(神頭第二發(fā)電廠，山西 朔州 036011)
〔摘 要〕 神頭第二發(fā)電廠發(fā)電機(jī)運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)碳刷電流偏差大、部分碳刷電流密度長(zhǎng)期超限等異常，根據(jù)觀察、測(cè)量和對(duì)不同運(yùn)行工況的分析，找出了造成電流偏差大的主要原因。在采取相應(yīng)措施后，使該問題得到明顯好轉(zhuǎn)。
〔關(guān)鍵詞〕 碳刷；電流偏差；磨損
1 設(shè)備狀況
神頭第二發(fā)電廠2臺(tái)500 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定電流3 566 A，空載電流1 080 A。滑環(huán)制造直徑500 mm，最小直徑485 mm，每個(gè)環(huán)的碳刷數(shù)為36，碳刷尺寸32 mm×32 mm×64 mm，原捷克機(jī)組隨機(jī)所帶的碳刷型號(hào)F22、EN667，額定電流密度9.8 A/cm2(每個(gè)碳刷額定電流107.52 A)，采用兩排離心風(fēng)機(jī)冷卻。機(jī)組投產(chǎn)近10年，原捷克機(jī)組隨機(jī)所帶碳刷已經(jīng)用完，現(xiàn)用碳刷為中英合資上海摩根碳制品有限公司產(chǎn)品，型號(hào)為NCC 634，線速度78.5 m/s，電流密度6.3～10 A/cm2，摩擦系數(shù)0.25，體積密度1.28 g/cm3，碳刷壓力范圍0.21～0.42 kg/cm2，電壓降大于2.5 V。
2 碳刷的異常運(yùn)行狀況
(1) 碳刷電流偏差大，尤其是負(fù)極并聯(lián)運(yùn)行碳刷電流偏差較大，小時(shí)幾安培，大時(shí)會(huì)超過200 A。
(2) 碳刷磨損比較嚴(yán)重，從1999年度碳刷更換記錄中統(tǒng)計(jì)，2號(hào)發(fā)電機(jī)運(yùn)行5 386 h，使用周期大約2 160 h(3個(gè)月)。正常情況下，碳刷磨損標(biāo)準(zhǔn)是小于2.5 mm/kh，而我廠磨損達(dá)14 mm/kh，大約是標(biāo)準(zhǔn)的5.5～5.6倍。
(3) 刷辮長(zhǎng)期過熱變色，尤其是刷體與刷辮的連接鉚釘在運(yùn)行中全部變色。
(4) 發(fā)電機(jī)10瓦處油霧等有害氣體，造成刷架內(nèi)積粉塵較多。
(5) 刷握與刷架呈封閉型面接觸，運(yùn)行中無法徹底清理粉塵。
3 碳刷電流偏差大、磨損嚴(yán)重原因分析
3.1 碳刷方面
(1) 硬度：上海摩根合資產(chǎn)品與機(jī)組原碳刷相比硬度大，機(jī)械磨損嚴(yán)重。
(2) 碳刷本身電阻： 由于不同批次的碳刷混用，其電阻系數(shù)不一樣，運(yùn)行中造成碳刷溫升相差大，導(dǎo)致并聯(lián)碳刷的電流分配不均勻，不僅個(gè)別電流超標(biāo)，而且磨損增大。
(3) 刷體與刷辮的接觸電阻大(連接鉚釘、刷辮變色)造成碳刷溫度高。
3.2 刷握方面
訂做的一批刷握結(jié)構(gòu)與原配相比不規(guī)格，碳刷在刷握內(nèi)不能活動(dòng)自如：由于運(yùn)行中的碳刷并非36塊長(zhǎng)短完全一致，故彈簧壓力也各不一樣，而且壓力大小沒有工具測(cè)量，只能靠手感，很難保證彈簧壓力的標(biāo)準(zhǔn)；再者由于碳刷過熱會(huì)造成彈簧退火，使壓力減小，造成部分碳刷電流減小。
3.3 滑環(huán)方面
(1) 由于滑環(huán)在碳刷著火事故中曾進(jìn)行過切削和打磨，與原設(shè)計(jì)直徑500 mm相比小了許多，而整個(gè)刷架沒有做相應(yīng)改造，不利于有效接觸。
(2) 滑環(huán)的極性不能及時(shí)調(diào)整，對(duì)滑環(huán)磨損也很嚴(yán)重。
3.4 刷架方面
從部分碳刷與滑環(huán)接觸面可以看出，碳刷中心線并非完全垂直于滑環(huán)圓周切面，有一定的傾斜角度。傾斜勢(shì)必造成碳刷的接觸不良、彈簧壓力不一致，刷握與滑環(huán)表面距離不一致，碳刷有效接觸面有差別：刷架周邊有毛刺不光滑，易掛碳粉和粉塵，這都會(huì)造成碳刷電流偏差增大。
3.5 外界環(huán)境方面
滑環(huán)和碳刷裝置靠近發(fā)電機(jī)10瓦，存在油霧，影響碳刷和滑環(huán)的使用壽命。周圍空氣濕度影響滑環(huán)碳素薄膜的形成，從而影響碳刷的導(dǎo)電性能。
3.6 其它方面
滑環(huán)及碳刷的冷卻風(fēng)道不通暢，吹吸碳粉的功能不強(qiáng)，使得滑環(huán)冷卻云線溝內(nèi)有積碳粉現(xiàn)象。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度升高時(shí)，由于冷卻效果差，滑環(huán)與碳刷之間磨擦溫度升高，部分碳刷表面有燒灼現(xiàn)象，導(dǎo)電能力下降，引起電流偏差。
4 整治與效果
(1) 在機(jī)組中、小修時(shí)，對(duì)刷架進(jìn)行了精密的安裝，使每個(gè)刷握安裝孔與滑環(huán)切面垂直，保持滑環(huán)軸線與刷架的軸線同心。在機(jī)組每次停運(yùn)的時(shí)候，按照規(guī)定及時(shí)聯(lián)系檢修調(diào)換滑環(huán)極性，有效地控制了滑環(huán)的異常磨損。
(2) 要求生產(chǎn)廠家對(duì)原來碳刷的刷體與刷辮連接方式進(jìn)行改造，將原來的刷體與刷辮表面壓制連接改為刷辮嵌入刷體接觸，大大降低了刷體與刷辮的接觸電阻，從而降低了碳刷的連接鉚釘和刷辮溫度，由原來的近80℃降低到現(xiàn)在的65℃左右。
(3) 加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，特別是更換新刷塊和日常清掃刷握時(shí)，定量調(diào)節(jié)刷握彈簧壓力為一定值，雖然刷體長(zhǎng)短不一，并聯(lián)運(yùn)行的碳刷壓力卻保持一致，使碳刷的磨損有所降低，使用周期由原來的平均3 個(gè)多月延長(zhǎng)到目前的近6個(gè)月(參見表1)。
(4) 更換碳刷時(shí)，盡量使更換產(chǎn)品與運(yùn)行碳刷保持生產(chǎn)批次相同，尤其是在滑環(huán)的同一極上。保證每塊碳刷的電阻系數(shù)相同，使碳刷的電流分配均勻， 碳刷電流保持在75～125 A的允許運(yùn)行范圍內(nèi)，電流超標(biāo)的現(xiàn)象基本上得到了控制。
(5) 對(duì)更換的碳刷進(jìn)行打磨，使刷體與滑環(huán)的接觸面積在85%以上，排除了過去新更換時(shí)打磨不充分，導(dǎo)致刷體與滑環(huán)接觸面積小的弊端。
(6) 利用機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會(huì)，及時(shí)清理滑環(huán)和刷架上的粉塵，及時(shí)疏通刷架風(fēng)道，以保證碳刷及滑環(huán)的冷卻。
(7) 利用大、小修機(jī)會(huì)徹底整治了發(fā)電機(jī)10瓦漏油現(xiàn)象， 使碳刷裝置附近的油霧有了明顯的減少。
5 建 議
通過對(duì)影響碳刷正常運(yùn)行的有關(guān)因素進(jìn)行科學(xué)的整治后，運(yùn)行效果比以前有了較大的改善：大幅度地減少了碳刷的消耗數(shù)量(比原來降低22%)，節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用；碳刷電流偏差下降幅度明顯，確保了機(jī)組在大負(fù)荷、高氣溫的環(huán)境下長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行。此外，雖然目前中英合資上海摩根碳制品有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為NCC 634的碳刷已經(jīng)接近設(shè)備的要求，但是性能指標(biāo)并不能完全符合，在參考成本及排除進(jìn)口的前提下，建議進(jìn)一步研究國(guó)內(nèi)更適合500 MW捷制發(fā)電機(jī)的碳刷，以及實(shí)現(xiàn)周圍空氣濕度、清潔度的在線監(jiān)測(cè)，以保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 2003-04