发电机励磁碳刷事故分析和对策(正式)

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发电机励磁碳刷事故分析和对策(正式)

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文件编号：KG-AO-9332-99 发电机励磁碳刷事故分析和对策(正

式)

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沙角A电厂1，2号机曾因励磁碳刷环火造成2次停机事故。机组容量200 MW，发电机的励磁形式为它励，额定励磁电流1765 A，励磁碳刷采用非恒压形式，主励每极32条碳刷，碳刷型号为D172HT-25×32×65，20xx年6月2号机组大修增容改造时，励磁碳刷改为恒压形式，每极30条碳刷，碳刷形号为D172HT-25×32×100。D172碳刷主要参数见表1。

表1 D172碳刷主要参数

长度L/mm

磨擦系数k

正压力P/Pa

接触压降△E/V

电流密度I/（A/cm²）额定电流I/A

最高速度v（m/s）

电阻率、p/Ω·m

电阻率R/Ω

65

9.8×2500

0.25

1.25

12

96

70

12×10-6(-6标在右上位置) 0.00105

100

9.8×2500

0.25

1.25

12

96

70

10×10-6

0.00162

1 事故经过

(1) 2001-06-29T08:00交接班检查1号机组碳刷无火花机，14:45检查发现主励磁机负极滑环碳刷环火，减负荷和减励磁电流、调整处理无效，碳刷刷辫

相继发红烧断，并伴有弧光，14:55，值长令解列停机，事故过程约10 min，结果造成20个碳刷刷辫烧断，4个刷握孔熔化。当时机房内温度35～40℃，有功负荷200 MW，无功负荷90 Mvar，励磁电流1650 A。

(2) 2001-09-18，机房内温度35～40℃，2号机组有功负荷210 MW，无功负荷87 Mvar，励磁电流1550 A，班中检查发现励磁负极的其中一条碳刷断辫，滑环碳刷火花大，取出该组(3条)碳刷更换，滑环环火，并发现其它碳刷相继发红断辫，减励磁电流，有功减至140 MW调整处理无效，解列停机。整个过程约15 min，结果造成10只碳刷刷辫烧断，部分采集电环及销钉固定孔烧化，“V”架部分销钉烧断。

2 引起碳刷发热的因素

碳刷发热由3部分组成：碳刷自身电阻发热，碳刷接触压降发热和磨擦发热。

碳刷自身电阻发热功率：W₁=I²R

碳刷接触压降发热功率：W₂=I△E 磨擦发热功率：W₃=Fv

其中：I－流过碳刷的电流；

R-碳刷电阻；

△E-接触压降；

F-碳刷压紧力；

v-碳刷与滑环的相对运动速度。

3 碳刷发热的原因

3.1 碳刷使用过程中电阻值逐渐增大

将购买的500条D172HT-25×32×100碳刷，用电桥法测量其电阻值为0.0012～0.0020Ω，电阻分散性不大；一部分碳刷在2号机组使用一段时间后更换下来，测得电阻值为0.0012～0.01Ω，即部分碳刷的电阻增大了；2号机碳刷事故停机后，拆下的碳刷测得电阻值为0.0012～0.3Ω，电阻分散性很大，电阻也大了许多，电阻值的增大使碳刷的电阻发热增加。

3.2 碳刷卡阻

碳刷通过电流后发热，刷体膨胀，易卡在刷握，这时拉动刷辫感觉很紧；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，这几种形式卡阻，用钳表仍可测得电流，容易被误导(刷辫处磁场较强，测量方法不同，钳表测

得数值误差大，测量值只作定性分析)，碳刷却已经失效，致使其它碳刷分配的电流增加，电阻发热增加。

3.3 碳刷压力减小

非恒压碳刷，压紧弹簧后碳刷接触压降小，发热少，在碳刷磨短后，弹簧压力明显减少，压力小到一定程度，接触不稳定，接触压降增大，接触压降发热明显增加。

3.4 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445 mm，折算后滑环表面园周速度为69.9 m/s，碳刷在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。在滑环表面开凹槽和磨花碳刷接触面可破坏气膜。但开凹槽使碳刷实际的接触面积减小。

3.5 滑环氧化膜的形成

滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻大大增加，励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上。

3.6 电流平衡的破坏

一般情况下，非恒压弹簧碳刷新换上和压紧弹簧，碳刷与滑环接触面的接触紧力较大，即接触压降小，所有32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)。运行一段时间后，碳刷的磨损量相近，但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因素，碳刷磨短了或弹簧压力降低了，碳刷接触面的接触紧力减小，碳刷间电流二次再分配，每条碳刷的电流差别增大，处于不稳定平衡(称作弱平衡)。这个阶段时间长，逐渐变化，不容易引起警觉。当环境温度升高或励磁电流增加时，