某電廠300MW發(fā)電機組碳刷滑環(huán)燒損原因分析及對策

摘 要：碳刷滑環(huán)是發(fā)電機靜止勵磁部分與旋轉部分的接口部件，運行中如果維護不當易出現(xiàn)環(huán)火事件，本文對某電廠300MW發(fā)電機勵磁系統(tǒng)碳刷滑環(huán)燒損經過、原因進行了分析探討，給出了防范對策。

關鍵詞：發(fā)電機 滑環(huán) 碳刷 環(huán)火 防范措施

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0111-02

1 簡要介紹

某電廠#2發(fā)電機組是東方電機廠制造的300MW發(fā)電機，冷卻型式為水氫，即定子線棒為水內冷，定子鐵芯和轉子氫冷。該型發(fā)電機是東方廠的主力機型，技術上已相當成熟。#2發(fā)電機的銘牌參數如表1。

該電廠#2發(fā)電機的勵磁型式為自并勵，自勵磁變壓器出來的交流電經整流后，通過發(fā)電機轉子滑環(huán)和碳刷接入轉子繞組。轉子滑環(huán)以熱套型式固定在轉子大軸上，滑環(huán)下裝有絕緣套筒，用以和轉子本體隔離。正負滑環(huán)之間裝有離心風扇，抽出的熱風經風扇正下方的風道排至6m。每個滑環(huán)上有36只碳刷，碳刷沿滑環(huán)圓周近似均勻分布，通過刷握、銅支架安裝在刷架上。刷架兩端裝有絕緣隔板。

轉子滑環(huán)的結構示意圖如圖1。

2 事故情況

該電廠#2發(fā)電機碳刷滑環(huán)于2008年07月18日出現(xiàn)勵磁系統(tǒng)碳刷滑環(huán)燒損事件。事故經過如下。

2008年7月18日06：09分，#2機負荷264MW，硬光字牌出“電氣預告警”，運行人員檢查DCS畫面出“AVR PREALARM（自動電壓調節(jié)器預報警組）”報警；06：13值班員李某在汽機房零米勵磁小間就地檢查發(fā)現(xiàn)監(jiān)控機出“轉子溫度高報警”；06：16檢查#2發(fā)電機滑環(huán)小間負極滑環(huán)南側下部有連續(xù)火花，迅速發(fā)展成為較短的線狀火花并開始有電弧放電現(xiàn)象，立即降出力運行；06：22就地匯報滑環(huán)及碳刷架迅速著火，并有較大濃煙，緊急停機；檢查發(fā)變組保護動作記錄如下：06：16：48轉子一點接地高值動作；06：22：57#2發(fā)電機跳閘。

從電氣量曲線圖看，06：09時，出現(xiàn)轉子電壓升高、轉子電流降低現(xiàn)象，同時發(fā)電機有功在增加，機端電壓、無功基本不變，判斷從此時開始，碳刷和滑環(huán)的接觸電阻就開始增大，可能同時伴有打火現(xiàn)象。至06：16，轉子電壓、轉子電流開始大幅波動，波動方向相反（即電流向下時，電壓向上；電流向上時，電壓向下），至06：18，波動穩(wěn)定，此時轉子電壓已明顯偏高，判斷此過程為環(huán)火由發(fā)展至穩(wěn)定的過程。在06：22，再次出現(xiàn)轉子電壓上升、轉子電流下降過程，與現(xiàn)場刷架迅速著火現(xiàn)象相對應。查DCS歷史記錄，發(fā)現(xiàn)06：16至06：18，發(fā)電機勵磁電壓波動范圍395.6～615.9V，勵磁電流波動范圍1508～1701VA，發(fā)電機無功功率波動范圍62.9～108.9MVar。

檢查發(fā)現(xiàn)負極滑環(huán)損壞嚴重，負極刷架上共有36只碳刷，其中刷握有30只燒熔，恒壓彈簧有22只燒熔，碳刷刷辮有26只燒斷，相應碳刷燒熔或脫出。固定刷握的銅支架也有20多處部分燒熔。風扇側的絕緣隔板兩側內緣嚴重炭化，最嚴重一處約14cm×5cm絕緣隔板完全燒穿，該處4個固定螺栓頭燒熔。負極滑環(huán)表面有過熱痕跡，滑環(huán)靠近風扇一側的內沿有6處燒傷，沿圓周方向分布，最嚴重處被燒成長約18cm、寬約6cm、深約2cm的豁口，該處正下方的轉子大軸也被嚴重燒傷，燒傷面積中有多個小坑，其中較大兩個坑深約0.6cm，面積約為3cm×3cm。負極絕緣套筒伸出滑環(huán)部分已嚴重炭化，并與滑環(huán)內沿燒傷處相對應處已完全燒掉。

3 原因分析

通過對#2發(fā)電機組碳刷滑環(huán)損壞情況分析，明顯發(fā)現(xiàn)各組2號碳刷圓周燒損最嚴重，且滑環(huán)的打火也最早從下部開始，負極滑環(huán)下部個別碳刷與滑環(huán)接觸不好，產生打火現(xiàn)象并使滑環(huán)相應部位溫度升高，同時因滑環(huán)溫度升高又引發(fā)相對應的徑向圓周方向上所有碳刷與滑環(huán)接觸情況惡化，接觸電阻增大，造成打火現(xiàn)象迅速蔓延，形成環(huán)火。環(huán)火形成的高溫使負極滑環(huán)絕緣套筒（環(huán)氧樹脂）炭化、燒損，同時，滑環(huán)冷卻風扇形成的吸力使碳刷環(huán)火向冷卻風扇偏移，造成勵磁電流形成一個從負極滑環(huán)—冷卻風扇—轉子軸（負極滑環(huán)靠導電螺釘處）的短路通道，瞬時的大電流造成負極滑環(huán)、冷卻風扇及轉子軸電灼傷。

（1）經對2008年5月27日至7月15日九次定期工作檢查碳刷電流測試數據，其中有5次檢查中出現(xiàn)過1～2個碳刷電流低至10A以下，其中05月27日檢查中負極南2組－2電流為0.1A，經手工活動或更換后電流恢復。最近的一次更換的碳刷時間為7月15日08時59分，更換的為電流低（11.1A）的負極南側5組－2號碳刷。最后一次巡檢于7月15日02時40分對#2發(fā)電機本體進行了檢查，接地碳刷、正負級滑環(huán)碳刷、集電環(huán)風溫（不超過70度）等參數正常。但現(xiàn)場查看多個刷握積灰較多，同時在夏季運行時，為降低溫度，將滑環(huán)所處小間門打開，另外負極滑環(huán)距發(fā)電機#6軸承較近，因滑環(huán)冷卻方式為兩側進風，負極滑環(huán)易受油霧污染，也容易導致運行中刷握積灰，碳刷卡澀，與滑環(huán)接觸不良。

（2）2002年9月18日，#2發(fā)電機曾發(fā)生一次負極滑環(huán)燒損，當時由于備件采購周期較長，未進行滑環(huán)更換，對損傷的滑環(huán)進行了車削、打磨處理，并進行了金相試驗，但試驗報告提出“該滑環(huán)損傷嚴重，硬度值分散度大，不宜長期運行，建議在下次大修時更換”，截至事故發(fā)生已運行六年，滑環(huán)疑已劣化，可能與碳刷接觸不均勻，易導致發(fā)熱、打火。

（3）2008年6月底，該廠新采購一批碳刷備件，7月3日、7月15日分別用新備件（與運行的碳刷不同批次）更換負極北側#3組（約在滑環(huán)中部）2號碳刷和南側#5組（在滑環(huán)底部）2號碳刷，由于使用了不同批次的碳刷，容易導致碳刷之間電流分配不均勻。

4 防范措施

4.1 加強發(fā)電機滑環(huán)和碳刷的運行檢查與分析

（1）機組運行期間，定期檢查：刷辮是否完好、碳刷是否有脫辮現(xiàn)象、導線是否氧化及有燒斷股線現(xiàn)象、滑環(huán)及碳刷積灰情況、碳刷是否跳動、是否存在火花（檢查火花時應關閉照明）等。

（2）機組運行期間，每周對發(fā)電機每只勵磁碳刷進行一次電流及刷體溫度測量，并記錄每只碳刷的電流和溫度值，對電流嚴重偏大或偏小的碳刷，必要時進行更換。

4.2 加強發(fā)電機滑環(huán)及碳刷的點檢和分析

（1）機組運行期間，每月測量一次發(fā)電機軸電壓。

（2）機組運行期間，每月進行一次發(fā)電機滑環(huán)、碳刷及正負極銅排接頭的紅外成像測溫。

（3）每次機組檢修期間，分別測量正、負極滑環(huán)、滑環(huán)與發(fā)電機端蓋之間、滑環(huán)與發(fā)電機勵側末端軸承之間等部位轉子軸的晃動值。

4.3 增設滑環(huán)溫度、滑環(huán)冷卻風扇出風溫度在線監(jiān)測裝置，設置二級報警值，并在運行操作員站或光字牌顯示

4.4 加強發(fā)電機碳刷、滑環(huán)及環(huán)境的檢修維護

（1）機組運行期間，檢修維護人員每月對可取出的刷握進行清掃及檢查維護，檢查碳刷在刷握內的活動情況、刷辮完好情況、碳刷是否有脫辮現(xiàn)象、導線是否氧化及是否有燒斷股線現(xiàn)象等，以確保清潔，防止碳刷卡澀。

（2）機組運行期間，制定安全措施并每三個月對碳刷和滑環(huán)進行一次吹掃。

（3）每次機組檢修時，檢修維護人員進行徹底的碳刷、滑環(huán)清掃及相關檢修維護項目，特別是要清除集電環(huán)通風溝、孔內的碳塵物，以免影響散熱及通風效果。

（4）每次機組檢修時，點檢員檢查集電環(huán)的磨損和偏擺，必要時進行修理。機組大、小修時更換滑環(huán)極性。

（5）檢修維護人員加強對發(fā)電機油檔的檢修維護，避免出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，以減少對滑環(huán)的污染。

4.5 加強對碳刷采購和儲存的管理，保證質量可靠

4.6 設備更新

有條件時將老型號的碳刷及刷架進行整體更換，現(xiàn)在有新型的“一把抓”碳刷，更換碳刷及清掃都較為方便。

5 結論

經過上述分析，該廠300MW機組滑環(huán)碳刷燒損的主要原因一是欠維護，沒有定期檢查維護碳刷滑環(huán)及及其周邊設備，二是設備本身已有缺陷，長期帶“病”運行所致。通過缺陷的徹底處理，保證維護水平，是可以杜絕碳刷滑環(huán)環(huán)火事故的。

參考文獻

[1] 東方電機廠QFSN-300-2-20型發(fā)電機組說明書.

[2] 300MW機組集控運行規(guī)程.

[3] 何國聲，林峰.發(fā)電機碳刷燒損處理分析及防范[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2005（2）：82-84.