390H發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電刷刷辮脫落原因分析

鈕志峰

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

0 引言

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電刷的作用是將外部勵(lì)磁電流通過(guò)電刷加到轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子上建立磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割發(fā)電機(jī)定子線圈產(chǎn)生電能。勵(lì)磁電刷由于通過(guò)的電流密度大且通過(guò)與高速旋轉(zhuǎn)的滑環(huán)接觸傳遞能量，易出現(xiàn)振動(dòng)、超溫等現(xiàn)象。勵(lì)磁電刷作為發(fā)電機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中屬于故障易發(fā)、多發(fā)部件。實(shí)際運(yùn)行中，若使用維護(hù)不當(dāng)，極易引起嚴(yán)重故障，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁、滑環(huán)環(huán)火、機(jī)組被迫停運(yùn)、設(shè)備損壞等事故[1-2]。

1 390H發(fā)電機(jī)概況

江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司建有2套S109FA燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，機(jī)組主要設(shè)備包括GE 公司生產(chǎn)的PG9351FA型燃?xì)廨啓C(jī)、D10型汽輪機(jī)、390H型全氫冷發(fā)電機(jī)及福斯特惠勒公司的三壓再熱自然循環(huán)余熱鍋爐。390H發(fā)電機(jī)是GE公司S109FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配套的全氫冷發(fā)電機(jī)，主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 390H發(fā)電機(jī)主要參數(shù)

390H發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電刷由正負(fù)兩極電刷組構(gòu)成，結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行維護(hù)方便，每極有7組刷架，每組刷架有4個(gè)電刷，共56個(gè)電刷，電刷刷體材質(zhì)為NCC634，電刷、刷架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

390H發(fā)電機(jī)屬于進(jìn)口機(jī)型，原廠配件由國(guó)外進(jìn)口，采購(gòu)周期較長(zhǎng)且電刷價(jià)格較高。實(shí)際運(yùn)行中，為了便于采購(gòu)和節(jié)省費(fèi)用，用與原廠相同刷體材質(zhì)的國(guó)內(nèi)加工產(chǎn)品進(jìn)行替代。

圖1 電刷、刷架結(jié)構(gòu)

更換成國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的替代電刷后，初期運(yùn)行正常，電刷溫度、電流等無(wú)異常，電刷也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)熱、打火及滑環(huán)磨損等現(xiàn)象，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。使用替代電刷大約1 a后，在維護(hù)發(fā)電機(jī)電刷的過(guò)程中，多次出現(xiàn)電刷刷辮被輕易拉出的情況。

對(duì)損壞的電刷進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電刷刷辮被拉出，均是刷體埋設(shè)刷辮的開(kāi)孔處開(kāi)裂引起的，檢查其他電刷也有部分存在裂紋現(xiàn)象。

隨后對(duì)使用中的替代電刷進(jìn)行更換，恢復(fù)使用原廠電刷。分析390H發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電刷的特點(diǎn)并對(duì)損壞的替代電刷和原廠電刷的加工工藝進(jìn)行對(duì)比。

3 390H發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電刷特點(diǎn)

390H發(fā)電機(jī)電刷運(yùn)行特點(diǎn)與同類發(fā)電機(jī)有較大的區(qū)別，主要是安裝的電刷數(shù)量少，每個(gè)電刷承受的電流大，使用條件相對(duì)苛刻，與同類型發(fā)電機(jī)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2[3]。

表2 同類型發(fā)電機(jī)參數(shù)對(duì)比

常見(jiàn)發(fā)電機(jī)電刷采用刷框定位在刷架上的結(jié)構(gòu)，在電刷過(guò)熱、積灰和維護(hù)不到位的情況下，容易導(dǎo)致電刷卡死在刷框內(nèi)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起環(huán)火、失磁。390H發(fā)電機(jī)電刷定位方式為中心導(dǎo)銷式，此導(dǎo)銷結(jié)構(gòu)能有效地冷卻電刷，比刷框式更能降低電刷和集電環(huán)的溫度，電刷發(fā)熱膨脹、積灰等情況下不易造成電刷卡死，不會(huì)影響其上下自由活動(dòng)。電刷刷體加工結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，電刷刷辮埋設(shè)位置比較緊湊，對(duì)加工工藝要求較高，價(jià)格也相對(duì)較高。電刷外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電刷外形結(jié)構(gòu)

4 電刷刷辮埋設(shè)工藝

電刷刷辮埋設(shè)工藝直接影響使用效果。刷辮與刷體接觸電阻大會(huì)引起過(guò)熱、損壞刷辮，還會(huì)導(dǎo)致電刷間電流分配極不平衡。電刷刷辮與電刷的固定方式通常有填塞法、擴(kuò)鉚法、焊接法和模壓法幾種[4-8]，主要特點(diǎn)如下。

(1)填塞法是在電刷上預(yù)先鉆好錐形孔或螺紋孔，引線連接部用導(dǎo)電的粉末填塞，用樹(shù)脂膠將填塞孔表面封好，適用于電刷截面較大的情況。

(2)擴(kuò)鉚法是在電刷上鉆孔、銑槽，將刷辮經(jīng)所鉆的孔穿入銑槽并繞在銅管上，然后將銅管兩端擴(kuò)張。為降低刷辮與刷體銑槽的接觸電阻，有時(shí)還需在銑槽表面鍍銅。由于機(jī)械強(qiáng)度好，適用于振動(dòng)條件下使用的電機(jī)電刷。

(3)焊接法與擴(kuò)鉚法工藝一樣，只是最后采用錫焊的方法焊牢，適用于小型電機(jī)。

(4)模壓法是在壓制刷體的過(guò)程中同時(shí)固定刷辮，適用于含銅量高的電刷。

大型發(fā)電機(jī)電刷最常用的是填塞法和擴(kuò)鉚法，根據(jù)不同的刷體結(jié)構(gòu)各廠家略有不同。390H發(fā)電機(jī)受電刷刷體結(jié)構(gòu)限制，刷辮采用填塞法埋設(shè)。由于電刷刷辮埋設(shè)位置較緊湊，對(duì)電刷刷辮的埋設(shè)工藝要求較高，填塞工藝的不同直接影響電刷的安全使用。

對(duì)損壞的電刷和原廠電刷進(jìn)行刷辮埋設(shè)工藝對(duì)比檢查。原廠電刷采用黏結(jié)填塞工藝，電刷刷辮與刷體結(jié)合緊密，無(wú)松動(dòng)；替代電刷采用普通的開(kāi)孔填塞法，刷辮在刷體開(kāi)孔中靠機(jī)械外力塞緊，開(kāi)口處用銅粉壓緊，刷辮與刷體結(jié)合間隙較大、不緊密，埋設(shè)深度淺，極易出現(xiàn)松動(dòng)發(fā)熱。由此可以看出，出電刷刷辮處開(kāi)裂的原因是刷辮埋設(shè)工藝不適用此種電刷結(jié)構(gòu)，對(duì)比情況如圖3所示。

圖3 電刷刷辮埋設(shè)對(duì)比

390H發(fā)電機(jī)電刷結(jié)構(gòu)與常用電刷不同，刷辮埋設(shè)位置開(kāi)孔后結(jié)構(gòu)比較單薄。采用替代電刷，由于工藝的不同會(huì)出現(xiàn)以下情況。

(1)替代電刷采用普通的開(kāi)孔填塞法，靠銅粉填塞壓緊，刷辮與電刷刷體接觸不是很緊密，接觸電阻增大，運(yùn)行中易引起發(fā)熱膨脹。轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)引起振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生機(jī)械疲勞，使用一段時(shí)間后，刷辮埋設(shè)的開(kāi)孔處因機(jī)械強(qiáng)度不足而脹裂，填塞的銅粉松脫，導(dǎo)致刷辮脫落。

(2)原廠電刷采用黏結(jié)填塞法，刷辮和刷體在黏合劑的作用下結(jié)合為一體，增強(qiáng)了刷體與刷辮連接處的強(qiáng)度，最大限度降低了接觸電阻，不易因接觸不良而引起發(fā)熱膨脹，同時(shí)還增加了刷辮和刷體的連接強(qiáng)度，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后不會(huì)出現(xiàn)電刷刷辮脫出的現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)390H發(fā)電機(jī)電刷特點(diǎn)及運(yùn)行情況的分析對(duì)比可以看出，普通的電刷刷辮埋設(shè)工藝不適用此類型的電刷，是引起電刷刷辮脫落的主要原因。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，電刷的選擇不僅需要注意電刷的材質(zhì)，同時(shí)也需要注意電刷加工工藝。為了提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電刷的運(yùn)行管理水平，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)注意以下方面。

(1)選擇電刷時(shí)，不僅要保證電刷的材質(zhì)滿足使用條件，同時(shí)還需要了解電刷的結(jié)構(gòu)和加工工藝，對(duì)特殊結(jié)構(gòu)的電刷，更需注意電刷刷辮埋設(shè)工藝。

(2)建立電刷維護(hù)使用技術(shù)臺(tái)賬，跟蹤每個(gè)電刷的運(yùn)行情況，完善電刷維護(hù)措施和要求，開(kāi)展電刷運(yùn)行技術(shù)分析。

(3)實(shí)際運(yùn)行中，必須加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)電刷的維護(hù)檢查，發(fā)現(xiàn)電刷存在問(wèn)題應(yīng)及時(shí)分析處理，避免故障發(fā)生。

(4)定期用紅外熱成像儀、測(cè)溫儀對(duì)電刷及滑環(huán)進(jìn)行溫度檢查，并用鉗形電流表進(jìn)行電刷電流檢測(cè)，全面直觀地掌握電刷的運(yùn)行情況。