摘要：热电4#发电机集成滑环共分正负极两部分，每个极性集成环上由两组碳刷构成，碳刷均由刷架支撑，由V型卡簧紧固碳刷，由于发电机为老式设备，刷架结构陈旧尺寸设计略不合理，由于集电环正负极刷架及正负极间距限制，稍有操作不慎或打火严重时均容易造成发电机转子短路或停机等重大事故发生，也对检修操作工的人身安全造成威胁。改造后彻底改掉了老式刷架上所存在的各种弊病，使集成环的正负极彻底分离，增大了安全间距，减少造成短路的事故率，提升操作检修作业的安全系数。
关键词：发电机；励磁；安全
热电4#发电机是安化自发电系统的重要设备，其型号为QFW-12-2，重要参数有：功率：12MW 电压6kV 电流1375A 频率50Hz 转速3000r/min，自投运以来，期间进行多次中小修。其中引起发电机励磁碳刷打火的原因：1）碳刷质量不过关或与刷握不匹配。以往每次碳刷打火处理时，发现在换下的碳刷中有部分碳刷表面不平有崩角或有部分刷辫与刷握接触松动。崩角的原因极有可能是碳刷跳动太大或材质不良造成，而刷辫与刷握连接松动会造成二者接触电阻增加，使各碳刷电流分布不均。另外如果碳刷与刷握不匹配，也会导致运行中碳刷无法与滑环可靠接触，使实际分担电流大大降低，甚至会为零，这样长久运行必然导致碳刷打火烧红现象的发生。2）恒压弹簧压力不够或压力不均，造成接触不良，分担电流偏小。自卷式恒压弹簧受热后弹簧会拉长，弹性变差，以致会造成碳刷实际接触面积减少，运行中会引起碳刷跳动加剧、摩擦增大、接触不良，并且产生大量的碳粉，碳粉聚集在刷握内会造成碳刷卡涩，影响电流的分配而导致打火的发生。在发生碳刷打火或烧断刷辫时，应加强巡检、及时调整并更换接触不好的碳刷或压力不好的恒压弹簧。如调整不及时或处理不当，将会蔓延至其他的碳刷，造成大面积的火花，甚至会环火。
由于集成滑环不平或电流分布不平衡等因素，机组上配套的滑环碳刷过热曾多次出现碳刷打火、刷握严重过热烧坏导电线或短路事故发生，发电机转子碳刷异常严重威胁机组安全发供电，而碳刷打火或过热等出现异常更换碳刷时，由于集电环正负极刷架及正负极间距限制，稍有操作不慎或打火严重时均容易造成发电机转子短路或停机等重大事故发生，也对检修操作工的人身安全造成威胁。
1、发电机基本情况及存在问题
热电4#发电机集成滑环共分正负极两部分，每个极性集成环上由两组碳刷构成，碳刷均由刷架支撑，由V型卡簧紧固碳刷，由于发电机为老式设备，刷架结构陈旧尺寸设计略不合理，无论正负极集成环碳刷均固定在同一个刷架上，每组同极性集成环刷握左右间距仅有大约40mm，而正极导电环刷握与负极导电环刷握最大空间仅75mm，每单组刷握高度为60mm，刷握高度偏高间距过小，，稍有异物即可造成转子正负极短路，由于曾多次出现碳刷打火异常现象需人工操作更新碳刷作业，受于操作空间狭小限制，给操作检修作业带来诸多不便，若操作稍有不慎将导致正负极短路造成人身伤害事故发生，存在较大的安全隐患，也造成极大不必要的检修工作量，更会造成发电机失磁停机事故。综上所述，目前我公司4#发电机集成环刷架存在的问题是：1、正负极集成环刷握固定在同一个刷架上，并且相邻正负极刷握间距太近，极易出现短路事故发生。对日常检修带来安全隐患，也严重影响发电机的安全运行。2、日常维护工作量大，检修人员每周对电刷刷握进行清扫，碳墨粉尘油污混合挤压在集成环狭缝间，由于刷架间空间狭小，不能彻底清理，势必造成集成环散热不畅温度高等异常现象，威胁发电机安全，每次停机都要将集成环装置全部拆除才能彻底清理滑环及刷架装置。
鉴于热电4#发电机存在的以上上述问题，为了保护运行人员、检修人员的人身安全，保证设备的经济、安全、稳定运行，消除发电机励磁刷架、刷握、碳刷上存在的各种不安全因素，降低检修人员的劳动强度，提高工作效率，所以有必要对4#发电机刷架、刷握进行技术改造。
2、具体改造方案或措施
将集成环刷架按照极性不同，合理设计正负极绝缘间距，将正负极刷握分离分别置于不同刷架。安装在集成环两边，呈180度间距。避免短路事故发生。
将同极性的每组刷架间距合理布局，便于定期对集成环刷握等进行清理维护，同时便于清晰观察到碳刷的磨损程度，散热通畅，使电流分布均衡，保证发电机正常自供发电。
利于操作人员对碳刷更新或刷架调整等检修操作作业，提高操作作业的安全系数。
实施一：根据现有集成滑环大小尺寸进行现场测量设计，拟绘图纸，根据原有刷架尺寸，利用废旧扁铁材质，制作好合适的刷架。重新加工刷握固定平垫，以利于刷握在新刷架上安装固定。
实施二、利用系统停车检修机会，根据设计好的图纸，现场测量找正负极180度分界平行面，确定最大绝缘间距，使正负极刷握彻底分离，将加工好的新刷架固定于集成滑环测，用于固定不同极性的集成环碳刷，
实施三、将正极集成环刷握固定在原刷架上，将负极集成环刷握从原刷架上拆除，重新固定在新制作的刷架上，
实施四、将四组刷握重新找准高度，使刷握的整体高度从60mm降至40mm，使碳刷与滑环合理接触，增加转子正负极导电部分的安全距离。
使集成环的正负极彻底分离，增大了安全间距，减少造成短路的事故率，提升操作检修作业的安全系数。
增大了同极性刷握的安全距离，便于观察碳刷磨损度，同时也能安全的对集成环进行维护清理，保证了集成环装置的散热，减少碳刷打火异常现象发生，避免由于温度高而引起不必要的停车等事故发生。将每组刷握的高度均同一调整，确保碳刷与滑环合理接触，减少碳刷磨损几率和检修工作量，避免造成资源浪费，
图1 改造前：励磁正负极在同一刷架上固定，发生碳刷打火或其他异常时易出现短路等事故，检修人员操作也存在严重安全隐患。
图2 改造后：励磁正负极在分别固定于不同刷架上，且刷握安全间距和同极性碳刷安全间距都得到合适调整，散热清污都得到明显效果，彻底解决检修人员操作时的安全隐患，提高机组安全、经济、稳定效果。
3、结束语
此项改造完成后，彻底改掉了老式刷架上所存在的各种弊病，从运行情况来看，减少了励磁碳刷的磨损率，更换碳刷次数明显减少，原平均一月内更换碳刷2或3次，4套\次*20元\套*3次=240元，原来仅仅一年碳刷使用费用为2880元，改造后三个月未更换碳刷。效果显著，虽然实际经济效益不很起眼，但从隐形效益上是非常可观的，延长了碳刷的使用寿命，大大减轻电气检修人员的维护工作量，最大限度消除了发电机运行时由于处理碳刷打火、过热，更换碳刷等工作给检修人员带来的安全隐患，杜绝了由于碳刷打火、过热等问题造成的机组减负荷，甚至停机等故障，提高机组的安全稳定效益。同时要求加强运行维护。值班人员在发现发电机励磁碳刷打火时，应根据运行规程中的方法积极主动的采取措施进行处理。运行生产期间应加强对碳刷的定期巡检、测温及维护更换等，确保机组的安全稳定运行。
参考文献：
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[2]孔庆奕，李艳超，容烨，张辉，金宗辉，韩叶 《开关磁阻电动机结构参数优化设计研究》
[3]薛迎春 《基于高频注入的永磁同步电动机直轴正方向判定》
[4]陈飞，瞿遂春，邱爱兵，沈世焜 《一种改进的开关磁阻电动机直接转矩控制方法》
论文作者:赵小伟,武凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/6
标签：碳刷论文; 发电机论文; 间距论文; 正负极论文; 架上论文; 极性论文; 操作论文; 《电力设备》2019年第2期论文;