300MW发电机集电环装置频发缺陷的分析与处理

天津华能杨柳青热电有限责任公司 吕秀波

1 发电机技术数据

杨柳青电厂四期发电机型号QFSN-300-2，汽轮发电机为上海发电机厂生产，采用有刷励磁方式，型号QFSN-300-2；额定容量300MW；额定电压20000V；额定电流10189A；额定转速3000r/min；励磁电流2510A；励磁电压302V；接线方式2Y；相数3；频率50Hz。

2 集电环装置运行中故障分析

2.1 刷盒与刷盒座接触电阻超标

杨柳青发电厂四期励磁机是由上海发电机厂设计，励磁机刷架由独立的支架固定在底板上，刷架和导电板为一体，中间用绝缘隔板分开正负极，每极设8个刷盒座，每个刷盒座由刷盒及6块电刷和弹簧组成电刷组件，刷盒及刷盒座主件为表面镀银的硅黄铜（ZHSi80—3）精密铸件。电刷组件在运行中每月均需要将刷盒从刷盒座中拔出，对NCC634型25×32×100mm的电刷进行检查，保证电刷与集电环接触面积不低于75%，并用卡尺测量电刷长度不低于60mm，频繁的操作造成刷盒与刷盒座之间摩擦损耗大大增加，镀银层磨损，导致刷盒与刷盒座间接触电阻超标（表2-1），接触面灼伤，进而影响各碳刷电流的均匀分布。我厂#7机组小修期间发现励磁机集电环装置共有7组刷盒与刷盒座间接触电阻超标。

测试刷盒与刷盒座接触电阻如表2-1。

2.2 电刷恒压弹簧压力分布不均

集电环装置电刷正常运行应保证各碳刷电流分布均匀，其电流互差宜≤15%，刷握恒压弹簧压力均衡。#8机组运行中电刷磨损长度不同，恒压簧温度不同，各电刷组件对滑环的垂直压力也不相同，约相差15%～35%，压力不同又进一步影响滑环工作面各点摩擦力的变化，导致氧化膜厚薄不均，各电阻也会有较大的差别。

一方面在不同的压力下，电刷的接触电压降与接触电阻不是线性关系，在电刷平均电流值区域，接触电压变化10%，电流相差30%左右；另一方面由于碳刷恒压弹簧压力过小易造成电刷与集电环接触不好，接触电阻增大，产生打火现象，并使集电环相应部位温度升高造成安全隐患。

在检测#8发电机碳刷恒压弹簧压力时，发现各碳刷恒压弹簧压力相差较大，最小压力为0.45kg、最大压力为1.4kg，压力较小的碳刷其电流也较小，个别电刷最小电流为0.3A。经检测流过48块碳刷刷辫的电流总和与励磁电流存在300A左右的差值，说明300A励磁电流没有经过碳刷刷辫而是直接通过刷握流过。此运行工况不利于设备稳定运行，甚至会损坏设备。

2.3 轴瓦漏油对碳刷的影响

通过对#8机组现场检查发现，靠近风扇侧电刷恒压弹簧压力均在合格范围内，但电刷电流仍偏小。此类碳刷位置分别位于风扇侧，根据碳刷位置及现场运行工况发现造成电刷电流较小的原因是由于#7瓦漏油，油污顺着风向爬进刷架，附着在滑环上，油污的存在使电刷与滑环之间形成油膜，由于电刷与滑环之间电压很低，油膜起到了绝缘作用，阻断电流流过，使通过电刷的电流减小，甚至接近于0。

表2-1

表3-1

2.4 运行中滑环与刷盒之间产生火花

运行中滑环与电刷的接触是以跳动形式进行的，由于滑环工作面的平整度、滑环椭圆度、大轴晃动度、同心度出现偏差均可引起电刷振动。某日检修人员巡视检查发现#7励磁机励炉侧#3刷盒与发电机转子集电环处有轻微打火现象，取出刷盒发现刷盒L型固定弹簧片与集电环有摩擦痕迹，并发现刷盒头与刷盒之间的紧固螺栓由于长期振动，使刷盒向集电环侧发生移位，导致刷盒L型固定弹簧片与集电环摩擦产生火花。

3 集电环装置运行中故障消缺

3.1 刷盒组件接触电阻超标的处理

利用#8机组临时停机对励磁机刷盒与刷盒座接触电阻超标这一缺陷进行处理。一方面将7组电阻超标刷盒组件从刷架上拆除，并重新安装新购置刷盒组件，另一方面用白布加酒精对其它刷盒组件进行清理。再次检测刷盒座接触电阻均小于100微欧[1]符合检修工艺标准要求，数值详见表3-1。

为减小刷盒组件镀银层的磨损，重新调整碳刷维护方案。由每月用卡尺测量电刷长度调整为每周目视检查电刷，当碳刷上部低于刷握槽或与刷握槽一样平时再进行更换，减少刷盒拔出频次。在回装刷盒时调整安装角度，减少刷盒组件镀银层的磨损量。

重新测试刷盒与刷盒座接触电阻如表3-1。

3.2 运行中电刷恒压弹簧压力分布不均的调整

自卷式恒压簧受热后易引起过热变形和损坏，以致造成碳刷接触面积减少，从而造成各碳刷分担电流不同。为检测恒压弹簧受损程度，需用弹簧秤逐个检查恒压簧运行情况。弹簧秤拉伸高度应从刷盒底部至手柄处100mm。检测其压力值，压簧压力过大或过小也将造成部分碳刷温度升高,标准应为1.2～1.45kg，一个刷架上的恒压簧压力偏差不应大于5%[2]。对于压力失效的恒压弹簧需按照铆接工艺逐个进行更换，以达到碳刷载流均衡。

3.3 运行中碳刷油污的处理

清理#7瓦恒压管路中油污及灰尘，防止管路堵塞，造成轴瓦密封效果降低；清理励磁机滤网中的过滤海绵块，以防小室内负压大而造成漏油严重；用清洗剂逐个清洗电刷及刷盒，去除油污及碳粉，对于油污较轻的碳刷可用砂纸研磨电刷接触面，擦干净后回装，对于油污严重的碳刷进行更换；清理集电环装置周围的油迹，保持集电环运行工况良好；利用停机时彻底处理轴瓦漏油缺陷。

3.4 运行中滑环与刷盒之间产生火花的处理

刷盒检查。将#7励磁机刷盒逐一取出，分别检查刷盒头与刷盒之间的紧固螺栓是否有松动现象，并检查刷盒L型固定弹簧片磨损量，如L型固定弹簧片磨损严重已失效，无法再固定碳刷时需重新更换刷盒头，并紧固连接螺栓，防止松动而引起刷盒头位移。

滑环检查。利用机组停机期间，对集电环装置进行检查，要求滑环不平度≤0.50mm，滑环椭圆度≤0.03mm，大轴晃动度和滑环同心度≤0.05mm[3]，以彻底解决碳刷振动缺陷。

4 做好机组集电环装置的日常维护工作

每周对发电机集电环装置进行检查，用钳形电流表检测各电刷电流，运行中单只电刷电流控制在10～90A，当运行中电刷电流较小时应用提刷的方法检查电刷在刷盒内上下活动是否自由，有无卡刷和电刷焊附在刷盒壁的现象，当发生有卡刷和电刷焊附现象时，应立即研磨电刷和清理刷盒内壁，要保证电刷与刷架间隙在0.1～0.2mm之间，使电刷上下滑动灵活。同时检查恒压弹簧有无疲劳变形现象，并检测恒压弹簧压力符合1.2～1.45kg标准要求。

每周检查电刷应无破损，电刷铜辫无断股、折损，鼻子固定牢固。电刷与集电环接触面不小于75%。

每周目测碳刷长度，当碳刷上部低于刷握槽或与刷握槽一样平时，将此电刷更换。运行中最好同一极一次只更换6个电刷，待接触面磨好后再逐步更换。运行中一般情况下，最多可拔掉2个刷盒（两极各1个）。机组检修时可更换电刷最大数量一般不超过同一极数量的一半。使用新电刷前应进行电刷阻值测量，NCC634型电刷其电刷与电刷铜辫的接触电阻 ＜2毫欧[3]。

每周用热成像仪对集电环装置温度进行监测，滑环及电刷的温度规定见表4-1。

表4-1

每周清理励磁隔音罩内空气过滤网，以防室内负压增大而造成轴瓦漏油。

每周检查轴瓦有无漏油缺陷，防止集电环罩内有油污存在，造成电刷、滑环上附着油膜，阻断电刷电流。

机组停机检修时应将电刷、滑环、刷架及相关的绝缘及主引线拆卸清理干净，对集电环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理，以保持通畅。

健全电刷、集电环系统的专职维护制度，提高专责人的技术水平，加强生产运行中对集电环及电刷的维护管理工作。