发电机滑环小室着火原因分析及对策

发电机滑环小室着火原因分析及对策

石正洋 张云振

淮沪煤电公司田集发电厂 , 安徽淮南 232098

摘要： 集电环装置，其主要功能是将静止励磁电流提供给旋转的发电机转子绕组励磁电流的一种装置，它的主要结构有：滑环、刷握及刷架、电刷。发电机运行中滑环着火是非常严重的事故，会造成滑环烧毁、被迫停机，严重时还会造成人身伤害事故。通过分析此次滑环、电刷着火的经过和原因，提出对应防范措施，保证发电机集电环正常工作。

关键词：滑环；电刷；着火；原因；对策

1 设备概况

某发电厂装机量一期为4×330MW机组，二期为2×610MW机组，4台发电机为上海发电机厂设计制造，发电机励磁方式采用自并励静止励磁方式，滑环正负两极均装有8组刷握，每组刷握由6个电刷组成，正负极电刷共96个。

2 事情经过

2016年8月15日12：36某电厂值班员监盘发现发电机滑环小室进出口风温快速上升，同时汽机专业就地检查发现发电机滑环小室顶部及发电机励端处有大量明火冒出，滑环小室里也有大量明火，立即到机头打闸停机。12：39汽机打闸，炉MFT、发电机跳闸，厂用电自切成功。打闸后就地火势明显减小。立即组织人员灭火。进行发电机紧急排氢，发电机进行气体置换。13：18盘车投入，电流31A，大轴偏心66um。完成停机其它操作。

3 参数分析及现场检查情况

1）滑环小室进出口风温从12：31~12：36开始缓慢上升，从52/62℃上升至54/77℃，然后迅速上升，至12：38上升至121/150℃。打闸后逐渐下降。

2）12：30机组各主要参数：负荷600MW，发电机定子电流19.71KA，定子电压19.82KV，励磁电流4110A，励磁电压434V，机组无功281MVAR。以上参数均正常。（额定励磁电压462V，额定励磁电流4704A），12：36励磁电流开始小幅波动，励磁电压开始向上波动。12：37励磁电流向下降至3708A后又开始上升，12：37：14上升至最大4586A，又回落至4056A，12：37：17又开始波动。12：37励磁电压从470V突升至500V后又下跳至446V之后上升至500V，发电机跳闸后至0.

3）发电机线棒、铁芯及定冷水各温度均正常。

4）现场检查发现靠发电机侧（正极）部分刷握、电刷、滑环烧坏、刷架变形，负极处电刷及滑环等部件完好（图1）。

4 事件分析

1）从历史曲线分析：12：31滑环小室风温开始缓慢上升，在此之前各项参数均正常。

2）从现场摄像视频看，也是从12：31开始，滑环小室内出现小火光，然后逐渐变大并最终大量冒烟冒火， 12：39运行人员紧急停机后火势逐渐减小。

3）检修人员每两周检查一次集电环部分未发现异常。

针对此次事故发生的时间、经过，结合设备损坏情况，对事故发生的原因特作如下分析：

（1）对发电机使用的电刷进行检查，发现使用的电刷批次较多，型号不同。不同厂家的电刷成分不同电刷的电气、物理性能也不尽相同，摩擦系数大小也不一样，因此接触电阻、电气损耗和摩擦损耗也不尽相同。由于以上原因造成一些电刷接触不良，接触电阻增大，使电刷间电流的分配不均匀度变大引起电刷打火。电刷打火后开始发热，由于电刷的负温度效应，电刷的接触电阻变小，这样流过该电刷的电流将增加，如此恶性发展使电刷持续受热升温。同时电刷引线由于流过很大电流也发热升温。经过一段时间后温度达到电刷引线紫铜的熔点温度时电刷的引线烧断该组电刷退出运行。当故障极部分电刷引线烧断或受热变形卡涩退出运行后，正常运行的电刷将承担全部转子电流而出现过载现象导致其过热升温并重复上述电刷的恶化过程。随着电刷恶化程度的发展和数量的增加，电刷打火愈演愈烈，并形成环火产生很高的热量直至烧损电刷各部件。另外，电刷运行中突然卡塞导致电刷脱离滑环，也会致使其余电刷过流发热碎裂，拉弧放电。

（2）通过事故后检查发现正极滑环侧损坏非常严重，负极滑环侧完全正常。所以存在突发因素造成发电机正极处电刷与滑环接触严重不良，短时间内形成电弧，电弧高温作用造成滑环绝缘急剧下降，集电环和大轴被高温电弧烧坏。

由于发电机正负极集电环间风扇是采用向内吸风方式，且该厂设计上滑环小室靠密封瓦处隔板间隙较大，容易将灰尘、油气等吸入，造成风道堵塞，滑环及电刷的热量不能及时排出，致使电刷及滑环的温度升高，使电刷打火，电弧的高温会造成电刷氧化，导致接触不良；尤其当集电环表面温度过高时，导致电刷磨损加剧，碳粉积聚增加，有可能会堵塞滑环表面的散热通道，使得滑环温度急剧升高。

（3）密封瓦处的油气运行中附着在集电环表面，造成碳粉积聚，滑环通风散热性能降低，同时增大的接触电阻引起电刷发热增加，加上运行中电刷质量不良造成打火，短时间内电流成倍增加形成环火造成事故。

图1 烧坏的滑环及电刷

5 防范对策

根据此次故障的原因分析，以免类似故障再次发生，该厂运行、检修制定以下措施，以保障集电环安全、稳定、可靠运行。

5.1运行措施

加强巡回检查监督力度，每班继续按以下巡检要求对集电环部分进行检查并做好记录：

滑环表面无伤痕。

电刷边缘应完整,无剥落,其联接软线完整无过热断股现象。

电刷无严重磨损，电刷顶部仅高出刷盒顶部3mm时，应联系更换。

电刷无冒火。

电刷在刷盒内无摇动或卡涩现象，应能上下自由起落(一般间隙为0.1~0.2mm)。

滑环表面应无变色、过热现象，其温度不超过120℃;尤其应注意电刷发热情况,一般不超过120℃,最高不允许超过150℃，继续加强监视滑环小室进风温度、出风温度，发现异常及时汇报处理。

检查好后外罩门关闭，避免未经过滤的空气进入外罩。

若发现集电环轴承或发电机励端轴承有漏油，或者发电机励端漏氢，及时汇报处理。

5.2 日常维护措施

每两周按以下要求定期对集电环部分进行检查、维护并做好记录：

杜绝不同牌号电刷混用、禁止随意更换牌号、非正式厂家生产牌号或其他牌号电刷不使用。

电刷在磨损原长度1/2～2/3范围时更换，电刷更换前事先在与滑环等直径的磨具上研磨弧形面。每极滑环只允许同时更换1～2个电刷。

测量并记录集电环表面温度、电刷温度、刷辫温度；检查进、出风滤网是否堵塞，若堵塞，立即清理。

6 结束语

大型发电机电刷和滑环正常情况下，运行比较稳定，但电刷和滑环是发电机中动静接触和能量交换的设备，受多种因素影响，长期运行中，容易在电刷与滑环间发生着火。若运行、检修人员检查维护不当，可能会形成环火造成滑环电刷烧毁，机组非计划停运，对发电机本身也会产生危害，因此制定相应的对策显得尤为重要。

参考文献：

[1]原刚.600MW级火力发电机组集控运行典型规程范本【M】北京： 中国电力出版社 ，2009.6：178-181