БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)碳刷打火原因分析及處理

佟小明 莫晶晶

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222042）

1 БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)由俄羅斯制造廠生產(chǎn)，其主要作用是為TBB-1000-2У3型氫水冷卻汽輪發(fā)電機(jī)提供勵磁電流，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子建立磁場。表1給出了勵磁機(jī)主要參數(shù)。

表1 БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)參數(shù)

БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)總重32噸，其中轉(zhuǎn)子重11噸，其主要結(jié)構(gòu)括：轉(zhuǎn)子電樞、定子（可拆分為上、下兩部分）、旋轉(zhuǎn)整流器、碳刷及刷架、上部空氣冷卻器、下部空氣冷卻器、泄漏收集器、電阻溫度計（冷風(fēng)）、電阻溫度計（熱風(fēng)）、電阻溫度計（排水）、液位傳感器、溫濕度傳感器、軸承及基座、供油（供水）管道、支架及護(hù)板。

轉(zhuǎn)子鐵芯為0.5mm厚的鋼片疊層，疊層間形成徑向通風(fēng)風(fēng)道，轉(zhuǎn)子鐵芯安裝在轉(zhuǎn)子軸上，軸上留有軸向通風(fēng)風(fēng)道，與徑向通風(fēng)風(fēng)道相通。冷卻氣體從轉(zhuǎn)子端部進(jìn)入轉(zhuǎn)子軸向通風(fēng)風(fēng)道，然后穿過轉(zhuǎn)子徑向孔道，冷卻繞組，齒，轉(zhuǎn)子表面。

轉(zhuǎn)子電樞槽內(nèi)放有兩個同相的三相繞組，轉(zhuǎn)子繞組90槽，繞組聯(lián)接成兩個星型，放置在繞組狹槽內(nèi)。每相繞組由5條平行支路組成，轉(zhuǎn)子繞組分段，在繞組狹槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子繞組通過用玻璃布基層支撐的槽楔塊固定在鐵芯狹槽內(nèi)。放在支撐環(huán)突出部分下部的銅環(huán)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組與雙星型接線的電聯(lián)接。支撐環(huán)則安裝在軸凸緣上，支撐環(huán)上放置有絕緣環(huán)，各相的平行輸出端穿過支撐環(huán)上的小孔，并聯(lián)接至旋轉(zhuǎn)整流器組。

旋轉(zhuǎn)整流器主要作用是將勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的250Hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。旋轉(zhuǎn)整流器共有兩組，布置在勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組端部兩個絕緣環(huán)內(nèi)，每個絕緣環(huán)內(nèi)布置了15個正向整流器和15個反向整流器，共計60個。每個整流器組由散熱器、晶體二極管、熔斷器和兩個阻容保護(hù)器構(gòu)成。

2 概述

俄制БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)為旋轉(zhuǎn)整流勵磁，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子正、負(fù)極滑環(huán)間額定電壓400V，每極滑環(huán)上安裝8個碳刷，共裝有16個碳刷，碳刷主要成分為石墨，為軟石墨碳刷，規(guī)格為20*32*64mm，軟石墨碳刷載流能力為10A/cm2左右，根據(jù)碳刷的接觸面積推算每個碳刷的載流能力64A左右，運(yùn)行期間經(jīng)測量勵磁機(jī)滑環(huán)每極8個碳刷總電流為0.7A；其功能主要是監(jiān)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)。

勵磁機(jī)運(yùn)行期間，碳刷頻繁出現(xiàn)火花，雖然對勵磁機(jī)碳刷和滑環(huán)進(jìn)行了吹掃、清理，但仍無法消除碳刷頻繁打火現(xiàn)象，給氫冷發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行帶來了隱患。

3 碳刷打火原因分析

經(jīng)現(xiàn)場檢查并分析，БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)采用的是ЛК-803Л型刷架組件，碳刷刷握為螺旋彈簧頂壓模式，彈簧直接接觸碳刷,由于溫度傳導(dǎo),導(dǎo)致在較高溫度下引起彈簧疲勞其使用性能劣化,壓力降低。僅憑維護(hù)人員經(jīng)驗，很難保證碳刷與滑環(huán)接觸壓力符合要求。

隨著運(yùn)行時間增加，碳刷在滑環(huán)處不斷地摩擦、損耗并逐漸變短，由于碳刷的縮短造成彈簧壓緊力逐漸減弱，使碳刷與滑環(huán)之間局部出現(xiàn)微小間隙，在電壓作用下產(chǎn)生放電打火。

其次，勵磁機(jī)滑環(huán)表面徑向跳動量較大、表面粗糙，使碳刷與滑環(huán)表面摩擦不均勻，也會造成碳刷與滑環(huán)間出現(xiàn)微小間隙，產(chǎn)生放電打火。

4 處理措施

在機(jī)組停機(jī)大修期間，結(jié)合原因分析對勵磁機(jī)碳刷打火問題采取針對性措施進(jìn)行了處理，處理措施主要包括以下兩方面：

4.1 替換刷握

由于刷握問題使碳刷壓力降低造成碳刷與滑環(huán)間放電打火，所以將原刷握替換為恒壓刷握，恒壓刷握可以保證碳刷壓力均衡，不會由于碳刷摩擦變短而導(dǎo)致壓力減弱。在刷握替代過程中，需要注意恒壓刷握壓力的選擇。

原刷握俄方廠家給出的壓力范圍為7.9N-14.5N，新刷握廠家給出的單位壓強(qiáng)為180g/cm2，經(jīng)核算新刷握壓力為180g/cm2×2×3.2=1.152千克力=11.76N，新刷握的壓力值符合原廠家的要求，可以進(jìn)行替代。

在新刷握安裝過程中，刷握與滑環(huán)表面要保持2mm的間隙，要保證碳刷在刷握里面能夠自由伸縮，不會發(fā)生卡澀，碳刷和刷握內(nèi)表面之間的間隙維持在（0.2±0.1）mm的范圍內(nèi)；檢查碳刷靠在滑環(huán)表面上的情況，必要時配制碳刷，可以用刷握座彈簧壓住電刷，在滑環(huán)和碳刷之間放一條細(xì)紗布，研磨碳刷，保證碳刷與滑環(huán)表面接觸良好。刷握與碳刷安裝完成后，用1000V表計測量刷架對接地外殼的絕緣電阻，實(shí)際結(jié)果大于1兆歐。

4.2 磨削滑環(huán)

為了解決勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面凹凸不平、粗糙，引起碳刷跳動量大，導(dǎo)致勵磁機(jī)碳刷打火，對勵磁機(jī)滑環(huán)表面進(jìn)行了磨削處理，操作過程包括9個步驟：

（1）搭焊設(shè)備支架，現(xiàn)場組裝與拼焊專用設(shè)備支撐架子；

（2）找正：在盤車前利用百分表找出軸的中心，確定軸向平行，以進(jìn)行對刀打磨；

（3）焊接固定支架：調(diào)整支架并確定準(zhǔn)確磨削位置，在滑環(huán)平臺上電焊支架座板四個角以固定磨削裝置的平穩(wěn)；

（4）盤車磨削：盤車后開始漸循磨削；

（5）磨削后粗糙度至少達(dá)到0.63，跳動值（同軸度）不大于30μm；

（6）磨削完畢，使用吸塵器對現(xiàn)場的鐵粉進(jìn)行現(xiàn)場清潔；

（7）拆除磨削工具，恢復(fù)至刷架臺初始狀態(tài)；

（8）安裝刷架以及碳刷；

（9）恢復(fù)電氣連接線路并緊固，并最終清潔場地。

磨削勵磁機(jī)滑環(huán)過程中需要做好下面四項安全防護(hù)措施：

（1）工作人員勞保用品需穿戴齊全，領(lǐng)口、袖口、下擺需扎緊，防止絞入轉(zhuǎn)動設(shè)備中。

（2）磨削滑環(huán)過程中注意用吸塵器清潔，防止鐵屑遺留。

（3）安裝磨削滑環(huán)專用工具時需小心，禁止磕碰勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子。

（4）焊接作業(yè)時需對勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子做好防護(hù)，防止焊渣濺至轉(zhuǎn)子部件。

滑環(huán)磨削結(jié)束后，測量轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面徑向跳動量小于30μm，比對滑環(huán)表面粗糙度高于標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

機(jī)組啟機(jī)后，勵磁機(jī)碳刷打火現(xiàn)象消除。通過實(shí)踐，徹底解決了俄制БВД-3400-3000У3型勵磁機(jī)碳刷打火問題，為氫冷發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行提供了保障，對同類型勵磁機(jī)碳刷打火問題的處理具有借鑒意義。