昌江核電一號(hào)機(jī)組刷架故障及改造

韓旭

【摘 要】當(dāng)前，隨著社會(huì)的發(fā)展，用電量急劇增大，發(fā)電機(jī)的容量也越來(lái)越大。隨之而來(lái)的是勵(lì)磁電流也逐步增大，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求也在不斷增高?，F(xiàn)在普遍采用的勵(lì)磁系統(tǒng)主要分為兩類：即有刷勵(lì)磁和無(wú)刷勵(lì)磁。雖然有刷勵(lì)磁工作環(huán)境差，暴露在空氣中，維護(hù)量大，較容易發(fā)生故障。但是由于它相對(duì)于無(wú)刷勵(lì)磁具有旋轉(zhuǎn)部件較少，檢修不用停機(jī)的優(yōu)勢(shì)，仍然被廣泛使用。本文主要對(duì)昌江核電1#發(fā)電機(jī)刷架原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)刷架運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)改造優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行介紹，為同類電廠刷架的運(yùn)行及維護(hù)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】有刷勵(lì)磁；昌江核電；刷架；改造

0 引言

隨著用電量的增大，發(fā)電機(jī)容量也不斷的在提高，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁因大電流下的火花問(wèn)題無(wú)法使用，三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)則因系統(tǒng)復(fù)雜、檢修不方便等問(wèn)題也給用戶帶來(lái)了很多困擾；自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)以其接線簡(jiǎn)單、可靠性高、工程造價(jià)低、調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快、滅磁效果好的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。刷架作為自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)中不可分割的一部分，同樣起到了不可替代的作用。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

汽輪發(fā)電機(jī)的刷架一般由底架﹑絕緣支撐﹑電氣連接件﹑刷握和隔音罩等組成。底架是刷架的基座，絕緣支撐﹑電氣連接件及刷握等均直接或間接的固定到底架上。底架由優(yōu)質(zhì)鋼板焊接加工而成，放置在基礎(chǔ)座板上，通過(guò)基礎(chǔ)螺桿固定到基礎(chǔ)上。絕緣支撐由多塊絕緣板組成，或由絕緣刷桿及支架組成，作為刷握和電氣連接件的支撐，并將上述部件與底架絕緣。電氣連接件一般由導(dǎo)電凹?jí)K﹑弧形導(dǎo)電板﹑導(dǎo)電塊和引線等部件組成，均為銅材，相互連接構(gòu)成勵(lì)磁電流的通路。刷握起持握電刷的作用，可分為一握多孔組合式結(jié)構(gòu)和一握單孔單元式結(jié)構(gòu)。一握多孔組合式刷握由刷盒﹑電刷﹑恒壓彈簧（即卷式彈簧，以徑向恒定壓力使電刷與集電環(huán)保持接觸）﹑導(dǎo)電楔塊和絕緣把手等組成，以裝卡形式裝配在導(dǎo)電凹?jí)K上，可在運(yùn)行中將刷握與導(dǎo)電凹?jí)K分離更換電刷、安全可靠，維護(hù)操作方便。

2 洛河發(fā)電廠刷架著火，緊急停機(jī)事件

2005年2月20日17：45，洛河發(fā)電廠#4機(jī)組運(yùn)行人員在巡檢時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)刷架小室有火光，打開(kāi)門(mén)發(fā)現(xiàn)刷架裝置有環(huán)火，機(jī)組汽輪機(jī)平臺(tái)出現(xiàn)耀眼的電弧亮光，空氣中彌漫著刺鼻的濃煙，聯(lián)系主控制立即將有功功率降低，無(wú)功降至進(jìn)相運(yùn)行，轉(zhuǎn)子刷架裝置環(huán)火處情況沒(méi)有得到好轉(zhuǎn)，15：52控制室匯報(bào)省調(diào)，17：55令#4機(jī)組緊急停機(jī)。停機(jī)后，維修人員檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)的外集電環(huán)刷架燒損嚴(yán)重，裝置上40多只電刷、刷握已經(jīng)嚴(yán)重?zé)?，絕緣環(huán)氧樹(shù)脂板部分已經(jīng)碳化并脫落，外集電環(huán)表面上附著大量熔銅顆粒并能清晰的看見(jiàn)幾處因電弧燒灼形成的凹損，維修電氣人員測(cè)試轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻，絕緣阻值不合格，于是進(jìn)一步解體，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)外集電環(huán)內(nèi)圈局部燒蝕，集電環(huán)下絕緣環(huán)氧樹(shù)脂筒部分碳化脫落，導(dǎo)致喪失絕緣性能。

原因分析：

環(huán)氧樹(shù)脂絕緣筒在電弧的作用下高溫碳化以至局部脫落，是造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引線及繞組接地的直接原因。燒損集電環(huán)拆除后，對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組重新測(cè)試絕緣電阻，絕緣電阻值為1.8兆歐（轉(zhuǎn)子回路存在少量水），證明該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣正常，可正常使用。另外集電環(huán)套筒解體檢查發(fā)現(xiàn)表面有3處較為集中的電弧燒傷區(qū)域。經(jīng)分析此次事故是突發(fā)因素造成發(fā)電機(jī)集電環(huán)與電刷接觸嚴(yán)重不良，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫，造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引線與集電環(huán)絕緣急劇下降，在較短時(shí)間內(nèi)造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)燒損，非計(jì)劃停機(jī)發(fā)生。

3 秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)發(fā)電機(jī)刷架著火引起停機(jī)事故

2011年6月6日14：33，秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)組BLR方式運(yùn)行，有功功率124MW，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓219V，轉(zhuǎn)子電流1027A。14：46：20，2號(hào)機(jī)組值班員監(jiān)盤(pán)發(fā)現(xiàn)8號(hào)瓦振大報(bào)警。隨即47：28，8號(hào)瓦振迅速上漲達(dá)82um，運(yùn)行人員立即采取降負(fù)荷措施。14：47：46，主控盤(pán)發(fā)“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”，此時(shí)1--7號(hào)瓦蓋及軸承振動(dòng)均相繼上漲，47：59，發(fā)電機(jī)軸承瓦振大跳機(jī)，發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)解列。

就地檢查，發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)軸承未見(jiàn)異常，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷架、正極集電環(huán)發(fā)生環(huán)火燒損事故，負(fù)極集電環(huán)正常。

原因分析：通過(guò)檢查故障發(fā)生前的設(shè)備運(yùn)行記錄，發(fā)生時(shí)的繼保曲線、錄波資料以及現(xiàn)場(chǎng)損壞設(shè)備的解體檢查試驗(yàn)結(jié)果，可以肯定無(wú)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子繞組故障和振動(dòng)的影響。

造成此次事故發(fā)生的直接原因是：由于發(fā)電機(jī)集電環(huán)正極一塊或幾塊碳刷的接觸情況惡化，打火、發(fā)熱引起碳刷環(huán)火，集電環(huán)絕緣破壞造成集電環(huán)燒損，由于電弧對(duì)轉(zhuǎn)子的燒灼引起轉(zhuǎn)子局部熱彎曲，最終導(dǎo)致軸振大跳機(jī)。

4 昌江核電1號(hào)發(fā)電機(jī)刷架運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

2015年11月7日，1號(hào)發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)前進(jìn)行檢查時(shí)，維修處電氣科檢查人員在檢查刷握情況時(shí)，取下19號(hào)刷握，在回裝時(shí)發(fā)現(xiàn)回裝困難。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)刷架底板變形。由于當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)處于低速盤(pán)車狀態(tài)，檢查人員用專用工具強(qiáng)制將底板復(fù)位。保證了發(fā)電機(jī)的順利啟動(dòng)。

2015年11月8日，1號(hào)發(fā)電機(jī)中速旋轉(zhuǎn)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)刷架小室有金屬摩擦聲音，經(jīng)查是刷握的碳刷擋板松動(dòng)，向下位移，直接與集電環(huán)接觸，由于轉(zhuǎn)速較高，碳刷擋板磨損較嚴(yán)重，所幸集電環(huán)并無(wú)大礙。經(jīng)維修人員緊急處理后恢復(fù)正常。

為了防范刷架再次出現(xiàn)問(wèn)題，維修處人員舉一反三，聯(lián)系各電廠及廠家，對(duì)哈爾濱電機(jī)廠提供的刷握存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，做到防范于未然。

主要問(wèn)題如下：

（1）安裝困難：刷盒安裝到刷架上困難，原因：一是，刷盒中軸上的鎖緊軸位置不合適；二是，刷盒安裝部件上的擋板太薄；三是，盒中恒壓彈簧壓力過(guò)大。

（2）保持彈簧：它的作用是當(dāng)刷盒未安裝時(shí)保持彈簧擋住電刷端面，不讓電刷在恒壓彈簧的作用下彈出刷盒。而實(shí)際上由于保持彈簧彈力太小，導(dǎo)致保持彈簧無(wú)法擋住電刷，再者，由于它的位置導(dǎo)致刷握和集電環(huán)的距離拉開(kāi)，這樣對(duì)電刷在高速旋轉(zhuǎn)的集電環(huán)上接觸也帶來(lái)一些不穩(wěn)定的因素。

（3）刷盒中的軸：該軸材料為碳鋼且未電鍍，因此導(dǎo)致軸一定時(shí)間后生銹。

（4）刷辮固定螺釘：采用半圓頭螺釘，其缺點(diǎn)是使用一段時(shí)間后螺釘半圓頭上的槽已經(jīng)豁了，無(wú)法擰緊或松開(kāi)半圓頭螺釘。

（5）刷握上的彈簧更換不便、易受折彎曲變形斷裂。

（6）整體的刷握均末鍍銀，倒電性能差。

發(fā)電機(jī)的刷架雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，但是由于其特殊位置及功能，一旦發(fā)生故障，將直接影響電站電能的輸送，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。

5 昌江核電1號(hào)發(fā)電機(jī)刷架改造方案及優(yōu)點(diǎn)

（1）將刷架底板加厚，防止底板再次變形。

（2）更換原刷握的卷鋼恒壓彈簧，換成質(zhì)量更好的日本進(jìn)口彈簧，其具有更好的柔韌性和持久的彈力，并更改彈簧的固定方式（由鉚接變成螺絲固定）。

（3）將阻擋電刷用的保持壓板換成保持銷釘，使碳刷鎖定更穩(wěn)固。

6 結(jié)論

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，而刷架裝置又對(duì)其運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。此次昌江核電刷架的改造，對(duì)于保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的穩(wěn)定性有很大的促進(jìn)作用，同時(shí)也保證了公司的經(jīng)濟(jì)效益?？v觀各發(fā)電廠的刷架事故，無(wú)不是因?yàn)樗⑽栈蛘咛妓⑴c集電環(huán)接觸異常而引發(fā)的。所以我們要加強(qiáng)在日常中的巡檢，加大對(duì)刷架各部件的維護(hù)，檢查恒壓彈簧及碳刷的運(yùn)行情況，選用質(zhì)量好的碳刷等。這樣我們就能將事故消除在萌芽狀態(tài)。切不能因?yàn)樗⒓芙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)單而忽略其重要性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉玉喜.一起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)燒損事故的處理及防范措施[J].

[2]王昌偉.一起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)燒損事故的分析及處理[J].華北電力技術(shù).

[3]哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司刷架使用說(shuō)明書(shū)[Z].