肖先照

(江蘇國(guó)信溧陽(yáng)抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇常州 213334)

0 引言

導(dǎo)電滑環(huán)裝置是整個(gè)勵(lì)磁回路的重要組成部分。導(dǎo)電滑環(huán)裝置中集電環(huán)溫度過(guò)高、碳刷打火、碳刷和刷握燒毀以及碳粉過(guò)多導(dǎo)致集電環(huán)短路燒毀是水輪發(fā)電機(jī)組常見的問(wèn)題[1-5]。此類問(wèn)題時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重威脅到發(fā)電機(jī)組的安全可靠性。

溧陽(yáng)抽水蓄能電站(簡(jiǎn)稱“溧蓄”)裝有6臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的混流式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)。發(fā)電機(jī)為立軸半傘式全空冷發(fā)電電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為300 r/min，額定勵(lì)磁電壓為278.9 V，額定勵(lì)磁電流為1 576.6 A。導(dǎo)電滑環(huán)裝置位于頂軸上方的頂罩內(nèi)，兩極共設(shè)置34個(gè)碳刷，每極17個(gè)，碳刷尺寸為38 mm×34 mm×60 mm，型號(hào)為E468。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 導(dǎo)電滑環(huán)裝置

1 碳刷和刷握燒毀問(wèn)題

溧蓄機(jī)組在調(diào)試和投入商業(yè)運(yùn)行后相繼出現(xiàn)過(guò)四次導(dǎo)電滑環(huán)裝置中碳刷或刷握燒毀問(wèn)題。第一次為5#機(jī)組調(diào)試期間，停機(jī)過(guò)程中檢查發(fā)現(xiàn)集電環(huán)下環(huán)處第8#刷握手柄著火，第7#刷握(手柄)燃燒后脫落。第二次為4#機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行半年后，一次巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有3個(gè)碳刷燒損，其中2個(gè)刷握手柄的絕緣部分燒毀。第三次為6#機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行10個(gè)月時(shí)，巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)7#碳刷燒毀。第四次為1#發(fā)電機(jī)停機(jī)后第11#刷握著火，連帶第12#刷握把手燒熔，碳刷和刷握燒毀分別如圖2～4所示。溧陽(yáng)電站多次出現(xiàn)碳刷刷握燒毀問(wèn)題絕非偶然，關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行可靠性。對(duì)四次碳刷或者刷握燒毀問(wèn)題總結(jié)為：

(1)碳刷燒毀分為刷辮熔斷和刷辮的絕緣套管燒毀兩種情況。

(2)刷握的燒毀為刷握(手柄)絕緣部分燃燒后燒毀。

圖2 碳刷刷辮燒毀

圖3 刷握手柄燒毀

圖4 刷握手柄燃燒

2 碳刷和刷握燒毀原因分析

碳刷和刷握燒毀原因很多，但本質(zhì)都是碳刷過(guò)流較大，碳刷溫度過(guò)高，過(guò)高的溫度導(dǎo)致碳刷刷辮絕緣套管燒毀；較為嚴(yán)重的是刷辮高溫熔斷，更為嚴(yán)重的是刷辮熔斷和刷握燒毀(刷辮燃燒導(dǎo)致刷握絕緣部分燃燒)。從刷架裝配的設(shè)計(jì)布置、刷架的安裝等方面分析碳刷過(guò)流大的原因。

2.1 設(shè)計(jì)方面

根據(jù)設(shè)備廠家提供的相關(guān)技術(shù)資料可知，集電滑環(huán)材質(zhì)為Q345B，表面粗糙度為Ra0.8，線速度為21.2 m/s，非溝槽結(jié)構(gòu)。碳刷選取E468電化石墨碳刷，碳刷的設(shè)計(jì)電流密度為0.072 A/mm2，碳刷銅刷辮的電流密度為4.6 A/mm2。然而根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)：E468碳刷電流密度應(yīng)保證在0.05～0.15 A/mm2之間，最大允許圓周速度為50 m/s；集電環(huán)采用碳鋼材質(zhì)，圓周速度小于60 m/s時(shí)不用開溝槽。根據(jù)碳刷特性以及設(shè)備廠家?guī)资甑脑O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，溧蓄發(fā)電-電動(dòng)機(jī)集電環(huán)的設(shè)計(jì)、碳刷型號(hào)以及碳刷電流密度的選取均在設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)。因此，溧蓄幾起碳刷和刷握燒毀問(wèn)題并非設(shè)計(jì)原因?qū)е隆?/p>

2.2 安裝方面

集電環(huán)處的擺度滿足規(guī)范要求、刷架的水平度好、碳刷與集電環(huán)接觸要隨形。安裝環(huán)節(jié)是碳刷與集電環(huán)接觸良好、碳刷磨損均勻以及各碳刷電流分布均布的前提保證。相關(guān)數(shù)據(jù)表明：

(1)集電環(huán)處擺度值滿足安裝規(guī)范[6]要求。

(2)刷架水平度不合格，不平度達(dá)4 mm。刷架不水平導(dǎo)致碳刷與集電環(huán)接觸不好，有的碳刷接觸面積不到碳刷總截面積的1/5。這也是碳刷打火、集電環(huán)室環(huán)境溫度較高的主要原因。

(3)刷盒距離集電環(huán)外圓距離沒有調(diào)整，不均勻。距離不均勻?qū)е聫椈善瑝毫Σ灰恢?，碳刷與集電環(huán)接觸力不一致。

(4)安裝前，碳刷表面沒有磨出與集電環(huán)外圓配合的圓弧形。碳刷與集電環(huán)表面接觸不好，電流分布不均勻，電流密度變大。

2.3 其它方面

碳刷在刷盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生卡塞、碳刷與滑環(huán)接觸不良、碳刷電流分配不均勻也會(huì)導(dǎo)致碳刷溫度偏高。另外，集電環(huán)室內(nèi)通風(fēng)不好、環(huán)境溫度較高，產(chǎn)生的熱量不能很好地散熱也會(huì)導(dǎo)致集電環(huán)和碳刷溫度偏高。碳刷銅辮子絕緣套管和刷握絕緣部分采用易燃材料，銅辮子電流密度過(guò)大(沒有充分考慮使用環(huán)境)也是碳刷和刷握燒毀的另一重要原因。

3 處理措施

針對(duì)上述分析原因，采取如下處理措施：

(1)調(diào)整刷架的水平，保證平面度不大于1 mm。

(2)用專用工具將碳刷與集電環(huán)接觸面打磨成圓弧，保證碳刷與集電環(huán)貼合緊密。

(3)調(diào)整刷盒在刷架上的位置，保證彈簧壓力均勻，碳刷與集電環(huán)接觸良好。

(4)保證集電環(huán)室通風(fēng)良好，改善運(yùn)行環(huán)境。

(5)定期巡檢，對(duì)碳刷和集電環(huán)檢查。

(6)運(yùn)用阻燃刷握，杜絕刷握的燃燒。

(7)運(yùn)用碳刷在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。

(8)每極增加三套碳刷起降低電流密度作用。

上述措施在6臺(tái)機(jī)組中實(shí)施一年來(lái)，沒有再次出現(xiàn)碳刷和刷握燒毀問(wèn)題。定期巡檢測(cè)得碳刷溫度在70～105 ℃之間(冬天溫度低一些，夏天高一些)，集電環(huán)的溫度略低于碳刷溫度，集電環(huán)室環(huán)境溫度在42 ℃左右，隨著機(jī)組運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)短略有變化。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)溧蓄機(jī)組發(fā)電電動(dòng)機(jī)四次碳刷和刷握燒毀問(wèn)題的分析和處理，對(duì)阻燃刷握在機(jī)組的運(yùn)用情況的跟蹤，對(duì)碳刷在線測(cè)溫裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析以及其它措施實(shí)施前后數(shù)據(jù)對(duì)比，了解到了碳刷溫度偏高、刷握燒毀的本質(zhì)原因。檢修人員總結(jié)了一些碳刷和導(dǎo)電滑環(huán)裝置檢修和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和方法，這對(duì)提高導(dǎo)電滑環(huán)裝置的安全可靠性起到了很大的理論和經(jīng)驗(yàn)支撐作用?？偨Y(jié)如下：

(1)目前碳刷與滑環(huán)接觸表面氧化膜良好，碳刷磨損情況良好，也無(wú)碳粉導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地問(wèn)題。雖然碳刷溫度偏高一些，但從實(shí)際情況來(lái)看并未影響到氧化膜的形成，也不影響導(dǎo)電滑環(huán)裝置的可靠性。

(2)阻燃刷握的應(yīng)用可以避免溫度過(guò)高導(dǎo)致刷握及刷架燒毀事故，提高滑環(huán)裝置運(yùn)行可靠性。

(3)加強(qiáng)碳刷紅外測(cè)溫和碳刷在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，裝置實(shí)施可以掌握碳刷溫度變化規(guī)律，提前預(yù)防，降低事故發(fā)生的概率。

(4)嚴(yán)格把控刷架、刷盒、碳刷、恒壓彈簧的安裝質(zhì)量，這也是提高滑環(huán)裝置運(yùn)行可靠性的有效措施。