300MW發(fā)電機集電環(huán)裝置頻發(fā)缺陷的分析與處理

天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司 呂秀波

1 發(fā)電機技術(shù)數(shù)據(jù)

楊柳青電廠四期發(fā)電機型號QFSN-300-2，汽輪發(fā)電機為上海發(fā)電機廠生產(chǎn)，采用有刷勵磁方式，型號QFSN-300-2；額定容量300MW；額定電壓20000V；額定電流10189A；額定轉(zhuǎn)速3000r/min；勵磁電流2510A；勵磁電壓302V；接線方式2Y；相數(shù)3；頻率50Hz。

2 集電環(huán)裝置運行中故障分析

2.1 刷盒與刷盒座接觸電阻超標(biāo)

楊柳青發(fā)電廠四期勵磁機是由上海發(fā)電機廠設(shè)計，勵磁機刷架由獨立的支架固定在底板上，刷架和導(dǎo)電板為一體，中間用絕緣隔板分開正負(fù)極，每極設(shè)8個刷盒座，每個刷盒座由刷盒及6塊電刷和彈簧組成電刷組件，刷盒及刷盒座主件為表面鍍銀的硅黃銅（ZHSi80—3）精密鑄件。電刷組件在運行中每月均需要將刷盒從刷盒座中拔出，對NCC634型25×32×100mm的電刷進(jìn)行檢查，保證電刷與集電環(huán)接觸面積不低于75%，并用卡尺測量電刷長度不低于60mm，頻繁的操作造成刷盒與刷盒座之間摩擦損耗大大增加，鍍銀層磨損，導(dǎo)致刷盒與刷盒座間接觸電阻超標(biāo)（表2-1），接觸面灼傷，進(jìn)而影響各碳刷電流的均勻分布。我廠#7機組小修期間發(fā)現(xiàn)勵磁機集電環(huán)裝置共有7組刷盒與刷盒座間接觸電阻超標(biāo)。

測試刷盒與刷盒座接觸電阻如表2-1。

2.2 電刷恒壓彈簧壓力分布不均

集電環(huán)裝置電刷正常運行應(yīng)保證各碳刷電流分布均勻，其電流互差宜≤15%，刷握恒壓彈簧壓力均衡。#8機組運行中電刷磨損長度不同，恒壓簧溫度不同，各電刷組件對滑環(huán)的垂直壓力也不相同，約相差15%～35%，壓力不同又進(jìn)一步影響滑環(huán)工作面各點摩擦力的變化，導(dǎo)致氧化膜厚薄不均，各電阻也會有較大的差別。

一方面在不同的壓力下，電刷的接觸電壓降與接觸電阻不是線性關(guān)系，在電刷平均電流值區(qū)域，接觸電壓變化10%，電流相差30%左右；另一方面由于碳刷恒壓彈簧壓力過小易造成電刷與集電環(huán)接觸不好，接觸電阻增大，產(chǎn)生打火現(xiàn)象，并使集電環(huán)相應(yīng)部位溫度升高造成安全隱患。

在檢測#8發(fā)電機碳刷恒壓彈簧壓力時，發(fā)現(xiàn)各碳刷恒壓彈簧壓力相差較大，最小壓力為0.45kg、最大壓力為1.4kg，壓力較小的碳刷其電流也較小，個別電刷最小電流為0.3A。經(jīng)檢測流過48塊碳刷刷辮的電流總和與勵磁電流存在300A左右的差值，說明300A勵磁電流沒有經(jīng)過碳刷刷辮而是直接通過刷握流過。此運行工況不利于設(shè)備穩(wěn)定運行，甚至?xí)p壞設(shè)備。

2.3 軸瓦漏油對碳刷的影響

通過對#8機組現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，靠近風(fēng)扇側(cè)電刷恒壓彈簧壓力均在合格范圍內(nèi)，但電刷電流仍偏小。此類碳刷位置分別位于風(fēng)扇側(cè)，根據(jù)碳刷位置及現(xiàn)場運行工況發(fā)現(xiàn)造成電刷電流較小的原因是由于#7瓦漏油，油污順著風(fēng)向爬進(jìn)刷架，附著在滑環(huán)上，油污的存在使電刷與滑環(huán)之間形成油膜，由于電刷與滑環(huán)之間電壓很低，油膜起到了絕緣作用，阻斷電流流過，使通過電刷的電流減小，甚至接近于0。

表2-1

表3-1

2.4 運行中滑環(huán)與刷盒之間產(chǎn)生火花

運行中滑環(huán)與電刷的接觸是以跳動形式進(jìn)行的，由于滑環(huán)工作面的平整度、滑環(huán)橢圓度、大軸晃動度、同心度出現(xiàn)偏差均可引起電刷振動。某日檢修人員巡視檢查發(fā)現(xiàn)#7勵磁機勵爐側(cè)#3刷盒與發(fā)電機轉(zhuǎn)子集電環(huán)處有輕微打火現(xiàn)象，取出刷盒發(fā)現(xiàn)刷盒L型固定彈簧片與集電環(huán)有摩擦痕跡，并發(fā)現(xiàn)刷盒頭與刷盒之間的緊固螺栓由于長期振動，使刷盒向集電環(huán)側(cè)發(fā)生移位，導(dǎo)致刷盒L型固定彈簧片與集電環(huán)摩擦產(chǎn)生火花。

3 集電環(huán)裝置運行中故障消缺

3.1 刷盒組件接觸電阻超標(biāo)的處理

利用#8機組臨時停機對勵磁機刷盒與刷盒座接觸電阻超標(biāo)這一缺陷進(jìn)行處理。一方面將7組電阻超標(biāo)刷盒組件從刷架上拆除，并重新安裝新購置刷盒組件，另一方面用白布加酒精對其它刷盒組件進(jìn)行清理。再次檢測刷盒座接觸電阻均小于100微歐[1]符合檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)值詳見表3-1。

為減小刷盒組件鍍銀層的磨損，重新調(diào)整碳刷維護方案。由每月用卡尺測量電刷長度調(diào)整為每周目視檢查電刷，當(dāng)碳刷上部低于刷握槽或與刷握槽一樣平時再進(jìn)行更換，減少刷盒拔出頻次。在回裝刷盒時調(diào)整安裝角度，減少刷盒組件鍍銀層的磨損量。

重新測試刷盒與刷盒座接觸電阻如表3-1。

3.2 運行中電刷恒壓彈簧壓力分布不均的調(diào)整

自卷式恒壓簧受熱后易引起過熱變形和損壞，以致造成碳刷接觸面積減少，從而造成各碳刷分擔(dān)電流不同。為檢測恒壓彈簧受損程度，需用彈簧秤逐個檢查恒壓簧運行情況。彈簧秤拉伸高度應(yīng)從刷盒底部至手柄處100mm。檢測其壓力值，壓簧壓力過大或過小也將造成部分碳刷溫度升高,標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為1.2～1.45kg，一個刷架上的恒壓簧壓力偏差不應(yīng)大于5%[2]。對于壓力失效的恒壓彈簧需按照鉚接工藝逐個進(jìn)行更換，以達(dá)到碳刷載流均衡。

3.3 運行中碳刷油污的處理

清理#7瓦恒壓管路中油污及灰塵，防止管路堵塞，造成軸瓦密封效果降低；清理勵磁機濾網(wǎng)中的過濾海綿塊，以防小室內(nèi)負(fù)壓大而造成漏油嚴(yán)重；用清洗劑逐個清洗電刷及刷盒，去除油污及碳粉，對于油污較輕的碳刷可用砂紙研磨電刷接觸面，擦干凈后回裝，對于油污嚴(yán)重的碳刷進(jìn)行更換；清理集電環(huán)裝置周圍的油跡，保持集電環(huán)運行工況良好；利用停機時徹底處理軸瓦漏油缺陷。

3.4 運行中滑環(huán)與刷盒之間產(chǎn)生火花的處理

刷盒檢查。將#7勵磁機刷盒逐一取出，分別檢查刷盒頭與刷盒之間的緊固螺栓是否有松動現(xiàn)象，并檢查刷盒L型固定彈簧片磨損量，如L型固定彈簧片磨損嚴(yán)重已失效，無法再固定碳刷時需重新更換刷盒頭，并緊固連接螺栓，防止松動而引起刷盒頭位移。

滑環(huán)檢查。利用機組停機期間，對集電環(huán)裝置進(jìn)行檢查，要求滑環(huán)不平度≤0.50mm，滑環(huán)橢圓度≤0.03mm，大軸晃動度和滑環(huán)同心度≤0.05mm[3]，以徹底解決碳刷振動缺陷。

4 做好機組集電環(huán)裝置的日常維護工作

每周對發(fā)電機集電環(huán)裝置進(jìn)行檢查，用鉗形電流表檢測各電刷電流，運行中單只電刷電流控制在10～90A，當(dāng)運行中電刷電流較小時應(yīng)用提刷的方法檢查電刷在刷盒內(nèi)上下活動是否自由，有無卡刷和電刷焊附在刷盒壁的現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生有卡刷和電刷焊附現(xiàn)象時，應(yīng)立即研磨電刷和清理刷盒內(nèi)壁，要保證電刷與刷架間隙在0.1～0.2mm之間，使電刷上下滑動靈活。同時檢查恒壓彈簧有無疲勞變形現(xiàn)象，并檢測恒壓彈簧壓力符合1.2～1.45kg標(biāo)準(zhǔn)要求。

每周檢查電刷應(yīng)無破損，電刷銅辮無斷股、折損，鼻子固定牢固。電刷與集電環(huán)接觸面不小于75%。

每周目測碳刷長度，當(dāng)碳刷上部低于刷握槽或與刷握槽一樣平時，將此電刷更換。運行中最好同一極一次只更換6個電刷，待接觸面磨好后再逐步更換。運行中一般情況下，最多可拔掉2個刷盒（兩極各1個）。機組檢修時可更換電刷最大數(shù)量一般不超過同一極數(shù)量的一半。使用新電刷前應(yīng)進(jìn)行電刷阻值測量，NCC634型電刷其電刷與電刷銅辮的接觸電阻 ＜2毫歐[3]。

每周用熱成像儀對集電環(huán)裝置溫度進(jìn)行監(jiān)測，滑環(huán)及電刷的溫度規(guī)定見表4-1。

表4-1

每周清理勵磁隔音罩內(nèi)空氣過濾網(wǎng)，以防室內(nèi)負(fù)壓增大而造成軸瓦漏油。

每周檢查軸瓦有無漏油缺陷，防止集電環(huán)罩內(nèi)有油污存在，造成電刷、滑環(huán)上附著油膜，阻斷電刷電流。

機組停機檢修時應(yīng)將電刷、滑環(huán)、刷架及相關(guān)的絕緣及主引線拆卸清理干凈，對集電環(huán)表面通風(fēng)溝、孔以及冷卻風(fēng)道濾網(wǎng)進(jìn)行清理，以保持通暢。

健全電刷、集電環(huán)系統(tǒng)的專職維護制度，提高專責(zé)人的技術(shù)水平，加強生產(chǎn)運行中對集電環(huán)及電刷的維護管理工作。