發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)及電刷燒損原因分析與防范

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1、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)及電刷燒損原因分析與防范何曙光(湖南湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司,湖南湘潭411102)摘要對(duì)某廠1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)在運(yùn)行中發(fā)生環(huán)火燒損的情況以及處理過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹,并從電刷的工作特性以及發(fā)生環(huán)火起因進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析,最后提出了防止發(fā)生此類(lèi)故障的預(yù)防措施。關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)子集電環(huán);電刷;環(huán)火;燒損100820198(2004)0420041203中圖分類(lèi)號(hào)TM31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)2002年9月某廠1號(hào)發(fā)電機(jī)(QFSN—300—2型汽輪發(fā)電機(jī),1997年12月投產(chǎn),東方電機(jī)股份公司制造)在運(yùn)行中

2、集控發(fā)“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”信號(hào),電氣運(yùn)行人員迅速趕到1號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)小間,通過(guò)窺視鏡看見(jiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子刷架處出現(xiàn)環(huán)火,火勢(shì)較大,2min后1號(hào)機(jī)組振動(dòng)大跳機(jī),環(huán)火造成了負(fù)極轉(zhuǎn)子集電環(huán)和刷架損壞。1發(fā)電機(jī)情況簡(jiǎn)介1號(hào)發(fā)電機(jī)是東方電機(jī)廠制造的300MW發(fā)電機(jī),冷卻型式為水—?dú)洹獨(dú)?即定子線圈為水內(nèi)冷,定子鐵芯和轉(zhuǎn)子氫冷。1號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)為三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng),自主勵(lì)磁機(jī)定子出來(lái)的交流電經(jīng)整流后,通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)和電刷接入轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子集電環(huán)以熱套型式固定在轉(zhuǎn)子大軸上,集電環(huán)下裝有絕緣套筒,用其與轉(zhuǎn)子本體隔離。正負(fù)集電環(huán)之間

3、裝有離心風(fēng)扇,抽出的熱風(fēng)經(jīng)風(fēng)扇正下方的風(fēng)道排至6m處。每個(gè)集電環(huán)上有36只電刷,電刷沿集電環(huán)圓周近似均勻分布,通過(guò)刷握、銅支架安裝在刷架上,刷架兩端裝有絕緣隔板。發(fā)電機(jī)和主勵(lì)磁機(jī)集電環(huán)都采用恒壓刷握、D172型號(hào)的電刷,發(fā)電機(jī)電刷共72塊,發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流為2203A。轉(zhuǎn)圖1轉(zhuǎn)子集電環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖圖2電刷分布示意圖著銅渣。該環(huán)在內(nèi)圓孔的外側(cè)邊緣上(靠發(fā)電機(jī)子集電環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1所示,2所示。電刷分布見(jiàn)圖側(cè))有約20mm的缺口。b.發(fā)電機(jī)側(cè)集電環(huán)的絕緣筒在外側(cè)邊緣燒出轉(zhuǎn)子集電環(huán)及刷架燒損情況2幾個(gè)殘缺的缺

4、口,缺口四周發(fā)黑已炭化。有1處已深入到集電環(huán)底下約20mm。面上已出現(xiàn)一片燒出的麻點(diǎn),范圍為300mm×3事故原因分析3.1從電刷的工作特性分析機(jī)組采用的是D172型電化石墨電刷,分別由哈爾濱電刷廠和東新電刷廠生產(chǎn)的產(chǎn)品。1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)直徑5410mm、轉(zhuǎn)速為3000r?min,集電環(huán)表面線速度為v=ΠDn=3.14×0.41×(見(jiàn)圖3)。50mm。其內(nèi)已燒出凹坑,深約1.5mm3000?60=64.37m?s,未超過(guò)容許圓周速度值(70m?s)。轉(zhuǎn)子額定電流為2203A,每極有36只電刷,所以電刷的電

5、流密度為2203?(36×2.5×3.2)=7.65A?cm2,未超過(guò)容許電流密度(12A?cm2)。集電環(huán)與電刷是通過(guò)滑動(dòng)接觸面來(lái)傳遞功率的。電刷的接觸特性主要表現(xiàn)為瞬變的接觸壓降和摩擦系數(shù),而接觸壓降和摩擦系數(shù)又和集電環(huán)表面的線速度、接觸電阻、電刷的電流密度以及加予電刷上的壓力等因素有關(guān),并主要反應(yīng)在接觸面的穩(wěn)定和各電刷的均流問(wèn)題。據(jù)有關(guān)資料介紹,電刷和集電環(huán)在滑動(dòng)接觸時(shí),電刷下面的氣流有抬起電刷的趨勢(shì),也就是常說(shuō)的“氣墊”現(xiàn)象,由于電刷運(yùn)行時(shí)的“氣墊”與“吸附”作用,導(dǎo)致電刷與集電環(huán)接觸面積變化。由于各

6、塊電刷在集電環(huán)上滑動(dòng)條件各不相同,這樣電刷抬起的程度不一致,從而造成各塊電刷接觸電阻的差異,引起并聯(lián)電刷之間的電流分布不均勻,破壞了滑動(dòng)接觸的穩(wěn)定性。當(dāng)然,雖然機(jī)組集電環(huán)上開(kāi)有螺旋槽,在理論上可以減少或消除“氣墊”與“吸附”效應(yīng),但在實(shí)際上這2種效應(yīng)帶來(lái)的影響還是不同程度存在的。電刷還有一個(gè)重要特性,即所謂的“負(fù)溫度特性”。隨著電刷溫度的增高,它的接觸電阻反而降低,在80～100℃時(shí)最低,當(dāng)溫度超過(guò)100℃時(shí),接觸電阻又急劇增加。這對(duì)于接觸面的穩(wěn)定和各電刷間的均流極為不利。如果當(dāng)某塊電刷進(jìn)入不正常狀態(tài),并開(kāi)始

7、發(fā)熱,由于負(fù)溫度效應(yīng),電刷的接觸電阻反而減少,這樣,流過(guò)此電刷的電流將增加,則該塊電刷愈加發(fā)熱,直到接觸電阻降至最低點(diǎn),流過(guò)的電流最大為止,如此惡性循環(huán),使電刷劣化加速。這種“崩潰”式的變化,使原來(lái)流經(jīng)此電刷上的電流進(jìn)行“雪崩”式的重新分配,可能會(huì)使電刷上的電流負(fù)荷差達(dá)10倍以上。從機(jī)組運(yùn)行中所測(cè)的每只電圖3大軸表面燒壞處d.發(fā)電機(jī)側(cè)刷架?chē)?yán)重?zé)龘p。刷架上安裝的刷握的刷盒都被燒熔,外側(cè)的絕緣擋板也已部分炭化,固定擋板的部分尼龍螺栓燒熔。e.發(fā)電機(jī)側(cè)刷架的36塊電刷(D172,規(guī)格:25mm×32mm×60mm)

8、有10余塊刷瓣燒斷,有部分彈簧夾的2個(gè)卷曲的彈簧脫落,另外還有部分掉了1個(gè)彈簧,有一些彈簧夾根部出現(xiàn)了裂紋(見(jiàn)圖4);電刷損壞缺棱缺角。f.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲變形(發(fā)電機(jī)勵(lì)端端蓋外部分),最大彎曲量為0.1mm。圖4彈簧夾斷裂處刷分布電流來(lái)看,最大的有200A,而最小的只有5～6A左右,甚至幾乎為零,相差很懸殊。當(dāng)然接觸電阻小的電刷將得到大部分的電流,很可能使它們地腳螺栓而造成刷架接地;而且弧光引燃