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慈溪靈帆軸承有限公司

發電機滑環燒壞故障分析

2025-11-22

中國鋁業山東分公司熱電廠5#發電機為東方電機股份有限公司生產的QF-3.5-2-10.5型汽輪發電機,額定容量43.75MW,發電機采用機端自并勵靜止勵磁方式,勵磁裝置額定輸出電流1439A。

2008年7月23日,運行人員巡檢發現5#發電機碳刷振動異常,碳刷最高溫度122℃,多只負極碳刷打火嚴重,外引線發熱燒斷,內部引線固定材料液化并發出焦糊味,故障碳刷壓簧過熱變形,彈性較差。現場更換故障碳刷,運行不久再次燒壞。測量碳刷直流回路電流,正極碳刷電流基本平衡,負極碳刷電流13~248A,并聯碳刷回路電流嚴重不平衡。停機后,檢查發現負極碳刷有多個破損崩角,發電機負極滑環表面嚴重燒蝕,出現寬約35mm(與碳刷寬度基本相等)、深約0.5~lmm的溝槽。

故障發生前,發電機運行正常,有功負荷33MW,無功負荷16Mvar,轉子電流643A。根據故障現象和停機檢查情況,排除發電機無功負荷過大、壓簧不合格、碳刷磨短及碳刷與刷框間隙不符合要求等因素。最終判斷故障原因是并聯碳刷分支回路出現不平衡電流。

1 碳刷外引線燒壞分析

發電機使用HN-O.1A型安全拆換碳刷裝置(刷架),刷架上安裝正、負極各16支單組式刷握(圖1),沿滑環呈圓周雙層分布,壓簧可使碳刷和滑環保持恒定壓力,每只刷握內安裝1只碳刷,運行中可直接更換碳刷。刷架和刷握連接見圖2,刷握與刷座面接觸,勵磁電流由并聯正極刷握經滑環進入轉子,從負極刷握流出。正常情況下,根據歐姆定律,每極16只碳刷回路電阻基本相等,各分支回路電流相等。若發電機運行中個別刷握與刷座接觸不良,接觸電阻增大,流過并聯碳刷回路的電流即出現不平衡,電阻小的碳刷回路電流會成倍增加,造成碳刷和外引線過熱燒壞。出現不平衡電流的原因如下。

(1)發電機長期運行,刷握內部彈簧(確保刷握與刷座可靠接觸)產生疲勞,使刷握與刷座接觸不可靠。而且彈簧疲勞程度不同,彈簧壓力也不同,導致各刷握與刷座接觸電阻不等,造成各碳刷回路分配電流不平衡,接觸面越可靠的回路中電流就越大,甚至超過原電流10倍。

(2)刷握和刷座(材料均為銅)長時間運行,接觸表面極易氧化,使電流回路接觸電阻增大。現場環境溫度較高,電流通過接觸面發熱,現場灰塵腐蝕作用也一定程度加速接觸面氧化。接觸面氧化程度不同,導致刷握與刷座之間接觸電阻和電流不等。

(3)發電機運行中,在刷握自身重力作用下,靠近滑環兩側的刷握受刷架振動影響較大,特別是在刷握彈簧作用力較小情況下,刷握與刷座的接觸壓力會相對減小,轉子電流會向靠近滑環上方位置的刷握回路轉移,導致該區域碳刷燒壞偏多。

2 發電機滑環燒蝕分析

由于轉子回路每只碳刷分配電流不平衡,接觸電阻小的碳刷回路電流增大數倍,導致滑環表面與碳刷溫度過高,碳刷摩擦使滑環表面發熱燒蝕,而且表面燒蝕越嚴重,滑環溫度就越高。當滑環燒蝕到一定程度,碳刷即出現跳躍、振動現象。同理,壓簧壓在溫度較高、振動較大的碳刷上面,會過熱變形,彈性減弱。

3 處理措施

(1)停機后,將碳刷全部更換為材料較軟、導電性能較好的NCC634型上海摩根碳刷,并研磨碳刷工作面,使碳刷接觸面積大于90%。

(2)拆下刷座,按原刷握分布位置,在刷座正、負導電板上絞孔攻絲32個,然后將碳刷外引線直接壓接在導電銅板上,刷握只起固定碳刷的作用(圖3),這樣直流電流不經過刷握與刷座接觸面,直接由滑環經碳刷流入導電板。

(3)車削、打磨發電機滑環燒蝕表面,先用200砂紙粗拋光,再用金相砂紙細拋光,最后用酒精擦拭表面,使表明光潔度完全符合技術要求。

(4)加強汽輪機廠房環境治理,減少灰塵進入,及時通風散熱,降低廠房溫度,加固刷握支架基礎,減少機體振動對刷握的影響。

(5)嚴格按照運行規程維護,對碳刷、滑環進行常規性檢查,還要定期使用直流鉗形電流表測量各刷握回路電流,并做好記錄。若發現回路中電流分配不均,不僅要處理電流較大的回路,還要重點檢查處理碳刷電流較小的回路,通過更換壓簧等辦法,使所有分支回路電流基本平衡。

(6)運行中定期測量滑環、碳刷及其引線溫度,一般要求溫度不超過80℃,發現溫度過高,應立即采取調整壓簧、更換碳刷和減少無功負荷等辦法,進一步分析處 理。

采取上述措施后,1年多來發電機運行正常,勵磁系統運行穩定,各碳刷電流基本平衡,無發熱、振動等異常現象。

(來源:設備管理網)

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