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发电机转子滑环磨损原因及防控措施

2019-11-09
来源: 礼德动力
  1 前言发电机转子滑环是动静接触和交换能量的设备,受励磁电流、碳刷压力、碳刷与滑环表面的磨损以及制造工艺影响,在长期运行过程中,容易在碳刷和滑环间发生冒火,若不及时处理,将形成恶性循环,影响机组安全运行。某电厂#6发电机为东方电机厂生产的QSFN-300-2-20B型同步发电机,采用自并励静止可控硅励磁系统。该#6机组在运行一个多月中突然出现碳刷弹簧断落,滑环磨损情形却较为少见,值得认真分析事故原因,吸取教训,制定防范措施。
  
  2 事件经过
       1)、8月20日,运行人员发现#6发电机转子有两个碳刷架弹簧断开,碳刷有跳动现象,当天维修人员处理更换了3只磨损严重的碳刷,检查碳刷集电环有磨损窝槽,两个碳刷架因弹簧断开,取出碳刷,暂未更换。要求各班加强检查及更换。
  
  2)、8月22日,编制#6发电机励磁碳刷特殊检查记录表格,要求每隔2小时检查一次碳刷电流、温度、长短及火花、振动及更换情况,详细记录更换过碳刷,共发现弹簧断落3根。
  
  3)、8月31#6发电机按中调令停机解列备用,维修检查发现两滑环中部位置已磨损成W 型,并有个别碳刷振动剧烈,部分碳刷恒力弹簧被振断。
  
  3 原因分析碳刷和滑环间工作面的磨损有两种:1、纯机械磨损;2、在电流作用下的电气磨损和机械磨损(即电腐蚀)。
  
  电腐蚀的直接原因为滑环与碳刷之间产生电火花,使滑环过热,从而烧灼滑环表面。为控制电火花的产生,应尽量减小滑环与碳刷之间的接触电阻。为防止滑环表面过热,应适当减小接触面的电流密度。电腐蚀的最终后果是滑环表面由于电火花而灼伤,使滑环表面凸凹不平。
  
  A、电腐蚀引起滑环磨损可能性不大,
原因如下:
1、电腐蚀导致滑环表面凹凸不平过程相对较长,运行当中会有过热或火花出现,更换下的碳刷表面会留下凹凸不平痕迹。复查#6机大部分更换下的旧碳刷,表面并无明显磨损痕迹;
2、运行过程中检查并无发现碳刷有过热及火花现象,本次开机从7月26日到8月20日发现弹簧断落,自8月22日起通过对碳刷进行特殊维护巡检监测,数据表明即使在碳刷过短、磨损严重的情况下,最高点温度为100℃左右,低于规程规定≦120℃。对比同等长度碳刷在另一极温度、振动也在正常范围,与出现振动加剧一组碳刷对比并无明显区别。在未出现异常振动、弹簧断落前,滑环、碳刷发热温度只会更低。因碳刷过短、压力不够、接触电阻过大导致滑环、碳刷表面过热引起电腐蚀推论缺乏依据
3、2016-7-25 机组开机启动前,维修对#6发电机碳刷进行检查更换,过短碳刷已更换掉,碳刷长度也符合检修要求,开机后20多天碳刷磨损程度不太可能过快过短。据维修当时更换过#6机碳刷多根,当时发现有2个弹簧片断落,发现碳刷有轻微凹凸痕,但未告知控长、值长及相关专责,也未见记录;
4、今年以来#6机组频繁启停,机组连续运行时间很少超过一个月,每次停机均联系检修进行碳刷检查更换,复查换出旧碳刷表面光滑、未发现明显划痕。检修与运行共同把关,确认碳刷长短均符合要求,无卡涉现象。
5、运行中按定期工作规定要求每天进行发电机励磁滑环碳刷检查、清扫、更换,无发现弹簧及碳刷存在温度过热,冒火花等异常情况,碳刷表面磨痕光滑无异常。
  
  B、异物导致机械磨损原因推测:
      1、个别弹簧片质量不佳,导致运行中疲劳断裂脱落,因无弹簧力作用,碳刷表面有轻微磨痕,开机前未引起维修及运行足够重视。由于恒力弹簧缺失,碳刷压力为零,使其它碳刷上分担的电流增加,从而使滑环温度升高,碳刷和滑环温度升高,加剧弹簧片热疲劳。
  
  2、本次开机,再有弹簧片因质量不佳,导致运行中疲劳断裂脱落,并有碎片掉落卡在刷架与滑环之间,发生机械磨损,滑环产生明显磨痕。进一步导致碳刷振动加剧,弹簧断落,温度仍无明显升高过热,也无火花。此过程时间较短,为本次开机后出现,从碳刷出现凹槽磨损总个数仅为几个推断。
  
  3、弹簧片质量不佳,疲劳断裂脱落,碎片是导致发电机转子滑环发生机械磨损的主要原因。断落弹簧食物显示,断口不平整,有碎片掉落。
  
  4、碳刷质量不佳,含金钢沙等坚硬杂质也是导致机械磨损的一个原因。
  
  4 防范措施1、加强碳刷刷握维护,对弹簧片应定期检查更换,以防疲劳折断脱落;2、每次停机,检修用压缩空气吹扫滑环表面,以防碳粉积聚及受潮影响绝缘,检查更换相关碳刷,检查弹簧力是否足够,滑环、碳刷表面光滑程度;3、大小修期间,更换碳刷引线正负极,减少电腐蚀发生。为了使磨损均匀一些,对于滑环,因为正环电流由碳刷流向滑环,碳刷正极性,滑环负极性,故正环磨损小;同理,负环磨损大,故两环极性应经常调换。
  
  4、运行中加强检查,清扫更换碳刷,记录清楚,记录温度、振动及碳刷更换情况,现场张贴更换情况记录表。对温度异常升高的碳刷用直流钳表测量电流,确认碳刷电流分配是否平衡,及时调整。
  
  5、碳刷长短符合规范要求,避免因弹簧压力不够,接触不良而导致碳刷电流严重不平衡,甚至出现过热情形。
  
  5 发电机滑环磨损修复检查发电机滑环发现,靠近两滑环中部位置有磨损成W型形状,必须对#6发电机转子滑环凹凸痕进行处理,研究决定现场采取对发电机滑环表面进行车削打磨办法修复,确保滑环表面光滑平整。
  
  1、车削前准备工作1)车削前发电机要停止运行,为防止汽机大轴弯曲,每次停盘车时间不超过30min,并做好记号,下次停盘车要停在上次的180°位置。
  
  2)停盘车时拆除滑环小室、滑环支架并吊离支架平台。
  
  3)测量刀架尺寸,固定好刀架。采用焊接固定时,必须将地线先焊在台板上。
  
  4)测量滑环的椭圆度,确定滑环的车削深度。
  
  2、滑环的车削与打磨1)利用汽轮机冲转50±10%rpm,对每个环分别进行车削,车削时分为粗车和细车,粗车时每次进刀厚度小于0 . 8m m,细车时每次进刀厚度小于0 . 2m m,由于滑环是螺旋式,进刀时要缓慢均匀进行,并一次性进刀完成,中间不能停顿。
  
  2)打磨与抛光:滑环细车以后,要进行打磨及抛光,先用#0砂布进行粗磨,再用金相砂纸细磨,最后用麻绳进行抛光,为避免将滑环磨成椭圆,必须用麻绳裹住砂纸有两人对拉进行,直到抛光为止。
  
  经处理后,发电机转子滑环恢复正常光洁度,投入运行后碳刷无明显可见振动现象,温度、电流正常。
  
  6 经验教训1、风险意识不够,经验不足,在出现恒压弹簧片断裂情况后,简单处理,未作全面评估,导致缺陷加剧,为后续修复处理增加难度。
  
  2、运行维修对滑环电腐蚀发生缺乏监测判断手段,单顺依靠外观检查有无火花、温度是否过热等常规途径进行检查,对弹簧力是否足够无明确判断依据。
  
  7 结束语发电机一旦出现碳刷振动、磨痕明显现象,立即采取必要措施进行修复处理,即使是细微缺陷,也不能掉以轻心,存在麻痹心理,只有彻底消除隐患,才能确保机组安全运行。