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        發(fā)電機勵磁碳刷打火原因分析及處理

        2016-12-31 00:00:00梅森
        科技創(chuàng)新與應用 2016年21期

        摘 要:文章對水力發(fā)電廠發(fā)電機勵磁碳刷打火原因進行詳細分析、深入研究,并有針對性地做出相應處置措施,從而徹底解決碳刷打火問題,提高機組運行穩(wěn)定性。

        關鍵詞:勵磁碳刷;打火;原因分析;處理

        1 概述

        水輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)一般采用可控硅靜止勵磁方式,其中碳刷由自卷式恒壓式彈簧壓迫固定在刷架中,碳刷與滑環(huán)通過滑動接觸將勵磁電流由靜止碳刷送入旋轉滑環(huán),再由滑環(huán)將勵磁電流分配到發(fā)電機轉子繞組中。在機組運行中,碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污、碳刷磨損過短、碳刷材質不合格、碳刷卡澀、彈簧性能下降、滑環(huán)接觸面粗糙、碳刷與滑環(huán)非同心運行都有可能造成碳刷打火。

        2 碳刷打火原因分析

        正常工況下,碳刷溫度一般保持在50-80℃之間運行,溫升約為40℃左右,正常工作電流在20-100A之間。每個碳刷分配的電流比較均衡,承受彈簧的壓力一致且均勻,碳刷在刷握中能自如活動且無卡澀振動現(xiàn)象。

        運行中,碳刷發(fā)熱是正常的自然現(xiàn)象,但如果碳刷過度發(fā)熱且長時間沒有得到及時處理,碳刷與滑環(huán)之間或碳刷與碳刷之間就會產(chǎn)生火花,形成碳刷打火現(xiàn)象,打火嚴重時,將會造成碳刷、刷握、滑環(huán)燒損。

        在實際生產(chǎn)中,造成碳刷發(fā)熱主要有3個方面的因素:碳刷與滑環(huán)摩擦產(chǎn)生熱量、碳刷自身電阻產(chǎn)生熱量、碳刷接觸壓降產(chǎn)生熱量。

        碳刷與滑環(huán)摩擦產(chǎn)生熱量:

        Q=FvT

        碳刷自身電阻產(chǎn)生熱量:

        Q=I2RT

        碳刷接觸壓降產(chǎn)生熱量:

        Q=IET

        其中,F(xiàn)為碳刷壓緊力;v為碳刷與滑環(huán)的相對運行速度;I為流過碳刷的電流;R為碳刷電阻;E為接觸壓降;T為時間。

        在實際運行中,引起碳刷打火主要有以下幾個原因:(1)碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污。機組運行時,碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污,碳刷與滑環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時排走,熱量大量聚集造成碳刷過熱,從而引起碳刷打火。當刷柱表面臟污,同時伴隨著碳刷打火,在刷柱與刷柱之間絕緣強度不夠的情況下,容易發(fā)生環(huán)火現(xiàn)象。(2)碳刷磨損過短。碳刷長時間使用而未及時更換,碳刷磨損變短(如圖1)造成碳刷電阻減小,流過碳刷的電流相應增大,碳刷發(fā)熱量增加,當發(fā)熱量持續(xù)增加,碳刷將發(fā)生打火現(xiàn)象。(3)碳刷材質不合格。當碳刷材質過軟,碳刷在機組運行時將會因與滑環(huán)摩擦而產(chǎn)生大量碳粉,大量碳粉長時間堆積在刷握中,在油霧化較為嚴重的環(huán)境中使碳刷與滑環(huán)散熱條件變差,從而引起碳刷過熱造成打火。當碳刷材質過硬,碳刷與滑環(huán)之間的摩擦力過大引起碳刷打火,摩擦力持續(xù)過大,碳刷、滑環(huán)將會受到極大損傷,嚴重時將會燒壞碳刷與滑環(huán)。(4)碳刷卡澀。碳刷在刷握中卡澀會造成碳刷與滑環(huán)之間不能可靠接觸,卡澀碳刷分配到的勵磁電流將會遠遠降低,甚至會為零。當卡澀碳刷數(shù)量增加,正常工作碳刷分配到的勵磁電流將會大大增加,從而使正常工作碳刷可能過熱引起碳刷打火。(5)彈簧性能下降。自卷式恒壓彈簧因長期受熱易發(fā)生彈性形變,彈性形變造成彈簧彈性性能下降,從而使彈簧對碳刷的壓力減小,使得碳刷與滑環(huán)實際接觸面可能存在間隙,造成碳刷與滑環(huán)接觸不良,碳刷接觸電阻增加,勵磁電流分配不均勻度增大,電流分配過大的碳刷將會因過熱而引起碳刷打火。(6)滑環(huán)接觸面粗糙?;h(huán)接觸面粗糙(如圖2),碳刷與滑環(huán)摩擦力增大,摩擦產(chǎn)生大量熱量使碳刷過熱引起碳刷打火。(7)碳刷與滑環(huán)非同心運行?;h(huán)圓度不夠、刷握調整不當都會引起碳刷與滑環(huán)非同心運行,非同心運行會增加碳刷與滑環(huán)之間的摩擦力,摩擦產(chǎn)生大量熱量使碳刷溫度急劇上升從而引起碳刷打火。

        3 碳刷打火處理及注意事項

        3.1 全面檢查

        機組停運后,對碳刷、刷握、滑環(huán)、彈簧進行全面仔細檢查。檢查碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污情況、碳刷磨損情況、碳刷材質情況、碳刷卡澀情況、彈簧彈性性能情況、滑環(huán)表面粗糙情況以及機組運行中,碳刷與滑環(huán)相對運行情況。

        3.2 分步處理

        對碳刷、刷握、刷架、滑環(huán)接觸面臟污進行全面清潔處理;對磨損過短的碳刷進行更換;對材質不合格的碳刷進行更換;對彈性性能下降的彈簧進行更換;對卡澀的碳刷進行更換或打磨處理;必要時,通過機組檢修,對滑環(huán)圓度及光滑度不符合要求的進行車床切銷,接觸面光滑度處理(如圖3)。

        3.3 處理效果

        通過對碳刷、滑環(huán)、刷握接觸面臟污進行清潔以及對不符合要求的碳刷、彈簧進行更換,碳刷發(fā)熱量得到控制,打火情況得以緩解。通過機組檢修對滑環(huán)圓度及光滑度進行處理,碳刷打火得以徹底解決。

        3.4 注意事項

        在碳刷日常維護工作中,應提前做好防止發(fā)生短路及接地的安全措施。維護人員工作時必須站在絕緣墊上,穿戴好絕緣手套,使用合格的絕緣工具進行工作。碳刷更換前,應對更換碳刷接觸表面按照滑環(huán)接觸面形狀進行打磨,保證碳刷與滑環(huán)接觸良好,同時每次更換碳刷數(shù)量應不超過單極總數(shù)的10%。碳刷更換完成后,應對碳刷進行前后拉動檢查,查看碳刷在刷握中能順暢活動,若碳刷存在卡澀情況,應對碳刷四面用細砂紙進行打磨,保證碳刷在刷握中順暢運行。

        4 結束語

        在機組運行中,勵磁碳刷打火是發(fā)電機常見的故障之一。碳刷打火如果不能及時消除,碳刷溫度會因打火發(fā)熱而不斷上升,當溫度上升達到上限值時,碳刷、滑環(huán)可能會因過熱而燒毀,最終導致發(fā)電機被迫停運。發(fā)電機被迫停運不但會影響電力系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定,而且對發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟效益也會造成極大損失。因此,及時有效的處理碳刷打火非常重要。

        參考文獻

        [1]李琳.發(fā)電機碳刷的日常維護與運行[J].中國電力教育,2010(1).

        [2]張方慶.中小型水電站電氣部分典型故障診斷與處理[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

        [3]張文遠.發(fā)電機碳刷及滑環(huán)的運行維護[J].山西電力,2002.

        [4]胡新軍.發(fā)電機滑環(huán)碳刷電火花故障處理[J].電力安全技術,2004.

        作者簡介:梅森(1987-),男,助理工程師,從事水力發(fā)電廠設備運行維護工作。

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