摘要：本文以某水利枢纽公司水电站X号水轮发电机转子上的滑环作为实例，对其在实际的运行过程当中存在的磨损故障进行了详细的分析，并且由于这一问题的存在导致发电机组在运行的过程当中存在着碳刷磨损量大以及某些部件温度较高等相关的问题。通过分析实验测试压簧压力以及检测碳刷运行电流等相关的内容，发现碳刷压簧设计压力由于小于工作压力且相对来说不够均衡，从而导致了故障问题的出现。为此，可以利用更换压簧、增加碳刷数量以及更换滑环等相关的改进工作来对于滑环磨损严重的问题进行合理科学的解决，从而使得机组稳定安全的运行有了足够的保障，并能够为实际当中水轮发电机滑环磨损故障的原因分析以及改进措施提供有效的指导。
关键词:水轮发电机；滑环；故障
引言
水轮发电机碳刷在转子绕组以及励磁装置之间进行传递电流的一个非常重要的装置，其在集电环的刷握上进行相对应的固定，滑环同碳刷之间的接触性能对于水轮发电机的实际运行效果具有直接的影响。而本文所使用的案例某水利枢纽水电站X号发电机投入正式运行的时间相对比较短，但是通过日常检查发现，转子上滑环表面存在着相对比较严重的磨损问题（其中磨损主要就是正极滑环，而负极滑环正常，没有出现任何磨损），从而严重的威胁到机组的正常运行，对于实际工作的开展造成了极大的困扰，这就需要对这一问题的存在进行深入的分析，从而找到出现滑环磨损的原因所在，并有针对性的找到合理的改进措施，这样就能够确保它的正常使用，进而使得水轮发电机能够稳定的运行。
1 某水利枢纽公司水电站发电机组简介及故障现象分析
某水利枢纽公司水电站当中X号发电机为SF20-44/6400型号，其结构形式是立轴半伞式，是一种三相交流同步发电机，发电机的额定励磁电流700A，额定转速136 r/min。滑环在上机架上部的连接座内进行布置，结构方面属于一种套筒式。滑环所使用的是恒力刷握是25 mm×32 mm，其直径是800 mm，碳刷设计数量为8个/极，型号为D104，集电环所能够允许最高温度限值是120 ℃。在投运1 a内，X号发电机转子上滑环的表面就出现了相对比较严重的磨损问题，主要就是表现出大量的坑槽以及麻点，其具体情况如下图所示。
a 磨损部位示意图
b 局部放大示意图
图1 滑环磨损情况示意图
2 某水利枢纽公司水电站X号水轮发电机转子上的滑环故障原因及处理分析
2.1 滑环磨损故障原因分析
在X号水轮发电机转子上的滑环出现故障的开始阶段，通过对于故障进行相关内容的分析，认为滑环出现磨损问题可能是由于运行环境不好、碳刷性能较差等相关的因素所引起的，在大修机组的过程当中，采取了抛光以及打磨的方式处理了上滑环表面，同时也对于原来所使用的碳刷型号进行了相应的更换，更换之后所使用的型号为J204型，但是大修完成6个月以后，通过检查发现在上滑环表面又存在着相对比较多的坑槽以及麻点，并且也没有起到缓解碳刷磨损程度的效果。针对这一结果，特意组织了专业的技术人员对其进行了深入的研究以及讨论，通过研究分析，认为主要是以下几方面的原因造成滑环存在着相对比较严重的磨损问题。
第一，所使用的碳刷型号为D104，而这种型号的碳刷具有相对比较小的硬度，这就容易使得碳刷出现磨损的问题，同时碳粉量比较大。当集聚相对众多的碳粉以后，这样就会对于滑环以及碳刷的运行环境造成了一定程度的影响，将滑环同碳刷之间正常的接触进行了破坏，从而对于碳刷分配电流造成不利的影响。
第二，碳刷压簧的设计压力都小于使用当中的工作压力，并且相对来说不够均衡；碳刷接触压降相对来说比规定值偏大，碳刷载流量在分配方面也不够均匀，同时存在着火花以及过热的问题。通过实际工作过程当中对于运行当中的X号发电机进行测量发现，滑环正极以及负极运行电流所存在的过零点问题相对比较多，也就是说通过碳刷的电流值为零的地方比较多。机组停机以后，通过对其测量发现，压簧压力的整理都会比额定工作的压力偏低。
第三，滑环室在机组运行的过程当中处于封闭的空间，为此，不能够对其进行实时的检查监控。
第四，滑环以及碳刷所处的环境是一种密封的，这就使得通风性能不好，运行温度也会相对比较高，严重影响了运行的安全可靠性。对于这一方面问题来说，可以将凡士林涂抹在滑环表面，这样就能够在短时间内将碳刷以及滑环运行的温度得到一定程度的降低，但是对于这一问题却不能够从根本上解决。
第五，碳刷的硬度相对比较大，磨损滑环的程度也就会随之加大，并且同滑环之间的接触效果也不佳。
2.2 滑环磨损故障处理方案
通过对于所存在磨损故障的原因进行深入的分析，制定了以下几个方面相应的处理方案。
第一，将导电环进行更换同时将其弧度增加，并且将碳刷数量增加，更改为14个/极，从而将单个碳的流量进行一定程度的降低，防止由于运行情况的变差而发生加剧打火的问题。
第二，对于滑环进行所需要规格的定做，并将原有的进行更换。
第三，进行观察窗的增设，将其设置在发电机盖板上，从而能够有助于观察机组的运行情况。
第四，对于压力不合格的压簧都要进行更换，同时对于滑环以及碳刷的运行状况进行紧密的监视。
2.3 滑环磨损故障处理过程
（1）部件的拆装
在进行检修的过程当中，对于部件的拆装工作依据以下几方面步骤进行。首先进行部件拆卸。第一，将发电机顶灯接线进行拆除；第二，将导电环上的励磁电缆进行拆除，同时将正负极导电环及其支撑杆进行相对应的拆除；第三，将滑环同转子绕组连接铜排进行拆除；第四，对于中心孔补气装置有关的元件进行分解；第五，将导电环进行拆除；第六，将滑环进行滑环。其次，回装部件。第一，新滑环的回装；第二，安装新的导电环；第三，中心孔补气装置的回装；第四，将滑环同转子绕组环连接的铜排进行恢复；第五，将励磁电缆进行恢复，同时进行刷握的调整；第六，将发电机顶灯接线进行恢复。
（2）更换压簧
将以前老旧的压簧利用同碳刷运行要求相符合的新压簧进行代替，并且在完成安装压簧以后还应该测试压力，同时记录好相关的数据。
（3）安装碳刷
为了对于所选用不同型号碳刷所具有的运行能力进行一个对比，当将导电环以及滑环进行更换以后，在正极滑环进行14个新碳刷的装设，而负极滑环也装设14个原有碳刷。
（4）运行监测新设备
在设备投入运行以后，通过多种有效的手段来监测导电环以及滑环的运行状况。
3 发电机滑环磨损故障处理效果分析
3.1 处理效果分析
通过实施以上方案以后，经过实践的检验，碳刷以及滑环的运行状态如下所示。
第一，安装完滑环以后，高压实验数据同相关的规范要求相符合。转子绕组绝缘电阻为31.4 mΩ、转子绕组直流电阻为301.5mΩ，其中规范要求两者的数值都低于0.5 MΩ。
第二，正极以及负极滑环碳刷的压簧压力相对来说比较适中且均匀，与设计工作压力的要求相符合。
第三，滑环的运行状态相对比较好，同时不存在麻点以及坑槽的问题，同时滑环同碳刷接触面的氧化膜也比较稳定和均匀，具有相对优异的运行状态。
第四，对于碳刷以及滑环进行完成检修工作以后，两者的温度都出现了下降的趋势，在完成技术改造工作以后，X发电机具有相对比较好的运行状况，通过检查发现不存在麻点的问题，将转子正极滑环表面的磨损故障问题得到了有效的解决。
第五，通过更换碳刷的使用结果发现，新更换的碳刷在运行温度以及电流分布等相关方面得性能都得到了显著的改善。
3.2 其他合理化建议
通过对其进行相关内容的改造将滑环的磨损问题虽然得到了一定程度的解决，但是其中还存在着如下急需解决的问题。
第一，没有从根源上改善滑环室运行环境，其中大量散落碳粉的问题依然存在。
第二，同其它机组相对比来看，该机组在夏季运行的过程当中，滑环以及碳刷的温度依旧比较高。对于这一问题的存在，应该将积尘装置安装在滑环室内集电环通风循环通道上，从而对于内部的运行环境进行有效的改善。另外，在滑环表面还应该进行通风槽的开设，同时将碳刷同滑环接触面的通风强度增加，对于散热条件进行有利的改善，从而对于散落碳粉具有一定的促进作用。
结束语
通过本文的研究发现，改造完成X发电机组的压簧、碳刷以及滑环以后，发电机导电环以及滑环具有优异的运行状态，并且不存在坑槽以及麻点的问题，对于发电机组滑环磨损故障进行了真正的解决，确保了机组得以正常的运行。
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作者简介：
王建华，（1976.7.15），男，工程师，运营高级主管。
论文作者:王建华
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
标签：碳刷论文; 磨损论文; 发电机论文; 机组论文; 转子论文; 水轮发电机论文; 故障论文; 《防护工程》2017年第15期论文;