励磁滑环磨损后的修复及预防措施----以国产东方汽轮发电机QFSN一660一2一22B为例

励磁滑环磨损后的修复及预防措施----以国产东方汽轮发电机QFSN一660一2一22B为例

陈小卫  ,胡振洋

万基控股集团有限公司

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