300MW發(fā)電機集電環(huán)裝置頻發(fā)缺陷的分析與處理

天津華能楊柳青熱電有限責任公司 呂秀波

1 發(fā)電機技術(shù)數(shù)據(jù)

楊柳青電廠四期發(fā)電機型號QFSN-300-2，汽輪發(fā)電機為上海發(fā)電機廠生產(chǎn)，采用有刷勵磁方式，型號QFSN-300-2；額定容量300MW；額定電壓20000V；額定電流10189A；額定轉(zhuǎn)速3000r/min；勵磁電流2510A；勵磁電壓302V；接線方式2Y；相數(shù)3；頻率50Hz。

2 集電環(huán)裝置運行中故障分析

2.1 刷盒與刷盒座接觸電阻超標

楊柳青發(fā)電廠四期勵磁機是由上海發(fā)電機廠設(shè)計，勵磁機刷架由獨立的支架固定在底板上，刷架和導電板為一體，中間用絕緣隔板分開正負極，每極設(shè)8個刷盒座，每個刷盒座由刷盒及6塊電刷和彈簧組成電刷組件，刷盒及刷盒座主件為表面鍍銀的硅黃銅（ZHSi80—3）精密鑄件。電刷組件在運行中每月均需要將刷盒從刷盒座中拔出，對NCC634型25×32×100mm的電刷進行檢查，保證電刷與集電環(huán)接觸面積不低于75%，并用卡尺測量電刷長度不低于60mm，頻繁的操作造成刷盒與刷盒座之間摩擦損耗大大增加，鍍銀層磨損，導致刷盒與刷盒座間接觸電阻超標（表2-1），接觸面灼傷，進而影響各碳刷電流的均勻分布。我廠#7機組小修期間發(fā)現(xiàn)勵磁機集電環(huán)裝置共有7組刷盒與刷盒座間接觸電阻超標。

測試刷盒與刷盒座接觸電阻如表2-1。

2.2 電刷恒壓彈簧壓力分布不均

集電環(huán)裝置電刷正常運行應(yīng)保證各碳刷電流分布均勻，其電流互差宜≤15%，刷握恒壓彈簧壓力均衡。#8機組運行中電刷磨損長度不同，恒壓簧溫度不同，各電刷組件對滑環(huán)的垂直壓力也不相同，約相差15%～35%，壓力不同又進一步影響滑環(huán)工作面各點摩擦力的變化，導致氧化膜厚薄不均，各電阻也會有較大的差別。

一方面在不同的壓力下，電刷的接觸電壓降與接觸電阻不是線性關(guān)系，在電刷平均電流值區(qū)域，接觸電壓變化10%，電流相差30%左右；另一方面由于碳刷恒壓彈簧壓力過小易造成電刷與集電環(huán)接觸不好，接觸電阻增大，產(chǎn)生打火現(xiàn)象，并使集電環(huán)相應(yīng)部位溫度升高造成安全隱患。

在檢測#8發(fā)電機碳刷恒壓彈簧壓力時，發(fā)現(xiàn)各碳刷恒壓彈簧壓力相差較大，最小壓力為0.45kg、最大壓力為1.4kg，壓力較小的碳刷其電流也較小，個別電刷最小電流為0.3A。經(jīng)檢測流過48塊碳刷刷辮的電流總和與勵磁電流存在300A左右的差值，說明300A勵磁電流沒有經(jīng)過碳刷刷辮而是直接通過刷握流過。此運行工況不利于設(shè)備穩(wěn)定運行，甚至會損壞設(shè)備。

2.3 軸瓦漏油對碳刷的影響

通過對#8機組現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，靠近風扇側(cè)電刷恒壓彈簧壓力均在合格范圍內(nèi)，但電刷電流仍偏小。此類碳刷位置分別位于風扇側(cè)，根據(jù)碳刷位置及現(xiàn)場運行工況發(fā)現(xiàn)造成電刷電流較小的原因是由于#7瓦漏油，油污順著風向爬進刷架，附著在滑環(huán)上，油污的存在使電刷與滑環(huán)之間形成油膜，由于電刷與滑環(huán)之間電壓很低，油膜起到了絕緣作用，阻斷電流流過，使通過電刷的電流減小，甚至接近于0。

表2-1

表3-1

2.4 運行中滑環(huán)與刷盒之間產(chǎn)生火花

運行中滑環(huán)與電刷的接觸是以跳動形式進行的，由于滑環(huán)工作面的平整度、滑環(huán)橢圓度、大軸晃動度、同心度出現(xiàn)偏差均可引起電刷振動。某日檢修人員巡視檢查發(fā)現(xiàn)#7勵磁機勵爐側(cè)#3刷盒與發(fā)電機轉(zhuǎn)子集電環(huán)處有輕微打火現(xiàn)象，取出刷盒發(fā)現(xiàn)刷盒L型固定彈簧片與集電環(huán)有摩擦痕跡，并發(fā)現(xiàn)刷盒頭與刷盒之間的緊固螺栓由于長期振動，使刷盒向集電環(huán)側(cè)發(fā)生移位，導致刷盒L型固定彈簧片與集電環(huán)摩擦產(chǎn)生火花。

3 集電環(huán)裝置運行中故障消缺

3.1 刷盒組件接觸電阻超標的處理

利用#8機組臨時停機對勵磁機刷盒與刷盒座接觸電阻超標這一缺陷進行處理。一方面將7組電阻超標刷盒組件從刷架上拆除，并重新安裝新購置刷盒組件，另一方面用白布加酒精對其它刷盒組件進行清理。再次檢測刷盒座接觸電阻均小于100微歐[1]符合檢修工藝標準要求，數(shù)值詳見表3-1。

為減小刷盒組件鍍銀層的磨損，重新調(diào)整碳刷維護方案。由每月用卡尺測量電刷長度調(diào)整為每周目視檢查電刷，當碳刷上部低于刷握槽或與刷握槽一樣平時再進行更換，減少刷盒拔出頻次。在回裝刷盒時調(diào)整安裝角度，減少刷盒組件鍍銀層的磨損量。

重新測試刷盒與刷盒座接觸電阻如表3-1。

3.2 運行中電刷恒壓彈簧壓力分布不均的調(diào)整

自卷式恒壓簧受熱后易引起過熱變形和損壞，以致造成碳刷接觸面積減少，從而造成各碳刷分擔電流不同。為檢測恒壓彈簧受損程度，需用彈簧秤逐個檢查恒壓簧運行情況。彈簧秤拉伸高度應(yīng)從刷盒底部至手柄處100mm。檢測其壓力值，壓簧壓力過大或過小也將造成部分碳刷溫度升高,標準應(yīng)為1.2～1.45kg，一個刷架上的恒壓簧壓力偏差不應(yīng)大于5%[2]。對于壓力失效的恒壓彈簧需按照鉚接工藝逐個進行更換，以達到碳刷載流均衡。

3.3 運行中碳刷油污的處理

清理#7瓦恒壓管路中油污及灰塵，防止管路堵塞，造成軸瓦密封效果降低；清理勵磁機濾網(wǎng)中的過濾海綿塊，以防小室內(nèi)負壓大而造成漏油嚴重；用清洗劑逐個清洗電刷及刷盒，去除油污及碳粉，對于油污較輕的碳刷可用砂紙研磨電刷接觸面，擦干凈后回裝，對于油污嚴重的碳刷進行更換；清理集電環(huán)裝置周圍的油跡，保持集電環(huán)運行工況良好；利用停機時徹底處理軸瓦漏油缺陷。

3.4 運行中滑環(huán)與刷盒之間產(chǎn)生火花的處理

刷盒檢查。將#7勵磁機刷盒逐一取出，分別檢查刷盒頭與刷盒之間的緊固螺栓是否有松動現(xiàn)象，并檢查刷盒L型固定彈簧片磨損量，如L型固定彈簧片磨損嚴重已失效，無法再固定碳刷時需重新更換刷盒頭，并緊固連接螺栓，防止松動而引起刷盒頭位移。

滑環(huán)檢查。利用機組停機期間，對集電環(huán)裝置進行檢查，要求滑環(huán)不平度≤0.50mm，滑環(huán)橢圓度≤0.03mm，大軸晃動度和滑環(huán)同心度≤0.05mm[3]，以徹底解決碳刷振動缺陷。

4 做好機組集電環(huán)裝置的日常維護工作

每周對發(fā)電機集電環(huán)裝置進行檢查，用鉗形電流表檢測各電刷電流，運行中單只電刷電流控制在10～90A，當運行中電刷電流較小時應(yīng)用提刷的方法檢查電刷在刷盒內(nèi)上下活動是否自由，有無卡刷和電刷焊附在刷盒壁的現(xiàn)象，當發(fā)生有卡刷和電刷焊附現(xiàn)象時，應(yīng)立即研磨電刷和清理刷盒內(nèi)壁，要保證電刷與刷架間隙在0.1～0.2mm之間，使電刷上下滑動靈活。同時檢查恒壓彈簧有無疲勞變形現(xiàn)象，并檢測恒壓彈簧壓力符合1.2～1.45kg標準要求。

每周檢查電刷應(yīng)無破損，電刷銅辮無斷股、折損，鼻子固定牢固。電刷與集電環(huán)接觸面不小于75%。

每周目測碳刷長度，當碳刷上部低于刷握槽或與刷握槽一樣平時，將此電刷更換。運行中最好同一極一次只更換6個電刷，待接觸面磨好后再逐步更換。運行中一般情況下，最多可拔掉2個刷盒（兩極各1個）。機組檢修時可更換電刷最大數(shù)量一般不超過同一極數(shù)量的一半。使用新電刷前應(yīng)進行電刷阻值測量，NCC634型電刷其電刷與電刷銅辮的接觸電阻 ＜2毫歐[3]。

每周用熱成像儀對集電環(huán)裝置溫度進行監(jiān)測，滑環(huán)及電刷的溫度規(guī)定見表4-1。

表4-1

每周清理勵磁隔音罩內(nèi)空氣過濾網(wǎng)，以防室內(nèi)負壓增大而造成軸瓦漏油。

每周檢查軸瓦有無漏油缺陷，防止集電環(huán)罩內(nèi)有油污存在，造成電刷、滑環(huán)上附著油膜，阻斷電刷電流。

機組停機檢修時應(yīng)將電刷、滑環(huán)、刷架及相關(guān)的絕緣及主引線拆卸清理干凈，對集電環(huán)表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網(wǎng)進行清理，以保持通暢。

健全電刷、集電環(huán)系統(tǒng)的專職維護制度，提高專責人的技術(shù)水平，加強生產(chǎn)運行中對集電環(huán)及電刷的維護管理工作。