发电机滑环冒火原因探讨及在线处理

【摘要】本文简述了我厂#1、2发电机滑环表面频繁灼伤以及滑环冒火现象的发生过程，对滑环表面灼伤及冒火的的原因进行了分析，对发电机滑环表面灼伤的在线处理及发电机滑环的运行和维护提出了自己的建议。

【关键词】发电机；滑环；灼伤；冒火；故障；处理

华能南京电厂现有2x320MW发电机组，发电机采用原苏联引进的水氢氢冷却机组，型号为TBB-320-2EY3，采用同轴旋转的交流励磁机（BT-4000-2Y3 1450KW）励磁，励磁机采用自励恒压方式，转子额定电流3500安培。2007年先后对#1、2机俄供滑环架及刷握进行国产化改造，更换为上海申克碳刷有限公司产品，碳刷选用法国罗兰LFC554型碳刷，滑环正负两极各安装8组刷握，每组刷握由6个碳刷组成，每极碳刷总数为48块，碳刷的平均额定电流为72.9A。滑环架改造后平稳运行一年多时间，未发生滑环冒火现象。自2009年1月23日#2发电机发生滑环冒火现象后，#1、2机发电机正负两极环滑多次发生滑环表面电弧灼伤引起滑环表面冒火现象。发电机滑环频繁冒火严重影响我厂#1、2发电机的安全稳定运行。

一、历次滑环表面灼伤及冒火情况处理

1、近一年来滑环表面灼伤冒火记录。#1机2012年2月至2013年3月，共发生11次，#2发电机共发生9次。

2、滑环表面灼伤情况

用频闪仪在线观察滑环表面状态，可以清楚地看到，冒火滑环表面出现4组共计24条与碳刷位置相一致的呈银白色的灼伤痕迹，稍有拖尾，拖尾方向与发电机转子转动方向相反，拖尾长度约5-15毫米，深度约为0.005-0.02毫米不等。对比各次滑环灼伤痕迹，各次灼伤程度各有不同，有时较轻，有时较重，灼伤较轻的，滑环冒火现象较轻经碳刷自行打磨后冒火现象消除，甚至有时灼伤后未造成冒火未被发现，滑环表面留下较为模糊的灼伤痕迹。

二、滑环冒火的一般原因分析

1.滑环表面受水汽、油气侵蚀，在滑环及碳刷表面产生油污，堵塞滑环通风孔，并有滑环表面 产生氧化膜，使碳刷接触电阻大大增加，使得碳刷温度升高，产生火花。

2.碳刷电流密度过大，造成碳刷发热。我厂发电机滑环在额定励磁电流下，每块碳刷的平均电流为72.91A，碳刷尺寸为32*25=800mm2，滑环有效接触面积为50%（风沟宽5mm，环宽5mm），电流密度为18.22A/cm2，实际上由于碳刷和滑环表面有一定和倾角，实际按触面积比计算面积稍大，电流密度应不大于18.22A/cm2。

3.碳刷在刷握中发生卡涩或者晃动。刷握内表面应表面光滑，碳刷在刷握内应能上下自由移动，无卡涩，其间隙应控制在0.20-0.30 mm。

4.刷握与滑环表面间隙过大。刷握与滑环表面间隙控制在2-3毫米，在安装刷握时应逐一复测间隙值，对不符合要求的刷握进行调整，调整时可使用厚度为2毫米的橡胶板垫在刷握与滑环表面之间，加螺牙防松胶后锁死固定螺栓，确保碳刷保险片与滑环表面的距离符合标准。

5.碳刷压力不均匀或不符合要求。在检修中应定期检查碳刷压力，可使用压力法测试各恒压弹簧压力，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5%，同一刷架上每个碳刷的压力应均匀。

6.运行人员巡检间隔时间较长或者检查不够仔细，未能及时发现碳刷发热及卡涩现象，造成发电机滑环温度高而冒火。

三、我厂发电机滑环冒火的原因分析

从我厂发电机滑环冒火的现象来看，各次滑环冒火的原因基本相同，从现场的各种测试数据和统计分析来看，我厂滑环冒火的表层原因是由于滑环表面灼伤拉毛，碳刷经过灼伤面时，碳刷与拉毛的集电环摩擦被灼伤面磨成粉末后沿切线方向飞出燃烧造成火花。只有彻底削除发电机滑环表面灼伤的发生条件，我厂发电机滑环冒火现象才能根本消除。我厂发电机滑环表面灼伤发生的频率较高，与正负级关联度不高，并且正（负）级发生灼伤时，均为半边24级同时灼伤，排除个别碳刷故障，基本锁定为共性原因造成。

根据我厂的运行实际以及故障前后的异动对比，我厂发电机滑环表面灼伤的原因有几下几种可能：

1.发电机碳刷压力整体偏小。

2.发电机刷握与碳刷的外尺寸配合不良，间隙偏小，在发电机转子振动时造成碳刷跟踪不及时，造成发电机滑环表面灼伤。

3.发电机转子瞬间振动值超标，发电机碳刷随振动的跟踪性能不足，碳刷不能及时与发电机滑环表面保持贴合，形成拉弧，造成发电机滑环表面电弧灼伤。

4.发电机滑环表面椭圆度超标。插装在刷靴上的刷握组和碳刷对滑环的角度发生变化，在滑环椭圆度超标的情况下，在振动、电流突变以及滑环架振动的共同作用下碳刷在刷握中产生跳动产生拉弧，造成滑环表面灼伤。

四、处理措施及效果

1.利用停机机会对滑环表面进行打磨抛光处理。目前发电机滑环经抛光打磨后，打磨抛光后测量椭圆度大部分在0.05-0.08mm之间（最大值仍达0.110mm），光洁度达到7以上。

2.对所有发电机刷握内壁进行检查，对表面不平之处进行打磨抛光处理，消除可疑卡涩点。

3.在更换前对发电机碳刷侧表进行打磨抛光，确保碳刷与刷握内壁的间隙控制在0.2-0.3毫米。

4.更换恒压弹簧，增加弹簧压力。由原来的140-160g/cm2，增加为为180-200g/cm2。

5.运行人员加强巡视，检查碳刷是否卡涩，电流是否平衡，并每班定期测量碳刷温度及滑环表面温度，一旦发现电电机滑环表面有轻微冒火现象就及时通知检修人员进行检查处理。

6.检修人员每周对发电机滑环表面进行检查，一旦发现发电机滑环表面有灼伤痕迹，就利用机组低负荷时段进行滑环在线打磨。

7.滑环在线打磨时应注意以下事项：

1）制作专用打磨支架，使用100目铁砂纸进行打磨，打磨时应用红外线成像仪监控进行监控，发电机滑环温度控制在120度以内。打磨时可加设强力风扇时行通风降温；2）打磨时，每张砂纸连续打磨时间不得超过3秒，打磨后及时更换新砂纸；3）打磨时，应作用频闪仪检查滑环表面打磨情况，确保滑环表面打磨适度；4）打磨完成后，应用金相砂纸进行抛光处理，抛光时要严格控制滑环表面温度；5）打磨结束后，应定期用红外线成像仪和频闪仪检查发电机滑环表面情况。

我厂发电机滑环经过以上处理措施后，发电机滑环工作情况良好，发电机滑环表面灼伤的频次大幅度下降，发电机滑环冒火情况经在线打磨后受到控制，发生的滑环冒火现象均得到及时处理，发电机滑环安全运行得到了有效的控制。

五、结束语

1、为什么火花烧灼造成的白浊化灼痕仅分布在滑环一侧的表面而不是沿圆周均匀分布？

2、为什么正负极一般不同时出现灼伤现象？

3、为什么发电机滑环改造后能平衡运行一年多，未发生灼伤现象，而在锅炉烟煤改造后频繁发生发电机滑环表面灼伤现象？

以上三个问题均未能找到合理的解释，希望此文能抛砖引玉，将此讨论深入下去。

作者简介

黄超，男，1974年生。1992年毕业于华北电力大学除尘输灰系统及其自动化专业，硕士，现在华能南京电厂从事电气一次检修及高压试验工作。