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发电机励磁碳刷事故分析和对策

分析了沙角A电厂200MW汽轮发电机碳刷烧损事故的原因,介绍了改进碳刷维护管理的措施。〔关键词〕碳刷事故;发热;电流平衡;措施  沙角A电厂1,2号机曾因励磁碳刷环火造成2次停机事故。机组容量200MW,发电机的励磁形式为它励,额定励磁电流1765A,励磁碳刷采用非恒压形式,主励每极32条碳刷,碳刷型号为  D172HT-25×32×65,2000年6月2号机组大修增容改造时,励磁碳刷改为恒压形式,每极30条碳刷,碳刷形号为D172HT-25×32×100。D172碳刷主要参数见表1。1事故经过(1)2001-06-29T08:00交接班检查 1号机组碳刷无火花机,14:45检查发现主励磁机负极滑环碳刷环火,减负荷和减励磁电流、调整处理无效,碳刷刷辫相继发红烧断,并伴有弧光,14:55,值长令解列停机,事故过程约10min,结果造成20个碳刷刷辫烧断,4个刷握孔熔化。当时机房内温度35~40℃,有功负荷200MW,无功负荷90Mvar,励磁电流1650A。(2)2001-09-18,机房内温度35~40℃,2号机组有功负荷210MW,无功负荷87Mvar,励磁电流1550A,班中检查发现励磁负极的其中一条碳刷断辫,滑环碳刷火花大,取出该组(3条)碳刷更换,滑环环火,并发现其它碳刷相继发红断辫,减励磁电流,有功减至140MW调整处理无效,解列停机。整个过程约15min,结果造成10只碳刷刷辫烧断,部分采集电环及销钉固定孔烧化,“V”架部分销钉烧断。2引起碳刷发热的因素  碳刷发热由3部分组成:碳刷自身电阻发热,碳刷接触压降发热和磨擦发热。  碳刷自身电阻发热功率:W1=I2R  碳刷接触压降发热功率:W2=I△E  磨擦发热功率:W3=Fv  其中:I-流过碳刷的电流;  R-碳刷电阻;  △E-接触压降;  F-碳刷压紧力;  v-碳刷与滑环的相对运动速度。3碳刷发热的原因3.1碳刷使用过程中电阻值逐渐增大  将购买的500条D172HT-25×32×100碳刷,用电桥法测量其电阻值为0.0012~0.0020剑缱璺稚⑿圆淮螅灰徊糠痔妓⒃?号机组使用一段时间后更换下来,测得电阻值为0.0012~0.01剑床糠痔妓⒌牡缱柙龃罅耍?号机碳刷事故停机后,拆下的碳刷测得电阻值为0.0012~0.3剑缱璺稚⑿院艽螅缱枰泊罅诵矶啵缱柚档脑龃笫固妓⒌牡缱璺⑷仍黾印?3.2碳刷卡阻  碳刷通过电流后发热,刷体膨胀,易卡在刷握,这时拉动刷辫感觉很紧;部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因,会在刷握一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻,这几种形式卡阻,用钳表仍可测得电流,容易被误导(刷辫 处磁场较强,测量方法不同,钳表测得数值误差大,测量值只作定性分析),碳刷却已经失效,致使其它碳刷分配的电流增加,电阻发热增加。3.3碳刷压力减小  非恒压碳刷,压紧弹簧后碳刷接触压降小,发热少,在碳刷磨短后,弹簧压力明显减少,压力小到一定程度,接触不稳定,接触压降增大,接触压降发热明显增加。3.4碳刷接触面形成气膜  D172碳刷最大圆周速度为70m/s,发电机励磁滑环直径为445mm,折算后滑环表面园周速度为69.9m/s,碳刷在允许最大速度下运行,很容易在碳刷接触面产生气膜和跳动,流过碳刷的电流不稳定。在滑环表面开凹槽和磨花碳刷接触面可破坏气膜。但开凹槽使碳刷实际的接触面积减小。3.5滑环氧化膜的形成  滑环氧化膜太厚,使碳刷接触电阻大大增加,励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上。3.6电流平衡的破坏  一般情况下,非恒压弹簧碳刷新换上和压紧弹簧,碳刷与滑环接触面的接触紧力较大,即接触压降小,所有32条碳刷工况相近,每条碳刷的电流接近相等,刷体的平均温度较低,碳刷间电流相对稳定平衡(称作强平衡)。运行一段时间后,碳刷的磨损量相近,但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因素,碳刷磨短了或弹簧压力降低了,碳刷接触面的接触紧力减小,碳刷间电流二次再分配,每条碳刷的电流差别增大,处于不稳定平衡(称作弱平衡)。这个阶段时间长,逐渐变化,不容易引起警觉。当环境温度升高或励磁电流增加时,随时可造成弱平衡破坏。4碳刷事故原因  滑环表面形成了一定厚度的氧化膜,增大了碳刷的接触压降,加上个别碳刷卡阻失效,碳刷处于弱平衡状态,事故时室内气温高,机组负荷加满,励磁电流增加,碳刷间弱平衡破坏,个别碳刷电流迅速增大,严重过热,刷体发红膨胀卡死,大电流转移到其它碳刷,并相继出现膨胀卡死,滑环环火恶性发展,使得短时间内大量碳刷刷辫烧断。5关于2号恒压励磁碳刷事故  2000年6月,2号机组大修时将刷架改为恒压励磁刷架,主励磁机每极碳刷由10组“V”架组成,每个“V”架装3条碳刷,“V”架与集电环靠一根销钉转动90。卡接,“V”架两侧面与集电环面接触通过电流。5.1“V”架销钉磨蚀  “V”架销钉磨蚀有2种,一种是电流流经销钉产生腐蚀,另一种是销钉与“V”套径向线接触,“V”架与“V”套接触紧力使销钉产生应力磨损。5.2“V”架与集电环接触不好  “V”架与集电环“V”套配合差,虽然装配要求接触面大于80,实际上达不到要求,“V”架装上后前后左右可晃动,造成“V”架两侧面很多烧伤弧坑。5.3弹簧压力不足  恒压弹簧压力不足,用手拉动励磁弹簧,可明显感觉不同弹簧的压力差异,且弹力比其它机组非恒压弹簧小很多,由于弹簧压力不足,刷握和碳刷加长增加了碳刷侧面磨擦阻力,碳刷被阻在握内。  上述缺陷增加了2号机碳刷事故的几率,而2号机事故当时取出1组碳刷更换则加剧了碳刷弱平衡的破坏。6改进维护处理措施(1)将消除碳刷火花的被动管理形式改为控制  碳刷电流分配和温度的主动管理形式。在生产现场配备直流钳表和测温表,每班测量和掌握每个碳刷电流和温度,碳刷电流控制在10~90A,刷体温度控制在不大于80℃,及时消除电流不平衡、气膜、氧化膜、卡阻等因素,保证碳刷在强平衡状态工作。有条件时,专人负责碳刷的维护更换工作跟踪,效果会更好。(2)出现个别碳刷断辫,可先减小励磁电流;出现环火,则大量减小励磁电流,调整碳刷电流平衡后再换碳刷。(3)规定碳刷磨损掉1/3,必须更换,每月更换碳刷不少于20条,月更换量达到30,消除碳刷太短、电阻值变大、卡阻、阶梯形四面体等现象。(4)在“V”架导电两侧面涂导电脂,消除紧力不足引起的导电不良。定期检查“V”架销钉和紧力,定期检查弹簧压力。7结论  采取上述措施以后,3台机组励磁碳刷实现了无火花、刷辫无变色、无断辫运行,先后及时消除了个别碳刷小电流(卡阻)以及3号主励磁碳刷正极一周8只碳刷无电流(机端盖渗油引起)问题。从一段时间的运行情况看,不论是变压弹簧还是恒压弹簧,碳刷维护管理从控制碳刷无火花改为碳刷状态平衡控制,较好地实现了强平衡状态运行目的,避免了人为因素的影响。2号机由于设备先天不足,虽然个别碳刷小电流现象经常出现,电流平衡问题仍得到较好控制

公司名称:湘潭碳刷厂(代理正宗英国摩根碳刷、法国罗兰碳刷进口碳刷发电机碳刷、轧钢电机碳刷)

联 系 人:胡经理

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