昌江核电一号机组刷架故障及改造

韩旭

【摘 要】当前，随着社会的发展，用电量急剧增大，发电机的容量也越来越大。随之而来的是励磁电流也逐步增大，对励磁系统的要求也在不断增高。现在普遍采用的励磁系统主要分为两类：即有刷励磁和无刷励磁。虽然有刷励磁工作环境差，暴露在空气中，维护量大，较容易发生故障。但是由于它相对于无刷励磁具有旋转部件较少，检修不用停机的优势，仍然被广泛使用。本文主要对昌江核电1#发电机刷架原理及结构进行简单介绍，并对刷架运行时出现的问题进行分析，对改造优点进行介绍，为同类电厂刷架的运行及维护提供借鉴经验。

【关键词】有刷励磁；昌江核电；刷架；改造

0 引言

随着用电量的增大，发电机容量也不断的在提高，对励磁系统的要求越来越高。传统的直流励磁机励磁因大电流下的火花问题无法使用，三机励磁系统则因系统复杂、检修不方便等问题也给用户带来了很多困扰；自并励静止励磁系统以其接线简单、可靠性高、工程造价低、调节响应速度快、灭磁效果好的特点而得到广泛应用。刷架作为自并励静止励磁系统中不可分割的一部分，同样起到了不可替代的作用。

1 设备简介

汽轮发电机的刷架一般由底架﹑绝缘支撑﹑电气连接件﹑刷握和隔音罩等组成。底架是刷架的基座，绝缘支撑﹑电气连接件及刷握等均直接或间接的固定到底架上。底架由优质钢板焊接加工而成，放置在基础座板上，通过基础螺杆固定到基础上。绝缘支撑由多块绝缘板组成，或由绝缘刷杆及支架组成，作为刷握和电气连接件的支撑，并将上述部件与底架绝缘。电气连接件一般由导电凹块﹑弧形导电板﹑导电块和引线等部件组成，均为铜材，相互连接构成励磁电流的通路。刷握起持握电刷的作用，可分为一握多孔组合式结构和一握单孔单元式结构。一握多孔组合式刷握由刷盒﹑电刷﹑恒压弹簧（即卷式弹簧，以径向恒定压力使电刷与集电环保持接触）﹑导电楔块和绝缘把手等组成，以装卡形式装配在导电凹块上，可在运行中将刷握与导电凹块分离更换电刷、安全可靠，维护操作方便。

2 洛河发电厂刷架着火，紧急停机事件

2005年2月20日17：45，洛河发电厂#4机组运行人员在巡检时检查发现发电机刷架小室有火光，打开门发现刷架装置有环火，机组汽轮机平台出现耀眼的电弧亮光，空气中弥漫着刺鼻的浓烟，联系主控制立即将有功功率降低，无功降至进相运行，转子刷架装置环火处情况没有得到好转，15：52控制室汇报省调，17：55令#4机组紧急停机。停机后，维修人员检查发现，发电机的外集电环刷架烧损严重，装置上40多只电刷、刷握已经严重烧熔，绝缘环氧树脂板部分已经碳化并脱落，外集电环表面上附着大量熔铜颗粒并能清晰的看见几处因电弧烧灼形成的凹损，维修电气人员测试转子绕组绝缘电阻，绝缘阻值不合格，于是进一步解体，经检查发现发电机外集电环内圈局部烧蚀，集电环下绝缘环氧树脂筒部分碳化脱落，导致丧失绝缘性能。

原因分析：

环氧树脂绝缘筒在电弧的作用下高温碳化以至局部脱落，是造成发电机转子引线及绕组接地的直接原因。烧损集电环拆除后，对发电机的转子绕组重新测试绝缘电阻，绝缘电阻值为1.8兆欧（转子回路存在少量水），证明该发电机转子绕组绝缘正常，可正常使用。另外集电环套筒解体检查发现表面有3处较为集中的电弧烧伤区域。经分析此次事故是突发因素造成发电机集电环与电刷接触严重不良，短时间内产生电弧，由于电弧的高温，造成发电机转子引线与集电环绝缘急剧下降，在较短时间内造成发电机转子集电环烧损，非计划停机发生。

3 秦皇岛发电有限责任公司2号发电机刷架着火引起停机事故

2011年6月6日14：33，秦皇岛发电有限责任公司2号机组BLR方式运行，有功功率124MW，发电机转子电压219V，转子电流1027A。14：46：20，2号机组值班员监盘发现8号瓦振大报警。随即47：28，8号瓦振迅速上涨达82um，运行人员立即采取降负荷措施。14：47：46，主控盘发“转子一点接地”，此时1--7号瓦盖及轴承振动均相继上涨，47：59，发电机轴承瓦振大跳机，发电机逆功率保护动作，发电机解列。

就地检查，发电机、励磁机轴承未见异常，发现发电机转子碳刷架、正极集电环发生环火烧损事故，负极集电环正常。

原因分析：通过检查故障发生前的设备运行记录，发生时的继保曲线、录波资料以及现场损坏设备的解体检查试验结果，可以肯定无发电机定子、转子绕组故障和振动的影响。

造成此次事故发生的直接原因是：由于发电机集电环正极一块或几块碳刷的接触情况恶化，打火、发热引起碳刷环火，集电环绝缘破坏造成集电环烧损，由于电弧对转子的烧灼引起转子局部热弯曲，最终导致轴振大跳机。

4 昌江核电1号发电机刷架运行中出现的问题

2015年11月7日，1号发电机在启动前进行检查时，维修处电气科检查人员在检查刷握情况时，取下19号刷握，在回装时发现回装困难。经检查发现刷架底板变形。由于当时发电机处于低速盘车状态，检查人员用专用工具强制将底板复位。保证了发电机的顺利启动。

2015年11月8日，1号发电机中速旋转检查时，发现刷架小室有金属摩擦声音，经查是刷握的碳刷挡板松动，向下位移，直接与集电环接触，由于转速较高，碳刷挡板磨损较严重，所幸集电环并无大碍。经维修人员紧急处理后恢复正常。

为了防范刷架再次出现问题，维修处人员举一反三，联系各电厂及厂家，对哈尔滨电机厂提供的刷握存在的问题进行总结，做到防范于未然。

主要问题如下：

（1）安装困难：刷盒安装到刷架上困难，原因：一是，刷盒中轴上的锁紧轴位置不合适；二是，刷盒安装部件上的挡板太薄；三是，盒中恒压弹簧压力过大。

（2）保持弹簧：它的作用是当刷盒未安装时保持弹簧挡住电刷端面，不让电刷在恒压弹簧的作用下弹出刷盒。而实际上由于保持弹簧弹力太小，导致保持弹簧无法挡住电刷，再者，由于它的位置导致刷握和集电环的距离拉开，这样对电刷在高速旋转的集电环上接触也带来一些不稳定的因素。

（3）刷盒中的轴：该轴材料为碳钢且未电镀，因此导致轴一定时间后生锈。

（4）刷辫固定螺钉：采用半圆头螺钉，其缺点是使用一段时间后螺钉半圆头上的槽已经豁了，无法拧紧或松开半圆头螺钉。

（5）刷握上的弹簧更换不便、易受折弯曲变形断裂。

（6）整体的刷握均末镀银，倒电性能差。

发电机的刷架虽然结构简单，造价低廉，但是由于其特殊位置及功能，一旦发生故障，将直接影响电站电能的输送，直接影响经济效益。

5 昌江核电1号发电机刷架改造方案及优点

（1）将刷架底板加厚，防止底板再次变形。

（2）更换原刷握的卷钢恒压弹簧，换成质量更好的日本进口弹簧，其具有更好的柔韧性和持久的弹力，并更改弹簧的固定方式（由铆接变成螺丝固定）。

（3）将阻挡电刷用的保持压板换成保持销钉，使碳刷锁定更稳固。

6 结论

发电机是电力系统中最重要的设备之一，而刷架装置又对其运行起到至关重要的作用。此次昌江核电刷架的改造，对于保证发电机安全运行的稳定性有很大的促进作用，同时也保证了公司的经济效益。纵观各发电厂的刷架事故，无不是因为刷握或者碳刷与集电环接触异常而引发的。所以我们要加强在日常中的巡检，加大对刷架各部件的维护，检查恒压弹簧及碳刷的运行情况，选用质量好的碳刷等。这样我们就能将事故消除在萌芽状态。切不能因为刷架结构简单，维护简单而忽略其重要性。

【参考文献】

[1]刘玉喜.一起发电机转子集电环烧损事故的处理及防范措施[J].

[2]王昌伟.一起发电机转子集电环烧损事故的分析及处理[J].华北电力技术.

[3]哈尔滨电机厂有限责任公司刷架使用说明书[Z].