王紹平

(華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

0 引言

目前，大型發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子電刷普遍采用模塊化組件式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般由沿轉(zhuǎn)子滑環(huán)均勻分布的固定式刷架和可移動(dòng)式電刷盒組成，極大地方便了運(yùn)行維護(hù)。華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司#12發(fā)電機(jī)組采用東方電氣集團(tuán)生產(chǎn)的D172F電刷(規(guī)格為25 mm×32 mm×100 mm，辮長(zhǎng)130 mm)，每極滑環(huán)配置6組刷盒，每個(gè)刷盒配4塊電刷，每極共計(jì)24塊電刷。按照機(jī)組容量和轉(zhuǎn)子額定電壓和電流設(shè)計(jì)，5組刷盒正常投入運(yùn)行能夠滿足機(jī)組強(qiáng)勵(lì)動(dòng)通流要求。滑環(huán)采用同軸風(fēng)扇密閉強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻方式，開式循環(huán)。2011－01－17，#12機(jī)組大修后并網(wǎng)發(fā)電，加負(fù)荷過程中轉(zhuǎn)子正極電刷發(fā)熱，維護(hù)和調(diào)整后未見好轉(zhuǎn)，電刷發(fā)熱在同極6個(gè)刷架電刷間移動(dòng)，極不穩(wěn)定，個(gè)別電刷最高溫度達(dá)到300℃，正極滑環(huán)溫度超過額定允許溫度120℃，通過外部增加風(fēng)扇強(qiáng)迫冷卻，暫時(shí)維持機(jī)組運(yùn)行。

1 運(yùn)行中發(fā)電機(jī)電刷發(fā)熱原因分析

1.1 轉(zhuǎn)子滑環(huán)同軸冷卻風(fēng)量不足

安裝滑環(huán)同軸風(fēng)扇葉片定向應(yīng)準(zhǔn)確，應(yīng)符合制造廠規(guī)定。風(fēng)葉定向不符合標(biāo)準(zhǔn)，一方面會(huì)引起機(jī)組轉(zhuǎn)子軸承振動(dòng)，另一方面會(huì)造成滑環(huán)冷卻風(fēng)量不足，導(dǎo)致滑環(huán)和電刷發(fā)熱。

1.2 轉(zhuǎn)子滑環(huán)密閉風(fēng)道存在堵塞或漏風(fēng)

(1)機(jī)組大修抽轉(zhuǎn)子需要按照工序拆除滑環(huán)外罩、風(fēng)道、刷架、刷盒等附件，要檢查和緊固同軸風(fēng)扇葉片及平衡配重塊，清理進(jìn)、出風(fēng)口的積灰和碳粉，重點(diǎn)應(yīng)清理滑環(huán)導(dǎo)向進(jìn)風(fēng)小孔積灰。該機(jī)組轉(zhuǎn)子滑環(huán)冷卻風(fēng)流向?yàn)?進(jìn)風(fēng)口→同軸冷卻風(fēng)扇→負(fù)極滑環(huán)小孔導(dǎo)向風(fēng)道→混風(fēng)筒→正、負(fù)極滑環(huán)小孔導(dǎo)向風(fēng)道→出風(fēng)口。此次機(jī)組大修過程中沒有認(rèn)真清理正、負(fù)極風(fēng)滑環(huán)小孔導(dǎo)向風(fēng)道，滑環(huán)小孔積灰并大量堵塞，造成正極滑環(huán)冷卻風(fēng)量嚴(yán)重不足，引起電刷和滑環(huán)發(fā)熱。機(jī)組運(yùn)行中采用干燥、干凈的壓縮空氣吹滑環(huán)，不易清除干凈小孔內(nèi)的積灰，因此，檢修中應(yīng)使用帶壓縮空氣的小管認(rèn)真對(duì)滑環(huán)小孔逐個(gè)進(jìn)行清理。

(2)進(jìn)、出風(fēng)口或風(fēng)道堵塞，電刷和滑環(huán)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量不能隨風(fēng)帶出。

(3)風(fēng)道漏風(fēng)造成冷卻風(fēng)量不足。

1.3 電刷質(zhì)量和維護(hù)方面的原因

(1)因管理不到位，電刷或刷盒型號(hào)沒有按照制造廠規(guī)定使用。多型號(hào)電刷或刷盒混合使用，引起電流在電刷和刷盒之間分布不均，部分電刷因過電流而發(fā)熱，甚至燒斷引線。

(2)電刷維護(hù)不到位，更換電刷時(shí)不認(rèn)真進(jìn)行研磨、拋光處理，電刷在盒內(nèi)間隙偏差大。間隙不足，電刷卡澀，不能自由上下移動(dòng);間隙過大，電刷晃動(dòng)度大，與滑環(huán)接觸面不吻合。

(3)電刷長(zhǎng)短不均引起電流分布不均是電刷發(fā)熱的常見原因。

(4)未定期開展滑環(huán)吹灰和清洗工作，積灰或積碳粉是造成碳刷打火發(fā)熱的主要原因。

(5)未定期開展測(cè)量電刷電流工作，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整過電流或接觸不良的無電流電刷。

1.4 刷盒導(dǎo)體絕緣及均壓彈簧方面的原因

(1)刷盒由固定部分、操作機(jī)構(gòu)和導(dǎo)電部分組成，導(dǎo)電部分與固定部分間安裝有絕緣墊片，電流在導(dǎo)電部分和電刷中通過并經(jīng)滑環(huán)引入轉(zhuǎn)子。在機(jī)組運(yùn)行中，積灰和碳粉引起絕緣能力降低或?qū)?，改變了各電刷引流通路，各電刷電阻分布不均引起局部發(fā)熱。

(2)刷盒中的均壓彈簧使用一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)壓力不均、變形、裂紋、散簧等情況，都是電流不均衡所致，發(fā)熱變形反過來又加劇電流不均。

(3)刷盒鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊力不足使整個(gè)刷盒電刷接觸不良，造成其他刷盒過電流發(fā)熱。

1.5 滑環(huán)不圓或表面粗糙引起摩擦發(fā)熱

檢修時(shí)車削滑環(huán)造成滑環(huán)不圓或表面粗糙，易引起摩擦發(fā)熱。

1.6 電刷表面不潔

電刷表面不潔最容易被忽略，正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)電刷密封在密閉的柜子內(nèi)，兩極電刷中間有套在軸上的齒輪狀軸流風(fēng)扇，靠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)把磨下的碳粉、電刷運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量及時(shí)抽走，起到清潔、冷卻的作用。如果柜門關(guān)不嚴(yán)，或巡檢時(shí)忘記關(guān)門，外面的粉塵伴隨著熱空氣吸進(jìn)電刷，附著在刷柱上，影響電刷散熱。同時(shí)，在電刷發(fā)生火花時(shí)因刷柱表面不潔，刷柱之間絕緣強(qiáng)度不夠，很容易環(huán)火。此外，滑環(huán)上車有一道道螺旋狀的溝槽，這是為了增加電刷散熱面積，改善同電刷的接觸，使電刷冷卻更充分，碳粉更容易被抽走。柜門若關(guān)不嚴(yán)，風(fēng)扇抽力不足，外面的粉塵很容易附著在螺旋狀溝里，后果是可想而知的。勵(lì)磁機(jī)電刷電壓等級(jí)比較低，裸露在外面，檢修人員應(yīng)定期進(jìn)行清潔。

1.7 軸承振動(dòng)引起電刷發(fā)熱

電刷隨著軸承振動(dòng)，致使電刷接觸面摩擦不均、引線及彈簧松動(dòng)，發(fā)生局部冒火花，進(jìn)一步加劇電刷發(fā)熱。

2 運(yùn)行中發(fā)電機(jī)電刷發(fā)熱的處理方法

2.1 轉(zhuǎn)子滑環(huán)同軸冷卻風(fēng)量不足的處理方法

機(jī)組運(yùn)行中，滑環(huán)小孔風(fēng)道堵塞不易發(fā)現(xiàn)，即使堵塞也難以疏通，對(duì)測(cè)量的電刷電流進(jìn)行分析后可確定冷卻風(fēng)量不足，應(yīng)采取增加冷卻通風(fēng)的措施，如外部安裝軸流風(fēng)機(jī)冷卻。該廠機(jī)組在滑環(huán)出風(fēng)道口加裝了1臺(tái)抽風(fēng)機(jī)，電刷或滑環(huán)溫度高時(shí)可以啟動(dòng)風(fēng)機(jī)加強(qiáng)表面熱交換，冷卻效果理想。

定期使用干燥、干凈的壓縮空氣吹滑環(huán)的積灰和積粉，定期清除滑環(huán)外罩灰塵，有效減緩滑環(huán)小孔積灰堵塞，停機(jī)后及時(shí)檢查和疏通滑環(huán)小孔。

定期檢查和清理進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)，保證進(jìn)風(fēng)清潔。

2.2 提高電刷維護(hù)質(zhì)量，及時(shí)消除發(fā)熱缺陷

盡可能使用廠家原裝電刷和刷盒，不能任意更改電刷和刷盒廠家和型號(hào)，如有必要，應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)后確定。碳刷在刷握內(nèi)應(yīng)上下活動(dòng)自如，碳刷與刷握的間隙應(yīng)為0.1～0.2 mm，電刷應(yīng)無跳動(dòng)、搖動(dòng)或卡澀的情況;電刷磨面光亮無雜質(zhì)，彈簧壓緊力應(yīng)調(diào)整為11～12 N，壓緊力過小時(shí)應(yīng)更換新電刷或調(diào)整壓力，滑環(huán)表面溫度應(yīng)不大于120℃。

另外，當(dāng)電刷磨去其高度的2/3或接觸不良時(shí)，應(yīng)更換。刷架應(yīng)無積垢，必要時(shí)可用布擦去積垢，也可以浸以四氯化碳或用酒精擦拭?；h(huán)表面氧化膜過厚或表面粗糙不光滑時(shí)，應(yīng)用最細(xì)的砂布或白布打磨，禁止用粗糙砂布打磨。

2.3 電刷冒火花的鑒別和處理

電刷冒火花的鑒別和處理見表1。

2.4 嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)，避免滑環(huán)車削不圓

滑環(huán)不圓，除會(huì)冒火花外，還會(huì)出現(xiàn)電刷跳動(dòng)和發(fā)熱;碳刷硬度較大時(shí)，電刷會(huì)出現(xiàn)掉塊或邊沿脫落等不規(guī)則狀態(tài)，電刷接觸面圓弧不均，火花放電嚴(yán)重。應(yīng)降低勵(lì)磁電流運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)應(yīng)申請(qǐng)停機(jī)重新車削滑環(huán)。

3 防止運(yùn)行中發(fā)電機(jī)電刷發(fā)熱的技術(shù)措施

(1)定期測(cè)量滑環(huán)和電刷的溫度、電流。

(2)在滑環(huán)冷卻風(fēng)道出風(fēng)口加裝抽風(fēng)裝置，帶走電刷摩擦產(chǎn)生的熱量。

(3)及時(shí)更換短電刷，使用磨刷機(jī)打磨好電刷后更換;同時(shí)，應(yīng)盡可能整盒更換，確保每組電刷的電流分布均勻。

表1 電刷冒火花的鑒別和處理

(4)加強(qiáng)電刷和刷盒管理。應(yīng)建立發(fā)電機(jī)電刷使用臺(tái)賬，電刷更換后應(yīng)進(jìn)行記錄。記錄的內(nèi)容包括機(jī)組號(hào)、電刷組號(hào)和編號(hào)、電刷型號(hào)、更換的電刷數(shù)量及編號(hào)、更換碳刷的原因。管理人員應(yīng)經(jīng)常檢查電刷的使用情況，及時(shí)補(bǔ)充電刷備品和維護(hù)工具。

(5)定期開展滑環(huán)和電刷的清灰工作。每周用壓力約0.3 MPa潔凈、干燥的壓縮空氣吹灰。

(6)加強(qiáng)機(jī)組大修管理，車削滑環(huán)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn)真清理滑環(huán)表面的電弧灼傷點(diǎn)，可先用油石細(xì)銼打磨，再用#0拋光砂布清除毛刺和麻點(diǎn);對(duì)集電環(huán)被火花嚴(yán)重灼傷的，若深度超過1 mm，損傷面積超過總面積的30%，可對(duì)集電環(huán)進(jìn)行精車，精車后用#0砂布包在扁銼上研磨工作面，再用砂布背面緊貼集電環(huán)表面進(jìn)行拋光，最后用蘸有少許機(jī)油的舊砂布進(jìn)行精拋光，使表面粗糙度達(dá) Ra0.8～1.8 μm。

(7)機(jī)組大修時(shí)，應(yīng)更換所有刷盒上的均壓彈簧并校對(duì)壓力，確保各電刷電流和壓力分布均勻。

(8)充分利用停機(jī)機(jī)會(huì)清理和疏通冷卻風(fēng)道各部分的積灰，確保風(fēng)道通暢。

4 結(jié)束語

該機(jī)組運(yùn)行中電刷發(fā)熱原因在機(jī)組停機(jī)大修時(shí)查清，原因是滑環(huán)小孔風(fēng)道積灰堵塞。電刷和滑環(huán)發(fā)熱，會(huì)威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，限制機(jī)組正常出力，導(dǎo)致機(jī)組少發(fā)電，嚴(yán)重時(shí)甚至造成機(jī)組燒滑環(huán)被迫停機(jī)，2006年該公司1臺(tái)50 MW機(jī)組就發(fā)生過滑環(huán)燒損事故。因此，做好機(jī)組電刷的維護(hù)和管理工作至關(guān)重要，該機(jī)組電刷發(fā)熱的5個(gè)月內(nèi)，共消耗電刷140塊，刷盒彈簧變形損壞4個(gè)，維護(hù)費(fèi)用增加，同時(shí)限制機(jī)組出力，造成少發(fā)電1500 MW·h，增加了維護(hù)人員的工作量，容易造成人身傷害。