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1、发电机转子集电环及电刷烧损原因分析与防范何曙光(湖南湘潭发电有限责任公司,湖南湘潭411102)摘要对某厂1号发电机转子集电环在运行中发生环火烧损的情况以及处理过程进行了简要的介绍,并从电刷的工作特性以及发生环火起因进行了较为详细的分析,最后提出了防止发生此类故障的预防措施。关键词转子集电环;电刷;环火;烧损100820198(2004)0420041203中图分类号TM31文献标识码B文章编号2002年9月某厂1号发电机(QFSN—300—2型汽轮发电机,1997年12月投产,东方电机股份公司制造)在运行中
2、集控发“转子一点接地”信号,电气运行人员迅速赶到1号发电机励磁机小间,通过窥视镜看见发电机转子刷架处出现环火,火势较大,2min后1号机组振动大跳机,环火造成了负极转子集电环和刷架损坏。1发电机情况简介1号发电机是东方电机厂制造的300MW发电机,冷却型式为水—氢—氢,即定子线圈为水内冷,定子铁芯和转子氢冷。1号发电机励磁系统为三机励磁系统,自主励磁机定子出来的交流电经整流后,通过发电机转子集电环和电刷接入转子绕组。转子集电环以热套型式固定在转子大轴上,集电环下装有绝缘套筒,用其与转子本体隔离。正负集电环之间
3、装有离心风扇,抽出的热风经风扇正下方的风道排至6m处。每个集电环上有36只电刷,电刷沿集电环圆周近似均匀分布,通过刷握、铜支架安装在刷架上,刷架两端装有绝缘隔板。发电机和主励磁机集电环都采用恒压刷握、D172型号的电刷,发电机电刷共72块,发电机额定励磁电流为2203A。转图1转子集电环的结构示意图图2电刷分布示意图着铜渣。该环在内圆孔的外侧边缘上(靠发电机子集电环的结构示意图见图1所示,2所示。电刷分布见图侧)有约20mm的缺口。b.发电机侧集电环的绝缘筒在外侧边缘烧出转子集电环及刷架烧损情况2几个残缺的缺
4、口,缺口四周发黑已炭化。有1处已深入到集电环底下约20mm。面上已出现一片烧出的麻点,范围为300mm×3事故原因分析3.1从电刷的工作特性分析机组采用的是D172型电化石墨电刷,分别由哈尔滨电刷厂和东新电刷厂生产的产品。1号发电机转子集电环直径5410mm、转速为3000rƒmin,集电环表面线速度为v=ΠDn=3.14×0.41×(见图3)。50mm。其内已烧出凹坑,深约1.5mm3000ƒ60=64.37mƒs,未超过容许圆周速度值(70mƒs)。转子额定电流为2203A,每极有36只电刷,所以电刷的电
5、流密度为2203ƒ(36×2.5×3.2)=7.65Aƒcm2,未超过容许电流密度(12Aƒcm2)。集电环与电刷是通过滑动接触面来传递功率的。电刷的接触特性主要表现为瞬变的接触压降和摩擦系数,而接触压降和摩擦系数又和集电环表面的线速度、接触电阻、电刷的电流密度以及加予电刷上的压力等因素有关,并主要反应在接触面的稳定和各电刷的均流问题。据有关资料介绍,电刷和集电环在滑动接触时,电刷下面的气流有抬起电刷的趋势,也就是常说的“气垫”现象,由于电刷运行时的“气垫”与“吸附”作用,导致电刷与集电环接触面积变化。由于各
6、块电刷在集电环上滑动条件各不相同,这样电刷抬起的程度不一致,从而造成各块电刷接触电阻的差异,引起并联电刷之间的电流分布不均匀,破坏了滑动接触的稳定性。当然,虽然机组集电环上开有螺旋槽,在理论上可以减少或消除“气垫”与“吸附”效应,但在实际上这2种效应带来的影响还是不同程度存在的。电刷还有一个重要特性,即所谓的“负温度特性”。随着电刷温度的增高,它的接触电阻反而降低,在80～100℃时最低,当温度超过100℃时,接触电阻又急剧增加。这对于接触面的稳定和各电刷间的均流极为不利。如果当某块电刷进入不正常状态,并开始
7、发热,由于负温度效应,电刷的接触电阻反而减少,这样,流过此电刷的电流将增加,则该块电刷愈加发热,直到接触电阻降至最低点,流过的电流最大为止,如此恶性循环,使电刷劣化加速。这种“崩溃”式的变化,使原来流经此电刷上的电流进行“雪崩”式的重新分配,可能会使电刷上的电流负荷差达10倍以上。从机组运行中所测的每只电图3大轴表面烧坏处d.发电机侧刷架严重烧损。刷架上安装的刷握的刷盒都被烧熔,外侧的绝缘挡板也已部分炭化,固定挡板的部分尼龙螺栓烧熔。e.发电机侧刷架的36块电刷(D172,规格:25mm×32mm×60mm)
8、有10余块刷瓣烧断,有部分弹簧夹的2个卷曲的弹簧脱落,另外还有部分掉了1个弹簧,有一些弹簧夹根部出现了裂纹(见图4);电刷损坏缺棱缺角。f.发电机转子发生弯曲变形(发电机励端端盖外部分),最大弯曲量为0.1mm。图4弹簧夹断裂处刷分布电流来看,最大的有200A,而最小的只有5～6A左右,甚至几乎为零,相差很悬殊。当然接触电阻小的电刷将得到大部分的电流,很可能使它们地脚螺栓而造成刷架接地;而且弧光引燃
