石门坪水电站发电机碳刷打火处理改造

张超（甘肃电投大容电力有限责任公司，甘肃兰州730000）



石门坪水电站发电机碳刷打火处理改造

张超
（甘肃电投大容电力有限责任公司，甘肃兰州730000）

摘要：石门坪水电站自投运后，频繁出现碳刷打火、滑环温度过高的现象，本文分析了石门坪水电站碳刷打火的主要原因，提出了处理改造办法，对相关电厂设备的安全运行有一定的借鉴意义。

关键词：石门坪水电站；碳刷；打火；处理；改造

1概述

石门坪水电站位于甘肃省甘南州舟曲县两河口以东石门坪村白龙江干流上，电站以发电为主，为无调节引水式电站，总装机15 MW，由首部枢纽、引水系统、地面发电厂房、开关站等主要建筑物构成，设计引水流量126 m3/s。厂内装有3台立轴轴流定浆式水轮发电机组，单机容量5 MW，生产厂家为杭州力源发电设备有限公司，枢纽正常引水位1222.00 m，设计洪水位1 223.00 m，前池设计水位1 222.51 m。电站以一回35 kV电压接入舟曲两河口110 kV变电所。电站于2006年5月投产。

2发电机主要技术参数及故障现象

2.1发电机组主要技术参数

发电机型号：SF-5MW-32/4250

发电机型式：立轴、三相、封闭空冷同步发电机

结构形式：悬式

额定容量MVA/MW：6.25 MW/5 MW

额定电压：10.5 kV

额定电流：344 A

额定功率因数（滞后）：0.8

频率：50 Hz

相数：3

接法：Y

额定转速：187.5 r/min

飞逸转速：465 r/min

额定励磁电压：127 V

额定励磁电流：375 A

2.2故障现象

石门坪水电站自2006年投产发电后，3台机组发电机集电环碳刷在实际运行中均存在不同程度的打火现象，经过多次检修处理，仍达不到预期效果。3台机组集电环上滑环或下滑环碳刷火花接近2级，自电站投产以来一直带病运行，特别在夏季，满负荷运行时刷握温度达到97℃，电站不得不经常停机消缺，影响机组正常运行。

发电机碳刷打火、过热是常见故障之一，若不及时消除。可导致发电机滑环形成环火，对发电机组运行造成直接威胁，严重时被迫停机。

为了消除故障，在机组检修期间，对发电机转子滑环、碳刷、刷架以及刷握进行了仔细地检查，检查、测量结果如下：

（1）滑环表面有较严重的黑痕和灼痕，用酒精等清洗液擦洗无法消除；

（2）碳刷与刷握间隙配合不当，运行中碳刷不够灵活，导致碳刷受力及电流分布不均；

（3）测量刷握安装距离为8～10mm，不符合标准；

（4）测量滑环摆度为15～18 μm，满足运行要求。

3故障原因分析

造成发电机组碳刷打火现象的主要原因有以下几点：

（1）使用的碳刷非同一型号；

（2）碳刷的压力不同，造成碳刷与滑环的接触电阻不一样，致使同极滑环上不同碳刷间电流不均，部分碳刷电流过大；

（3）压簧对碳刷压紧程度不够使得碳刷不能和集电环充分接触；

（4）集电环不光滑不同心在与碳刷摩擦时出现摩擦不均匀。

基于以上分析，在年度检修时，对集电环进行了车削加工处理，对碳刷进行了全部更换，运行初期没有出现碳刷打火现象，但运行了一段时间后，又出现了碳刷打火现象，问题没能得到彻底解决，说明碳刷打火的主要原因不是滑环表面不光滑造成的。

经过多次反复处理，结合多年实践经验，证明发电机组滑环的震动、摆度符合技术要求，滑环表面不平整不是碳刷打火的关键原因，即便是进行车削或打磨只能减缓打火现象，不能彻底解决问题。

对于碳刷打火问题，又做了进一步的观察分析，发现石门坪电站原使用的碳刷刷握是铝制刷握，其熔点较低，由于机组运行中刷握受热膨胀导致变形，致使碳刷有卡死在刷握中的现象，使得碳刷在刷握中浮动不灵活，从而影响了碳刷与滑环的接触，导致励磁电流分配不均匀，另外又对碳刷的阻值进行了测量，电站碳刷型号虽然一致，但由于其存在阻值上的差异，存在同极上碳刷间电流分配也不均匀，造成碳刷打火。电站原使用的压簧为U型压簧，这种压簧存在压力不均的缺点，压簧压力过大，会造成碳刷的机械磨损增大，弹簧压力过小，虽然碳刷与滑环间摩擦小了，但接触不良又容易产生火花。

4处理改造

经过观察分析，决定通过采取以下方法来解决碳刷打火的问题：①增加碳刷数量；②采用单簧恒牙铜质刷握；③调换发电机励磁大线正负极接线。

4.1增加碳刷

石门坪电站SF-J5000-32/4250型发电机机组励磁电压为127 V，电流为375 A，转速为187 r/min，发电机组滑环每极装有8个碳刷，根据运行情况分析，将现在的每极8个碳刷增加至每极10个碳刷，通过增加碳刷数量来增大接触面，以降低滑环的运行温度。

4.2运行参数进行压力核算，采用单簧恒压铜制刷握

对石门坪电站碳刷运行参数进行压力核算，重新设计结构合理的配套刷握，单簧恒压铜制刷握结构合理、受力均匀、安装简便，成本较低，运行可靠。于是将原铝制刷握全部更换为单簧恒压铜制刷握，设计运行压力1.45 kg（可根据运行效果随时进行调校）。因为铜制刷握的熔点较高，不易变形，同时采用单簧恒压压簧，可从根源上解决压力不均的问题。根据刷握尺寸选择碳刷，不同厂家、不同型号的碳刷成分构造不同，磨损率也不同，选择同一种碳刷可以减少碳刷自身磨损率的不均衡，最后采用优质的D104碳刷，降低磨损率，平衡碳刷电阻值。

4.3励磁大线正负极性调换

发电机负极碳刷在运行中比正极碳刷磨损大，根据电站运行情况，结合机组大修，对励磁大线正负极性进行了调换，以保持两极碳刷磨损量的平衡。

5结束语

在发电机运行时，应经常注意滑环表面是否良好，碳刷在刷握内浮动是否正常，碳刷的温度及噪音是否正常，若有异常，应及时分析处理。

石门坪水电站碳刷打火现象经改造处理后，通过长时间运行证明，该结构碳刷接触良好，碳刷打火现象消除，运行期间滑环温度为50℃～65℃之间，刷握温度正常，碳刷的磨损速度也减小了，检修维护工作量大大减少，也说明了我们的分析判断是正确的，只要滑环的摆度和振动是正常的，碳刷打火和滑环温度过高通过处理滑环表面是不能解决根本问题的，要多方查找原因，找到问题的根本所在才能真正解决问题。同时也为机组碳刷打火及滑环温度过高的缺陷处理积累了可借鉴的经验，为其他机组检修提供了依据。

作者简介：张超（1973-），男，工程师，从事水电厂电气设备检修与技术管理工作。

收稿日期：2015-12-17

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.019

中图分类号：TM312

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2016）03-0063-02