劉清然

作者通聯(lián)：中鋁山東分公司熱電廠 山東淄博市南定鎮(zhèn)工業(yè)路東首 255051

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中國(guó)鋁業(yè)山東分公司熱電廠5#發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的QF-3.5-2-10.5型汽輪發(fā)電機(jī)，額定容量43.75MW，發(fā)電機(jī)采用機(jī)端自并勵(lì)靜止勵(lì)磁方式，勵(lì)磁裝置額定輸出電流1439A。

2008年7月23日，運(yùn)行人員巡檢發(fā)現(xiàn)5#發(fā)電機(jī)碳刷振動(dòng)異常，碳刷最高溫度122℃，多只負(fù)極碳刷打火嚴(yán)重，外引線發(fā)熱燒斷，內(nèi)部引線固定材料液化并發(fā)出焦糊味，故障碳刷壓簧過(guò)熱變形，彈性較差?，F(xiàn)場(chǎng)更換故障碳刷，運(yùn)行不久再次燒壞。測(cè)量碳刷直流回路電流，正極碳刷電流基本平衡，負(fù)極碳刷電流13～248A，并聯(lián)碳刷回路電流嚴(yán)重不平衡。停機(jī)后，檢查發(fā)現(xiàn)負(fù)極碳刷有多個(gè)破損崩角，發(fā)電機(jī)負(fù)極滑環(huán)表面嚴(yán)重?zé)g，出現(xiàn)寬約35mm（與碳刷寬度基本相等）、深約0.5～1mm的溝槽。

故障發(fā)生前，發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常，有功負(fù)荷33MW，無(wú)功負(fù)荷16Mvar，轉(zhuǎn)子電流643A。根據(jù)故障現(xiàn)象和停機(jī)檢查情況，排除發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷過(guò)大、壓簧不合格、碳刷磨短及碳刷與刷框間隙不符合要求等因素。最終判斷故障原因是并聯(lián)碳刷分支回路出現(xiàn)不平衡電流。

1.碳刷外引線燒壞分析

發(fā)電機(jī)使用HN-0.1A型安全拆換碳刷裝置（刷架），刷架上安裝正、負(fù)極各16支單組式刷握（圖1），沿滑環(huán)呈圓周雙層分布，壓簧可使碳刷和滑環(huán)保持恒定壓力，每只刷握內(nèi)安裝1只碳刷，運(yùn)行中可直接更換碳刷。刷架和刷握連接見(jiàn)圖2，刷握與刷座面接觸，勵(lì)磁電流由并聯(lián)正極刷握經(jīng)滑環(huán)進(jìn)入轉(zhuǎn)子，從負(fù)極刷握流出。正常情況下，根據(jù)歐姆定律，每極16只碳刷回路電阻基本相等，各分支回路電流相等。若發(fā)電機(jī)運(yùn)行中個(gè)別刷握與刷座接觸不良，接觸電阻增大，流過(guò)并聯(lián)碳刷回路的電流即出現(xiàn)不平衡，電阻小的碳刷回路電流會(huì)成倍增加，造成碳刷和外引線過(guò)熱燒壞。出現(xiàn)不平衡電流的原因如下。

圖1 5#發(fā)電機(jī)刷握結(jié)構(gòu)

圖2 改造前刷架和刷握連接方式

圖3 改造后刷架和刷握連接方式

（1）發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行，刷握內(nèi)部彈簧（確保刷握與刷座可靠接觸）產(chǎn)生疲勞，使刷握與刷座接觸不可靠。而且彈簧疲勞程度不同，彈簧壓力也不同，導(dǎo)致各刷握與刷座接觸電阻不等，造成各碳刷回路分配電流不平衡，接觸面越可靠的回路中電流就越大，甚至超過(guò)原電流10倍。

（2）刷握和刷座（材料均為銅）長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，接觸表面極易氧化，使電流回路接觸電阻增大。現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度較高，電流通過(guò)接觸面發(fā)熱，現(xiàn)場(chǎng)灰塵腐蝕作用也一定程度加速接觸面氧化。接觸面氧化程度不同，導(dǎo)致刷握與刷座之間接觸電阻和電流不等。

（3）發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，在刷握自身重力作用下，靠近滑環(huán)兩側(cè)的刷握受刷架振動(dòng)影響較大，特別是在刷握彈簧作用力較小情況下，刷握與刷座的接觸壓力會(huì)相對(duì)減小，轉(zhuǎn)子電流會(huì)向靠近滑環(huán)上方位置的刷握回路轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致該區(qū)域碳刷燒壞偏多。

2.發(fā)電機(jī)滑環(huán)燒蝕分析

由于轉(zhuǎn)子回路每只碳刷分配電流不平衡，接觸電阻小的碳刷回路電流增大數(shù)倍，導(dǎo)致滑環(huán)表面與碳刷溫度過(guò)高，碳刷摩擦使滑環(huán)表面發(fā)熱燒蝕，而且表面燒蝕越嚴(yán)重，滑環(huán)溫度就越高。當(dāng)滑環(huán)燒蝕到一定程度，碳刷即出現(xiàn)跳躍、振動(dòng)現(xiàn)象。同理，壓簧壓在溫度較高、振動(dòng)較大的碳刷上面，會(huì)過(guò)熱變形，彈性減弱。

3.處理措施

（1）停機(jī)后，將碳刷全部更換為材料較軟、導(dǎo)電性能較好的NCC634型上海摩根碳刷，并研磨碳刷工作面，使碳刷接觸面積大于90%。

（2）拆下刷座，按原刷握分布位置，在刷座正、負(fù)導(dǎo)電板上絞孔攻絲32個(gè)，然后將碳刷外引線直接壓接在導(dǎo)電銅板上，刷握只起固定碳刷的作用（圖3），這樣直流電流不經(jīng)過(guò)刷握與刷座接觸面，直接由滑環(huán)經(jīng)碳刷流入導(dǎo)電板。

（3）車削、打磨發(fā)電機(jī)滑環(huán)燒蝕表面，先用200砂紙粗拋光，再用金相砂紙細(xì)拋光，最后用酒精擦拭表面，使表明光潔度完全符合技術(shù)要求。

（4）加強(qiáng)汽輪機(jī)廠房環(huán)境治理，減少灰塵進(jìn)入，及時(shí)通風(fēng)散熱，降低廠房溫度，加固刷握支架基礎(chǔ)，減少機(jī)體振動(dòng)對(duì)刷握的影響。

（5）嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程維護(hù)，對(duì)碳刷、滑環(huán)進(jìn)行常規(guī)性檢查，還要定期使用直流鉗形電流表測(cè)量各刷握回路電流，并做好記錄。若發(fā)現(xiàn)回路中電流分配不均，不僅要處理電流較大的回路，還要重點(diǎn)檢查處理碳刷電流較小的回路，通過(guò)更換壓簧等辦法，使所有分支回路電流基本平衡。

（6）運(yùn)行中定期測(cè)量滑環(huán)、碳刷及其引線溫度，一般要求溫度不超過(guò)80℃，發(fā)現(xiàn)溫度過(guò)高，應(yīng)立即采取調(diào)整壓簧、更換碳刷和減少無(wú)功負(fù)荷等辦法，進(jìn)一步分析處理。

采取上述措施后，1年多來(lái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各碳刷電流基本平衡，無(wú)發(fā)熱、振動(dòng)等異?，F(xiàn)象。

1 湯蘊(yùn)璆，史乃.電機(jī)學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社

2 何曙光.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)幾電刷燒傷原因分析及預(yù)防.湖南電力.2004（4）