除碳刷質(zhì)量問題。

（2）刷握方面

根據(jù)最新的JB/T-2361-2007《恒壓刷握》標(biāo)準(zhǔn)要求，刷握的材料要求為鑄鋁黃銅、鑄硅黃銅、鑄鉛黃銅、鑄鋁合金或黃銅板，通過檢查發(fā)現(xiàn)我公司#1、2機(jī)刷握使用的材質(zhì)為生鋁材質(zhì)，經(jīng)詢問生產(chǎn)廠家得知，我廠這兩臺300MW生產(chǎn)于20世紀(jì)90年代計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，在當(dāng)時(shí)我們國家銅材料相對缺乏，當(dāng)時(shí)國內(nèi)生產(chǎn)的刷握大多為生鋁材質(zhì)。生鋁材質(zhì)的刷握由于強(qiáng)度和耐溫值低，隨著使用時(shí)間的增長，特別工作環(huán)境溫度高的情況下，刷握會(huì)發(fā)生變形。拿一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的25×32×60mm尺寸的碳刷和一個(gè)更換下來刷握做試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碳刷不能順利的插入刷握內(nèi)，卡澀相當(dāng)嚴(yán)重，經(jīng)與運(yùn)行值班人員了解，每次更換碳刷均需用砂紙對碳刷進(jìn)行打磨方可將碳刷插入到刷握內(nèi)，好象上班以來都是這樣做的，大家也形成一種觀念就是更換碳刷就必須進(jìn)行刷體的打磨。人為打磨碳刷就會(huì)因人不同而打磨出來的效果不同，技術(shù)水平高的可能打磨的碳刷能做到刷體與握間隙0.2mm左右標(biāo)準(zhǔn)；有人打磨碳刷與刷握間隙較大，在運(yùn)行中就會(huì)出現(xiàn)碳刷與滑環(huán)接觸面的邊角被打碎現(xiàn)象；還有人打磨出來碳刷上粗下細(xì)，有點(diǎn)象四棱錐體，這樣的碳刷在運(yùn)行一段時(shí)間后就會(huì)卡在刷握內(nèi)而不會(huì)有電流或電流較小，維護(hù)人在進(jìn)行碳刷活動(dòng)調(diào)整時(shí)，由于活動(dòng)碳刷一般都拿住刷辮向上提來活動(dòng)，由于碳刷上粗下細(xì)，向上提活動(dòng)時(shí)不存在阻力，所以不容易發(fā)現(xiàn)這樣的碳刷存在卡澀現(xiàn)象，這樣就造成有部分碳刷電流過小或沒有電流通過，活動(dòng)調(diào)整后有好轉(zhuǎn)，但運(yùn)行一段時(shí)間就又出現(xiàn)了電流小的現(xiàn)象。

（3）彈簧方面

碳刷電流分布不均的另一個(gè)原因?yàn)樘妓⒑銐簭椈蓧毫ζ汀Ｎ覀兪褂脭?shù)顯式推壓力計(jì)測量出我們廠#1、2機(jī)正在使用的雙圈均彈簧的單圈壓力為0.67kg，而碳刷廠家建議采用的恒壓彈簧單圈達(dá)到1.0kg壓力的壓簧。均壓彈簧壓力降低的原因可能是長時(shí)間工作環(huán)境溫度高造成彈簧本體彈性變差，壓力降低；也可能是選用的彈簧本身設(shè)計(jì)的壓力不夠造成的。

（4）滑環(huán)方面

碳刷電流分布不均的第三個(gè)可能原因?yàn)榛h(huán)氧化膜被油氣污染，由于滑環(huán)靠近發(fā)電機(jī)的軸承，如若發(fā)電機(jī)軸承在運(yùn)行中發(fā)生滲漏油現(xiàn)象，油氣就順著滑環(huán)的冷卻風(fēng)道而進(jìn)入到滑環(huán)表面而污染滑環(huán)氧化膜，造面部分碳刷電流可能會(huì)降低。通過使用清潔磨石和粗布對滑環(huán)表面進(jìn)行擦拭檢查，不存在油跡，可判定我廠#1、2發(fā)電機(jī)滑環(huán)不存在油氣污染問題

（5）刷架方面

通過檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組在運(yùn)行中有部分端部的碳刷與滑環(huán)的接觸面超過了滑環(huán)的邊緣，這樣在運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)造面碳刷表面碎裂現(xiàn)象發(fā)生。分析這樣的原因?yàn)樵跈C(jī)組停機(jī)檢修時(shí)有時(shí)會(huì)調(diào)整刷架，在調(diào)整刷架沒有考慮到機(jī)組整體軸向位移的變化。機(jī)組運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為3000RPM，由于泊桑效應(yīng)，轉(zhuǎn)子長度在靜止時(shí)比運(yùn)行時(shí)長，在靜止時(shí)定的刷架位置與運(yùn)行時(shí)偏差大，可能會(huì)造成在運(yùn)行時(shí)碳刷部分表面超出滑環(huán)邊緣，運(yùn)行一段時(shí)間就會(huì)發(fā)生碳刷表面碎裂現(xiàn)象。

5.處理方法

根據(jù)分析的原因有針對性地采取了一些措施進(jìn)行處理：

（1）排除碳刷質(zhì)量問題，繼續(xù)使用目前生產(chǎn)廠家、同型號、同批次的碳刷產(chǎn)品。

（2）利用停機(jī)機(jī)會(huì)對刷握進(jìn)行更換，使用符合JB/T 2361-2007《恒壓刷握》標(biāo)準(zhǔn)要求不易變形的銅質(zhì)刷握。避免發(fā)生因人員打磨碳刷不合適造成的碳刷卡澀和碳刷邊角碎裂現(xiàn)象。

（3）對目前使用的恒壓彈簧進(jìn)行全部更換，選用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的單圈壓力達(dá)1kg恒壓彈簧。

（4）對運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，使人們轉(zhuǎn)變更換碳刷必須對刷體進(jìn)行打磨的觀念，符合標(biāo)準(zhǔn)要求的碳刷和刷握間隙在0.2mm～0.4mm，無須打磨碳刷在刷握內(nèi)也是活動(dòng)自如，若發(fā)生需打磨現(xiàn)象要分析清楚原因，檢查確認(rèn)刷握是不是發(fā)生了變形。

（5）制定滑環(huán)清擦的定期工作項(xiàng)目，可以使用清潔磨石或是用木塊墊上牛仔布或白粗布進(jìn)行擦拭消除滑環(huán)上油氣層，可有效改善電流分布。

（6）在進(jìn)行刷架調(diào)整要考慮到轉(zhuǎn)子在運(yùn)行和靜止軸向位移的變化，提前做好數(shù)據(jù)記錄，防止機(jī)組運(yùn)行后出現(xiàn)碳刷接觸面偏出滑環(huán)邊緣造成碳刷碎裂現(xiàn)象發(fā)生。

通過實(shí)施以上措施，我公司#1、2發(fā)電機(jī)碳刷電流分布不均偏差大問題得到徹底地根治，目前每支碳刷的電流穩(wěn)定在30A～70A之間，滑環(huán)運(yùn)行溫度穩(wěn)定。

結(jié)語

總之，為了保證大型汽輪發(fā)電機(jī)碳刷——滑環(huán)裝置的正常工作，減少發(fā)電機(jī)非停次數(shù)，提高公司整體經(jīng)濟(jì)效益，一方面需在設(shè)備本身方面進(jìn)行提高，如選用性能質(zhì)量好的碳刷、刷握和恒壓彈簧。另一方面要規(guī)范和提高對碳刷——滑環(huán)和運(yùn)行維護(hù)管理工作，及早發(fā)現(xiàn)碳刷電流偏差大異常，及時(shí)采取措施消除，防止發(fā)生碳刷冒火現(xiàn)象，徹底避免碳刷——滑環(huán)燒損引起的發(fā)電機(jī)失磁，轉(zhuǎn)子短路事故的發(fā)生。

[1]宋士強(qiáng)，李福林．發(fā)電機(jī)集電環(huán)維護(hù)[J]．電機(jī)技術(shù)，2005（4）：59-60+62．

[2]JB/T-2361-2007，《恒壓刷握》國家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S]．

TM312

A