鈕志峰

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

0 引言

發(fā)電機勵磁電刷的作用是將外部勵磁電流通過電刷加到轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子上建立磁場，轉(zhuǎn)子磁場切割發(fā)電機定子線圈產(chǎn)生電能。勵磁電刷由于通過的電流密度大且通過與高速旋轉(zhuǎn)的滑環(huán)接觸傳遞能量，易出現(xiàn)振動、超溫等現(xiàn)象。勵磁電刷作為發(fā)電機的一個關(guān)鍵部件，在發(fā)電機運行中屬于故障易發(fā)、多發(fā)部件。實際運行中，若使用維護不當，極易引起嚴重故障，導致發(fā)電機失磁、滑環(huán)環(huán)火、機組被迫停運、設(shè)備損壞等事故[1-2]。

1 390H發(fā)電機概況

江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司建有2套S109FA燃機聯(lián)合循環(huán)機組，機組主要設(shè)備包括GE 公司生產(chǎn)的PG9351FA型燃氣輪機、D10型汽輪機、390H型全氫冷發(fā)電機及福斯特惠勒公司的三壓再熱自然循環(huán)余熱鍋爐。390H發(fā)電機是GE公司S109FA燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組配套的全氫冷發(fā)電機，主要參數(shù)見表1。

表1 390H發(fā)電機主要參數(shù)

390H發(fā)電機勵磁電刷由正負兩極電刷組構(gòu)成，結(jié)構(gòu)緊湊、運行維護方便，每極有7組刷架，每組刷架有4個電刷，共56個電刷，電刷刷體材質(zhì)為NCC634，電刷、刷架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 運行中出現(xiàn)的問題

390H發(fā)電機屬于進口機型，原廠配件由國外進口，采購周期較長且電刷價格較高。實際運行中，為了便于采購和節(jié)省費用，用與原廠相同刷體材質(zhì)的國內(nèi)加工產(chǎn)品進行替代。

圖1 電刷、刷架結(jié)構(gòu)

更換成國內(nèi)生產(chǎn)的替代電刷后，初期運行正常，電刷溫度、電流等無異常，電刷也沒有出現(xiàn)過熱、打火及滑環(huán)磨損等現(xiàn)象，機組運行穩(wěn)定。使用替代電刷大約1 a后，在維護發(fā)電機電刷的過程中，多次出現(xiàn)電刷刷辮被輕易拉出的情況。

對損壞的電刷進行檢查，發(fā)現(xiàn)電刷刷辮被拉出，均是刷體埋設(shè)刷辮的開孔處開裂引起的，檢查其他電刷也有部分存在裂紋現(xiàn)象。

隨后對使用中的替代電刷進行更換，恢復使用原廠電刷。分析390H發(fā)電機勵磁電刷的特點并對損壞的替代電刷和原廠電刷的加工工藝進行對比。

3 390H發(fā)電機勵磁電刷特點

390H發(fā)電機電刷運行特點與同類發(fā)電機有較大的區(qū)別，主要是安裝的電刷數(shù)量少，每個電刷承受的電流大，使用條件相對苛刻，與同類型發(fā)電機參數(shù)對比見表2[3]。

表2 同類型發(fā)電機參數(shù)對比

常見發(fā)電機電刷采用刷框定位在刷架上的結(jié)構(gòu)，在電刷過熱、積灰和維護不到位的情況下，容易導致電刷卡死在刷框內(nèi)，嚴重時會引起環(huán)火、失磁。390H發(fā)電機電刷定位方式為中心導銷式，此導銷結(jié)構(gòu)能有效地冷卻電刷，比刷框式更能降低電刷和集電環(huán)的溫度，電刷發(fā)熱膨脹、積灰等情況下不易造成電刷卡死，不會影響其上下自由活動。電刷刷體加工結(jié)構(gòu)相對比較復雜，電刷刷辮埋設(shè)位置比較緊湊，對加工工藝要求較高，價格也相對較高。電刷外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電刷外形結(jié)構(gòu)

4 電刷刷辮埋設(shè)工藝

電刷刷辮埋設(shè)工藝直接影響使用效果。刷辮與刷體接觸電阻大會引起過熱、損壞刷辮，還會導致電刷間電流分配極不平衡。電刷刷辮與電刷的固定方式通常有填塞法、擴鉚法、焊接法和模壓法幾種[4-8]，主要特點如下。

(1)填塞法是在電刷上預(yù)先鉆好錐形孔或螺紋孔，引線連接部用導電的粉末填塞，用樹脂膠將填塞孔表面封好，適用于電刷截面較大的情況。

(2)擴鉚法是在電刷上鉆孔、銑槽，將刷辮經(jīng)所鉆的孔穿入銑槽并繞在銅管上，然后將銅管兩端擴張。為降低刷辮與刷體銑槽的接觸電阻，有時還需在銑槽表面鍍銅。由于機械強度好，適用于振動條件下使用的電機電刷。

(3)焊接法與擴鉚法工藝一樣，只是最后采用錫焊的方法焊牢，適用于小型電機。

(4)模壓法是在壓制刷體的過程中同時固定刷辮，適用于含銅量高的電刷。

大型發(fā)電機電刷最常用的是填塞法和擴鉚法，根據(jù)不同的刷體結(jié)構(gòu)各廠家略有不同。390H發(fā)電機受電刷刷體結(jié)構(gòu)限制，刷辮采用填塞法埋設(shè)。由于電刷刷辮埋設(shè)位置較緊湊，對電刷刷辮的埋設(shè)工藝要求較高，填塞工藝的不同直接影響電刷的安全使用。

對損壞的電刷和原廠電刷進行刷辮埋設(shè)工藝對比檢查。原廠電刷采用黏結(jié)填塞工藝，電刷刷辮與刷體結(jié)合緊密，無松動；替代電刷采用普通的開孔填塞法，刷辮在刷體開孔中靠機械外力塞緊，開口處用銅粉壓緊，刷辮與刷體結(jié)合間隙較大、不緊密，埋設(shè)深度淺，極易出現(xiàn)松動發(fā)熱。由此可以看出，出電刷刷辮處開裂的原因是刷辮埋設(shè)工藝不適用此種電刷結(jié)構(gòu)，對比情況如圖3所示。

圖3 電刷刷辮埋設(shè)對比

390H發(fā)電機電刷結(jié)構(gòu)與常用電刷不同，刷辮埋設(shè)位置開孔后結(jié)構(gòu)比較單薄。采用替代電刷，由于工藝的不同會出現(xiàn)以下情況。

(1)替代電刷采用普通的開孔填塞法，靠銅粉填塞壓緊，刷辮與電刷刷體接觸不是很緊密，接觸電阻增大，運行中易引起發(fā)熱膨脹。轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動引起振動時產(chǎn)生機械疲勞，使用一段時間后，刷辮埋設(shè)的開孔處因機械強度不足而脹裂，填塞的銅粉松脫，導致刷辮脫落。

(2)原廠電刷采用黏結(jié)填塞法，刷辮和刷體在黏合劑的作用下結(jié)合為一體，增強了刷體與刷辮連接處的強度，最大限度降低了接觸電阻，不易因接觸不良而引起發(fā)熱膨脹，同時還增加了刷辮和刷體的連接強度，長時間運行后不會出現(xiàn)電刷刷辮脫出的現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

通過對390H發(fā)電機電刷特點及運行情況的分析對比可以看出，普通的電刷刷辮埋設(shè)工藝不適用此類型的電刷，是引起電刷刷辮脫落的主要原因。在實際生產(chǎn)運行中，電刷的選擇不僅需要注意電刷的材質(zhì)，同時也需要注意電刷加工工藝。為了提高發(fā)電機勵磁電刷的運行管理水平，在實際生產(chǎn)運行維護中應(yīng)注意以下方面。

(1)選擇電刷時，不僅要保證電刷的材質(zhì)滿足使用條件，同時還需要了解電刷的結(jié)構(gòu)和加工工藝，對特殊結(jié)構(gòu)的電刷，更需注意電刷刷辮埋設(shè)工藝。

(2)建立電刷維護使用技術(shù)臺賬，跟蹤每個電刷的運行情況，完善電刷維護措施和要求，開展電刷運行技術(shù)分析。

(3)實際運行中，必須加強對發(fā)電機電刷的維護檢查，發(fā)現(xiàn)電刷存在問題應(yīng)及時分析處理，避免故障發(fā)生。

(4)定期用紅外熱成像儀、測溫儀對電刷及滑環(huán)進行溫度檢查，并用鉗形電流表進行電刷電流檢測，全面直觀地掌握電刷的運行情況。