发电机转子集电环及电刷烧损原因分析与防范.doc

发电机转子集电环及电刷烧损原因分析与防范何曙光(湖 发电机转子集电环及电刷烧损原因分析与防范 何曙光 (湖南湘潭发电有限责任公司, 湖南 湘潭 411102) 摘 要 对某厂 1 号发电机转子集电环在运行中发生环火烧损的情况以及处理过程进行 了简要的介绍, 并从电刷的工作特性以及发生环火起因进行了较为详细的分析, 最后提 出了防止发生此类故障的预防措施。 关键词 转子集电环; 电刷; 环火; 烧损 100820198 (2004) 0420041203 中图分类号 TM 31 文献标识码 B 文章编号 2002 年 9 月某厂 1 号发电机 (Q F SN —300—2 型汽轮发电机, 1997 年 12 月投产, 东方电机股份公 司制造) 在运行中集控发“转子一点接地”信号, 电 气运行人员迅速赶到 1 号发电机励磁机小间, 通过 窥视镜看见发电机转子刷架处出现环火, 火势较大, 2 m in 后 1 号机组振动大跳机, 环火造成了负极转 子集电环和刷架损坏。 1 发电机情况简介 1 号发电机是东方电机厂制造的 300M W 发电 机, 冷却型式为水—氢—氢, 即定子线圈为水内冷, 定子铁芯和转子氢冷。 1 号发电机励磁系统为三机 励磁系统, 自主励磁机定子出来的交流电经整流后, 通过发电机转子集电环和电刷接入转子绕组。 转子 集电环以热套型式固定在转子大轴上, 集电环下装 有绝缘套筒, 用其与转子本体隔离。 正负集电环之 间装有离心风扇, 抽出的热风经风扇正下方的风道 排至 6 m 处。每个集电环上有 36 只电刷, 电刷沿集 电环圆周近似均匀分布, 通过刷握、 铜支架安装在 刷架上, 刷架两端装有绝缘隔板。 发电机和主励磁 机集电环都采用恒压刷握、D 172 型号的电刷, 发电 机电刷共 72 块, 发电机额定励磁电流为 2 203 A 。转 图 1 转子集电环的结构示意图 图 2 电刷分布示意图 着铜渣。 该环在内圆孔的外侧边缘上 ( 靠发电机 子集电环的结构示意图见图 1 所示, 2 所示。 电刷分布见图 侧) 有约 20 mm 的缺口。 b. 发电机侧集电环的绝缘筒在外侧边缘烧出 转子集电环及刷架烧损情况 2 几个残缺的缺口, 缺口四周发黑已炭化。 有 1 处已 深入到集电环底下约 20 mm 。 面 上 已 出 现 一 片 烧 出 的 麻 点 面 上 已 出 现 一 片 烧 出 的 麻 点, 范 围 为 300 mm × 3 事故原因分析 3. 1 从电刷的工作特性分析 机组采用的是 D 172 型电化石墨电刷, 分别由 哈尔滨电刷厂和东新电刷厂生产的产品。 1 号发电 机转子集电环直径 5 410 mm 、 转速为 3 000 r?m in , 集 电 环 表 面 线 速 度 为 v = ΠD n = 3. 14 × 0. 41 × (见图 3)。 50 mm 。其内已烧出凹坑, 深约 1. 5 mm 3 000?60= 64. 37 m ?s, 未超过容许圆周速度值 (70 m ?s)。转子额定电流为 2 203 A , 每极有 36 只电刷, 所以电刷的电流密度为 2 203?( 36 × 2. 5 × 3. 2) = 7. 65A ?cm 2 , 未超过容许电流密度 (12 A ?cm 2 )。 集电环与电刷是通过滑动接触面来传递功率 的。 电刷的接触特性主要表现为瞬变的接触压降和 摩擦系数, 而接触压降和摩擦系数又和集电环表面 的线速度、 接触电阻、 电刷的电流密度以及加予电 刷上的压力等因素有关, 并主要反应在接触面的稳 定和各电刷的均流问题。 据有关资料介绍, 电刷和集电环在滑动接触时, 电刷下面的气流有抬起电刷的趋势, 也就是常说的 “气垫”现象, 由于电刷运行时的 “气垫”与 “吸 附”作用, 导致电刷与集电环接触面积变化。 由于 各块电刷在集电环上滑动条件各不相同, 这样电刷 抬起的程度不一致, 从而造成各块电刷接触电阻的 差异, 引起并联电刷之间的电流分布不均匀, 破坏 了滑动接触的稳定性。 当然, 虽然机组集电环上开 有螺旋槽, 在理论上可以减少或消除 “气垫”与 “吸附”效应, 但在实际上这 2 种效应带来的影响还 是不同程度存在的。 电刷还有一个重要特性, 即所谓的 “负温度特 性”。随着电刷温度的增高, 它的接触电阻反而降低, 在 80～ 100 ℃时最低, 当温度超过 100 ℃时, 接触 电阻又急剧增加。 这对于接触面的稳定和各电刷间 的均流极为不利。如果当某块电刷进入不正常状态, 并开始发热, 由于负温度效应, 电刷的接触电阻反 而减少, 这样,