9号发电机滑环处理经过及原因分析

#9发电机滑环冒火情况及处理经过

大唐安阳发电厂发电部董志勇

【摘要】发电机运行中滑环冒火是常见的故障之一，若不及时消除，可导致发电机滑环冒火，严重时将造成滑环烧毁、被迫停机的事故。通过分析此次发电机碳刷冒火处理的经过和事故原因，提出了防范措施和运行维护中要注意的有关事项。

【关键词】发电机过热，滑环冒火碳刷

1、前言

同步交流发电机是一种运用旋转的电磁电枢产生电流和电压的设备。它包括一个转子（旋转电磁场）和一个定子，用来提供三相电压。对于现代大型发电机组，由于容量限制，转子已不可能采用永磁铁，一般为电磁铁。采用此种方法需要将直流电流通过碳刷与滑环相接触，再由滑环将励磁电流导入发电机转子。

大型发电机碳刷和滑环正常情况下，运行比较稳定，维护工作量也较小。但碳刷和滑环是发电机中动静接触和交换能量的设备，因受其通流的大小、碳刷的压力、周围的环境温度、湿度、清洁度、碳刷与滑环表面的磨损以及本身制造工艺等因素影响，在长期运行中，容易在碳刷和滑环之间发生冒火，若没有在及时发现隐患进行处理，将有能形成恶性循环，造成刷辫烧断、滑环打毛、压簧震断、碳刷震裂等，严重时将形成环火造成滑环烧毁、被迫停机的事故。紧急停机不仅造成系统出力下降，影响系统稳定运行，而且对发电机组本身也将产生危害。通过认真分析、研究产生冒火的原因，发现制定相应防范措施等方法，是可以有效地防止发生此类故障的。

2、设备简述

安阳电厂＃9机为汽轮发电机组。发电机为发变组单元接线。大唐安阳发电有限责任公司#9、10发电机为97年11月相继投产的哈尔滨电机厂生产的300MW机组，励磁系统是带有永磁付励磁机、交流主励磁机，静止整流器的“三机励磁”系统。

主励磁机Exc输出的交流电流，由三相全波桥式接线的硅整流柜整流后，经发电机碳刷供给发电机G励磁。而交流主励磁机Exc的励磁，由中频永磁付励磁机PMG输出交流电，由励磁调节器的可控硅整流桥整流后，经主励碳刷供给。

励磁碳刷采用恒压压簧，压簧形式见图1。发电机和主励碳刷型号均为D172/2-14②；规格为25×32×65；图号为92HL-79T。发电机每极36条碳刷，分四排、每排9条，；两极共72条；主励每极4条，共8条。

图1：压簧形状及尺寸

2.1 发电机为三相二极同步发电机，型号：QFSN－300－2－20型。

2.2 主励磁机为同步发电机三相四极励磁机，型号为TFL-1670-4。

2.3 副励磁机为同步发电机永磁，型号为TFL-75-400。

3、事件经过及处理

3.1 事件的发生

2008年01月10日检查发现#9发电机大滑环北侧一极有三块碳刷辫发热，立即将发热炭刷更换，更换后正常；事后测量#9发电机碳刷电流分布，发现#9发电机大滑环北侧一极电流分布不均匀；有三块超过100A，有四块电流低于20 A。经调整后，降到100 A 以下，但仍在80A左右。

2008年02月04日 #9发电机停运转B级检修，2008年03月6日#9发电机B级检修结束后，#9发电机并入系统。

3.2 事件的发展

2008年5月13日检查发现#9发电机北极碳刷冒火严重，减无功进行调整处理后基本不冒火。运行每班重点对#9发电机北极碳刷进行维护，但从13日开始到5月20日#9北极发电机碳刷冒火情况逐步恶化，每班多次进行维护，但间隔一段时间后仍出现冒火

现象。中间几次出现被迫减无功、降低励磁电流进行处理和调整。

5月20日测量#9发电机北极个别碳刷电流大在250A左右，并且刷辨温度高、烧焦变色，紧急减#９机无功进行处理，处理中共更换８块碳刷，其中有５块刷辨被已烧断，并对全部碳刷进行了调整和维护，将各碳刷电流调整后降至80A以下。

从5月20日开始到5月27日多次出现烧断碳刷刷辨，25日开始出现每班都碳刷刷辨烧断的现象，并且出现碳刷刷窝被烧坏的情况；冒火情况经调整后消失，但加无功后，冒火情况又出现，无法消除。被迫限最高无功100MVAR运行。

3.3 事故中的处理和碳刷维护

5月27日将#9机组北侧一极所有碳刷和压簧进行了更换，并且将碳刷刷窝有缺陷全部进行更换。更换后#9机组北侧一极刷刷辨不再烧断，但冒火情况情况依然呈恶化趋势。

从5月29日检修开始打磨滑环表面。经打磨滑环表面冒火情况有所好转，但无法加无功。

6月12日加无功至100Mvar（此值为上限值）时，碳刷冒火情况就比较严重，被迫将无功降至60 Mvar运行。

从6月12日开始 #9发电机碳刷北极碳刷磨损加快，期间平均每班更换3块以上；

以#9机组碳刷北极碳刷最北侧一排碳刷磨损最快。冒火情况情况在仍存在，无法消除。

从25日开始碳刷压簧断裂崩开现象时有发生，基本集中在北极碳刷最北侧一排碳刷。3.4 事件的发展的最后结果

从6月27日北极碳刷最北侧一排碳刷振动开始明显增大，压簧断裂崩开也呈逐步上升，到#9机7月8日停机，平均每班更换压簧4个以上。北极碳刷其他三排碳刷压簧断裂崩开情况比较少。期间只能维持发电机转子电流在1500A（额定电流2203A）左右运行。

4、停机处理经过

#9发电机由于碳刷冒火只能降无功维持运行，但长期运行势必造成更大的危害，被迫于2008年7月8日申请省调停机，处理#9发电机碳刷北侧一极碳刷冒火。

停机后检查发现：滑环表面已凸凹不平、特别是最北侧一排，靠近发电机6瓦一侧，不平度比较明显；部分刷窝内有电弧烧灼痕迹；部分碳刷由于震动有掉块现象；部分压簧由于过热弹力明显减小。

联系厂家对#9发电机碳刷北侧一极滑环表面进行了打磨处理。处理完毕后，将受损碳刷、

压簧、刷窝进行了更换。检查滑环、压簧、碳刷和碳刷架无异常后，于7月11日12：00#9发电机并入系统运行。

#9发电机并入系统运行后,检查北侧一极滑环和碳刷无冒火现象。机组在满负荷下，测量#9发电机碳刷电流分布偏差不大，滑环和碳刷温度在60℃左右、无冒火情况。#9发电机碳刷和滑环运行正常。

5、原因分析

发生碳刷冒火花的原因很多，相关资料、规程都对其作了详细的叙述，但在实际生产中真正造成碳刷冒火花的原因大概有以下几种：

5.1 碳刷电流分布不均、个别碳刷电流密度过大

实际运行中，如果有一、两个碳刷因机械原因卡涩，弹簧压力不足等原因不出力，只要碳刷电流分布比较均匀的话，由其他碳刷分摊其电流，短时间内还不致于发生大的危害，但要及时发现、进行调整。就怕碳刷电流已分布不均匀，造成个别碳刷带大负荷电流，这次#9发电机励磁冒火时就发现，个别碳刷测量电流在200A左右，峰值达到过400A，如此大的电流造成接触面通流密度增大，根据Q=I*IRT，发热量跟电流的平方成正比，积聚的热量无法散发出去时，温度急剧升高，碳刷与滑环接触面就会产生火花。另外火花的产生后，使碳刷工作环境更加恶劣，从而恶性循环，使碳刷冒火花更严重。并且在如此大电流下将造成碳刷刷辫烧断。碳刷烧断后其分摊大电流又转移到其他碳刷上，造成其他碳刷也发生如此情况，形成恶性循环。

碳刷过热造成压簧弹性变差，造成碳刷压力不足，使碳刷与滑环之间发生打火，滑环打出熔点，加剧发热。碳刷长期冒火状态将使滑环拉毛、烧蚀和产生麻点，滑环产生高温它会造成碳刷与滑环表面接触不良，更容易打火，使滑环过热，造成恶性循环。轻微时滑环表面产生轻微的划痕，严重时滑环磨损和烧蚀。

当滑环表面产生划痕。就会使碳刷与滑环的摩擦力增大，加剧碳刷与滑环的不正常磨损，使滑环产生较多的热量，同时引起碳刷跳动；而压簧在交变应力下长时间运行，造成压簧疲劳断裂崩开。此次事件最后造成的结果就是滑环表面凸凹不平、碳刷震裂、压簧震断等现象。