发电机励磁碳刷事故分析和对策

发电机励磁碳刷事故分析和对策发电机励磁碳刷事故分析和对策 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 200 mw 发电机的励磁形式为它励 额定励磁电流 1765 a 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 表 1 d172 碳刷主要参数 长度 l mm 磨擦系数 k 正压力 p pa 接触压降 e v 电流密度 i a cm2 额定电流 i a 最高速度 v m s 电阻率 p m 电阻率 r 65 9 8 2500 0 25 1 25 12 96 70 12 10 6 0 00105 100 9 8 2500 0 25 1 25 12 96 70 10 10 6 0 00162 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 10 min 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 200 mw 无功负荷 90 mvar 励磁电流 1650 a 2 2001 09 18 机房内温度 35 40 2 号机组有功负荷 210 mw 无功负荷 87 mvar 励磁电流 1550 a 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 140 mw 调整处理无效 解列停机 整个过程 约 15 min 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 电阻分散性不大 一部分碳刷在 2 号机组使用一段时间后更换下来 测得电阻值为 0 0012 0 01 即部分碳刷的电阻增大了 2 号机碳刷事故 停机后 拆下的碳刷测得电阻值为 0 0012 0 3 电阻分散 性很大 电阻也大了许多 电阻值的增大使碳刷的电阻发热增 加 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 70 m s 发电机励磁滑环直径为 445 mm 折算后滑环表面园周速度为 69 9 m 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 9 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 90 a 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