靜止自并勵(lì)式發(fā)電機(jī)碳刷易損壞故障分析與處理

陳 何

0 引言

我公司#2發(fā)電機(jī)組由哈爾濱電機(jī)股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)制造，原刷握4×（25×32）所安裝的碳刷使用更換頻率過(guò)高，碳刷使用量大，平均每年消耗碳刷350個(gè)左右，維護(hù)及更換碳刷工作頻繁。除浪費(fèi)大量人力物力之外，還嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，有必要認(rèn)真考察分析故障部位的具體運(yùn)行情況，最后提出切合實(shí)際的解決方案。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

我公司一期火電機(jī)組2×300 MW，QFSN-300-2型汽輪發(fā)電機(jī)是哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司早期生產(chǎn)的300 MW水氫氫冷汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)，采用靜止自并勵(lì)勵(lì)磁方式。每個(gè)集電環(huán)圓周分布10套刷握，1臺(tái)機(jī)組共有20套刷握，每套刷握內(nèi)有4個(gè)規(guī)格為25 mm×32 mm×100 mm的碳刷，也就共有80個(gè)碳刷。由于碳刷損壞使機(jī)組運(yùn)行中經(jīng)常需要更換碳刷，浪費(fèi)了大量的人力物力，嚴(yán)重時(shí)還影響發(fā)電機(jī)組的正常生產(chǎn)。

2 故障原因分析

考察滑環(huán)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)打火現(xiàn)象比較嚴(yán)重，溫度偏高，達(dá)120℃以上。

我廠#1、#2發(fā)電機(jī)刷握為哈爾濱電機(jī)早期產(chǎn)品，經(jīng)檢查分析發(fā)現(xiàn)該發(fā)電機(jī)刷握有如下問(wèn)題：

（1）碳刷在刷握內(nèi)的有效行程小，恒壓簧、螺絲及刷握固定支架容易松動(dòng)，刷握與刷架裝配間隙大，刷握固定不牢靠，運(yùn)行中容易發(fā)生震動(dòng)，甚至磨損集電環(huán)；另外，刷握恒壓簧為鉚接安裝形式，造成更換碳刷困難。

（2）刷握上固定碳刷的耙子設(shè)計(jì)不合理，更換碳刷時(shí)十分不便。刷握從刷架上拔出后，碳刷在刷握上不能可靠固定，碳刷散落出來(lái)，安裝時(shí)需用手提住四個(gè)碳刷的刷辮回裝，由于回裝時(shí)刷辮帶電，如不注意易出現(xiàn)人身觸電及勵(lì)磁回路接地等問(wèn)題。

（3）刷握配套的勾板及壓板厚度較薄，更換碳刷過(guò)程中容易出現(xiàn)勾板壓板變形問(wèn)題。勾板變形后會(huì)導(dǎo)致刷握無(wú)法安裝到刷架上，機(jī)組運(yùn)行時(shí)由于勾板距離滑環(huán)較近無(wú)法處理，需停機(jī)后才能處理，如出現(xiàn)多個(gè)勾板變形將影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 故障處理方案

3.1 改用新型的組合式刷握

根據(jù)上述分析結(jié)果，計(jì)劃改用阜新北方刷握制造廠生產(chǎn)的雙錐角鎖緊式組合刷握，該刷握采用6 mm厚的均勻鍍銀銅底板和勾板，銅材質(zhì)M8×25的固定螺栓，恒壓簧的安裝形式為可拆式安裝[1]。

3.2 刷握具體更換工藝路線

（1）拆卸#2發(fā)電機(jī)勵(lì)磁小室、原刷握、原刷握支架，拆卸下來(lái)的零部件歸類放置好；

（2）拆除原刷握底板、勾板，整體刷握支架打磨清灰；

（3）換上6 mm厚的均勻鍍銀銅底板、勾板，銅材質(zhì)M8×25的固定螺栓，恒壓簧的安裝形式改為可拆式安裝，便于更換彈簧，刷握恒壓簧壓力調(diào)整為1.25 kg/cm2；

（4）按照拆卸相反的順序重新裝配：1）安裝4×（25.4 mm×38.1 mm）整體式刷握，校正刷握方向，使各刷握方向與滑環(huán)表面垂直，刷盒底平面與滑環(huán)表面的距離在3 mm~5 mm之間；2）啟動(dòng)發(fā)電機(jī)盤車電機(jī)，檢測(cè)并調(diào)整新更換刷握與滑環(huán)表面間隙；

（5）新刷握安裝更換完成，可以投入正常運(yùn)行：新刷握投入使用后10天，每天至少2次檢查碳刷與滑環(huán)接觸面是否存在打火現(xiàn)象，測(cè)量碳刷電流，發(fā)現(xiàn)電流異常的應(yīng)及時(shí)處理，測(cè)量碳刷、碳刷與滑環(huán)接觸面溫度并作記錄。

3.3 新刷握的技術(shù)特點(diǎn)

（1）該刷握采用插拔式刷盒：規(guī)格為4 mm×25.4 mm×38.1 mm雙錐角鎖緊式組合刷握。其包括刷盒、手柄、刷握安裝護(hù)板，其特點(diǎn)是刷握底座上設(shè)有一個(gè)水平錐度燕尾槽，雙錐角插頭上設(shè)有一個(gè)水平錐度燕尾凸臺(tái)，水平錐度燕尾槽的水平錐度和燕尾與水平錐度燕尾凸臺(tái)的水平錐度和燕尾相吻合，雙錐角插頭的水平錐度燕尾凸臺(tái)插裝刷握底座的水平錐度燕尾槽中。

（2）該刷握的新型技術(shù)提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠增大導(dǎo)電接觸面，提高安全和穩(wěn)定性的雙錐角鎖緊式組合刷握。

（3）雙錐角鎖緊式組合刷握改變了老式刷握的不足，增大了導(dǎo)電接觸面，提高了刷握工作的穩(wěn)定性，減少了底座的輔助配件，提高了刷握工作的安全性，刷盒同刷握底座機(jī)械配合穩(wěn)定，使刷握在機(jī)組上運(yùn)行起來(lái)更平穩(wěn)，勵(lì)磁系統(tǒng)電流輸出更加穩(wěn)定均衡，同時(shí)也提高了刷握的使用壽命。

（4）刷握內(nèi)外金屬表面光滑均勻鍍銀；刷盒內(nèi)粗糙度不低于Ra3.2，刷盒壁厚均勻且≥4 mm；

（5）彈簧在140℃溫度下正常工作；彈簧在恒力區(qū)內(nèi)，彈力衰減不得超過(guò)2%.

（6）恒壓彈簧使碳刷始終保持壓力在1.4~1.5 kg范圍內(nèi)，恒壓簧壓力為1.25 kg/cm2.

（7）改造后的碳刷引線在碳刷的中間，使得碳刷在刷盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受阻、卡澀，且碳刷能夠達(dá)到最理想的使用長(zhǎng)度。

3.4 改造效果

查閱ERP物質(zhì)領(lǐng)料記錄#2機(jī)組自2012年5月至2013年5月，一年內(nèi)碳刷NCC634 25 mm×32 mm×100 mm領(lǐng)用數(shù)量為200個(gè)，每年比改造前350個(gè)節(jié)省碳刷數(shù)量150個(gè)，節(jié)省率約為43%.NCC634 25 mm×32 mm×100 mm的價(jià)格為每個(gè)230元，NCC634 25.4 mm×38.1 mm×100 mm的價(jià)格為每個(gè)247元，每年節(jié)省碳刷費(fèi)用約37 050元，一臺(tái)機(jī)刷握改造費(fèi)用為120 000元，4年左右可回收改造成本。如果把節(jié)省的人工計(jì)算在內(nèi)，則節(jié)省的量還要大。

4 改造前后技術(shù)參數(shù)比較

反映發(fā)電機(jī)碳刷改造后的效果主要從發(fā)電機(jī)在相同條件下滑環(huán)溫度、碳刷溫度、碳刷電流來(lái)進(jìn)行比較。

4.1 #2發(fā)電機(jī)滑環(huán)、碳刷溫度比較

#2發(fā)電機(jī)改造前后滑環(huán)、碳刷溫度的比較詳見表1.

表1 改造前后滑環(huán)、碳刷溫度的比較

4.2 #2發(fā)電機(jī)碳刷電流比較

#2發(fā)電機(jī)改造前后滑環(huán)、碳刷電流的比較詳見表2.

表2 #2發(fā)電機(jī)改造前后滑環(huán)、碳刷電流的比較

5 結(jié)束語(yǔ)

#2機(jī)組改造基本達(dá)到預(yù)期效果，有如下具體優(yōu)點(diǎn)：

（1）操作安全性和便利性提高，避免了原刷握操作時(shí)容易出現(xiàn)的碳刷撞擊滑環(huán)現(xiàn)象，進(jìn)而防止發(fā)生人身觸電和轉(zhuǎn)子接地故障。

（2）改造后的刷握由于增大了接觸面積，使均壓彈簧更加均勻的施壓在滑環(huán)表面，因此滑環(huán)溫度比原刷握下降15℃左右，有效防止了滑環(huán)過(guò)熱。

（3）改造后滑環(huán)與碳刷間未出現(xiàn)過(guò)火花現(xiàn)象。

（4）節(jié)能降耗增效，改造后碳刷消耗量降低70%以上，有效節(jié)約了材料成本。

[1]楊俊鋒.600MW發(fā)電機(jī)碳刷振損問(wèn)題分析及處理[J].上海大中型電機(jī)，2009（3）：43-45.