楊智勇

（陜西國華錦界能源有限公司，陜西榆林 719300）

0 引言

某電廠兩臺QFS-110-2 110 MW 發(fā)電機(jī)于1999 年12 月投運(yùn)，分別于2008 年、2009 年進(jìn)行了增容改造，由容量100 MW增容改造為110 MW，改造前后技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 QFS-110-2 110 MW 發(fā)電機(jī)改造前后技術(shù)參數(shù)

1 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

QFS-110-2 型發(fā)電機(jī)為雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，定、轉(zhuǎn)子內(nèi)部通入內(nèi)冷水，其空間的空氣通過下部的空冷器循環(huán)冷卻。勵(lì)磁電流通過主、副勵(lì)由碳刷向轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)滑環(huán)通入。因此，滑環(huán)與碳刷是傳遞勵(lì)磁電流的重要中間環(huán)節(jié)。它們不同于靜止的部件，因此是發(fā)電機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)，如果該部位發(fā)生故障將導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，必須給予高度重視。如果發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)生環(huán)火，處理不及時(shí)性或技術(shù)手段不能有效跟進(jìn)，絕大部分將導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。因此，掌握突發(fā)情況下應(yīng)對發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)生環(huán)火的技術(shù)手段并能及時(shí)迅速處理，是每位從事電力企業(yè)電氣設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)人員必須具備的能力。

2 環(huán)火故障

2.1 故障案例1

2007 年6 月28 日17：54，當(dāng)班運(yùn)行人員對2#發(fā)電機(jī)電刷巡檢正常，測量電刷最高溫度為74 ℃；19：00 交班前檢查2#發(fā)電機(jī)電刷正常，測量電刷最高溫度為76 ℃；19：45 接班電氣主操檢查2#發(fā)電機(jī)滑環(huán)運(yùn)行正常；19：55 接班值長檢查到2#發(fā)電機(jī)附近時(shí)聞到有輕微的焦糊味，檢查發(fā)現(xiàn)2#發(fā)電機(jī)一電刷燒紅且瞬間變黑，立即讓正在附近進(jìn)行接班檢查的汽機(jī)主操和電氣副操檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)該電刷又變紅并伴有打火現(xiàn)象。19：57 接班電氣副操返回集控室匯報(bào)當(dāng)值值長。當(dāng)值值長令2#機(jī)減無功至20 MVar，并令當(dāng)班電氣主操立即去就地檢查，檢查時(shí)未發(fā)現(xiàn)有打火電刷和電刷燒紅現(xiàn)象。接班電氣副操用紅外線測溫儀進(jìn)一步檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)該電刷又有燒紅現(xiàn)象，測其溫度為310 ℃且打火嚴(yán)重，其他電刷均在50 ℃左右；此時(shí)，突然有相鄰4 個(gè)電刷發(fā)生較為嚴(yán)重的打火現(xiàn)象，電氣副操立即返回集控室匯報(bào)當(dāng)值值長，19：59 值長令減無功至1 MVar 左右，同時(shí)有“逆無功”光字發(fā)出，轉(zhuǎn)子電流826 A。接班電氣主操返回控制室匯報(bào)發(fā)電機(jī)負(fù)極電刷已發(fā)生環(huán)火，當(dāng)班值長立即組織人員滅火，同時(shí)匯報(bào)省調(diào)申請停機(jī)，征得省調(diào)同意后，于20：05 倒廠用電，20：07 汽機(jī)打閘停機(jī)。

2.2 故障案例2

2013 年2 月22 日9：07，設(shè)備維護(hù)部電氣巡檢人員在2#勵(lì)磁機(jī)處工作時(shí)聞到有焦糊味，發(fā)現(xiàn)2#發(fā)電機(jī)碳刷打火、冒煙，立即呼叫并通知運(yùn)行人員，當(dāng)值值長檢查后，立即通知電氣主操電氣維護(hù)人員檢查處理，并匯報(bào)公司領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)人員。9：08 電氣主操將2#機(jī)無功由32 MVar降至15 MVar，勵(lì)磁電流由1042 A 降至980 A，6 kV 廠用電壓降由6.2 kV 降至6.0 kV；電氣維護(hù)人員現(xiàn)場對未打火的碳刷進(jìn)行壓緊處理。9：10 電氣運(yùn)行主管與電氣維護(hù)人員根據(jù)現(xiàn)場情況要求無功降至10 MVar，維持6 kV 廠用電壓5.8 kV 左右，勵(lì)磁電流920 A。9：15，根據(jù)情況要求繼續(xù)降低勵(lì)磁電流，運(yùn)行調(diào)整機(jī)組有功為1#機(jī)組85 MW、2#機(jī)組75 MW 運(yùn)行，勵(lì)磁電流900 A，隨后打火情況明顯降低，電氣維護(hù)人員隨即對燒斷的刷辮進(jìn)行更換（4#、5#、6#、10#、16#、22#、24#），逐步依次對未打火的進(jìn)行更換，9：20 打火現(xiàn)象全面消除，開始對變形的刷握進(jìn)行更換，于10：30 全部處理完畢，圖1、圖2 為發(fā)電機(jī)環(huán)火故障現(xiàn)場。

圖1 燒毀的碳刷

圖2 發(fā)電機(jī)環(huán)火故障部位

3 原因分析

引發(fā)發(fā)電機(jī)環(huán)火故障的因素較多，對故障原因全面深入的認(rèn)知，是預(yù)防及有效應(yīng)對環(huán)火故障的基礎(chǔ)。結(jié)合實(shí)際案例及發(fā)電機(jī)碳刷環(huán)運(yùn)行特點(diǎn)，分析發(fā)電機(jī)環(huán)火故障的原因。

（1）發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，部分碳刷接觸面氧化，接觸電阻增大，造成碳刷流過的電流分布不均勻，個(gè)別碳刷通過電流較大，刷體膨脹，在刷握內(nèi)運(yùn)動(dòng)不靈活，最終刷體完全卡死，導(dǎo)致電流分布進(jìn)一步不均勻，如此惡性循環(huán)，整個(gè)滑環(huán)及碳刷溫度迅速升高，導(dǎo)致碳刷打火，并在短時(shí)內(nèi)形成環(huán)火[1]。

（2）當(dāng)碳刷磨損縮短至上平面低于刷握上邊沿時(shí)，也就是碳刷磨損到較短時(shí)，由于碳刷導(dǎo)線絕緣套與刷握上邊沿卡澀，導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)接觸壓力減小，造成接觸不良，當(dāng)很少一部分碳刷有效接觸時(shí)，這部分碳刷上的電流很大，短時(shí)間內(nèi)逐步將刷辮依次燒斷，惡性循環(huán)后形成環(huán)火。

（3）碳刷壓簧由于長時(shí)間處于張開狀態(tài)，形成壓力疲勞，在碳刷磨損的一定長度時(shí)導(dǎo)致碳刷壓接不良。壓力大的碳刷電流大，壓力小的碳刷電流小甚至無電流，惡性循環(huán)后形成環(huán)火[2]。

（4）刷握內(nèi)壁有臟污或者由于溫度高引起變形使碳刷在內(nèi)部活動(dòng)不靈活，部分碳刷卡在刷握內(nèi)不能與滑環(huán)接觸，使部分接觸的碳刷電流逐步增大，惡性循環(huán)后形成環(huán)火。

（5）發(fā)電機(jī)滑環(huán)橢圓度應(yīng)不超過0.05 mm，滑環(huán)橢圓度不好或者機(jī)組振動(dòng)引起碳刷跳動(dòng)，瞬間有部分碳刷跳離滑環(huán)表面，使大部分電流迅速涌向接觸的碳刷，引起環(huán)火。

（6）使用的碳刷牌號不對或質(zhì)量不好引起冒火，最終形成環(huán)火。

（7）滑環(huán)表面不清潔，使碳刷接觸不良引起冒火，最終形成環(huán)火。

（8）電磁方面的原因，如電樞斷線等，形成環(huán)火。

（9）滑環(huán)通風(fēng)孔堵塞，導(dǎo)致散熱不良，發(fā)熱嚴(yán)重引起環(huán)火。

（10）檢修后，調(diào)整碳刷架位置不合理或未擰緊碳刷架螺栓，碳刷架和滑環(huán)間距離不符合相關(guān)規(guī)定要求，接觸面減少，碳刷出現(xiàn)火花，引發(fā)環(huán)火。

（11）發(fā)電機(jī)滑環(huán)對表面光潔度與平整度有明確要求，光潔度應(yīng)超過7，不平度應(yīng)低于0.05 mm。機(jī)組長期運(yùn)行，光潔度與不平度出現(xiàn)變化，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行期間碳刷跳動(dòng)，接觸不良，引發(fā)碳刷打火，形成環(huán)火[3]。

4 預(yù)防措施

針對發(fā)電機(jī)碳刷出現(xiàn)的環(huán)火故障，電廠應(yīng)加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)碳刷的運(yùn)維管理，定期進(jìn)行巡查、檢修與維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)碳刷的異常狀況，分析異常原因，采取針對性措施，如調(diào)整參數(shù)、更換零部件等，避免發(fā)電機(jī)碳刷出現(xiàn)環(huán)火故障。

（1）定期檢查。在機(jī)組日常運(yùn)行中，定期檢查發(fā)電機(jī)的滑環(huán)及碳刷，主要檢查內(nèi)容：①刷辮的完好性；②導(dǎo)線的完好性，重點(diǎn)檢查導(dǎo)線是否被燒毀或出現(xiàn)氧化；③碳刷的完好性，重點(diǎn)檢查碳刷是否存在脫辮問題和跳動(dòng)現(xiàn)象；④滑環(huán)與碳刷是否積灰或出現(xiàn)火花。檢查火花時(shí)應(yīng)關(guān)閉照明，保障檢查的有效性。

（2）利用每次機(jī)組檢修或調(diào)停機(jī)會，用干燥的壓縮空氣對滑環(huán)、刷握、通風(fēng)道進(jìn)行徹底吹掃與清理；檢查滑環(huán)表面及橢圓度，表面光滑無蝕現(xiàn)象，不平度應(yīng)小于0.5 mm，橢圓不大于0.5 mm；滑環(huán)與刷握之間距離應(yīng)調(diào)整在2～3 mm；調(diào)整碳刷在刷握內(nèi)間隙0.10～0.20 mm，無卡澀現(xiàn)象，碳刷在握內(nèi)能輕松自由移動(dòng)；檢查集電環(huán)的破損狀況及偏擺狀況，發(fā)現(xiàn)異常后立即修理，倒換滑環(huán)極性，每次大修后進(jìn)行一次；必要時(shí)測量滑環(huán)與引線的直流電阻，測量正負(fù)極滑環(huán)、滑環(huán)和發(fā)電機(jī)等部位安裝的轉(zhuǎn)子軸的晃動(dòng)值，判斷其接觸是否良好；如在運(yùn)行中有機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象，利用停運(yùn)行機(jī)會，及時(shí)消除振動(dòng)。

（3）必須使用同一型號同一廠家產(chǎn)碳刷。碳刷型號：NCC634，規(guī)格：25×32×60，廠家：上海摩根碳刷有限公司。驗(yàn)貨時(shí)確保質(zhì)量關(guān)，防止偽劣產(chǎn)品造成嚴(yán)重事故。

（4）日常運(yùn)行中，每日巡回拉拽碳刷刷辮，一方面可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)碳刷在刷握內(nèi)是否有卡澀；另一方面有助于改變電流均衡分布；巡回檢查勵(lì)磁機(jī)滑環(huán)表面時(shí)，將干凈無毛須白布折疊成與滑環(huán)相同寬度，輕輕將滑環(huán)表面的油污擦拭干凈。擦拭時(shí)注意保持與轉(zhuǎn)動(dòng)部分的安全距離，并不準(zhǔn)戴手套。

（5）每周一、周四對發(fā)電機(jī)碳刷電流及溫度進(jìn)行測量并記錄，對電流低于20 A 的碳刷進(jìn)行調(diào)整或更換。一次更換的炭刷數(shù)目不應(yīng)超過總數(shù)的1/3。如需更換的較多，應(yīng)逐步進(jìn)行。

（6）每年對衡壓簧進(jìn)行統(tǒng)一更換，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)壓力降低的及時(shí)更換，避免由于壓力疲勞導(dǎo)致的壓力下降，注意壓力標(biāo)準(zhǔn)必須一致。

（7）碳刷的樹脂下平面與刷握上沿相平時(shí)必須進(jìn)行更換，以防止碳刷過短引起壓簧壓力降低。

（8）在日常運(yùn)行中，以月為單位進(jìn)行發(fā)電機(jī)軸電壓的測量。

（9）做好發(fā)動(dòng)機(jī)油檔管理工作，定期進(jìn)行檢修，避免發(fā)動(dòng)機(jī)油檔滲漏污染滑環(huán)。

（10）定期檢查碳刷架的位置，確保所有碳刷都可以接觸環(huán)的大部分，防止碳刷因接觸面小出現(xiàn)環(huán)火。

5 應(yīng)急措施

在緊急情況下的應(yīng)對措施，將直接影響環(huán)火故障的處理效果。如果應(yīng)對措施實(shí)施不當(dāng)，會擴(kuò)大環(huán)火故障的影響范圍，蔓延至更多碳刷[4]。從已發(fā)生的兩起環(huán)火事件分析，發(fā)生突然、發(fā)展迅速是其特點(diǎn)，是否發(fā)展成機(jī)組停運(yùn)，取決于處理的及時(shí)性、果斷性與方法是否得當(dāng)。分析兩起故障得出：案例1 發(fā)展成停機(jī)，是由于處置方法不當(dāng)導(dǎo)致。案例2 在充分總結(jié)第一次失敗的基礎(chǔ)上，處置及時(shí)、方法得當(dāng)，避免了一次機(jī)組停運(yùn)。因此在處理突發(fā)環(huán)火事件時(shí)必須沉著冷靜、方法得當(dāng)，合理實(shí)施應(yīng)對措施。

（1）及時(shí)發(fā)現(xiàn)是成功處置的前提。由于環(huán)火是突發(fā)，且發(fā)展迅速，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，沒有給處理留出時(shí)機(jī)，同時(shí)對設(shè)備的損壞將更加嚴(yán)重，造成的損失更大。所以保證在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)要發(fā)揚(yáng)群策群力、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，不只是相關(guān)電氣維護(hù)人員、運(yùn)行人員的職責(zé)與義務(wù)，任何人員只要發(fā)現(xiàn)就應(yīng)立即通知當(dāng)值值長和電氣維護(hù)人員，為及時(shí)成功處置創(chuàng)造有利條件[5]。為提高檢電氣維護(hù)人員、電氣運(yùn)行人員對環(huán)火事件的重視，電廠可制定責(zé)任制度與激勵(lì)制度，將環(huán)火故障責(zé)任落實(shí)到具體工作人員，提高工作人員的責(zé)任意識。對于及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)火事件，并采取有效應(yīng)急措施的工作人員，給予通報(bào)表揚(yáng)和獎(jiǎng)金激勵(lì)，調(diào)動(dòng)工作人員工作熱情，確保在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)環(huán)火故障。

（2）電氣維護(hù)人員對應(yīng)急情況下的處置方法、流程的熟練掌握是成功處置的關(guān)鍵。首先，電氣維護(hù)人員要準(zhǔn)備好應(yīng)急物資。應(yīng)將一盒碳刷（25 個(gè)），刷握、鉗型電流表、更換的專用工具放置于班組工具柜內(nèi)，并告知全體電氣維護(hù)人員，以便發(fā)生突發(fā)事件時(shí)能帶處置物資第一時(shí)間趕到現(xiàn)場；其次，處置人員要熟練掌握處置方法、流程。電氣維護(hù)人員針對此類突發(fā)事件專門開展處置方法與流程的培訓(xùn)，通過故障模擬，使全體電氣維護(hù)人員反復(fù)練習(xí)，掌握操作要點(diǎn)。

（3）做到臨危不亂、判斷清楚、果斷處置、默契配合，是成功處置的核心。在第一時(shí)間趕到現(xiàn)場后，首先判斷發(fā)展程度，然后立即處理。處理的原則：對打火嚴(yán)重的不要?jiǎng)樱⒓磳λ⑥p沒有燒斷、接觸的碳刷盡最大可能進(jìn)行壓緊處理。壓緊前先處理刷辮不要靠近手，以防止?fàn)C傷。電氣運(yùn)行值班員應(yīng)匯報(bào)值長并及時(shí)按《電氣運(yùn)行規(guī)程》有關(guān)規(guī)定迅速降低發(fā)電機(jī)無功，并派人就地觀察和處理。根據(jù)現(xiàn)場情況，及時(shí)安排對刷辮燒斷、刷握沒有損壞的碳刷進(jìn)行更換。隨著環(huán)火逐漸消失后，開始對損壞的刷握進(jìn)行更換。整個(gè)處置過程中要求維護(hù)與運(yùn)行通力協(xié)作、緊密配合，在較短的時(shí)間內(nèi)處置完畢。

6 總結(jié)

發(fā)電機(jī)作為發(fā)電企業(yè)的重要設(shè)備，其健康狀況直接關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而發(fā)電機(jī)碳刷作為導(dǎo)入勵(lì)磁電流動(dòng)靜結(jié)合部分的“咽喉”。其狀態(tài)的好壞成為制約發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。因此在準(zhǔn)確分析故障原因的基礎(chǔ)上，制定出有針對性的對策并嚴(yán)格執(zhí)行顯得非常迫切。而當(dāng)真正遇到突發(fā)故障時(shí)，如何做到正確、果斷的按照正確的處置方法、流程進(jìn)行處置，并能及時(shí)控制、消除故障，這就要求相關(guān)人員在對故障成因非常清楚的基礎(chǔ)上，依靠日常處理經(jīng)驗(yàn)的積累為及時(shí)處理故障提供時(shí)間保證；技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的交流與分享為有效處理故障提供技術(shù)支持。