淺談600 MW水輪發(fā)電機(jī)組碳刷打火原因及處理方法

張 瑜, 雷 浩

(國(guó)大渡河檢修安裝有限公司,四川 沙灣 614900)

1 概 述

瀑布溝水電廠共有6臺(tái)水輪機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配有碳刷共50個(gè)，正極碳刷25個(gè)，負(fù)極碳刷25個(gè)，通過兩個(gè)銅排勵(lì)磁引線接入勵(lì)磁系統(tǒng)。2017年12月，瀑布溝運(yùn)行人員在進(jìn)行常規(guī)巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)瀑布溝1號(hào)機(jī)組碳刷出現(xiàn)輕微打火現(xiàn)象，經(jīng)與檢修人員協(xié)調(diào)后，建議在檢修期進(jìn)行處理。

2 碳刷打火危害

勵(lì)磁碳刷出現(xiàn)輕微打火對(duì)機(jī)組并無太大影響，但如處理不及時(shí)，火花就會(huì)越來越嚴(yán)重，如若發(fā)熱嚴(yán)重，便會(huì)燒壞碳刷和滑環(huán)，破壞發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成巨大威脅，甚至破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 碳刷打火原因分析

碳刷打火的主要原因是碳刷在運(yùn)行過程中發(fā)熱，在高溫下與滑環(huán)摩擦產(chǎn)生劇烈火花。碳刷發(fā)熱主要有三部分組成碳刷自身電阻發(fā)熱Q1，碳刷接觸壓降發(fā)熱Q2和磨擦發(fā)熱Q3，刷辮與碳刷接觸電阻和散流電流發(fā)熱Q4。

碳刷自身電阻發(fā)熱功率：W1=I2R

碳刷接觸壓降發(fā)熱功率：W2=I△E

磨擦發(fā)熱功率：W3=FV

接觸電阻和散流電阻發(fā)熱：W4=I2R

碳刷總體發(fā)熱量為:Q=Q1+Q2+Q3+Q4

其中：I為流過碳刷的電流；R為碳刷電阻；

△E為接觸壓降；F為碳刷壓緊力；V為碳刷與滑環(huán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；R為接觸電阻和散流電阻等效值。

結(jié)合瀑布溝電站機(jī)組運(yùn)行的情況和設(shè)備情況分析，碳刷打火的可能原因有如下幾點(diǎn)：

3.1 恒壓彈簧壓力不足

碳刷彈簧使用的是恒壓彈簧，碳刷規(guī)定壓力為180 cN/cm2。運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著不斷處于高溫環(huán)境下，造成彈簧彈力下降，以致造成碳刷與滑環(huán)接觸面積過小，使電流分布不均，在機(jī)組運(yùn)行的過程中發(fā)生打火現(xiàn)象。若在碳刷底部施加壓力時(shí)，打火現(xiàn)象消失，這種情況下需進(jìn)行更換彈簧。

3.2 機(jī)組振動(dòng) 滑環(huán)表面不平整

由于機(jī)組的振動(dòng)，使滑環(huán)與靜止的刷握產(chǎn)生接觸，損壞滑環(huán)而使滑環(huán)表面產(chǎn)生毛刺，振動(dòng)也會(huì)使碳刷與滑環(huán)接觸不良而造成打火。

3.3 維護(hù)不到位

機(jī)組在長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行情況下，碳刷與滑環(huán)長(zhǎng)期摩擦?xí)a(chǎn)生大量碳粉，發(fā)電機(jī)都裝有碳粉吸收裝置吸收碳粉，但也不能全部吸收，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過程中部分殘留的碳粉就會(huì)使滑環(huán)溝道發(fā)生堵塞，使碳刷粉結(jié)垢，碳刷積垢臟污后容易卡澀，不能活動(dòng)自如，摩擦增大，產(chǎn)生大量熱量，發(fā)生打火現(xiàn)象。 機(jī)組運(yùn)行中如大罩不嚴(yán)會(huì)使得灰塵沙粒進(jìn)入滑環(huán)表面，就會(huì)引起碳刷跳動(dòng)加劇、摩擦增大、接觸不良，并且產(chǎn)生大量的碳粉。碳粉聚集在刷握內(nèi)會(huì)造成碳刷卡澀。也會(huì)影響電流的分配而導(dǎo)致打火的發(fā)生。

4 檢修處理方法

檢修人員在處理碳刷打火問題時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程中的方法進(jìn)行處理。具體措施如下：

(1)更換磨損嚴(yán)重的碳刷。運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：當(dāng)碳刷上沿與刷握平齊時(shí)，該碳刷就應(yīng)予以更換；同一排碳刷不能同時(shí)更換三塊以上，且每一塊碳刷與滑環(huán)的接觸面積不小于70%或2/3以上；更換新碳刷前 要對(duì)新碳刷進(jìn)行仔細(xì)打磨，保證碳刷與滑環(huán)之間接觸良好。

(2)更換剛度不足和過熱失效的恒壓彈簧。將之前20 N的恒力彈簧全部更換為22 N。

(3)滑環(huán)和電刷表面存在碳粉堆積，采用無塵白布蘸取少許酒精進(jìn)行清洗，同時(shí)清洗碳刷表面。

(4)在巡檢過程中如發(fā)現(xiàn)個(gè)別碳刷存在嚴(yán)重?zé)t，按照規(guī)程積極進(jìn)行處理。

(5)如出現(xiàn)滑環(huán)嚴(yán)重過熱或局部刷架燒紅，應(yīng)立即匯報(bào)值長(zhǎng)，降低勵(lì)磁電流后盡快通知檢修人員到場(chǎng)協(xié)同處理。

5 防范措施

加強(qiáng)碳刷電流的檢測(cè)：

(1)運(yùn)行人員要增加對(duì)碳刷電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的次數(shù)，特別是在出現(xiàn)打火現(xiàn)象時(shí)更應(yīng)如此，以便掌握碳刷的電流分布情況。如碳刷電流在12～80 A，說明運(yùn)行正常；如碳刷出現(xiàn)零電流或高于標(biāo)準(zhǔn)值的情況，說明運(yùn)行碳刷異常，電流過大繼續(xù)運(yùn)行則會(huì)燒毀碳刷，嚴(yán)重時(shí)造成異常停機(jī)。

(2)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)碳刷打火現(xiàn)象的嚴(yán)重情況，及時(shí)更換長(zhǎng)度過短的碳刷。

(3)開發(fā)碳刷紅外測(cè)溫或聲定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用二次監(jiān)測(cè)碳刷打火現(xiàn)象。

6 結(jié) 語

發(fā)電機(jī)碳刷打火現(xiàn)象在電機(jī)的運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。因此，對(duì)碳刷的監(jiān)視、維護(hù)保養(yǎng)并及時(shí)處理超溫故障，是保證發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作之一。充分利用規(guī)程規(guī)定及相關(guān)知識(shí)，積極采取措施控制勵(lì)磁系統(tǒng)的常見故障，防止和消除發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中碳刷打火的現(xiàn)象，對(duì)碳刷進(jìn)行精心的維護(hù)，將碳刷打火消除在萌芽狀態(tài)顯得尤為重要。