本站原创摘 要：本文对某水电站3F机组碳刷发热打火致使碳刷引线烧断缺陷进行分析.分析表明,某水电站3F机组在运行中碳刷发热打火,致使碳刷引线烧断是由于使用不同厂家碳刷,集电环、碳刷架、刷握位置不正,弹簧压力不均、刷握内毛刺、棱角等原因造成的.为此,作者对某水电站3F机组碳刷发热打火致使碳刷引线烧断缺陷进行分析及总结处理过程.
关 键 词：碳刷；打火；烧断；处理
中图分类号：F40文献标识码：A
1碳刷引线烧断时运行工况
某水电站3F机组带有功负荷44MW运行,无功2MVAR,励磁电流485A,1F、2F机组备用.运行人员进行碳刷测温时发现11号碳刷温度达238℃,维护人员立即处理,用钳形电流表测量励磁电流达321A,碳刷引线发红,退出11号碳刷后发现碳刷引线与碳刷结合处已烧断.其余运行碳刷电流重新分布,部分碳刷电流、温度升幅较大.11号碳刷更换成新碳刷后,电流立即转移,11号碳刷电流达215A,温度128℃,并有上升趋势,马上开备用2F机组运行,将3F机组负荷转移至2F机组,并将3F机组解列停机进行消缺处理.
2检查情况
碳刷型号一致,但使用三个不同厂家.不同厂家的碳刷成分略有不同,碳刷的电气、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.碳刷硬度和导电性能不同,导致碳刷电流不均,从而出现打火、发热现象.导电性能好,与集电环接触电阻小的碳刷流过电流最大,碳刷开始发热打火后,碳刷的接触电阻变小,这样,流过该碳刷的电流将增加,则该碳刷愈加发热,直至接触电阻降至饱和最低值,流过的电流至饱和最大值.如此恶性发展,使碳刷持续受热升温.同时,碳刷引线由于流过很大电流,也发热升温,经过一段时间后,温度达到碳刷引线的熔点温度时,碳刷的引线烧断.当故障极部分碳刷引线烧断或受热变形卡涩退出运行后,正常运行的碳刷将承担全部转子电流而出现过载现象,导致其过热,并重复上述碳刷的过热过程.若不及时处理将出现恶性循环,形成环火,集电环表面将会烧毁,造成正负极短路,酿成事故.
碳刷全部拆卸后与记录的碳刷温度和碳刷电流对比分析,发现温度最高几个碳刷刷握与集电环位置如图中1号碳刷,刷握与集电环中心倾斜,碳刷与集电环接触面A1-B1严重倾斜,碳刷与集电环接触面积最大,在集电环摩擦力作用下容易出现卡涩,此时接触电阻最小,流过碳刷电流最大；碳刷温度较高几个碳刷刷握与集电环位置如图中2号碳刷,刷握与集电环中心垂直,运行时碳刷与集电环接触面A2-B2有一定的倾斜,碳刷与集电环接触面积较大,在集电环摩擦力作用下偶尔出现卡涩,接触电阻较小,流过碳刷电流较大；碳刷温度最低几个碳刷刷握与集电环位置如图中3号碳刷,刷握与集电环中心向上偏2-3度,运行时碳刷与集电环中心垂直,接触面A3-B3有无倾斜,碳刷与集电环接触面积最小,在集电环摩擦力作用下不出现卡涩,接触电阻恒定,流过碳刷电流较小.
检查刷握时发现刷握内部有一定的毛刺,影响碳刷在刷握里自由移动；刷握内侧两端棱角较锋利,也影响碳刷在刷握里自由移动.碳刷在弹簧作用力下紧贴集电环运行,集电环运行时有一定摆渡,碳刷在集电环作用力下向后移动时,受到刷握内毛刺和刷握内侧棱角影响,碳刷后退摩擦力增大,不能及时后退,在弹簧压力和集电环反推力作用下,碳刷与集电环紧密接触,此时在并联运行的14只碳刷中,此只碳刷接触电阻最小,大部分励磁电流通个此碳刷,造成此碳刷温度急剧升高,使碳刷引线快速烧断.
刷握与集电环的位置调整不当.因安装时碳刷架位置调整不当,部分刷握与集电环距离较大,最大达到15mm.集电环与刷握位置调整不当可以使碳刷与集电环之间压力出现不均,造成碳刷与集电环接触电阻不均匀,刷握离集电环距离较远碳刷因弹簧压力较小易打火,长期打火将损坏集电环,使集电环表面凹凸不平,出现恶性循环.
检查弹簧发现压力不匀,主要是受碳刷高温影响弹簧压力变低.弹簧在长时间运行发热,会使弹性变差,以致碳刷与集电环之间的压力出现不均,从而使得弹簧压力大的碳刷电流大,弹簧压力小的碳刷电流小,分布严重不均,出现发热打火现象.
3处理情况
机组碳刷全部更换成同一厂家,同一型号,同一批次碳刷.调整碳刷架位置,使碳刷架中心与机组励磁集电环中心一致,调整碳刷架至水平.调整刷握与集电环距离保持在4mm,刷握与集电环中心向上偏2-3°,运行时碳刷与集电环中心垂直.弹簧全部更换成压力相近的新弹簧,确保每个碳刷受力均匀.打磨刷握里的毛刺,刷握内侧两端较锋利棱角打磨成圆弧状,让碳刷在刷握里任何倾斜位置都能灵活移动.对不平整集电环用金刚砂纸进行研磨、抛光,使碳刷与集电环接触良好.
处理后运行情况：3F机组处理完毕后,空转一小时对碳刷进行研磨.机组建压后测量碳刷温度在40-50℃,碳刷电流在15-20A,比较均匀.空载半小时检查所有碳刷无异常后并网带满负荷运行,碳刷温度45-55℃,碳刷电流在50-60A.随后一个月,运维人员每日测量碳刷温度和电流,将数据进行分析对比,无明显变化,运行工况良好.
结语
作者通过对此次缺陷分析,需要电站运维人员在更换碳刷、刷握、弹簧时选取材料最优,安装工艺做到最佳,加强碳刷温度和电流监视,发现异常及时正确处理,避免缺陷扩大成事故,造成不必要损失.