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大型水輪發(fā)電機機組滑環(huán)裝置安全運行與分析

文檔作者：余維坤文檔來源：向家壩水力發(fā)電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月28日
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水力發(fā)電 第4O卷第10期
2014年10月
大型7卜輪發(fā)電機機組滑環(huán)裝置
安全運行與分析
余維坤
(向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓644612)
摘要：從碳粉吸收裝置、電刷設置、電流密度、滑環(huán)表面的氧化膜、螺旋線槽滑環(huán)等方面分析了大型發(fā)電機運行
過程巾滑環(huán)裝置過熱與電刷產(chǎn)生的火花的原因，總結了技術改進方法，并提出只要能在滑環(huán)表面有效形成氧化膜，
電刷應盡量降低電流密度以避免電刷過熱和出現(xiàn)火花。
關鍵詞：大型發(fā)電機；滑環(huán)裝置；過熱；電刷打火； 向家壩水電站
Safe Operation and Analysis of Slip Ring Device of Large Hydro—generator Unit
YU W eikun
(Xiangjiaba Hydropower Plant，Yibin 644612，Siehuan，China)
Abstract：The reasons of overheating and brush arcing of slip ring during the operation of large hydro--generator unit are analyzed
from the aspects ofbrush pow(1er col1eetion device,brush an'angemenk current density，oxide filnl on slip ring surface,spiral groove of
slip ring and the improvements are summarized．It is also suggested that the emTent density ofbrush should be decreased as much as
p(~ssible to avoid brush overheating and arcing ifthe oxide film can be formed on the surface ofslip ring．
Key Words：large generator；slip ring device；overheating；brush arcing；Xiangjiaba Hydropower Station
中圖分類號：TM312 文獻標識碼：A 文章編號：0559—9342(2014)10—0026—03
O 引言
向家壩水電站共裝設8臺單機容量為800 MW
的 水輪發(fā)電機組， 單機容量居曰前世界已投產(chǎn)
發(fā)電電站之白‘。向家壩水電站自首臺機組投運到
20l4 2 7月最后一白機組投運． 已歷時3年， 但
對機組運行狀態(tài)和規(guī)律的把握尚處存經(jīng)驗積累階
段 盡管技術是存?zhèn)鞒兄邪l(fā)展，但發(fā)電機單機容量
的不斷增大， 給電機設計 、制造及運行維護帶來了
一系列新的問題。機組滑環(huán)裝置在整個大型機組的
各項技術中難度相對較低，卻往往成為機組運行中
的·個制約岡索， 月．很多電廠都存在類似的困惑。
隨著大型機組的不斷增多．滑環(huán)裝置的設汁不斷改
進．但小少~JLfi投入運行后仍相繼lLiJ現(xiàn)滑環(huán)部位過熱
嚴 干¨電 0頻繁打火等問題，甚至』{l現(xiàn)停機事故。
向家壩水電站部分機組運行中滑環(huán)部分電刷
長期溫度較高． 滑環(huán)環(huán)而溫度部分已超過120℃
的標準。許伴有電刷火花現(xiàn)象。高溫會導致支持
rtie r Power ．40 10
絕緣子性能降低，危及機組的安全運行。向家±!j!
電廠在處理相關發(fā)電機部分缺陷的_1 作票中， 以
處理滑環(huán)部分過熱和電刷火花問題的居多。木文
就機組滑環(huán)裝置存電站近兩年的運行過程[}I 現(xiàn)
的現(xiàn)象進行分析．對滑環(huán)、電刷的一 相關fn1題
進行探討。
1 關于碳粉吸收裝置
電刷磨損后會產(chǎn)生很多碳粉，這些碳粉容易被
吸附在滑環(huán)和導電環(huán)的支撐絕緣件上．尤其是機組
受油器和滑環(huán)裝置布置在一起的機型， 鍬易引起轉
子一點接地或極間短路， 危及機組正常運行 還有
少量碳粉可能會從發(fā)電機上部結構蓋板的縫隙進入
發(fā)電機．隨風隨機被吸附存發(fā)電機內(nèi)部尤其足絕緣
收稿日期：2014—08一l4
作者簡介：余維坤(1963一)， 男， 湖南慈利人，高級I‘程師
}乏期從事水電站設備檢修管理和電氣一次設備檢修維護1．作．

水力發(fā)電 2014年10月
一旦出現(xiàn)電刷電流不均衡，則會形成惡性循環(huán)，一
個電刷首先產(chǎn)生火花，而后整組出現(xiàn)。運行中實測，
凡是出現(xiàn)火花的電刷組， 上、中、下3個電刷通過
的電流均不相等。左岸另～ 廠家的電刷布置如圖4所
示，略呈品字形分散布置，其實際運行溫度相對較低，
可避免上述問題，岡此這種結構是值得推廣的。
圖4 左岸機組的滑環(huán)電刷布置
3 關于電刷電流密度的選擇
從向家壩電站電刷產(chǎn)生火花的情況和其實際電
流密度來看， 電流密度與電刷出現(xiàn)火花密切相關。
對f 電刷 現(xiàn)火花與電刷電流密度的關系， 歷來有
同的認識， 設計單位普遍認為電刷電流密度數(shù)據(jù)
【 r以偏大． 如實際設計中選取10 A／o133 左右甚至更
高，但這是電刷的理淪沒汁通流密度，斤撲電刷
滑環(huán)接觸研的=交際接觸電流密度 判斷電刷是否夠
， 廊以運行的實際狀態(tài)和實際溫升為準。向家壩
電站機組電刷的設計電流密度偏大， 電刷生產(chǎn)廠家
推薦的載流密度為5．5～11 A／era ： 而設計給出的電
刷載流密度為9．6 A／cm2 實際經(jīng)核算，在額定lI 況
F其實際載流密度為13．7 A／era。． 遠超 電刷允許
載流密度， 此，機組運行中 現(xiàn)了電刷打火現(xiàn)象，
尼其是 機紺無功功率增加時， 電刷的火花明顯隨
之增加， |可以明確判斷電刷的設計電流密度不合
適。
4 關于滑環(huán)表面的氧化膜與電刷電流密度
氧化膜與電刷的設計電流密度密切相關?；h(huán)
在運行一段時間后， 由于與電刷的摩擦， 在其接觸
面上，有一層區(qū)別于金屬色本身的咖啡色或淺藍色
或褐色的薄膜， 色澤岡材質(zhì)而異，這就是氧化膜。
這層薄膜由兩部分組成．一是與基體金屬結合在一
起的金屬氧化物和氫氧化物，稱為氧化薄膜； 二是
碳素薄膜 主要由來自運行中電刷的極細小石墨粒
子干”雜質(zhì)(包括空氣中的水份)組成。氧化膜具有
一定的電阻，其對導電并不利(但對需要換向的電
機而言，它可以提高換向性能)，但它具有良好的潤
滑性能和減磨性能． 可降低刷、環(huán)之間的摩擦系數(shù)
和磨損， 也可降低電刷的抖動和噪音。集電環(huán)表面
氧化膜的形成需要一定的電流密度， 而氧化膜一一_日．
形成就長期存在了(是否已形成實際可以根據(jù)滑環(huán)
表面的顏色來判斷)。【大1此在機組運行前期如果沒有
達到滿負荷(指額定勵磁電流)運行時， 也可能無
法在滑環(huán)和電刷間有效形成氧化膜． 造成電刷磨損
嚴重，溫度較高，這時可以通過人為摘除少量電刷，
增加電刷電流密度。增加接觸面發(fā)熱以形成氧化膜
只要能形成良好的氧化膜， 電刷采剛低電流密度是
可行的，筆者認為．從長期運行可靠性考慮． 電Jfi；lj
的電流密度選擇以5～8 A／cm 為宦 ．
5 關于螺旋線槽滑環(huán)
大型水輪發(fā)電機的轉子滑環(huán)一般采用A3鋼或
35SiMn等制成?；h(huán)與電刷接觸表面的粗糙度應達
到Ra 0．8～1．6的要求。大型機組由于勵磁電流大，
集電環(huán)圓周表面采用了設計有阿基米德螺旋線槽的
環(huán)面形式，線槽沿著逆時針方向開鑿 機組順時
針轉動時，螺旋線槽向下旋，使碳粉向F，-tr增強散
熱、通風能力，避免累積碳塵。此類集電環(huán)存新建
電站中應川已經(jīng)較多，集電環(huán)表面殲線槽有利于滑
壞整體散熱，但是環(huán)面與電刷是動態(tài)接觸， 實際每
一個瞬間其接觸電流密度都達不到設計 計箅值的狀
態(tài)，這也是筆者認為在這種有線槽表面的結構rf1更
需要降低電刷電流密度的一個重要原『大l。閂前， 也
有大型機組采川非螺旋線槽的純網(wǎng)表面的滑環(huán)， 州
樣也取得良好的效果。
6 結語
造成滑環(huán)裝置過熱的原 還有彈簧 力小合適、
電刷在刷握內(nèi)是否靈 、電刷之間的導通能力是否
一致、集電環(huán)本身的特 及運行時的振動和 動等
本文就機組投入運行后出現(xiàn)的滑環(huán)部位過熱嚴匝干ll
電刷頻繁打火等問題進行了分析， 總結r¨{ 這
問題的主要原【大1及改進方法， 但除技術改進之外，
日常維護和檢查T作也是十分重要的， 尤其是高溫
季節(jié)和大發(fā)期間，應加強期對發(fā)電機滑環(huán)的紅外測
溫和成像檢查一1 I作，盡早發(fā)現(xiàn)過熱部位，及時消缺。
只要在缺陷初起時及時消除隱患．就能有效地避免
嚴重事故和故障的發(fā)生。 型水輪發(fā)電機組的安全
穩(wěn)定運行．對于發(fā)電廠和電網(wǎng)的安全至父重要。而
國產(chǎn)800 MW 巨型水輪發(fā)電機組的運行規(guī)律還需要
從多個方面做進一步的探討。
(責任編輯 焦雪梅)

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