發(fā)電機(jī)勵磁碳刷事故分析和對策

1、發(fā)電機(jī)勵磁碳刷事故分析和對策 沙角a電廠1，2號機(jī)曾因勵磁碳刷環(huán)火造成2次停機(jī)事故。機(jī)組容量200 mw，發(fā)電機(jī)的勵磁形式為它勵，額定勵磁電流1765 a，勵磁碳刷采用非恒壓形式，主勵每極32條碳刷，碳刷型號為d172ht-253265，2000年6月2號機(jī)組大修增容改造時，勵磁碳刷改為恒壓形式，每極30條碳刷，碳刷形號為d172ht-2532100。d172碳刷主要參數(shù)見表1。 表1 d172碳刷主要參數(shù)長度l/mm磨擦系數(shù)k正壓力p/pa接觸壓降e/v電流密度i/（a/cm2）額定電流i/a最高速度v（m/s）電阻率、p/m電阻率r/659.825000.251.251296701210-

2、60.001051009.825000.251.251296701010-60.001621 事故經(jīng)過 (1) 2001-06-29t08:00交接班檢查1號機(jī)組碳刷無火花機(jī)，14:45檢查發(fā)現(xiàn)主勵磁機(jī)負(fù)極滑環(huán)碳刷環(huán)火，減負(fù)荷和減勵磁電流、調(diào)整處理無效，碳刷刷辮相繼發(fā)紅燒斷，并伴有弧光，14:55，值長令解列停機(jī)，事故過程約10 min，結(jié)果造成20個碳刷刷辮燒斷，4個刷握孔熔化。當(dāng)時機(jī)房內(nèi)溫度3540，有功負(fù)荷200 mw，無功負(fù)荷90 mvar，勵磁電流1650 a。 (2) 2001-09-18，機(jī)房內(nèi)溫度3540，2號機(jī)組有功負(fù)荷210 mw，無功負(fù)荷87 mvar，勵磁電流1550

3、a，班中檢查發(fā)現(xiàn)勵磁負(fù)極的其中一條碳刷斷辮，滑環(huán)碳刷火花大，取出該組(3條)碳刷更換，滑環(huán)環(huán)火，并發(fā)現(xiàn)其它碳刷相繼發(fā)紅斷辮，減勵磁電流，有功減至140 mw調(diào)整處理無效，解列停機(jī)。整個過程約15 min，結(jié)果造成10只碳刷刷辮燒斷，部分采集電環(huán)及銷釘固定孔燒化，“v”架部分銷釘燒斷。 2 引起碳刷發(fā)熱的因素 碳刷發(fā)熱由3部分組成：碳刷自身電阻發(fā)熱，碳刷接觸壓降發(fā)熱和磨擦發(fā)熱。 碳刷自身電阻發(fā)熱功率：w1=i2r 碳刷接觸壓降發(fā)熱 功率：w2=ie 磨擦發(fā)熱功率：w3=fv 其中：i流過碳刷的電流； r-碳刷電阻； e-接觸壓降； f-碳刷壓緊力； v-碳刷與滑環(huán)的相對運(yùn)動速度。 3 碳刷發(fā)熱的

4、原因 3.1 碳刷使用過程中電阻值逐漸增大 將購買的500條d172ht-2532100碳刷，用電橋法測量其電阻值為0.00120.0020，電阻分散性不大；一部分碳刷在2號機(jī)組使用一段時間后更換下來，測得電阻值為0.00120.01，即部分碳刷的電阻增大了；2號機(jī)碳刷事故停機(jī)后，拆下的碳刷測得電阻值為0.00120.3，電阻分散性很大，電阻也大了許多，電阻值的增大使碳刷的電阻發(fā)熱增加。3.2 碳刷卡阻 碳刷通過電流后發(fā)熱，刷體膨脹，易卡在刷握，這時拉動刷辮感覺很緊；部分碳刷由于振動、刷握不垂直等原因，會在刷握一側(cè)的上沿和另一側(cè)下沿產(chǎn)生明顯卡阻，這幾種形式卡阻，用鉗表仍可測得電流，容易被誤導(dǎo)(

5、刷辮處磁場較強(qiáng)，測量方法不同，鉗表測得數(shù)值誤差大，測量值只作定性分析)，碳刷卻已經(jīng)失效，致使其它碳刷分配的電流增加，電阻發(fā)熱增加。 3.3 碳刷壓力減小 非恒壓碳刷，壓緊彈簧后碳刷接觸壓降小，發(fā)熱少，在碳刷磨短后，彈簧壓力明顯減少，壓力小到一定程度，接觸不穩(wěn)定，接觸壓降增大，接觸壓降發(fā)熱明顯增加。 3.4 碳刷接觸面形成氣膜 d172碳刷最大圓周速度為70 m/s，發(fā)電機(jī)勵磁滑環(huán)直徑為445 mm，折算后滑環(huán)表面園周速度為69.9 m/s，碳刷在允許最大速度下運(yùn)行，很容易在碳刷接觸面產(chǎn)生氣膜和跳動，流過碳刷的電流不穩(wěn)定。在滑環(huán)表面開凹槽和磨花碳刷接觸面可破壞氣膜。但開凹槽使碳刷實際的接觸面積減

6、小。 3.5 滑環(huán)氧化膜的形成 滑環(huán)氧化膜太厚，使碳刷接觸電阻大大增加，勵磁電流分流到其它回路電阻小的碳刷上。 3.6 電流平衡的破壞 一般情況下，非恒壓彈簧碳刷新?lián)Q上和壓緊彈簧，碳刷與滑環(huán)接觸面的接觸緊力較大，即接觸壓降小，所有32條碳刷工況相近，每條碳刷的電流接近相等，刷體的平均溫度較低，碳刷間電流相對穩(wěn)定平衡(稱作強(qiáng)平衡)。運(yùn)行一段時間后，碳刷的磨損量相近，但出現(xiàn)了氧化膜、氣膜、卡阻等因素，碳刷磨短了或彈簧壓力降低了，碳刷接觸面的接觸緊力減小，碳刷間電流二次再分配，每條碳刷的電流差別增大，處于不穩(wěn)定平衡(稱作弱平衡)。這個階段時間長，逐漸變化，不容易引起警覺。當(dāng)環(huán)境溫度升高或勵磁電流增加

7、時，隨時可造成弱平衡破壞。 4 碳刷事故原因 滑環(huán)表面形成了一定厚度的氧化膜，增大了碳刷的接觸壓降，加上個別碳刷卡阻失效，碳刷處于弱平衡狀態(tài)，事故時室內(nèi)氣溫高，機(jī)組負(fù)荷加滿，勵磁電流增加，碳刷間弱平衡破壞，個別碳刷電流迅速增大，嚴(yán)重過熱，刷體發(fā)紅膨脹卡死，大電流轉(zhuǎn)移到其它碳刷，并相繼出現(xiàn)膨脹卡死，滑環(huán)環(huán)火惡性發(fā)展，使得短時間內(nèi)大量碳刷刷辮燒斷。 5 關(guān)于2號恒壓勵磁碳刷事故 2000年6月，2號機(jī)組大修時將刷架改為恒壓勵磁刷架，主勵磁機(jī)每極碳刷由10組“v”架組成，每個“v”架裝3條碳刷，“v”架與集電環(huán)靠一根銷釘轉(zhuǎn)動9卡接，“v”架兩側(cè)面與集電環(huán)面接觸通過電流。 5.1 “v”架銷釘磨蝕 “

8、v”架銷釘磨蝕有2種，一種是電流流經(jīng)銷釘產(chǎn)生腐蝕，另一種是銷釘與“v”套徑向線接觸，“v”架與“v”套接觸緊力使銷釘產(chǎn)生應(yīng)力磨損。 5.2 “v”架與集電環(huán)接觸不好 “v”架與集電環(huán)“v”套配合差，雖然裝配要求接觸面大于80%，實際上達(dá)不到要求，“v”架裝上后前后左右可晃動，造成“v”架兩側(cè)面很多燒傷弧坑。 5.3 彈簧壓力不足 恒壓彈簧壓力不足，用手拉動勵磁彈簧，可明顯感覺不同彈簧的壓力差異，且彈力比其它機(jī)組非恒壓彈簧小很多，由于彈簧壓力不足，刷握和碳刷加長增加了碳刷側(cè)面磨擦阻力，碳刷被阻在握內(nèi)。 上述缺陷增加了2號機(jī)碳刷事故的幾率，而2號機(jī)事故當(dāng)時取出1組碳刷更換則加劇了碳刷弱平衡的破壞。

9、 6 改進(jìn)維護(hù)處理措施 (1) 將消除碳刷火花的被動管理形式改為控制 碳刷電流分配和溫度的主動管理形式。在生產(chǎn)現(xiàn)場配備直流鉗表和測溫表，每班測量和掌握每個碳刷電流和溫度，碳刷電流控制在1090 a，刷體溫度控制在不大于80，及時消除電流不平衡、氣膜、氧化膜、卡阻等因素，保證碳刷在強(qiáng)平衡狀態(tài)工作。有條件時，專人負(fù)責(zé)碳刷的維護(hù)更換工作跟蹤，效果會更好。 (2) 出現(xiàn)個別碳刷斷辮，可先減小勵磁電流；出現(xiàn)環(huán)火，則大量減小勵磁電流，調(diào)整碳刷電流平衡后再換碳刷。 (3) 規(guī)定碳刷磨損掉1/3，必須更換，每月更換碳刷不少于20條，月更換量達(dá)到30%，消除碳刷太短、電阻值變大、卡阻、階梯形四面體等現(xiàn)象。 (4) 在“v”架導(dǎo)電兩側(cè)面涂導(dǎo)電脂，消除緊力不足引起的導(dǎo)電不良。定期檢查“v”架銷釘和緊力，定期檢查彈簧壓力。 7 結(jié)論 采取上述措施以后，3臺機(jī)組勵磁碳刷實現(xiàn)了無火花、刷辮無變色、無斷辮運(yùn)行，先后及時消除了個別碳刷小電流(卡阻)以及3號主勵磁碳刷