汽轮发电机集电环和碳刷的维护与检修.pdf

电力 安 全技 术 第 1 6 卷 2 0 1 4 年第 4 期 汽轮发电机集电环和碳刷的维护与检修 杨成 余 河南理工大学 河南 焦作4 5 4 0 0 3 摘要 剖析了 汽轮发电机集电 环和碳刷发生故障的各种原因 并结合现场实际情况总结了 某 6 0 0 MW 发电机集 电环和碳刷正常运行时的维护项 目和应注意事项 阐述了停机时集 电环和碳刷 的重 点检修项 目以及发生环 火时的处理 方法 关键词 集电环 碳刷 刷握 维护检修 2 0 0 3年 河北某 发电厂 6号机组运行时正极 集 电环环火严重 打闸停机 停机检查发现 该机 组正极集 电环外表面 碳刷接触面 被烧成麻点且 变色 内表面靠近导电螺钉附近被严重电灼伤 大 轴被灼伤弯曲 抢修 9 天后机组并网投入正常运行 2 0 0 8 年 河南某 电厂 2号 发电机负极集 电环 下部出现连续火花 有电弧放电现象 并伴 随浓烟 和较大的放电声 造成机组紧急停机 该事故造成 直接经济损失 2 5万元 间接经济损失 2 7 0 0万元 国内电厂发生多次轻重程度不同的集 电环环火 故障 造成机组降出力或停运 集 电环和碳刷故障 直接影响发电机的稳定运行 甚至造成重大损失 1 集电环和碳刷故障的原因 1 碳刷刷握与集 电环机械磨损 刷握螺栓松 动或者卡槽变形 使得刷握最底端与集电环表面发 生硬磨擦 产生零星火花 2 碳刷与刷握的间隙过大或过小 若碳刷与 刷握之间的间隙过小 则会使碳刷在刷握内上下自 由滑动困难 甚至有可能卡住碳刷 若碳刷与刷握 之间的问隙过大 则会使碳刷在电机运转时晃动 与集电环接触不稳定 甚至使碳刷 啃边 以上 2种情况不仅会使集 电环过热 而且还有可能使碳 刷与刷握侧壁产生 电流通路 出现碳刷附焊现象 3 碳刷压力调整不当 若碳刷压力过小 则 会使碳刷与集电环接触不 良 容易产生火花使集 电 环过热 严重时甚至烧蚀集 电环使之出现麻点 若 碳刷压力过大 则会使碳刷与集电环 的摩擦力增大 一 一 不仅会加剧机械磨损 而且会使集电环因摩擦发热 量较多而产生过热现象 4 碳刷电流超 出规定值 理论上如果各碳刷 工况相近 则每个碳刷的电流大小相等 平均分布 但实际上 由于受碳架构造 弹簧压力 集 电环表 面氧化膜 气膜 碳刷长短等因素的影响 各碳刷 的电流分布不均 存在个别碳刷电流过大或过小的 现象 并且随着环境温度的升高 励磁电流的增加 个别碳刷的电流可能会超 出碳刷的允许电流值 从 而导致集电环温度升高 5 碳刷的负温度效应 碳刷具有负温度特性 即随着碳刷温度的升高 接触 电阻反而降低 且在 8 0 1 0 0 时最低 但超过 1 0 0 时则急剧增加 这对接触面的稳定和各碳刷间的均流极为不利 当 碳刷开始 发热时 因负温度效应 接触 电阻减少 电流增加 碳刷发热 直至接触 电阻降至最低 电 流升至最大 形成恶性循环 使碳刷加剧劣化 6 碳刷表面无法形成或形成不 良的氧化膜 不能起到润滑作用 氧化膜的形成需要适宜的温度 一般为 7 0 湿度 含氧量 温度 湿度 含 氧量过高 或过低 都不利于氧化膜 的形成 另外 空气 中的油气 铁屑 碳粉等也不利于碳刷表面氧 化膜的形成 7 集电环表面不光洁 集电环表面如有铁锈 毛刺或粘有灰尘 油污 碳粉 将影响碳刷通流 增大接触电阻 增加电损耗和摩擦损耗 引起温度 过高 长期运行会产生电弧灼伤 使得集电环表面 产生麻点和 凹槽 致使碳刷与集电环接触面变小 接触电阻变大 温度升高 第 1 6 卷 2 0 1 4 年第 4 期 电力 安 全 技 术 8 油雾和粉尘的污染 某些集 电环冷却方式 为两侧进风 集电环易受油雾污染 易粘灰尘 导 致碳刷 因积灰严重而卡涩 9 集 电环通风孔积灰堵塞 集 电环表面存有 螺旋散热沟 钻有斜向通风孔 并在 2个集 电环 中 间加有同轴风扇 向外排风 如果维护不当 容易 导致通风孔积灰堵塞 影响集电环的冷却 如果出 风道与入风道离得很近 还会引起出入风道串风 大大降低冷却效果 1 0 集 电环 同心度超标 或发 电机轴瓦振动过 大 集电环同心度超标或者发电机轴瓦振动过大 均会引起碳刷在刷握 中跳动 使得碳刷边角缺损 集电环与碳刷接触不 良 从而导致碳刷温度升高 甚至发生环火 2 集电环和碳刷的日常维护项 目 碳刷的日常维护通常是在电机运行时进行 要 注意做好防止电击和被转动机械卷住的措施 1 每 日应对碳刷做直观检查 观察是否有火 花及火花的大小 如果发现碳刷产生火花 应设法 及时处理 2 每 日应检查碳刷有无抖动 跳动现象 如 果碳刷有抖动 跳动现象 必须拔 出该碳刷所在刷 握 检查碳刷是否损坏 集 电环表面磨损是否均匀 机组振动是否过大 并及时消除故障 3 每 日应用红外测温仪测量集电环表面温 度 其温度应不高于 1 2 0 测量碳刷刷体温度 其温度应不高于 8 O 每周应进行 1 次发电机集 电环 碳刷及正负极铜排接头的红外成像测温 记 录当时发电机的有功功率 无功功率 励磁电流 环境温度 碳刷和集 电环的温度情况 并进行劣化 趋势分析 有条件的企业 可以增设集 电环碳刷温 度 隔音罩内环境温度 冷却风扇出风温度在线监 测装置 将温度值远传至集控室监控画面 并设置 高温报警装备 4 每 目应用直流钳形 电流表测量每个碳刷的 电流 将每个碳刷的电流控制在 2 0 1 0 0 A 及时 消除电流不平衡现象 保证碳刷电流在允许载流量 范围内 5 每日应检查碳刷的磨损情况 当碳刷磨损 到其顶部仅高出刷盒顶部约 3 mm或碳刷有剥落现 象时 应及时更换碳刷 同时要控制每次更换的碳 刷数量 每天最多更换每个刷架上 2 O 的碳刷 并做好详细记录 记录内容包括 更换碳刷的位置 新更换碳刷 的生产厂家 型号 采购批次 直阻 更换后碳刷的电流值 更换周期 同一集电环上使 用的碳刷必须是同厂家 同型号 同批次的产品 碳刷更换必须 由有经验的电气专业人员执行 工作 人员应戴绝缘手套或橡胶手套 站在绝缘胶皮 垫 上 不得 同时接触集 电环的两极或一只手接触碳刷 而另一只手接触金属外壳 碳刷应在套有细砂纸的 磨弧专用工具 按集电环 碳刷架装置仿制的工具 上适当研磨后 才能投入使用 并且不宜采用金刚 砂纸研磨碳刷 以防金刚砂颗粒嵌入螺旋通风槽 内 擦伤碳刷和集电环表面 新更换的碳刷要保证 2 O 1 0 0 A 的电流 以保证 良好的工作状态 6 每周应检查碳刷的活动情况 保证碳刷能 够在刷握中上下 自由移动 碳刷与刷握内壁 的间隙 应控制在 0 1 0 3 m m之间 可用提碳刷的方法 来检查判断碳刷在刷握内有无卡涩现象 如有卡刷 和碳刷焊附现象 应立 即拔 出碳刷 对其进行研磨 并清理刷握 内壁的积灰积尘 使碳刷能够上下 自由 移动 7 每周应检查碳刷刷辫是否有固定螺栓松 动 导线变色 烧伤或断股现象 并及时更换发黑 烧伤或断股的碳刷 当刷辫的螺栓受发热或振动的 影响而发生松动时 应立 即紧固 8 每周应检查集 电环表面 刷握 刷架上有 无过多的碳粉 每月应用干燥的压缩空气清理集 电 环 刷架装置附近特别是绝缘部件上的碳粉及积尘 以避免降低励磁回路的绝缘 电阻 并且 所用的压 缩空气必须经过干燥 除油处理 如果集电环表面 过于脏污 可用干净的白布蘸四氯化碳擦拭 使其 保持洁净光亮 9 每周应使用压缩空气和吸尘器清理 1 次隔 音罩内的杂物和积尘 并且隔音罩 内的座式轴承下 绝缘垫片表面及周 围也不允许附着碳尘 灰尘和油 污等 检修维护人员应加强对发 电机油档的检修维 护 避免 出现渗漏油现象 以减少对集电环的污染 1 0 机组运行期间 每月应测量 1 次发 电机 轴 电压 1 1 应加强对供货厂家 的资质审查 选用业 绩优秀 质量优 良的厂家 每次碳刷的采购数量要 一 一 电力 安 全 技 术 第 1 6 卷 2 0 1 4 年第 4 期 满足在 2年内碳刷更换采用同厂家 同型号 同批 次产品的要求 有关人员应共同对碳刷备件进行验 收 验收时要抽检 1 0 碳刷 的电阻值 除保证 日 常更换外 其余的大批碳刷备件应贮存在物资部仓 库内 贮存环境的温度 湿度等应符合要求 以防 止碳刷备件受潮损坏 仓库保管人员 运行人员应 每月对碳刷备件进行抽检 以掌握碳刷备件的贮存 状态是否正常 3 集电环和碳刷停机时重点检查项 目 1 每次机组停运期间 均应清理集 电环螺旋 通风沟 斜向通风孔内的碳粉和积尘 以免影响通 风效果 2 为使正 负集 电环的磨损均匀 每隔一段 时间 至少 1 次 年 交换发电机的集 电环极性 如 果因系统设计无法实现集电环的极性交换 可在汽 机房励磁母线正 负极分叉处增加 1 套励磁封母极 性互换装置 通过改变封母连接方式实现发电机集 电环的极性定期互换 改造前 后一次系统接线如 图 l 和 图 2 所示 图 2虚线部分为励磁封母极性互 换装置 可通过改变母线联结片改变母线连接方式 3 停机时应检查刷架各处的固定螺栓是否紧 固 底板有无变形 集 电环表面有无划痕 灼痕 集电环有无变形偏心 对于集 电环表面的凸凹点 要视集 电环损蚀的程度采取相应 的方法 对于灼伤 深度小于 1 mm 损伤面积在 2 0 下的轻度损蚀 可先用细锉与油石打磨 然后用 0号抛光砂布清除 毛刺 与麻点 用专用木瓦辅助 最后用 白布蘸少 许四氯化碳溶液对集电环表面精抛光 对于划伤或 灼伤较严重的凸凹点 可用重新精车的方法进行处 理 保证 同轴度 圆度 圆柱度 0 0 2 mm 粗 糙 度 0 4 m 4 每次机组检修期间 应分别测量正 负极 集 电环 集电环与发电机端盖之间 集 电环与发电 机励侧末端轴承之间等部位转子轴的晃动值 5 在机组大 小修时 应进行集电环的硬度 检验和表面探伤 4 运行中碳刷发热或环火的处理方法 1 若 出现个别碳刷断辫或脱辫时 可先适 当 一 一 去 5 0 o k V系统 图 1 改造前的一次系统接线 去 5 0 0 k V系统 一 图 2 改造后的一次系统接线 变 机 发电机 降低发 电机的无功负荷 减小励磁 电流 出现环火 时 应大量减小励磁电流 从而降低碳刷的工作电 流 减轻碳刷的发热 2 先调整 电流较小 的碳刷 不动故 障碳刷 一 般情况下