淺談XX電廠2-6號發(fā)電機滑環(huán)室改造及維護

1、XX水電廠 技 術(shù) 論 文淺談XX電廠2-6號發(fā)電機滑環(huán)室改造及維護姓 名：XXX實習(xí)部門：XX部實習(xí)班組：XX班所學(xué)專業(yè)：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)XXXX年X月XX日淺談XX電廠2-6號發(fā)電機滑環(huán)室改造及維護摘要：集電環(huán)和碳刷，是發(fā)電機的重要組成部件，它是勵磁系統(tǒng)對磁場繞組供電的橋梁與通道。集電環(huán)工作表面是否光滑，有無燒痕、凹槽等缺陷以及碳刷在集電環(huán)上運行時，能否在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩(wěn)定的氧化膜，是發(fā)電機運行良好的主要標(biāo)志之一。碳刷的跳火故障，多是由于各碳刷電流分配不均而破壞氧化膜導(dǎo)致的，且一旦發(fā)生故障，將直接影響發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，嚴(yán)重時甚至燒壞集電環(huán)。因此正確認(rèn)識和維護好集電環(huán)，無

2、疑是水電站一項重要的工作。關(guān)鍵詞： 發(fā)電機集電環(huán) 改造 維護 前言：我廠2-6號發(fā)電機組型號為SF250-48/12200，改造前使用的碳刷型號為的D172型碳刷，每個滑環(huán)上有39只碳刷，正負(fù)極共78只碳刷，碳刷沿滑環(huán)圓周近似均勻分布，通過刷握、鋁支架、U型雙簧恒壓彈簧安裝在刷架上，刷架兩端裝有絕緣隔板。其主要技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)廠家：上海東南碳制品有限公司 尺寸：25×32×60mm電阻：14uM（波動率±40%） 接觸電壓降：2.7V（波動率±40%）碳刷單位壓力：1470019600 Pa 開口氣孔率：41%最高線速度（m/s）：70 m/s 電流分布A

3、：12A/cm碳刷正常運行中的溫度一般在5080，（溫升40左右），碳刷電流分布整體比較平衡，每塊碳刷工作電流在20A100A。刷握彈簧壓力比較均勻，碳刷活動自如且無振動卡澀現(xiàn)象。碳刷在正常運行狀態(tài)下，當(dāng)負(fù)荷電流增大或個別碳刷工況變差時，會有溫度短時、少量增加或者不增加，溫度系統(tǒng)能夠維持平衡或達(dá)到新的平衡狀態(tài)。但是如果碳刷變短、接觸電阻和附加電阻變大、刷握彈簧壓力變小、碳刷運行工況變差，當(dāng)工作電流增加，溫度變化時系統(tǒng)的平衡能力降低，部分碳刷溫度將升高，從而整個系統(tǒng)溫度升高，有時甚至達(dá)到無法控制狀態(tài)。發(fā)熱時碳刷和集電環(huán)溫度可高達(dá)100以上，最嚴(yán)重時達(dá)到200300。此時碳刷工作狀態(tài)越來越差，碳刷

4、電流分布很不均勻，少數(shù)碳刷電流達(dá)到300A，而另一些碳刷電流接近于零。大量碳刷出現(xiàn)不正常的跳動或卡澀，并出現(xiàn)大量火花，刷辮燒斷或脫辮；碳刷與滑環(huán)摩擦聲音變得尖銳刺耳。 為此，碳刷的日常維護及檢修質(zhì)量對發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行顯得尤為重要，下面將從以下幾個方面進行分析說明：一、 滑環(huán)室日常運行中容易出現(xiàn)的故障分析1. 碳刷在正常的運行維護中主要會出現(xiàn)以下故障：(一) 碳刷、滑環(huán)發(fā)熱；(二) 碳刷卡阻、振動，發(fā)展到彈簧跳出、刷握損壞（碳刷使用前均需進行打磨，打磨至碳刷在刷握內(nèi)能出入自如，一般碳刷在刷握內(nèi)與四周間隙均在0.10.2mm即可，包括弧度打磨）；(三) 碳刷壓力減?。禾妓壕o彈簧在長時間高溫

5、運行下，由于質(zhì)量問題，導(dǎo)致彈簧壓力減小，壓力小到一定程度，接觸不穩(wěn)定，接觸壓降增大，接觸壓降發(fā)熱明顯增加；(四) 碳刷接觸面不足，形成氣膜；(五) 碳刷電流不平衡；(六) 滑環(huán)室碳粉堆積過多，造成正負(fù)極短路。其中，碳刷發(fā)熱是造成碳刷燒壞的最直接原因，而其他幾條中，除了第6條外，都能引起碳刷發(fā)熱，所以監(jiān)測碳刷溫度，防止碳刷過度發(fā)熱是我們?nèi)粘＞S護工作的重點。發(fā)熱的原因主要有兩個方面：  1）碳刷發(fā)熱量由4部分組成：碳刷自身電阻發(fā)熱Q1，碳刷接觸壓降發(fā)熱Q2，磨擦發(fā)熱Q3，刷辮與碳刷接觸電阻和散流電阻發(fā)熱Q4。碳刷自身電阻發(fā)熱：Q1IR其中：I-流過碳刷的電流，R-碳刷電阻）碳刷接觸壓降發(fā)

6、熱：Q2IU（其中：U-接觸壓降）磨擦發(fā)熱：Q3Fv（其中：F-碳刷壓緊力，v-碳刷與滑環(huán)的相對運動速度）接觸電阻和散流電阻發(fā)熱：Q4=Ir (其中: I-流過碳刷的電流, r-接觸電阻和散流電阻等效值)碳刷總體發(fā)熱量為QQ1+Q2+Q3+Q4這四部分在碳刷發(fā)熱總量中所占比例大小,隨著碳刷運行階段及狀況的改變而不斷變化。2）滑環(huán)的發(fā)熱由3部分組成：滑環(huán)自身電阻發(fā)熱Q11,碳刷接觸壓降發(fā)熱Q22,碳刷熱傳導(dǎo)熱量Q33滑環(huán)的總體發(fā)熱量為Q11+Q22+Q33在滑環(huán)發(fā)熱總量中，滑環(huán)自身電阻發(fā)熱Q11所占比例甚小,可以忽略；所以滑環(huán)的發(fā)熱由碳刷的發(fā)熱量決定，隨著碳刷溫度的整體變化，滑環(huán)溫度隨之將有不同

7、程度的變化。2. 造成以上發(fā)熱的主要原因分析1) 碳刷電阻增大碳刷在使用過程中電阻值隨著溫度升高（包括自身電阻、刷辮與碳刷接觸電阻和散流電阻）逐漸增大；同時，滑環(huán)氧化膜太厚，使碳刷接觸電阻增加，一方面使碳刷本身發(fā)熱，另一方面使勵磁電流分流到其它回路電阻小的碳刷上，同時使其他碳刷的電阻發(fā)熱增加。2) 碳刷卡阻 碳刷通過電流后發(fā)熱，刷體膨脹，易卡在刷握內(nèi)，這時拉動刷辮感覺很緊；部分碳刷由于振動、刷握不垂直等原因，會在刷握一側(cè)的上沿和另一側(cè)下沿產(chǎn)生明顯卡阻，失去作用，同時也會造成其它碳刷分配的電流增加，發(fā)熱增加。3) 碳刷壓力減小在碳刷磨短過程中，彈簧壓力可能會不同程度減少（雖然我廠使用的恒壓彈簧，

8、但由于沒有彈簧壓力測試儀器，無法得知是否恒壓、無法進行檢測）。壓力小到一定程度，接觸不穩(wěn)定，接觸壓降增大，接觸壓降發(fā)熱明顯增加。4) 碳刷接觸面小碳刷在允許最大速度下運行，很容易在碳刷接觸面產(chǎn)生氣膜，使流過碳刷的電流不穩(wěn)定。同時，我廠集電環(huán)運行多年，未進行過車床加工，難以消除存在的劃痕及凹槽，造成碳刷接觸面積小。5) 電流平衡的破壞一般情況下，碳刷與滑環(huán)接觸面的接觸力較大，既接觸壓降小，所有碳刷工況相近，每條碳刷的電流大小接近，刷體的平均溫度較低，碳刷間電流相對穩(wěn)定平衡。運行一段時間后，碳刷的磨損量不一定相近，碳刷磨短或彈簧壓力降低，碳刷接觸面的壓力減小，碳刷間電流重新分配，每條碳刷的電流差別

9、增大。這個階段時間長，且逐漸變化，不容易發(fā)覺。當(dāng)環(huán)境溫度升高或勵磁電流增加時，隨時可引起發(fā)熱，造成平衡破壞，使得部分碳刷電流過高，部分碳刷電流過小，運行一段時間后，造成碳刷燒壞。二、發(fā)電機滑環(huán)室改造措施根據(jù)上述情況，在2010-2011檢修期間，對XX電廠2-6號機集電環(huán)、及碳刷進行改造并加裝碳粉吸收裝置，對正負(fù)極之間的絕緣子進行更換。改造后的集電環(huán)運行穩(wěn)定、確保發(fā)電機安全穩(wěn)定運行，效果十分明顯，新集電環(huán)主要有以下改進：1. 集電環(huán)面為加工螺旋溝槽環(huán)面舊集電環(huán)表面為平面結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致碳刷與集電環(huán)的接觸面產(chǎn)生氣膜，不利于碳刷和集電環(huán)環(huán)面的充分接觸，且在運行過程中容易造成碳刷跳動。為此，我們在新集

10、電環(huán)環(huán)面采用加工螺旋溝槽環(huán)面，增加了集電環(huán)表面和碳刷之間的透氣性，有利于碳刷與集電環(huán)充分接觸，提高了接觸面積，并有效防止了氣膜的產(chǎn)生。同時，此工藝可使碳刷的接觸面增加，能有效防止因接觸面積小而產(chǎn)生的發(fā)熱事故。2. 采用新型碳刷據(jù)調(diào)查國內(nèi)相關(guān)電廠的運行，D172型發(fā)電機碳刷在機組正常運行期間多次發(fā)生事故，運行不穩(wěn)定。在此次改造中，我們采用了E468型碳刷（德國schunk碳刷）。新型碳刷運行時，不過熱、噪聲小、裝配可靠、不破損。新型碳刷與刷握配合良好，碳刷在集電環(huán)表面能較快形成一層均勻、適度和穩(wěn)定的氧化薄膜；碳刷的使用壽命長，并且不易磨損集電環(huán)；具有良好的集流性能，使火花抑制在允許的范圍內(nèi)，并且

11、能量損耗小。3. 改進刷握及恒壓彈簧通過對刷握及恒壓彈簧的改進，可在機組運行期間對碳刷進行更換，降低了運行維護風(fēng)險、檢查或更換碳刷時，易于在刷盒內(nèi)裝卸碳刷、能調(diào)整碳刷在刷盒下的露出部分(刷盒下端邊緣與集電環(huán)表面的間隙)以防止磨壞集電環(huán)、通過恒壓彈簧將壓力加在與集電環(huán)表面滑動接觸的碳刷上，使其在固定體與旋轉(zhuǎn)體之間穩(wěn)定地傳導(dǎo)電流、刷握本身材料具有良好的機械強度，加工性能，耐蝕性能，散熱性能等。4. 加裝碳粉吸收裝置滑環(huán)室位于上導(dǎo)軸承上部，在機組運行過程中上導(dǎo)產(chǎn)生的油霧吸附在集電環(huán)及相關(guān)設(shè)備表面，容易產(chǎn)生油性碳粉污垢。同時，我廠結(jié)構(gòu)屬地下室廠房，濕度較大，且集電環(huán)室內(nèi)空間相對比較密閉，碳刷在運行過程

12、產(chǎn)生的碳粉吸收濕氣后，極易吸附在滑環(huán)室內(nèi)絕緣子、引線等部位。有試驗表明，在松散干燥的狀態(tài)下，石墨碳粉的絕緣電阻可達(dá)到100 M以上，但是在油霧作用下絕緣電阻迅速減小為零。由此可見，油性碳粉污垢也是造成滑環(huán)室內(nèi)各絕緣件絕緣性能下降的主要原因之一。因此滑環(huán)室加裝碳粉吸收裝置用來保持滑環(huán)室內(nèi)清潔無碳粉堆積，防止因碳粉堆積引起的正負(fù)極短路或接地故障等，提高了絕緣性能。三、碳刷的更換方法及檢查事項1.檢修時碳刷的更換方法 1) 用手握住碳刷手柄逆時針旋轉(zhuǎn)90度，向外抽出，取出刷握、碳刷和彈簧；2) 壓住彈簧，將碳刷抽出，用螺絲刀松動刷辮固定螺栓，將舊碳刷取下；3) 將用00號砂紙打磨碳刷，將碳刷安裝在刷

13、握中，用螺絲刀緊固刷辮固定螺栓；4) 輕輕拉動刷辮，檢查碳刷是否在刷握內(nèi)活動自如，同時檢查彈簧壓力是否能夠?qū)⑻妓椈兀?) 用手握住碳刷手柄，將刷握對準(zhǔn)匯流環(huán)上的卡槽緩慢將刷握裝復(fù)，然后用手向順時針方向轉(zhuǎn)動手柄90度；6) 檢查碳刷與滑環(huán)接觸是否良好。2.機組運行時碳刷更換1) 更換碳刷工作需由兩人進行，其中一人工作，一人監(jiān)護，不可兩人同時工作；2) 工作時站在絕緣墊上，工作人員戴絕緣手套，扣緊袖口，女員工發(fā)辮要盤好在安全帽內(nèi)，工作中要特別小心，防止衣服被轉(zhuǎn)動部分掛?。?) 工作中不得同時接觸兩極或同時接觸一極與接地部分；4) 更換碳刷要逐一進行，不得同時更換兩塊碳刷；5) 更換的新碳刷型號要

14、與舊碳刷一致；6) 每極一次更換碳刷不得超過3塊。3.碳刷檢查事項利用停機間隙拔下碳刷進行全面檢查。碳刷與滑環(huán)接觸面應(yīng)平整，磨損均勻；碳刷在刷握內(nèi)活動自如，無卡澀現(xiàn)象；彈簧壓力正常，輕拔刷辮再松開后，彈簧能自動將碳刷彈回；利用停機間隙檢查滑環(huán)碳粉吸收槽口棱角是否鋒利，碳粉吸收槽內(nèi)是是否有碳粉堆積現(xiàn)象；在發(fā)電機運行期間，每周一次拔下碳刷檢查碳刷與滑環(huán)接觸面的磨損情況、碳刷在刷握內(nèi)是否活動自如、彈簧壓力是否正常，針對有異常的碳刷要做詳細(xì)記錄。每次只能拔下一只碳刷，待檢查無誤裝復(fù)后才能拔下一只碳刷。四、滑環(huán)室日常維護及管理標(biāo)準(zhǔn)1.用白布和無水乙醇清潔滑環(huán)支持絕緣子以確保絕緣性能（滑環(huán)對地絕緣不得小于

15、2M）；2.檢查碳刷與滑環(huán)接觸是否良好，碳刷有無擺動、跳動、卡澀、冒火花等現(xiàn)象，有無過度磨損情況；碳刷外觀完好、引線無斷股松動且連接完好，磨損應(yīng)在正常范圍（不少于原碳刷長度的1/3），不符合則進行更換，刷架、刷握固定牢靠且無損壞，刷握距離集電環(huán)表面應(yīng)有3mm-4mm間隙；3.碳刷、匯流母排有無異常發(fā)熱、更換斷裂的刷握彈簧；4.新碳刷更換前應(yīng)用00玻璃砂紙研磨接觸面，使之與滑環(huán)的接觸面達(dá)到85以上，碳刷在刷握內(nèi)與四周間隙均在0.10.2mm即可；5.同一滑環(huán)必須使用同一牌號的碳刷；6.每次更換碳刷時的數(shù)量不應(yīng)超過每個滑環(huán)碳刷總數(shù)的1/3；7.滑環(huán)室內(nèi)勵磁電纜及引線絕緣應(yīng)完好，外觀保持良好，電纜無損壞，接觸面無損傷，接頭連接螺栓應(yīng)緊固可靠。8.滑環(huán)無掛傷現(xiàn)象，表面應(yīng)平整完好，無明顯麻點及凹凸；9.碳刷匯流排固定牢靠，連接完好，無發(fā)熱變形；10.各支撐絕緣子、環(huán)氧絕緣墊表面完好，無放電跡象；11.滑環(huán)室內(nèi)碳粉漂浮狀況，檢查刷握、匯流環(huán)、滑環(huán)透明塑料外罩上是否有碳粉堆積現(xiàn)象；碳粉吸收裝置是否運行正常。五、總結(jié)發(fā)電機勵磁碳刷滑環(huán)發(fā)熱現(xiàn)象在運行中時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅發(fā)電