石門坪水電站發電機碳刷打火處理改造

張超（甘肅電投大容電力有限責任公司，甘肅蘭州730000）

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石門坪水電站發電機碳刷打火處理改造

張超
（甘肅電投大容電力有限責任公司，甘肅蘭州730000）

摘要：石門坪水電站自投運后，頻繁出現碳刷打火、滑環溫度過高的現象，本文分析了石門坪水電站碳刷打火的主要原因，提出了處理改造辦法，對相關電廠設備的安全運行有一定的借鑒意義。

關鍵詞：石門坪水電站；碳刷；打火；處理；改造

1概述

石門坪水電站位于甘肅省甘南州舟曲縣兩河口以東石門坪村白龍江干流上，電站以發電為主，為無調節引水式電站，總裝機15 MW，由首部樞紐、引水系統、地面發電廠房、開關站等主要建筑物構成，設計引水流量126 m3/s。廠內裝有3臺立軸軸流定漿式水輪發電機組，單機容量5 MW，生產廠家為杭州力源發電設備有限公司，樞紐正常引水位1222.00 m，設計洪水位1 223.00 m，前池設計水位1 222.51 m。電站以一回35 kV電壓接入舟曲兩河口110 kV變電所。電站于2006年5月投產。

2發電機主要技術參數及故障現象

2.1發電機組主要技術參數

發電機型號：SF-5MW-32/4250

發電機型式：立軸、三相、封閉空冷同步發電機

結構形式：懸式

額定容量MVA/MW：6.25 MW/5 MW

額定電壓：10.5 kV

額定電流：344 A

額定功率因數（滯后）：0.8

頻率：50 Hz

相數：3

接法：Y

額定轉速：187.5 r/min

飛逸轉速：465 r/min

額定勵磁電壓：127 V

額定勵磁電流：375 A

2.2故障現象

石門坪水電站自2006年投產發電后，3臺機組發電機集電環碳刷在實際運行中均存在不同程度的打火現象，經過多次檢修處理，仍達不到預期效果。3臺機組集電環上滑環或下滑環碳刷火花接近2級，自電站投產以來一直帶病運行，特別在夏季，滿負荷運行時刷握溫度達到97℃，電站不得不經常停機消缺，影響機組正常運行。

發電機碳刷打火、過熱是常見故障之一，若不及時消除。可導致發電機滑環形成環火，對發電機組運行造成直接威脅，嚴重時被迫停機。

為了消除故障，在機組檢修期間，對發電機轉子滑環、碳刷、刷架以及刷握進行了仔細地檢查，檢查、測量結果如下：

（1）滑環表面有較嚴重的黑痕和灼痕，用酒精等清洗液擦洗無法消除；

（2）碳刷與刷握間隙配合不當，運行中碳刷不夠靈活，導致碳刷受力及電流分布不均；

（3）測量刷握安裝距離為8～10mm，不符合標準；

（4）測量滑環擺度為15～18 μm，滿足運行要求。

3故障原因分析

造成發電機組碳刷打火現象的主要原因有以下幾點：

（1）使用的碳刷非同一型號；

（2）碳刷的壓力不同，造成碳刷與滑環的接觸電阻不一樣，致使同極滑環上不同碳刷間電流不均，部分碳刷電流過大；

（3）壓簧對碳刷壓緊程度不夠使得碳刷不能和集電環充分接觸；

（4）集電環不光滑不同心在與碳刷摩擦時出現摩擦不均勻。

基于以上分析，在年度檢修時，對集電環進行了車削加工處理，對碳刷進行了全部更換，運行初期沒有出現碳刷打火現象，但運行了一段時間后，又出現了碳刷打火現象，問題沒能得到徹底解決，說明碳刷打火的主要原因不是滑環表面不光滑造成的。

經過多次反復處理，結合多年實踐經驗，證明發電機組滑環的震動、擺度符合技術要求，滑環表面不平整不是碳刷打火的關鍵原因，即便是進行車削或打磨只能減緩打火現象，不能徹底解決問題。

對于碳刷打火問題，又做了進一步的觀察分析，發現石門坪電站原使用的碳刷刷握是鋁制刷握，其熔點較低，由于機組運行中刷握受熱膨脹導致變形，致使碳刷有卡死在刷握中的現象，使得碳刷在刷握中浮動不靈活，從而影響了碳刷與滑環的接觸，導致勵磁電流分配不均勻，另外又對碳刷的阻值進行了測量，電站碳刷型號雖然一致，但由于其存在阻值上的差異，存在同極上碳刷間電流分配也不均勻，造成碳刷打火。電站原使用的壓簧為U型壓簧，這種壓簧存在壓力不均的缺點，壓簧壓力過大，會造成碳刷的機械磨損增大，彈簧壓力過小，雖然碳刷與滑環間摩擦小了，但接觸不良又容易產生火花。

4處理改造

經過觀察分析，決定通過采取以下方法來解決碳刷打火的問題：①增加碳刷數量；②采用單簧恒牙銅質刷握；③調換發電機勵磁大線正負極接線。

4.1增加碳刷

石門坪電站SF-J5000-32/4250型發電機機組勵磁電壓為127 V，電流為375 A，轉速為187 r/min，發電機組滑環每極裝有8個碳刷，根據運行情況分析，將現在的每極8個碳刷增加至每極10個碳刷，通過增加碳刷數量來增大接觸面，以降低滑環的運行溫度。

4.2運行參數進行壓力核算，采用單簧恒壓銅制刷握

對石門坪電站碳刷運行參數進行壓力核算，重新設計結構合理的配套刷握，單簧恒壓銅制刷握結構合理、受力均勻、安裝簡便，成本較低，運行可靠。于是將原鋁制刷握全部更換為單簧恒壓銅制刷握，設計運行壓力1.45 kg（可根據運行效果隨時進行調校）。因為銅制刷握的熔點較高，不易變形，同時采用單簧恒壓壓簧，可從根源上解決壓力不均的問題。根據刷握尺寸選擇碳刷，不同廠家、不同型號的碳刷成分構造不同，磨損率也不同，選擇同一種碳刷可以減少碳刷自身磨損率的不均衡，最后采用優質的D104碳刷，降低磨損率，平衡碳刷電阻值。

4.3勵磁大線正負極性調換

發電機負極碳刷在運行中比正極碳刷磨損大，根據電站運行情況，結合機組大修，對勵磁大線正負極性進行了調換，以保持兩極碳刷磨損量的平衡。

5結束語

在發電機運行時，應經常注意滑環表面是否良好，碳刷在刷握內浮動是否正常，碳刷的溫度及噪音是否正常，若有異常，應及時分析處理。

石門坪水電站碳刷打火現象經改造處理后，通過長時間運行證明，該結構碳刷接觸良好，碳刷打火現象消除，運行期間滑環溫度為50℃～65℃之間，刷握溫度正常，碳刷的磨損速度也減小了，檢修維護工作量大大減少，也說明了我們的分析判斷是正確的，只要滑環的擺度和振動是正常的，碳刷打火和滑環溫度過高通過處理滑環表面是不能解決根本問題的，要多方查找原因，找到問題的根本所在才能真正解決問題。同時也為機組碳刷打火及滑環溫度過高的缺陷處理積累了可借鑒的經驗，為其他機組檢修提供了依據。

作者簡介：張超（1973-），男，工程師，從事水電廠電氣設備檢修與技術管理工作。

收稿日期：2015-12-17

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.019

中圖分類號：TM312

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）03-0063-02