发电机励磁碳刷刷握弹簧频断原因分析和预防措施

发电机励磁碳刷刷握弹簧频断原因分析和预防措施摘要:分析了铜川铝业电厂汽轮发电机碳刷烧损事故的原因,介绍了改进碳刷维护管理的措施。

关键词:碳刷刷握集电环电流平衡发热改进措施

铜川铝业电厂两台发电机组自2002年投运以来,发电机励磁滑环、碳刷的运行一直比较平稳,正常的运行维护按《铜川铝业电厂企业标准——电气运行标准》执行。2006年11月初#2机组开始出现刷握弹簧频断裂现象,被迫造成停机。经过仔细分析查找原因,采取了有效的措施后这一故障予以消除,并在#1发电机的同类故障中得以成功应用。机组容量25 MW,额定励磁电流390A,励磁碳刷采用恒压形式,主励每极10条碳刷,碳刷型号为:D172。

1 现象及经过

铜川铝业电厂2006年11月开始,#2发电机的励磁碳刷开始出现频繁开裂、崩角的现象,滑环碳刷火花大,随后刷握弹簧也开始出现断裂现象,平均每班断2～4个,12日前夜班断裂速度开始加剧一个班就断裂了9个。

对于这种现象,我厂高度重视,组织专人对运行中的滑环、刷握弹簧和碳刷进行连续观测,详细测量记录震动和温升,11月13日我厂组织各部门进行初步分析,认为集电环(滑环)存在问题的可能性较大,决

定停运#2发电机组检查处理。

2 发现的问题及处理办法

#2机组停下来后我们仔细检查发现,外侧集电环的表面有明显的沟槽,沟槽最深处有1.5 mm。发电机每转一周碳刷就要震动一次,一只碳刷一分钟就要震动3000次,如此高的震动频率就是刷握弹簧频断的直接原因。

经与东方发电机厂进行技术交流后,我们决定对发电机集电环进行车削。我厂请来了车工师傅在现场制作车刀架,对#2发电机的集电环进行车削、抛光,重新组装好后顺利的并网发电,解决了刷握弹簧频断的故障。

3 原因分析

(1)碳刷卡阻:碳刷通过电流后发热,刷体膨胀,易卡在刷握当中,拉动刷辫感觉很紧;部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因,会在刷握一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻,碳刷与集电环间可能夹有杂物产生划痕,致使其它碳刷分配的电流增加,电阻发热增加,磨损加剧,使刷握产生振动。

(2)电流平衡的破坏:对于同一规格的碳刷,所有10条碳刷工况相近,每条碳刷的电流接近相等,刷体的平均温度较低,碳刷间电流相对稳定平衡(称作强平衡)。我厂有两种品牌的碳刷,材质存在差异,同一

集电环上使用不同材质的碳刷时,在各碳刷间会产生电流二次再分配,每条碳刷的电流差别增大,处于不稳定平衡(称作弱平衡)。当环境温度升高或励磁电流增加时,随时可造成弱平衡破坏,加剧集电环的磨损。

(3)碳刷接触面形成气膜:D172碳刷最大圆周速度为70 m/s,发电机励磁滑环直径为410 mm,折算后滑环表面园周速度为64.37 m/s,碳刷在接近允许最大速度下运行,很容易在碳刷接触面产生气膜和跳动,流过碳刷的电流不稳定。

(4)#2发电机安装时没有安装转子大轴接地装置,大轴上的静电无法释放,加重了碳刷的负担。

(5)生产管理漏洞:我厂一直未对碳刷的使用、维护、产品质量进行严格的规定,虽然经过了多次大、小修、临修,但对发电机集电环的检查不到位,没有引起技术人员足够的重视,在我厂运行规程中明确规定了:同一滑环上严禁使用不同规格的碳刷,但此条规程执行不严。

4 改进措施

(1)严格执行我厂的《电气运行标准》第一篇的9.5条:滑环、电刷的维护之规定和《电气设备检修标准》的第一部分的有关规定。

(2)对于碳刷跳动时的处理——针对不同原因分别进行不同处理:

①因碳刷有破裂细块掉在刷握中——立即将破损的细碳刷块清除,若破损严重,及时更换碳刷。

②弹簧压力不够——应更换新的弹簧夹,碳刷对集电环的压力为:1.2～1.3 kg,

③刷握变形——应更换刷握。

(3)碳刷破损处理,针对引起原因分别进行处理:

①碳刷温度高发生破损——立即查找温度高的原因并消除,将破损碳刷换下后,必须精心进行调整。

②碳刷未打磨好发生破损——如打磨时碳刷弧度小,应重新打磨,使碳刷在刷握内活动自如,无振动现象。

③因机组振动大,碳刷有卡涩现象导致碳刷破损,应尽快重新打磨和调整碳刷,使碳刷在刷握内活动自如,机组冲转达临近界转速时应尽快仔细检查碳刷情况,保证不能有跳动现象。

④碳刷质量差发生的破损——应尽快进行更换,保证碳刷质量。

(4)给电气运行各值配备直流钳表和测温表,定期测量和掌握每个碳刷电流和温度,碳刷电流不平恒应及时检查碳刷和刷握均压弹簧,刷体温度控制在不大于80℃。

(5)维修部定期检查集电环表面粗糙度及外圆跳动及时消除电流不平衡、气膜、氧化膜、卡阻等因素,保证碳刷在平衡状态工作,每次发电机停机时应清理电刷与集电环。

(6)在发电机启动之前或更换新电刷之后,及时检查电刷与集电环接触表面,保证两者接触面应大于电刷总面积的70%。

(7)检修人员应利用发电机停机时定期调换集电环极性(因正、负极磨损量不同)。

(8)出现个别碳刷弹簧断或断辫,可先减小励磁电流;出现环火,则大量减小励磁电流,调整碳刷电流平衡后再换碳刷。

(9)规定碳刷磨损掉1/3时必须更换,消除碳刷太短、电阻值变大、卡阻、阶梯形四面体等现象。

(10)碳刷品牌的选用参照渭河电厂成熟的经验,选用上海摩根厂生产的产品,电气运行人员严把质量关,同一集电环不得安装不同品牌的碳刷。

(11)加装转子大轴接地碳刷。

5 结论及效果

铜川铝业电厂两台汽轮发电机,采取上述措施以后,从2007年初运行至今碳刷磨损均衡、温升正常、碳刷电流分布均匀,刷握震动正常,实现了碳刷无火花、刷握平稳运行。集电环、碳刷的维护运行由被动管理形式改为主动控制管理,提高了设备安全可靠性能和生产效率。

参考文献

[1]姜方剑,发电机常见故障原因及对策分析[J].机电信息2013(12).

[2]发电机励磁碳刷运行中存在的问题及对策[EB/OL]7..