D厂300MW发电机励磁碳刷维护与对策

D厂300MW发电机励磁碳刷维护与对策

邬辉

（广州穗开智慧能源有限公司广东广州510700）

300MW机组励磁系统故障原因，运行中多数是碳刷故障。碳刷维护工作目的是减少碳刷发热、振动和避免冒火花。处理不当，会造成滑环、转子绝缘部套及大轴损坏。如#8机碳刷故障，主要原因是#9刷握碳刷弹簧断裂，引起其它碳刷过负荷，造成碳刷环火，#8机被迫紧急停机事故。加强碳刷维护工作，分析损坏原因，对发电机安全稳定运行具有重要意义。

一、碳刷材料特性。D厂采用NCC634上海摩根碳刷，尺寸25X32X65，50h摩损0.2/mm，允许圆周速度80m/s，额定电流密度10A/cm2。目前#8、#9机50h摩损、允许圆周速度都能满足要求，额定电流密度由于设计，制造的原因存在不足。300MW发电机转子的额定电流为2075A，每极碳刷4X8个，碳刷的电流密度2075/（32X25X32）=8.1A/cm2。若考虑碳刷与滑环的实际接触面积，假设为90%，电流密度达到10A/cm2。若再考虑碳刷气垫效应，碳刷磨损，接触面积只能在70%~80%之间，电流密度将远远超过10A/cm2的要求。运行中，应保证发电机转子不超过额定电流，AVC投入自动时，在系统无故障的情况下应及时退出。

二、碳刷与滑环接触性能。接触性能受滑环表面的线速度、电流密度、接触电阻、气垫效应、摩擦系数、碳刷与滑环的材料、滑环工艺、弹簧压力等因素影响。与运行相关应重点了解摩擦、气垫效应、接触电阻和电流密度。

碳刷与滑环是通过滑动接触连接，由于摩擦而发热。运行中观察，发电机3000r/min定速后未加励磁前，碳刷温升比较大。加励磁后，碳刷温度比较稳定，说明碳刷发热主要原因是摩擦引起的。在保证不使碳刷跳动的情况下，通过减小碳刷弹簧力能有效减少摩擦引起的碳刷发热。

由于各块碳刷在滑环上的滑动条件不同，气垫效应使碳刷下面气流抬起的程度不一致，造成碳刷接触电阻的差异，引起并联碳刷电流分布不均匀，破坏碳刷滑动接触稳定性。特别是在碳刷边缘剥落、破裂的情况下，沟槽带动的冷却风，使碳刷进一步抬起的更高。所以在运行中发现碳刷破损，应及时更换。

碳刷在运行中，其接触面易形成一层氧化膜，其接触电阻受氧化膜的影响。氧化膜不均匀，有效接触面积减小，接触电阻增加，接触电压增大，电能损耗增加并引起发热。维护工作中，应保证碳刷尺寸适当，在刷握中不偏斜。

碳刷“负温度特性”随温度的升高，其接触电阻反而降低。在80~100℃时电阻值最低，而温度超过100℃时接触电阻又急剧增加，对碳刷稳定接触和电流分配极为不利。运行中应特别注意温度高的碳刷，当工作在不稳定温度工作区时应立即改善其工作条件。因为当某块碳刷不正常工作，温度升高，碳刷接触电阻反而减少，流过的电流增加，温度进一步升高，恶性循环，其电流密度远大于额定电流密度。另外还会引起连锁反应，造成四个组合式碳刷在刷握内剧烈反应，崩溃式变化最终引起整个极的碳刷工作性能破坏。我们在维护工作中的重点要监视碳刷温度变化，除改善温度高的碳刷工作条件外，还要及时对其它接触不良的碳刷进行调整。工作中提拉碳刷调整弹簧力，重新分配电流能达到非常好的效果。

三、碳刷在运行中发生振动。滑环表面粗糙、刷架安装中心不正，弹簧压力不适当、碳刷在刷握内的间隙过大、轴系振动等原因都有可能使碳刷发生振动并产生火花。碳刷氧化膜的形成和发展在接触滑动摩擦过程中不是静止的，运行中应保持稳定，振动使碳刷的接触电阻、接触电压降、电流密度发生跳跃式的变化。连锁反应造成碳刷冒火花，电流分配不均匀。另一方面在振动力的作用下，还会造成碳刷冲击摩擦，使碳刷接触面剥落和振动进一步加剧。运行中碳刷破损，一般是更换碳刷时在刷握安装过程中释放弹簧压力产生的冲击摩擦造成的。所以在进行操作时应重新调整弹簧力并检查碳刷边缘完整。根据碳刷振动原因，及时处理，是碳刷减少发热和避免冒火花的重要保障措施。

四、AVC自动快速响应。在采用母线电压模式时220KV母线运行电压与设定值偏差0.5KV时，AVC动作，其动作的结果是调节励磁电流。由于300MW发电机组是单元接线方式，主变有一定的压降，造成AVC响应时，发电机励磁电流过调。另一方面，因调节存在偏差，使发电机出口电压跟随母线电压升高，无功功率增大，励磁电流增大。观察中发现，发电机出口电压19.27KV，发电机有功功率197MW，无功功率43Mar，励磁电流1255A，在360S时间内，有几个响应的叠加，发电机出口电压19.68KV，发电机有功功率203MW，无功功率86Mar，励磁电流1435A，励磁电流增加了180A。出现这种运行状态的变动，对碳刷的危害非常严重，应引起运行人员注意。因为碳刷在稳定运行中，电流分布相对固定，而叠加的电流不按比例分配在碳刷上，容易造成部分碳刷劣化。励磁电流突变时应加强励磁系统监视，对碳刷测温并根据温度状况重新调整。

碳刷维护除了在运行中采用技术措施外，应有相应的组织措施作为补充。

碳刷在冲转升速过程中，分别记录在500r/min、1200r/min、3000r/min各个碳刷温度。有利于分析碳刷与滑环的接触特性，与正常运行中的碳刷温度比较，更容易了解碳刷工作状态。

发电机在大小修时，定点清理螺旋沟槽，保持滑环表面干燥清洁干净。现在以碳刷长短为依据更换碳刷缺乏科学性。检修期间用弹簧秤记录碳刷弹簧力，可为发电机更换碳刷提供依据。统筹安排更换各个刷握或碳刷，提高碳刷利用经济性。

--------------发电机碳刷更换记录

说明：更换新碳刷后，填涂相对应编号字母，如更换#2B碳刷，标示为A▓CD。