1、发电机励磁碳刷事故分析和对策摘要 分析了沙角 A 电厂 200MW 汽轮发电机碳刷烧损事故的原因，介绍了改进碳刷维护管理的措施。 关键词 碳刷事故；发热；电流平衡；措施 沙角 A 电厂 1，2 号机曾因励磁碳刷环火造成 2 次停机事故。机组容量 200 MW，发电机的励磁形式为它励，额定励磁电流 1 765 A，励磁碳刷采用非恒压形式，主励每极 32 条碳刷，碳刷型号为 D172HT-253265，2000 年 6 月 2 号机组大修增容改造时，励磁碳刷改为恒压形式，每极 30 条碳刷，碳刷形号为 D172HT-2532100。D172 碳刷主要参数见表 1。 表 1 D172 碳刷主要参数长
2、度L/mm摩擦系数 k正压力P/Pa接触压降E/v电流密度I/（A/cm 2）额定电流 I/A最高速度v/（m/s）电阻率p/.m电阻值R/65 9.82500 0.25 1.25 12 96 70 1210-6 0.00105100 9.82500 0.25 1.25 12 96 70 1210-6 0.001621 事故经过 (1) 2001-06-29T08:00 交接班检查 1 号机组碳刷无火花机，14:45 检查发现主励磁机负极滑环碳刷环火，减负荷和减励磁电流、调整处理无效，碳刷刷辫相继发红烧断，并伴有弧光，14:55，值长令解列停机，事故过程约 10 min，结果造成 20 个碳刷
3、刷辫烧断，4 个刷握孔熔化。当时机房内温度 3540，有功负荷 200 MW，无功负荷 90 Mvar，励磁电流 1 650 A。 (2) 2001-09-18，机房内温度 3540，2 号机组有功负荷 210 MW，无功负荷 87 Mvar，励磁电流 1 550 A，班中检查发现励磁负极的其中一条碳刷断辫，滑环碳刷火花大，取出该组(3 条)碳刷更换，滑环环火，并发现其它碳刷相继发红断辫，减励磁电流，有功减至 140 MW 调整处理无效，解列停机。整个过程约 15 min，结果造成 10 只碳刷刷辫烧断，部分采集电环及销钉固定孔烧化，“V”架部分销钉烧断。 2 引起碳刷发热的因素 碳刷发热由
4、3 部分组成：碳刷自身电阻发热，碳刷接触压降发热和磨擦发热。 碳刷自身电阻发热功率：W1=I2R 碳刷接触压降发热功率：W2=IE 磨擦发热功率：W3=Fv 其中：I流过碳刷的电流； R-碳刷电阻； E-接触压降； F-碳刷压紧力； v- 碳刷与滑环的相对运动速度。 3 碳刷发热的原因 3.1 碳刷使用过程中电阻值逐渐增大 将购买的 500 条 D172HT-2532100 碳刷，用电桥法测量其电阻值为0.00120.0020 欧，机组使用一段时间后更换下来，测得电阻值为 0.00120.01欧，机碳刷事故停机后，拆下的碳刷测得电阻值为 0.00120.3 欧。 3.2 碳刷卡阻 碳刷通过电流
5、后发热，刷体膨胀，易卡在刷握，这时拉动刷辫感觉很紧；部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因，会在刷握一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻，这几种形式卡阻，用钳表仍可测得电流，容易被误导(刷辫 处磁场较强，测量方法不同，钳表测得数值误差大，测量值只作定性分析)，碳刷却已经失效，致使其它碳刷分配的电流增加，电阻发热增加。 3.3 碳刷压力减小 非恒压碳刷，压紧弹簧后碳刷接触压降小，发热少，在碳刷磨短后，弹簧压力明显减少，压力小到一定程度，接触不稳定，接触压降增大，接触压降发热明显增加。 3.4 碳刷接触面形成气膜 D172 碳刷最大圆周速度为 70 m/s，发电机励磁滑环直径为 445 mm，折算后滑环
6、表面园周速度为 69.9 m/s，碳刷在允许最大速度下运行，很容易在碳刷接触面产生气膜和跳动，流过碳刷的电流不稳定。在滑环表面开凹槽和磨花碳刷接触面可破坏气膜。但开凹槽使碳刷实际的接触面积减小。 3.5 滑环氧化膜的形成 滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻大大增加，励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上。 3.6 电流平衡的破坏 一般情况下，非恒压弹簧碳刷新换上和压紧弹簧，碳刷与滑环接触面的接触紧力较大，即接触压降小，所有 32 条碳刷工况相近，每条碳刷的电流接近相等，刷体的平均温度较低，碳刷间电流相对稳定平衡(称作强平衡)。运行一段时间后，碳刷的磨损量相近，但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因素，碳刷磨
7、短了或弹簧压力降低了，碳刷接触面的接触紧力减小，碳刷间电流二次再分配，每条碳刷的电流差别增大，处于不稳定平衡(称作弱平衡)。这个阶段时间长，逐渐变化，不容易引起警觉。当环境温度升高或励磁电流增加时，随时可造成弱平衡破坏。 4 碳刷事故原因 滑环表面形成了一定厚度的氧化膜，增大了碳刷的接触压降，加上个别碳刷卡阻失效，碳刷处于弱平衡状态，事故时室内气温高，机组负荷加满，励磁电流增加，碳刷间弱平衡破坏，个别碳刷电流迅速增大，严重过热，刷体发红膨胀卡死，大电流转移到其它碳刷，并相继出现膨胀卡死，滑环环火恶性发展，使得短时间内大量碳刷刷辫烧断。 5 关于 2 号恒压励磁碳刷事故 2000 年 6 月，2
8、 号机组大修时将刷架改为恒压励磁刷架，主励磁机每极碳刷由 10 组“V”架组成，每个“V”架装 3 条碳刷， “V”架与集电环靠一根销钉转动 90。卡接， “V”架两侧面与集电环面接触通过电流。 5.1 “V”架销钉磨蚀 “V”架销钉磨蚀有 2 种，一种是电流流经销钉产生腐蚀，另一种是销钉与“V” 套径向线接触， “V”架与“V”套接触紧力使销钉产生应力磨损。 5.2 “V”架与集电环接触不好 “V”架与集电环“V”套配合差，虽然装配要求接触面大于 80%，实际上达不到要求， “V”架装上后前后左右可晃动，造成“V” 架两侧面很多烧伤弧坑。 5.3 弹簧压力不足 恒压弹簧压力不足，用手拉动励磁
9、弹簧，可明显感觉不同弹簧的压力差异，且弹力比其它机组非恒压弹簧小很多，由于弹簧压力不足，刷握和碳刷加长增加了碳刷侧面磨擦阻力，碳刷被阻在握内。 上述缺陷增加了 2 号机碳刷事故的几率，而 2 号机事故当时取出 1 组碳刷更换则加剧了碳刷弱平衡的破坏。 6 改进维护处理措施 (1) 将消除碳刷火花的被动管理形式改为控制 碳刷电流分配和温度的主动管理形式。在生产现场配备直流钳表和测温表，每班测量和掌握每个碳刷电流和温度，碳刷电流控制在 1090 A，刷体温度控制在不大于 80，及时消除电流不平衡、气膜、氧化膜、卡阻等因素，保证碳刷在强平衡状态工作。有条件时，专人负责碳刷的维护更换工作跟踪，效果会更
10、好。 (2) 出现个别碳刷断辫，可先减小励磁电流；出现环火，则大量减小励磁电流，调整碳刷电流平衡后再换碳刷。 (3) 规定碳刷磨损掉 1/3，必须更换，每月更换碳刷不少于 20 条，月更换量达到30%，消除碳刷太短、电阻值变大、卡阻、阶梯形四面体等现象。 (4) 在“V” 架导电两侧面涂导电脂，消除紧力不足引起的导电不良。定期检查“V”架销钉和紧力，定期检查弹簧压力。 7 结 论 采取上述措施以后，3 台机组励磁碳刷实现了无火花、刷辫无变色、无断辫运行，先后及时消除了个别碳刷小电流(卡阻) 以及 3 号主励磁碳刷正极一周 8 只碳刷无电流(机端盖渗油引起)问题。从一段时间的运行情况看，不论是变压弹簧还是恒压弹簧，碳刷维护管理从控制碳刷无火花改为碳刷状态平衡控制，较好地实现了强平衡状态运行目的，避免了人为因素的影响。2 号机由于设备先天不足，虽然个别碳刷小电流现象经常出现，电流平衡问题仍得到较好控制。
