发电机励磁碳刷事故分析和对策

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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200MW，发电机的励磁形式为它励，额定励磁电流1765A，励磁碳刷采用非恒压形式，主励每极32条碳刷，碳刷型号为　　D172HT-25×32×65，2000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-25×32×100。D172碳刷主

2、要参数见表1。表1D172碳刷主要参数长度L/mm摩擦系数k正压力P/Pa接触压降△E/v电流密度I/（A/cm2）额定电流I/A最高速度v/（m/s）电阻率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)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

3、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个刷握孔熔化。当时机房内温度35～40℃，有功负荷200MW，无功负荷90Mvar，励磁电流1650A。　　(2)2001-09-18，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140MW调整处理无效，解列停机。整个过程

4、约15min，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=I△E　　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-25×32×

5、100碳刷，用电桥法测量其电阻值为0.0012～0.0020欧，机组使用一段时间后更换下来，测得电阻值为0.0012～0.01欧，机碳刷事故停机后，拆下的碳刷测得电阻值为0.0012～0.3欧。　　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

6、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70m/s，发电机励磁滑环直径为445mm，折算后滑环表面园周速度为69.9m/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

7、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

8、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