黄超 陈亿江 徐哲冰
（华能南京电 江苏南京 210035）
摘要：本文简述了我厂#1、2发电机滑环表面频繁灼伤以及滑环冒火现象的发生过程,对滑环表面灼伤及冒火的原因进行了分析, 对发电机滑环表面灼伤进行处理，探索消除滑环冒火故障频发现象，并提出发电机滑环的运行和维护建议，保证发电机滑环正常运行。
关键词：发电机 滑环 灼伤 冒火 分析及处理
1 前言
华能南京电厂现有2x320MW发电机组，采用原苏联引进的水氢氢冷却机组，型号为TBB-320-2EY3，同轴旋转的交流励磁机（BT-4000-2Y3 1450KW）电流输出后通过可控硅整流后经过发电机滑环送到发电机转子励磁回路中，属于自励恒压方式,转子额定电流3500安培。自2007年的扩大性大修中起，我厂先后对原俄供滑环架及刷握进行了国产化改造，换成上海申克碳刷有限公司产品,碳刷选用法国罗兰LFC554型碳刷,滑环正负两极均装有8组刷握,每组刷握由6个沿滑环轴线方向布置的碳刷组成,安装时每组刷握和滑环架按照钢印对号安装,每极碳刷总数为48块。在额定励磁电流下，每块碳刷的平均电流为72.91A。滑环架改造后平稳运行一年多时间，未发生滑环冒火现象。继续运行后出现#1、2机发电机正负两极环滑多次发生滑环表面电弧灼伤引起滑环表面冒火现象。发电机滑环频繁冒火严重影响我厂#1、2发电机的安全稳定运行。
2 滑环表面灼伤及冒火情况
在运行中使用频闪仪在线观察滑环表面状态，可以清楚地看到，冒火滑环表面出现4组共计24条与碳刷位置相一致的呈银白色的灼伤痕迹，稍有拖尾，拖尾方向与发电机转子转动方向相反，拖尾长度约5-15毫米，深度约为0.005-0.02毫米不等。对比各次滑环灼伤痕迹，各次灼伤程度各有不同，有时较轻，有时较重，灼伤较轻的，滑环冒火现象较轻经碳刷自行打磨后冒火现象消除，甚至有时灼伤后未造成冒火未被发现，滑环表面留下较为模糊的灼伤痕迹。停机后检查可以发现滑环表面灼伤现象与运行中使用频闪仪观察情况相同，如图1所示。
图1 滑环表面灼伤现场图
3、滑环冒火的一般原因分析
3.1滑环表面受水汽、油气侵蚀，滑环表面产生氧化膜，使碳刷接触电阻大大增加，使得碳刷温度升高，产生火花。
3.2滑环椭圆度大或表面光洁度不够。滑环椭圆度超标使得碳刷在机组旋转时不断跳动，碳刷与滑环间断性接触不良，会造成碳刷冒火，严重时灼伤滑环甚至产生环火。滑环表面光洁度不够时也会造成碳刷与滑环接触不良而冒火。
3.3碳刷电流密度过大，造成碳刷发热。2.4碳刷在刷握中发生卡涩或者晃动。刷握内表面应表面光滑，选用碳刷应与刷握相匹配，碳刷在刷握内应能上下自由移动，无卡涩，其间隙应控制在0.20－0.30 mm。
3.5刷握与滑环表面间隙过大。刷握与滑环表面间隙控制在2-3毫米，在安装刷握时应逐一复测间隙值，对不符合要求的刷握进行调整，调整时可使用厚度为2毫米的橡胶板垫在刷握与滑环表面之间，加螺牙防松胶后锁死固定螺栓，确保碳刷保险片与滑环表面的距离控制在2-3毫米。
图2 发电机滑环在线打磨现场图
3.6碳刷压力不均匀或不符合要求。碳刷由于接触压力大小不同，个别碳刷接触压力偏小，电流偏小，而碳刷电流分配不均衡，造成分配电流大的碳刷通过电流过大，发热，严重时发热涨死，加刷发热，最终可能造成滑环环火现象发生。在检修中应定期检查碳刷压力，可使用压力法测试各恒压弹簧压力，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5％，同一刷架上每个碳刷的压力应均匀，电流分配保持在允许范围之内。
3.7运行人员巡检间隔时间较长或者检查不够仔细，未能及时发现碳刷发热、卡涩以及个别碳刷长度过短导致压力不足等现象，造成发电机滑环温度高而冒火。
4 我厂发电机滑环冒火的原因分析
故障发生后，检修人员对#1、2发电机滑环进行了深入的检查和分析，并进行多方面的检查处理，对发电机滑环冒火现象进行排查。
1)重新校核碳刷电流密度。我厂发电机滑环在额定励磁电流下，每块碳刷的平均电流为72.91A，碳刷尺寸为32*25=800mm2，滑环有效接触面积为50%（风沟宽5mm，环宽5mm），电流密度为18.22A/cm2，实际上由于碳刷具有一定的沿滑环圆周方向倾斜度，实际按触面积比计算面积稍大，接触面上的电流密度将更小一些，电流密度不大于18.22A/cm2，电流密度满足安全运行条件。
2)对滑环椭圆度及表面粗糙度进行了打磨处理，椭圆度控制在0.10mm以下，光洁度达到▽７以上。后又多次发生滑环表面灼伤，并多次打磨，基本排除由于滑环椭圆度及表面粗糙度原因造成的滑环表面灼伤冒火现象。
3)对刷握架的基础重新进行加固，排除由于刷握架本身的基础不牢造成振动造成发电机滑环冒火，基本排除刷握架本身固定不牢造成的滑环冒火现象。
4)对发电机滑环弹簧压力进行测试，并先后对恒压弹簧进行调整更换，提高恒压弹簧压力。
5)对刷握架的中心进行重新找正，确保滑环两侧状态保持一致，排除由于安装工艺造成的滑环冒火现象。
6)定期对励磁大线进行调线，统计分析滑环正负极冒火频次，正负极冒火次数基本相当，没有明显的正负极差别。
从我厂发电机滑环冒火的现象以及现场的各种测试数据和统计分析来看，我厂滑环冒火是由于滑环表面灼伤，造成表面粗糙度增加，碳刷经过灼伤面时，被灼伤面磨成粉末后沿切线方向飞出燃烧造成火花。我厂发电机滑环表面灼伤发生的频率较高，与正负级关联度不高，并且正（负）级发生灼伤时，均为半边24级同时灼伤，排除个别碳刷故障，基本锁定为共性原因造成。
根据我厂的运行实际以及现场故障状态，我厂发电机滑环表面灼伤的原因有以下几种可能：
1)发电机碳刷压力整体偏小，在发电机转子发生抖动时不能及时跟踪转子，造成整组碳刷与滑环表面出现间隔，引出拉弧，造成滑环表面灼伤。滑环表面灼伤较轻时，可能并不会造成冒火，随着长期运行，表面灼伤痕迹会逐渐变轻。在巡检时也时常发现轻微灼伤痕迹，并未发生冒火现象。滑环表面灼伤较深时，就会发生滑环冒火。
2)发电机刷握与碳刷的外尺寸配合不良，随着碳刷温度的升高，再加上碳粉的影响，发电机转子旋转时碳刷受切线方向摩擦力作用，与刷握之间间隙变小，碳刷有略微卡涩，在发电机转子振动时碳刷跟踪不及时，造成发电机滑环表面灼伤。
3)恒压弹簧压力偏小和阻力偏大，再加上发电机转子瞬间振动值超标等综合因素的作用，碳刷在发电机转子瞬间抖动超标，碳刷不能及时与发电机滑环表面保持贴合，形成拉弧，造成发电机滑环表面电弧灼伤。
5 处理措施
1)利用停机机会对滑环表面进行打磨抛光处理。制作专用打磨支架，使用100目铁砂纸进行打磨，目前发电机滑环经抛光打磨后，测量椭圆度大部分在0.10mm以下，光洁度达到▽７以上。
2)更换恒压弹簧，增加弹簧压力。弹簧压力由原来的140-160 g/cm2 ，增加为160-170 g/cm2
3)运行人员加强巡视，检查碳刷是否卡涩，电流是否平衡，并每班定期测量碳刷温度及滑环表面温度，一旦发现电电机滑环表面有轻微冒火现象就及时通知检修人员进行检查处理。
4)检修人员每周对发电机滑环表面进行检查，一旦发现发电机滑环表面有灼伤痕迹，就利用机组低负荷时段进行滑环在线打磨。
5)对刷握内壁进行打磨抛光处理，同时在安装碳刷前对碳刷侧面进行打磨抛光处理，确保碳刷与刷握内壁的间隙控制在0.2-0.3毫米，碳刷在刷握内能上下自由移动，无卡涩现象，并逐一记录每只碳刷与刷握的间隙值。
6)运行中及时更换短碳刷，确保碳刷压力在允许范围之内。
经过上述措施的执行和控制，我厂#1、2发电机滑环冒火现象已得到有效控制，在过去18月中两台机组共仅出现一次滑环轻微灼伤现象（运行中未发生冒火），有效保证了发电机滑环安全稳定运行。
6 发电机滑环在线打磨注意事项
1.打磨时应用红外线成像仪监控进行监控，发电机滑环温度控制在120度以内，必要时进行强力风扇加强通风散热。
2.打磨时，每次砂纸连续打磨时间不得超过3秒，打磨后及时更换砂纸打磨位置，防止滑环表面温度骤然升高。
3.打磨时，应用频闪仪检查滑环表面打磨情况，确保滑环表面打磨适度。
4.打磨完成后，应用金相砂纸进行抛光处理，抛光时滑环表面温度上升很快，要严格控制滑环表面温度。
5.打磨结束后，应定期用红外线成像仪和频闪仪检查发电机滑环表面情况，确保滑环运行处于可靠状态。
发电机在线打磨的现场照片如图2如示。
7 结束语
发电机滑环冒火故障在经过多次处理和改进后得到了有效控制，取得了较好的处理效果，在线打磨可以及时消除滑环冒火现象，控制滑环冒火现象的进一点发展，保障了发电机滑环的安全稳定运行。
作者简介：
黄超，高级工程师，华能南京电厂检修部电气专工，现从事电气一次系统检修工作。
陈亿江，华能南京电厂检修部，现从事发电机检修工作
论文作者:黄超,陈亿江,徐哲冰
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/6/30
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