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1、发电机碳刷电流偏差大、磨损快原因分析及对策1设备状况神头第二发电厂2台500 MW发电机转子额定电流3 566 A,空 载电流1 080 A。滑环制造直径500 mm,最小直径485 mm,每个环 的碳刷数为36,碳刷尺寸32 mmx32 mmx64 mm,原捷克机组随机所 带的碳刷型号F22、EN667,额定电流密度9.8 A/cm2(每个碳刷额定电 流107.52 A),采用两排离心风机冷却。机组投产近10年,原捷克机 组随机所带碳刷已经用完,现用碳刷为中英合资上海摩根碳制品有限 公司产品,型号为NCC 634,线速度78.5 m/s,电流密度6.310 A/cm2, 摩擦系数0.25,体
2、积密度1.28 g/cm3,碳刷压力范围0.210.42 kg/cm2,电压降大于2.5 V。2碳刷的异常运行状况(1) 碳刷电流偏差大,尤其是负极并联运行碳刷电流偏差较大, 小时几安培,大时会超过200 A。(2) 碳刷磨损比较严重,从1999年度碳刷更换记录中统计,2号 发电机运行5 386 h,使用周期大约2 160 h(3个月)。正常情况下,碳 刷磨损标准是小于2.5 mm/kh,而我厂磨损达14 mm/kh,大约是标准 的5.55.6倍。(3) 刷辫长期过热变色,尤其是刷体与刷辫的连接铆钉在运行中 全部变色。(4) 发电机10瓦处油雾等有害气体,造成刷架内积粉尘较多。第1页(5) 刷
3、握与刷架呈封闭型面接触,运行中无法彻底清理粉尘。3碳刷电流偏差大、磨损严重原因分析3.1碳刷方面(1) 硬度:上海摩根合资产品与机组原碳刷相比硬度大,机械磨 损严重。(2) 碳刷本身电阻:由于不同批次的碳刷混用,其电阻系数不 一样,运行中造成碳刷温升相差大,导致并联碳刷的电流分配不均匀, 不仅个别电流超标,而且磨损增大。(3) 刷体与刷辫的接触电阻大(连接铆钉、刷辫变色)造成碳刷温 度高。3.2刷握方面订做的一批刷握结构与原配相比不规格,碳刷在刷握内不能活动 自如:由于运行中的碳刷并非36块长短完全一致,故弹簧压力也各 不一样,而且压力大小没有工具测量,只能靠手感,很难保证弹簧压 力的标准;再
4、者由于碳刷过热会造成弹簧退火,使压力减小,造成部 分碳刷电流减小。3.3滑环方面(1) 由于滑环在碳刷着火事故中曾进行过切削和打磨,与原设计 直径500 mm相比小了许多,而整个刷架没有做相应改造,不利于有 效接触。(2) 滑环的极性不能及时调整,对滑环磨损也很严重。3.4刷架方面第2页从部分碳刷与滑环接触面可以看出,碳刷中心线并非完全垂直于 滑环圆周切面,有一定的倾斜角度。倾斜势必造成碳刷的接触不良、 弹簧压力不一致,刷握与滑环表面距离不一致,碳刷有效接触面有差 别:刷架周边有毛刺不光滑,易挂碳粉和粉尘,这都会造成碳刷电流 偏差增大。3.5外界环境方面滑环和碳刷装置靠近发电机10瓦,存在油雾
5、,影响碳刷和滑环 的使用寿命。周围空气湿度影响滑环碳素薄膜的形成,从而影响碳刷 的导电性能。3.6其它方面滑环及碳刷的冷却风道不通畅,吹吸碳粉的功能不强,使得滑环 冷却云线沟内有积碳粉现象。当现场环境温度升高时,由于冷却效果 差,滑环与碳刷之间磨擦温度升高,部分碳刷表面有烧灼现象,导电 能力下降,引起电流偏差。4整治与效果(1) 在机组中、小修时,对刷架进行了精密的安装,使每个刷握 安装孔与滑环切面垂直,保持滑环轴线与刷架的轴线同心。在机组每 次停运的时候,按照规定及时联系检修调换滑环极性,有效地控制了 滑环的异常磨损。(2) 要求生产厂家对原来碳刷的刷体与刷辫连接方式进行改造, 将原来的刷体
6、与刷辫表面压制连接改为刷辫嵌入刷体接触,大大降低第3页了刷体与刷辫的接触电阻,从而降低了碳刷的连接铆钉和刷辫温度, 由原来的近80C降低到现在的65C左右。(3) 加强运行维护,特别是更换新刷块和日常清扫刷握时,定量 调节刷握弹簧压力为一定值,虽然刷体长短不一,并联运行的碳刷压 力却保持一致,使碳刷的磨损有所降低,使用周期由原来的平均3个 多月延长到目前的近6个月(参见表1)。(4) 更换碳刷时,尽量使更换产品与运行碳刷保持生产批次相同, 尤其是在滑环的同一极上。保证每块碳刷的电阻系数相同,使碳刷的 电流分配均匀, 碳刷电流保持在75125 A的允许运行范围内,电 流超标的现象基本上得到了控制
7、。(5) 对更换的碳刷进行打磨,使刷体与滑环的接触面积在85%以 上,排除了过去新更换时打磨不充分,导致刷体与滑环接触面积小的 弊端。(6) 利用机组停运的机会,及时清理滑环和刷架上的粉尘,及时 疏通刷架风道,以保证碳刷及滑环的冷却。(7) 利用大、小修机会彻底整治了发电机10瓦漏油现象,使碳 刷装置附近的油雾有了明显的减少。5建议通过对影响碳刷正常运行的有关因素进行科学的整治后,运行效 果比以前有了较大的改善:大幅度地减少了碳刷的消耗数量(比原来 降低22%),节约了维护费用;碳刷电流偏差下降幅度明显,确保了 机组在大负荷、高气温的环境下长周期可靠运行。此外,虽然目前中第4页 英合资上海摩根碳制品有限公司生产的型号为NCC 634的碳刷已经 接近设备的要求,但是性能指标并不能完全符合,在参考成本及排除 进口的前提下,建议进一步研究国内更适合500 MW捷制发电机的碳 刷,以及实现周围空气湿度、清洁度的在线监测,以保证机组的安全、 经济运行。