发电机励磁碳刷常见故障分析及预防对策

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1、发电机励磁碳刷常见故障分析及预防对策XXX电厂1，2号机组曾因励磁碳刷环火造成2次停机事故。机组容量300MW，发电机的励磁方式为它励，额定励磁电流1765A，励磁碳刷采用非恒压形式，主励每级32条碳刷，碳刷型号为D172HT—25×32×65，2012年5月5号机组大修增容改造时，励磁碳刷改为恒压形式，每级30条碳刷，碳刷型号为D172HT—25×32×100。D172碳刷主要参数见下表：长度L/mm摩擦系数K正压力P/Pa接触压降ΔE/V电流密度I/（A/cm2额定电流I/A最高速度V/（m/s）电阻率

2、p/Ω.m电阻值R/Ω659.8×25000.251.2512967012×10-60.001051009.8×25000.251.2512967012×10-60.001621事故经过（1）2012—5—10,08：00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10min，结果造成20个，碳刷刷辫烧断，4个刷握孔融化。当时机房内温度35~40℃，有功负荷200MW，无

3、功负荷90Mvar，励磁电流1650A。（2）2001—05—10，机房内温度35~40℃，2号机组有功负荷210MW，无功负荷87Mvar，励磁电流1550A，班中检查发现励磁负极中的一条碳刷断辫，滑环碳刷火化大，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140MW调整处理无效，解列停机。整个过程约15min，结果造成10个碳刷刷辫烧断，部分采取集电环及销钉固定孔烧化，“V”架部分销钉烧断。2引起碳刷烧断的原因碳刷发热由3部分组成：碳刷自身电阻发热，碳刷接触压降

4、发热和摩擦发热。碳刷自身电阻发热功率：W1=I2R碳刷接触压降发热功率：W2=I△E摩擦发热功率：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—25×32×100碳刷，用电桥法测量其电阻值为0.0012~0.0020Ω，电阻分散性不大；一部分碳刷在2号机组使用一段时间后更换下来，测得电阻值为0.0012~0.01Ω，即部分碳刷的电阻值增大了；2号碳刷事故停机后，拆下

5、的碳刷测得电阻值为0.0012~0.3Ω，电阻值的增大使碳刷的电阻发热增大。3.2碳刷卡阻碳刷通过电流后发热，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，会在刷握一测的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻，这几种心形式卡阻，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，弹簧压力明显减小，压

6、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70m/s，发电机励磁滑环直径为445mm，折算后滑环表面圆周速度为69.9m/s，碳刷在允许速度下运行，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减小。3.5滑环氧化膜的形成滑环氧化膜太厚，使碳刷接触面电阻大大增加，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

7、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，刷体的平均温度教低，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，碳刷磨短了或弹簧压力降低了，碳刷接触面的接触紧力减少，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

8、触压降，加上个别碳刷卡阻失效，碳刷处于弱平衡状态，事故时室内温度高，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2012年5月，2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