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摘要:本文以国产东方汽轮发电机QFSN一660一2一22B为例,主要分析了大型汽轮发电机励磁滑环磨损的原因及危害,并提出了大型汽轮发电机励磁滑环损坏的修复及预防措施。
关键词:大型汽轮发电机;励磁滑环;磨损;原因;危害;修复;预防;
某电厂安装了二台东方660MW汽轮发电机,型号QFSN一660一2一22B,功率为660MW,励磁电流为4673A。由于技术缺乏,维护不当,发热高达120℃,滑环磨损严重,滑环同心度偏差1.58毫米,随时都有转子失磁停机的危险。问题长期未能解决,运行中不得不人为停机,对滑环磨削加工,整个过程用了七天,维修费用及发电减少量较大。滑环的正常磨损周期一般为十年,这两台发电机运行了三年就不得不停机处理滑环。因此为了确保发电机的正常运行以及延长发电机的使用期限,必须加强对励磁滑环磨损后的修复及预防措施进行分析。
1.大型汽轮发电机励磁滑环磨损原因及其危害性
QFSN一660一2一22B型汽轮发电机励磁滑环用特种钢制成,其硬度大,耐磨损。滑环有两个,分别通过碳刷滑动连接励磁电源的正负极,直流电通过碳刷滑环引入到高速旋转的转子绕组中去。滑环是园筒状,表面有小槽,轴向有斜向小孔,这种结构便于散热。滑环有内外两环组成,内外两个环之间是云母绝缘层,外环通过导电螺栓与转子励磁引线连接。两滑环之间有风扇,不断冷却滑环,使其不发热超标。
大型汽轮发电机励磁滑环磨损是不可避免的正常现象。但磨损过快是一种非正常现象。其磨损原因有以下方面。
1.1纯机械磨损。大型汽轮发电机的励磁碳刷装在刷握内,通过恒压卷式弹簧压紧滑环。滑环表面有散热沟槽,沟槽的存在使碳刷与滑环相互嵌入,运转时相互摩擦形成磨损。现在常用的是摩根石墨碳刷NCC634,导电性及润滑性很好,与滑环摩擦形成光滑的镜面,相互磨损都很小。但如果碳刷质量不好,碳刷内有硬质颗粒或其它粗糙颗粒,会对滑环形成划痕,加快碳刷与滑环的磨损。
1.2碳刷的电气磨损和机械磨损的交织作用,造成滑环磨损过快。QFSN一660一2一22B汽轮发电机的直流励磁额定电流为4673安培,每块碳刷要通过100安培电流。这种电流通过多组碳刷并联传给滑环。由于滑环与碳刷相对运动,碳刷晃动使与滑环的接触面存在部分微小间隙,间隙中出现电弧放电,电弧产生的高温灼伤了接触面,使接触面变得粗糙,碳刷与滑环的高速相对运动(转速3000转/分钟)使滑环磨损更快了。励磁电流是直流电,滑环通过电刷与励磁电流正负极相连,但由于在直流电的电解特性作用下,与正极碳刷相连滑环磨损量小,而与负极碳刷相连的滑环磨损量大。为了使两滑环均匀磨损,要定时变换励磁电流的极性。
1.3日常维护更换碳刷时,不研磨接触面,接触面积小,出现碳刷和滑环打火发热。
1.4更换碳刷时,碳刷与刷握间隙大时,碳刷因晃动产生电弧和热量。间隙过小时,碳刷与刷握烧结在一起,碳刷与滑环分离,不导电,引起其它碳刷因电流过大而打火发热。
1.5碳刷的型号不同,质量不同时,混用在一起,会引起碳刷电流分配不均,引起碳刷打火发热。
1.6恒压弹簧失去恒压性能时,碳刷受力不均,从而引起电流不均,引起碳刷打火发热。
1.7碳刷质量不好,内含有硬性杂质颗粒,会磨损滑环,使滑环磨损加剧。
1.8各种原因引起的发电机转子振动,使碳刷跳动产生电弧,引起滑环磨损。
1.9环境大气中,水分,盐分及有害气体腐蚀滑环,使滑环粗糙而磨损量大。碳刷和滑环在实际中因各种原因引起的发热,打火,会引起滑环接触面粗糙而磨损加快。如果维护周到,碳刷与滑环的打火和发热控制在允许范围內,滑环的磨损量会小些,滑环十年内都可正常工作,不需车削加工。
2.大型汽轮发电机励磁滑环损坏的修复措施
滑环出现同心度超标,表面粗糙,日常运行中,出现发热打火,并且状况继续恶化,就必须停机处理。滑环可采用车床加工使其光滑同心。QFSN一660一2一22B发电机转子长度达七米,重量达六十吨,只有东方发电机厂等少数厂家有特大的车床设备,但考虑运输成本,一般釆用现场加工滑环。在修复QFSN一660一2一22B型汽轮发电机励磁滑环时,采用简易砂轮磨床在现场磨削滑环,这种方法多数发电厂都普便采用。
2.1前期准备工作
2.1.1汽轮发电机停机须办票做安措,并对氢气置换。
2.1.2吊离发电机励磁室隔音罩,拆除碳刷及碳刷支架,使滑环全部裸露。
2.1.3发电机及汽轮机各轴瓦油路正常,具备转动条件。
2.1.4发电机盘车正常。
2.1.5滑环下铺没胶垫,收集铁屑。
2.1.6根据现场位置,安装简易磨床,并对简易磨床的横向和纵向行程调试,用水平仪校验调整磨床基座的水平度,用百分表调整校验磨床的横向和纵向轨道,保证磨床电动砂轮运行轨迹与滑环平行,使其满足加工要求。操作磨床的技工,要求工作经验丰富,技术熟练,并对车工进行技术和安全交底。工作过程中电工认真监护,互相沟通,不放过任何问题。
2.2 修复过程
2.2.1用磁力百分表装在磨床移动磨头上,多次测量,并计算出滑环的最大偏移量的平均值为1.76毫米,据此确定最大磨削量。
2.2.2启动盘车,调整滑环转速为20转/分钟,调整磨床电动砂轮转向与滑环转向相反,使铁屑向下。每次研磨量控制在0.05毫米,砂轮刀架沿滑环左右一条线反复移动,同时盘车带动滑环转动,滑环可整体磨削。
2.2.3研磨过程要认真细致,每隔两小时,检查车床上各紧固螺丝是否松动,车床水平度是否合格,确保刀架的运动轨迹水平且与滑环平行,确保滑环磨削合格。
2.2.4工作中先用粗砂轮磨削,基本合格后,再用细砂轮研磨,最后可用#1细砂纸打磨。检查滑环光洁度达到 1一3.2微米时,方符合要求。
2.2.5两个滑环的磨削吋间共需48小时,四名车工三班倒,轮流作业。
2.2.6工作结束后,现切铁屑清理干净,检查转子绝缘不低于5MΩ。
2.2.7碳刷支架回装过程中要调整与滑环的同心度,如果同心度不好,碳刷受力不均,碳刷电流不平衡会引起发热。
QFSN一660一2一22B型汽轮发电机励磁滑环磨削合格后,回装运行,一年内反馈,碳刷不打火,不发热,滑环温度在80℃以下,达到厂家标准要求。
3.大型汽轮发电机励磁滑环磨损的预防措施
预防措施是降低大型汽轮发电机励磁滑环磨损的关键。而开展励磁滑环的日常养护是防止励磁滑环磨损的重要手段。
3.1励磁滑环磨损预防,要天天检查,及时更换短碳刷。换碳刷时要研磨保证接触面大于70%以上。碳刷与刷握保证有0.5至1毫米的间隙,伸缩灵活。
3.2一个滑环用同一型号的碳刷,不同厂家不同型号碳刷禁止混用。根据运行情况检查碳刷质量,质量不好的碳刷坚决不用。每天要用红外测温仪检查滑环温度,不高于80℃合格。用直流钳表测量各碳刷电流,与平均电流比较不大于20%合格。用振动表测量发电机两侧轴瓦振动值不大于5丝合格。
3.3及时用干燥压缩空气清理滑环及碳刷上灰尘和碳粉,保证散热良好。
3.4发电机直流励磁回路可加装极性转换刀闸,每半年调整一次极性。
3.5遇到碳刷打火发热时,应分析原因,及时处理,不可带病运行。
结束语
综上所述,大型汽轮发电机是国家电网主要支柱设备,而汽轮发电机励磁滑环磨损过快,降低了滑环使用寿命,增加维修成本,同时也因停机维修减少了汽轮发电机的发电量。滑环磨损后,同心度及光洁度很差,造成碳刷使用周期缩短,引起滑环打火及发热,严重时,碳刷刷辫全部烧断,发电机失去励磁电流而停机。因此需要分析发电机励磁滑环磨损的原因,制定对策,用正确经济的方法修复与预防滑环磨损。
参考文献
[1]沈标正.《电机故障及诊断技术》,机械工业出版社,1996
[2]《东方QFSN一660一2一22B汽轮发电机维护检修手册》,东方汽轮发电机厂家资料
[3]《摩根碳刷使用手册》,上海摩根碳刷厂家资料
[4]乔秀秀.大型同步汽轮发电机励磁系统的研究[D].上海交通大学,2018