昌江核電一號機組刷架故障及改造

韓旭

【摘 要】當前，隨著社會的發展，用電量急劇增大，發電機的容量也越來越大。隨之而來的是勵磁電流也逐步增大，對勵磁系統的要求也在不斷增高。現在普遍采用的勵磁系統主要分為兩類：即有刷勵磁和無刷勵磁。雖然有刷勵磁工作環境差，暴露在空氣中，維護量大，較容易發生故障。但是由于它相對于無刷勵磁具有旋轉部件較少，檢修不用停機的優勢，仍然被廣泛使用。本文主要對昌江核電1#發電機刷架原理及結構進行簡單介紹，并對刷架運行時出現的問題進行分析，對改造優點進行介紹，為同類電廠刷架的運行及維護提供借鑒經驗。

【關鍵詞】有刷勵磁；昌江核電；刷架；改造

0 引言

隨著用電量的增大，發電機容量也不斷的在提高，對勵磁系統的要求越來越高。傳統的直流勵磁機勵磁因大電流下的火花問題無法使用，三機勵磁系統則因系統復雜、檢修不方便等問題也給用戶帶來了很多困擾；自并勵靜止勵磁系統以其接線簡單、可靠性高、工程造價低、調節響應速度快、滅磁效果好的特點而得到廣泛應用。刷架作為自并勵靜止勵磁系統中不可分割的一部分，同樣起到了不可替代的作用。

1 設備簡介

汽輪發電機的刷架一般由底架﹑絕緣支撐﹑電氣連接件﹑刷握和隔音罩等組成。底架是刷架的基座，絕緣支撐﹑電氣連接件及刷握等均直接或間接的固定到底架上。底架由優質鋼板焊接加工而成，放置在基礎座板上，通過基礎螺桿固定到基礎上。絕緣支撐由多塊絕緣板組成，或由絕緣刷桿及支架組成，作為刷握和電氣連接件的支撐，并將上述部件與底架絕緣。電氣連接件一般由導電凹塊﹑弧形導電板﹑導電塊和引線等部件組成，均為銅材，相互連接構成勵磁電流的通路。刷握起持握電刷的作用，可分為一握多孔組合式結構和一握單孔單元式結構。一握多孔組合式刷握由刷盒﹑電刷﹑恒壓彈簧（即卷式彈簧，以徑向恒定壓力使電刷與集電環保持接觸）﹑導電楔塊和絕緣把手等組成，以裝卡形式裝配在導電凹塊上，可在運行中將刷握與導電凹塊分離更換電刷、安全可靠，維護操作方便。

2 洛河發電廠刷架著火，緊急停機事件

2005年2月20日17：45，洛河發電廠#4機組運行人員在巡檢時檢查發現發電機刷架小室有火光，打開門發現刷架裝置有環火，機組汽輪機平臺出現耀眼的電弧亮光，空氣中彌漫著刺鼻的濃煙，聯系主控制立即將有功功率降低，無功降至進相運行，轉子刷架裝置環火處情況沒有得到好轉，15：52控制室匯報省調，17：55令#4機組緊急停機。停機后，維修人員檢查發現，發電機的外集電環刷架燒損嚴重，裝置上40多只電刷、刷握已經嚴重燒熔，絕緣環氧樹脂板部分已經碳化并脫落，外集電環表面上附著大量熔銅顆粒并能清晰的看見幾處因電弧燒灼形成的凹損，維修電氣人員測試轉子繞組絕緣電阻，絕緣阻值不合格，于是進一步解體，經檢查發現發電機外集電環內圈局部燒蝕，集電環下絕緣環氧樹脂筒部分碳化脫落，導致喪失絕緣性能。

原因分析：

環氧樹脂絕緣筒在電弧的作用下高溫碳化以至局部脫落，是造成發電機轉子引線及繞組接地的直接原因。燒損集電環拆除后，對發電機的轉子繞組重新測試絕緣電阻，絕緣電阻值為1.8兆歐（轉子回路存在少量水），證明該發電機轉子繞組絕緣正常，可正常使用。另外集電環套筒解體檢查發現表面有3處較為集中的電弧燒傷區域。經分析此次事故是突發因素造成發電機集電環與電刷接觸嚴重不良，短時間內產生電弧，由于電弧的高溫，造成發電機轉子引線與集電環絕緣急劇下降，在較短時間內造成發電機轉子集電環燒損，非計劃停機發生。

3 秦皇島發電有限責任公司2號發電機刷架著火引起停機事故

2011年6月6日14：33，秦皇島發電有限責任公司2號機組BLR方式運行，有功功率124MW，發電機轉子電壓219V，轉子電流1027A。14：46：20，2號機組值班員監盤發現8號瓦振大報警。隨即47：28，8號瓦振迅速上漲達82um，運行人員立即采取降負荷措施。14：47：46，主控盤發“轉子一點接地”，此時1--7號瓦蓋及軸承振動均相繼上漲，47：59，發電機軸承瓦振大跳機，發電機逆功率保護動作，發電機解列。

就地檢查，發電機、勵磁機軸承未見異常，發現發電機轉子碳刷架、正極集電環發生環火燒損事故，負極集電環正常。

原因分析：通過檢查故障發生前的設備運行記錄，發生時的繼保曲線、錄波資料以及現場損壞設備的解體檢查試驗結果，可以肯定無發電機定子、轉子繞組故障和振動的影響。

造成此次事故發生的直接原因是：由于發電機集電環正極一塊或幾塊碳刷的接觸情況惡化，打火、發熱引起碳刷環火，集電環絕緣破壞造成集電環燒損，由于電弧對轉子的燒灼引起轉子局部熱彎曲，最終導致軸振大跳機。

4 昌江核電1號發電機刷架運行中出現的問題

2015年11月7日，1號發電機在啟動前進行檢查時，維修處電氣科檢查人員在檢查刷握情況時，取下19號刷握，在回裝時發現回裝困難。經檢查發現刷架底板變形。由于當時發電機處于低速盤車狀態，檢查人員用專用工具強制將底板復位。保證了發電機的順利啟動。

2015年11月8日，1號發電機中速旋轉檢查時，發現刷架小室有金屬摩擦聲音，經查是刷握的碳刷擋板松動，向下位移，直接與集電環接觸，由于轉速較高，碳刷擋板磨損較嚴重，所幸集電環并無大礙。經維修人員緊急處理后恢復正常。

為了防范刷架再次出現問題，維修處人員舉一反三，聯系各電廠及廠家，對哈爾濱電機廠提供的刷握存在的問題進行總結，做到防范于未然。

主要問題如下：

（1）安裝困難：刷盒安裝到刷架上困難，原因：一是，刷盒中軸上的鎖緊軸位置不合適；二是，刷盒安裝部件上的擋板太薄；三是，盒中恒壓彈簧壓力過大。

（2）保持彈簧：它的作用是當刷盒未安裝時保持彈簧擋住電刷端面，不讓電刷在恒壓彈簧的作用下彈出刷盒。而實際上由于保持彈簧彈力太小，導致保持彈簧無法擋住電刷，再者，由于它的位置導致刷握和集電環的距離拉開，這樣對電刷在高速旋轉的集電環上接觸也帶來一些不穩定的因素。

（3）刷盒中的軸：該軸材料為碳鋼且未電鍍，因此導致軸一定時間后生銹。

（4）刷辮固定螺釘：采用半圓頭螺釘，其缺點是使用一段時間后螺釘半圓頭上的槽已經豁了，無法擰緊或松開半圓頭螺釘。

（5）刷握上的彈簧更換不便、易受折彎曲變形斷裂。

（6）整體的刷握均末鍍銀，倒電性能差。

發電機的刷架雖然結構簡單，造價低廉，但是由于其特殊位置及功能，一旦發生故障，將直接影響電站電能的輸送，直接影響經濟效益。

5 昌江核電1號發電機刷架改造方案及優點

（1）將刷架底板加厚，防止底板再次變形。

（2）更換原刷握的卷鋼恒壓彈簧，換成質量更好的日本進口彈簧，其具有更好的柔韌性和持久的彈力，并更改彈簧的固定方式（由鉚接變成螺絲固定）。

（3）將阻擋電刷用的保持壓板換成保持銷釘，使碳刷鎖定更穩固。

6 結論

發電機是電力系統中最重要的設備之一，而刷架裝置又對其運行起到至關重要的作用。此次昌江核電刷架的改造，對于保證發電機安全運行的穩定性有很大的促進作用，同時也保證了公司的經濟效益。縱觀各發電廠的刷架事故，無不是因為刷握或者碳刷與集電環接觸異常而引發的。所以我們要加強在日常中的巡檢，加大對刷架各部件的維護，檢查恒壓彈簧及碳刷的運行情況，選用質量好的碳刷等。這樣我們就能將事故消除在萌芽狀態。切不能因為刷架結構簡單，維護簡單而忽略其重要性。

【參考文獻】

[1]劉玉喜.一起發電機轉子集電環燒損事故的處理及防范措施[J].

[2]王昌偉.一起發電機轉子集電環燒損事故的分析及處理[J].華北電力技術.

[3]哈爾濱電機廠有限責任公司刷架使用說明書[Z].