大型汽轮发电机转子集电环烧损分析与预防

大型汽轮发电机转子集电环烧损分析与预防

于杰

国电宿迁热电有限公司

Analyze and Prevent the Burning Loss of Large-scale Steam Turbo Generator’ Rotor Collector Ring

Jie Yu

Guodian Suqian Thermoelectricity Corporation,Jiangsu Suqian,223803

ABSTRACT: For several years, large-scale steam turbo generator’s rotor collector rings made in our country frequently suffer burning loss problems. Through the massive scene evidence collection and the research, the main reasons of the accident are comprehensively studied and induced. According to the reasons, pertinent measures are found, and have a good effect on preventing the burning loss of generator’s collector ring and electric brush. Particularly, to prevent the burning loss accident is very important to ensure the safe operation of large-scale generator, with the production of 300MW, 600MW, 1000MW water-hydrogen-oxygen cooling type large-scale steam turbo generators is more in recent years. Moreover, this type generator adopts innovative approaches on the aspects of design, installment, operating maintenance and so on, which will avoid the accident of burning loss of generator’s collector ring.

KEY WORD: large-scale generator; collector ring; analysis of burning loss; prevention

摘要：针对几年来国产大型汽轮发电机频繁发生转子集电环烧损问题进行了大量的现场取证和研究，对事故的主要原因进行了综合分析和归纳，在得出的结论中采取了有针对性的措施后，对预防发电机集电环及电刷烧损事故的发生起到了良好的效果。尤其是近几年来投产的国产水－氢－氢冷却式300MW、600MW、1000MW大型汽轮发电机较多，控制集电环及电刷的烧损对保证大型发电机安全运行显得尤为重要。在此类型发电机上从设计、安装及运行维护等方面采取有针对性的改进措施，将对避免发电机集电环烧损事故起到积极的作用。关键词：大型发电机；集电环；烧损分析；预防

几年来各发电厂中国产200MW、300MW以上大型汽轮发电机集电环烧损事故的发生日益频繁，据不完全统计，仅1997年以来，吉林、河北、广东、湖北、辽宁、内蒙古等省各大发电厂先后发生发电机集电环烧损事故几十起，有的电厂甚至是重复发生此类事故，修复时间少则一个星期，多则一个月，直接和间接造成了发电企业的严重经济损失，极大地影响了发电厂的安全生产和经济效益。近几年国产600MW、1000MW汽轮发电机相继大量投产运营，一旦发生集电环烧损事故，造成的经济损失和对区域电网稳定的影响是显而易见的，因此研究预防这些大容量、转子大电流发电机转子集电环烧损的问题不容忽视。从根本上解决发电机集电环烧损，也是一名专业技术人员义不容辞的责任。下面就吉林省某发电厂两台QFSN-300-2型汽轮发电机集转子电环及电刷烧损事故的现场调查、综合原因分析、预防措施和落实情况，以及取得的效果作简单介绍，谨供各发电企业作为避免此类事故的参考。

1事故经过及现场调查

1997年4月份，吉林省某发电厂运行中的1号发电机转子电压、转子电流、主励磁机转子电压表突然摆动较大，其它表计如无功功率、定子电压、定子电流表都在正常值附近略有波动。值班员到就地检查发现发电机转子隔音罩内严重冒火，立即打闸停机，发变组与系统解列。停机后检查转子正极集电环（靠发电机本体六瓦侧）表面严重烧损，表面径向螺旋通风沟凸起部分光洁面全失，集电环内径边缘被电弧灼烧成一条周向弧长约200mm、最宽处约85mm、最深处约30mm的弧形沟，正极10组电刷握靠集电环侧严重烧熔，40块电刷全部烧熔，残留部分被焊附在电刷

2发 电 317

握内，铜质导电架灼伤严重，集电环与转子轴径之间的环氧绝缘套筒边缘部分被烧损成一周向弧长约210mm、轴向深约90mm呈近似三角形状的缺口，绝缘套筒烧损处的转子轴径表面被灼烧成同样形状最深处约10mm的凹坑，详见附图1所示。现场鉴定后确认整个正极集电环、10组电刷握及导电架全部报废。事后对1号发电机转子集电环的运行维护、集电环和电刷的结构以及安装缺陷等问题进行了详细的调查、研究，并在结构设计和安装上遗留下的原始缺陷进行了补救处理，加强了电刷的维护，并提出了两台发电机转子集电环烧损的防范措施。尽管如此，事隔不到两年的1999年3月份，该厂2号发电机转子正极集电环又发生了烧损事故，事故现象与1号发电机大致相同，只是烧损程度略轻，除10组电刷握报废外，导电架基本无损伤，集电环经过表面处理后恢复使用。事故的重复性发生，说明当时的原因分析不够透彻，采取的对策及防范措施还有很大漏洞，甚至是没有找到集电环及电刷烧损的根本原因，防范措施也就没有做到对症下药。

附图11号发电机集电环及电刷烧损情况图

图1-a. 集电环烧损情况图1-b. 电刷握烧损情况

图1-c. 导电架装配烧损情况图1-d. 绝缘套筒及转子轴烧损情况经过了两台次发电机集电环烧损的事故教训后，

该厂在电气专业专门成立了攻关小组，决心查出集电

环烧损的真正原因并彻底解决问题。专业人员经过多

次对各发电厂此类事故的现场实地调查和大量的实

验、分析，并从设备元件材质、结构设计、装配质量、

运行维护等方面进行了深入研究，罗列了各种原因，

最终确定了集电环烧损的主要原因，制定了对策并付

诸实践，七年多来效果显著。

2原因分析

总结出了造成发电机集电环烧损的诸多可能原

因，并从大量的运行监测原始记录判断，这些原因均

成立：

2.1通过对该发电厂2000年4月份的一次1号发电

机密封油系统差压阀自动跟踪失调导致发电机励侧

轴封瞬间喷溅大量带油的氢气到集电环和电刷上的

事件（因发现及时并积极采取减励磁、更换电刷措施

而避免了一次集电环烧损事故）说明，造成集电环烧

损的一主要原因即发电机双流环式密封油系统差压

阀质量不过关，调节跟踪性能差，带油的氢气瞬间穿

越轴封喷溅到集电环及电刷上，在集电环和电刷之间

形成油膜，使得电刷在高速旋转的集电环表面基本处

于悬浮状态，致使整个正极集电环上的绝大部分甚至

全部电刷很短时间内失去导电能力，极个别电刷电流

急剧上升，刷辫烧断，甚至是整个集电环正极失去导

电通道后，集电环与全部电刷之间形成绝缘间隙（即

发电机瞬间失磁），构成电弧通道放电，导致集电环、

电刷握在电弧作用下迅速烧损、融化。