浅谈XX电厂2-6号发电机滑环室改造及维护

1、XX水电厂 技 术 论 文浅谈XX电厂2-6号发电机滑环室改造及维护姓 名：XXX实习部门：XX部实习班组：XX班所学专业：发电厂及电力系统XXXX年X月XX日浅谈XX电厂2-6号发电机滑环室改造及维护摘要：集电环和碳刷，是发电机的重要组成部件，它是励磁系统对磁场绕组供电的桥梁与通道。集电环工作表面是否光滑，有无烧痕、凹槽等缺陷以及碳刷在集电环上运行时，能否在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，是发电机运行良好的主要标志之一。碳刷的跳火故障，多是由于各碳刷电流分配不均而破坏氧化膜导致的，且一旦发生故障，将直接影响发电机的安全稳定运行，严重时甚至烧坏集电环。因此正确认识和维护好集电环，无

2、疑是水电站一项重要的工作。关键词： 发电机集电环 改造 维护 前言：我厂2-6号发电机组型号为SF250-48/12200，改造前使用的碳刷型号为的D172型碳刷，每个滑环上有39只碳刷，正负极共78只碳刷，碳刷沿滑环圆周近似均匀分布，通过刷握、铝支架、U型双簧恒压弹簧安装在刷架上，刷架两端装有绝缘隔板。其主要技术参数：生产厂家：上海东南碳制品有限公司 尺寸：25×32×60mm电阻：14uM（波动率±40%） 接触电压降：2.7V（波动率±40%）碳刷单位压力：1470019600 Pa 开口气孔率：41%最高线速度（m/s）：70 m/s 电流分布A

3、：12A/cm碳刷正常运行中的温度一般在5080，（温升40左右），碳刷电流分布整体比较平衡，每块碳刷工作电流在20A100A。刷握弹簧压力比较均匀，碳刷活动自如且无振动卡涩现象。碳刷在正常运行状态下，当负荷电流增大或个别碳刷工况变差时，会有温度短时、少量增加或者不增加，温度系统能够维持平衡或达到新的平衡状态。但是如果碳刷变短、接触电阻和附加电阻变大、刷握弹簧压力变小、碳刷运行工况变差，当工作电流增加，温度变化时系统的平衡能力降低，部分碳刷温度将升高，从而整个系统温度升高，有时甚至达到无法控制状态。发热时碳刷和集电环温度可高达100以上，最严重时达到200300。此时碳刷工作状态越来越差，碳刷

4、电流分布很不均匀，少数碳刷电流达到300A，而另一些碳刷电流接近于零。大量碳刷出现不正常的跳动或卡涩，并出现大量火花，刷辫烧断或脱辫；碳刷与滑环摩擦声音变得尖锐刺耳。 为此，碳刷的日常维护及检修质量对发电机组的安全稳定运行显得尤为重要，下面将从以下几个方面进行分析说明：一、 滑环室日常运行中容易出现的故障分析1. 碳刷在正常的运行维护中主要会出现以下故障：(一) 碳刷、滑环发热；(二) 碳刷卡阻、振动，发展到弹簧跳出、刷握损坏（碳刷使用前均需进行打磨，打磨至碳刷在刷握内能出入自如，一般碳刷在刷握内与四周间隙均在0.10.2mm即可，包括弧度打磨）；(三) 碳刷压力减小：碳刷压紧弹簧在长时间高温

5、运行下，由于质量问题，导致弹簧压力减小，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；(四) 碳刷接触面不足，形成气膜；(五) 碳刷电流不平衡；(六) 滑环室碳粉堆积过多，造成正负极短路。其中，碳刷发热是造成碳刷烧坏的最直接原因，而其他几条中，除了第6条外，都能引起碳刷发热，所以监测碳刷温度，防止碳刷过度发热是我们日常维护工作的重点。发热的原因主要有两个方面：  1）碳刷发热量由4部分组成：碳刷自身电阻发热Q1，碳刷接触压降发热Q2，磨擦发热Q3，刷辫与碳刷接触电阻和散流电阻发热Q4。碳刷自身电阻发热：Q1IR其中：I-流过碳刷的电流，R-碳刷电阻）碳刷接触压降发

6、热：Q2IU（其中：U-接触压降）磨擦发热：Q3Fv（其中：F-碳刷压紧力，v-碳刷与滑环的相对运动速度）接触电阻和散流电阻发热：Q4=Ir (其中: I-流过碳刷的电流, r-接触电阻和散流电阻等效值)碳刷总体发热量为QQ1+Q2+Q3+Q4这四部分在碳刷发热总量中所占比例大小,随着碳刷运行阶段及状况的改变而不断变化。2）滑环的发热由3部分组成：滑环自身电阻发热Q11,碳刷接触压降发热Q22,碳刷热传导热量Q33滑环的总体发热量为Q11+Q22+Q33在滑环发热总量中，滑环自身电阻发热Q11所占比例甚小,可以忽略；所以滑环的发热由碳刷的发热量决定，随着碳刷温度的整体变化，滑环温度随之将有不同

7、程度的变化。2. 造成以上发热的主要原因分析1) 碳刷电阻增大碳刷在使用过程中电阻值随着温度升高（包括自身电阻、刷辫与碳刷接触电阻和散流电阻）逐渐增大；同时，滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻增加，一方面使碳刷本身发热，另一方面使励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上，同时使其他碳刷的电阻发热增加。2) 碳刷卡阻 碳刷通过电流后发热，刷体膨胀，易卡在刷握内，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，失去作用，同时也会造成其它碳刷分配的电流增加，发热增加。3) 碳刷压力减小在碳刷磨短过程中，弹簧压力可能会不同程度减少（虽然我厂使用的恒压弹簧，

8、但由于没有弹簧压力测试仪器，无法得知是否恒压、无法进行检测）。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。4) 碳刷接触面小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，使流过碳刷的电流不稳定。同时，我厂集电环运行多年，未进行过车床加工，难以消除存在的划痕及凹槽，造成碳刷接触面积小。5) 电流平衡的破坏一般情况下，碳刷与滑环接触面的接触力较大，既接触压降小，所有碳刷工况相近，每条碳刷的电流大小接近，刷体的平均温度较低，碳刷间电流相对稳定平衡。运行一段时间后，碳刷的磨损量不一定相近，碳刷磨短或弹簧压力降低，碳刷接触面的压力减小，碳刷间电流重新分配，每条碳刷的电流差别

9、增大。这个阶段时间长，且逐渐变化，不容易发觉。当环境温度升高或励磁电流增加时，随时可引起发热，造成平衡破坏，使得部分碳刷电流过高，部分碳刷电流过小，运行一段时间后，造成碳刷烧坏。二、发电机滑环室改造措施根据上述情况，在2010-2011检修期间，对XX电厂2-6号机集电环、及碳刷进行改造并加装碳粉吸收装置，对正负极之间的绝缘子进行更换。改造后的集电环运行稳定、确保发电机安全稳定运行，效果十分明显，新集电环主要有以下改进：1. 集电环面为加工螺旋沟槽环面旧集电环表面为平面结构，容易导致碳刷与集电环的接触面产生气膜，不利于碳刷和集电环环面的充分接触，且在运行过程中容易造成碳刷跳动。为此，我们在新集

10、电环环面采用加工螺旋沟槽环面，增加了集电环表面和碳刷之间的透气性，有利于碳刷与集电环充分接触，提高了接触面积，并有效防止了气膜的产生。同时，此工艺可使碳刷的接触面增加，能有效防止因接触面积小而产生的发热事故。2. 采用新型碳刷据调查国内相关电厂的运行，D172型发电机碳刷在机组正常运行期间多次发生事故，运行不稳定。在此次改造中，我们采用了E468型碳刷（德国schunk碳刷）。新型碳刷运行时，不过热、噪声小、装配可靠、不破损。新型碳刷与刷握配合良好，碳刷在集电环表面能较快形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜；碳刷的使用寿命长，并且不易磨损集电环；具有良好的集流性能，使火花抑制在允许的范围内，并且

11、能量损耗小。3. 改进刷握及恒压弹簧通过对刷握及恒压弹簧的改进，可在机组运行期间对碳刷进行更换，降低了运行维护风险、检查或更换碳刷时，易于在刷盒内装卸碳刷、能调整碳刷在刷盒下的露出部分(刷盒下端边缘与集电环表面的间隙)以防止磨坏集电环、通过恒压弹簧将压力加在与集电环表面滑动接触的碳刷上，使其在固定体与旋转体之间稳定地传导电流、刷握本身材料具有良好的机械强度，加工性能，耐蚀性能，散热性能等。4. 加装碳粉吸收装置滑环室位于上导轴承上部，在机组运行过程中上导产生的油雾吸附在集电环及相关设备表面，容易产生油性碳粉污垢。同时，我厂结构属地下室厂房，湿度较大，且集电环室内空间相对比较密闭，碳刷在运行过程

12、产生的碳粉吸收湿气后，极易吸附在滑环室内绝缘子、引线等部位。有试验表明，在松散干燥的状态下，石墨碳粉的绝缘电阻可达到100 M以上，但是在油雾作用下绝缘电阻迅速减小为零。由此可见，油性碳粉污垢也是造成滑环室内各绝缘件绝缘性能下降的主要原因之一。因此滑环室加装碳粉吸收装置用来保持滑环室内清洁无碳粉堆积，防止因碳粉堆积引起的正负极短路或接地故障等，提高了绝缘性能。三、碳刷的更换方法及检查事项1.检修时碳刷的更换方法 1) 用手握住碳刷手柄逆时针旋转90度，向外抽出，取出刷握、碳刷和弹簧；2) 压住弹簧，将碳刷抽出，用螺丝刀松动刷辫固定螺栓，将旧碳刷取下；3) 将用00号砂纸打磨碳刷，将碳刷安装在刷

13、握中，用螺丝刀紧固刷辫固定螺栓；4) 轻轻拉动刷辫，检查碳刷是否在刷握内活动自如，同时检查弹簧压力是否能够将碳刷弹回；5) 用手握住碳刷手柄，将刷握对准汇流环上的卡槽缓慢将刷握装复，然后用手向顺时针方向转动手柄90度；6) 检查碳刷与滑环接触是否良好。2.机组运行时碳刷更换1) 更换碳刷工作需由两人进行，其中一人工作，一人监护，不可两人同时工作；2) 工作时站在绝缘垫上，工作人员戴绝缘手套，扣紧袖口，女员工发辫要盘好在安全帽内，工作中要特别小心，防止衣服被转动部分挂住；3) 工作中不得同时接触两极或同时接触一极与接地部分；4) 更换碳刷要逐一进行，不得同时更换两块碳刷；5) 更换的新碳刷型号要

14、与旧碳刷一致；6) 每极一次更换碳刷不得超过3块。3.碳刷检查事项利用停机间隙拔下碳刷进行全面检查。碳刷与滑环接触面应平整，磨损均匀；碳刷在刷握内活动自如，无卡涩现象；弹簧压力正常，轻拔刷辫再松开后，弹簧能自动将碳刷弹回；利用停机间隙检查滑环碳粉吸收槽口棱角是否锋利，碳粉吸收槽内是是否有碳粉堆积现象；在发电机运行期间，每周一次拔下碳刷检查碳刷与滑环接触面的磨损情况、碳刷在刷握内是否活动自如、弹簧压力是否正常，针对有异常的碳刷要做详细记录。每次只能拔下一只碳刷，待检查无误装复后才能拔下一只碳刷。四、滑环室日常维护及管理标准1.用白布和无水乙醇清洁滑环支持绝缘子以确保绝缘性能（滑环对地绝缘不得小于

15、2M）；2.检查碳刷与滑环接触是否良好，碳刷有无摆动、跳动、卡涩、冒火花等现象，有无过度磨损情况；碳刷外观完好、引线无断股松动且连接完好，磨损应在正常范围（不少于原碳刷长度的1/3），不符合则进行更换，刷架、刷握固定牢靠且无损坏，刷握距离集电环表面应有3mm-4mm间隙；3.碳刷、汇流母排有无异常发热、更换断裂的刷握弹簧；4.新碳刷更换前应用00玻璃砂纸研磨接触面，使之与滑环的接触面达到85以上，碳刷在刷握内与四周间隙均在0.10.2mm即可；5.同一滑环必须使用同一牌号的碳刷；6.每次更换碳刷时的数量不应超过每个滑环碳刷总数的1/3；7.滑环室内励磁电缆及引线绝缘应完好，外观保持良好，电缆无损坏，接触面无损伤，接头连接螺栓应紧固可靠。8.滑环无挂伤现象，表面应平整完好，无明显麻点及凹凸；9.碳刷汇流排固定牢靠，连接完好，无发热变形；10.各支撑绝缘子、环氧绝缘垫表面完好，无放电迹象；11.滑环室内碳粉漂浮状况，检查刷握、汇流环、滑环透明塑料外罩上是否有碳粉堆积现象；碳粉吸收装置是否运行正常。五、总结发电机励磁碳刷滑环发热现象在运行中时有发生，严重威胁发电