发电机转子出现的故障及解决对策

作者:威廉亚洲 发布时间:2020-11-03 20:04

  发电机转子出现的故障及解决对策_电力/水利_工程科技_专业资料。发电机转子出现的故障及解决对策 众所周知, 大型汽轮发电机转子的集电环及电刷是用来传导励磁电流,在发 电机定转之间的气隙中建立一个旋转磁场,以满足发电的需要。因此,它运行的 可靠性,对汽轮发电机组安全

  发电机转子出现的故障及解决对策 众所周知, 大型汽轮发电机转子的集电环及电刷是用来传导励磁电流,在发 电机定转之间的气隙中建立一个旋转磁场,以满足发电的需要。因此,它运行的 可靠性,对汽轮发电机组安全稳定运行是十分重要的。双辽发电厂 2 台 300 MW 汽轮发电机( QFSN - 300- 2)自投入运行以来,各发生了一次发电机转子集电 环烧损事故,烧损程度比较严重,教训也是非常深刻的。 12 台发电机转子集电环烧损经过 1. 11 号发电机集电环烧损经过 1997 年 4 月 2 日 0 时 48 分,单控电气运行主值班员监盘时,发现 1 号发电机转子电压、 转子电流、主励磁机转子电压表摆动,其它表计如有功功率、无功功率、定子电 压、 定子电流表都在正常值附近略有摆动, 检查发现发电机转子隔音室严重冒火, 立即打闸停机,与系统解列。 1. 22 号发电机集电环烧损经过 1999 年 3 月 23 日 9 时 45 分,单控电气运行 副值班员监盘时,发现 2 号发电机转子电压、转子电流、主励磁机转子电压表摆 动, 此时, 电气运行巡检员巡视设备时, 发现 2 号机转子集电环处有强烈的弧光, 转子集电环、电刷处严重冒火,电刷已烧红并且产生环火,并立即打闸停机,与 系统解列。 22 台发电机转子集电环烧损情况 2. 11 号发电机转子集电环损坏情况 1 号机 停机后,检查发现转子集电环(材质为 50 M n 锻钢)表面烧损严重,表面螺旋 沟部分被烧熔, 集电环内径边缘部分被电弧烧成一条周向长约 80 mm, 最宽处约 50 mm,最深处约 28 mm 的沟,正极集电环 10 套电刷全部烧熔脱落, 40 块电 刷全部烧熔,导电板烧损严重。拆下集电环后发现绝缘套筒部分被烧坏,烧损面 近似三角形状,三边长约为 210 mm、90 mm、90 mm,同时大轴有 2 处被电弧 轻微烧伤的痕迹。 2. 22 号发电机转子集电环损坏情况 2 号机停机后, 检查发现转子集电环 (材 质为 50 M n 锻钢)正极 10 套刷握,均有不同程度的烧熔,其中编号为 A 6 组的 刷握烧损最重,次之是 A 7 组,最轻的是 A 10 组。40 块电刷均有不同程度烧熔, 其中编号 A 7 组的电刷烧损最重,次之是 A 6 组,最轻的是 A 10 组,刷辫只有 6 根未烧断,占刷辫总数的 7. 5%.发电机的电刷刷握托板烧损 5 块,集电环表面有 3 处被电弧灼伤的沟痕,深约 0. 5 mm 左右,长分别为 5 mm、10 mm、15 mm, 宽分别为 5 mm、6 mm、8 mm,螺旋沟内有熔铜现象。3 烧损原因分析 3. 1 设计 原因 a.双辽发电厂 1、2 号发电机转子集电环外径较大,外径为 455mm + 1 mm (现在出厂的 300 MW 汽轮发电机组集电环较小, 外径已改为 380 mm+ 1 mm), 由于集电环外径大,导致其线 m/ s) ,超过集电环允许的线 m/ s) ,同时也超过电刷允许的线 m/ s) ,因此,造 成集电环和电刷的磨损,促使并联电刷上的电流分配不均匀。 b.电刷与刷握之间应具有一定的间隙,若间隙过小,电刷受热膨胀后,可能 在刷握内卡死或上、下滑动不灵活,造成与集电环接触不良;若间隙过大,又容 易引起电刷在刷握内横向摆动。电刷的中心线°角,由于 刷握角度不能调整,使得运行中电刷的角度也不能调整,刷握存在倾斜、卡边现 象,电刷不能在刷握内上、下自由滑动,从而导致电流分配不均匀。 c.装配前即使弹簧的压力调整均匀,但由于运行中电刷顶部镶入的塑料绝缘 压帽在安装时偏斜,出现电刷卡涩现象,导致弹簧的压力不均匀。恒压弹簧导流 过热软化变形时,也会导致弹簧的压力不均匀,使得电刷电流分配不均匀,而电 刷恒压弹簧不能调整。 d.转子集电环、电刷通风冷却系统出、入口风道截面小,不利于散热,致使 导电部件温度偏高、过热,且容易积碳。 3. 2 安装原因 a.在安装集电环隔音罩时,集电环隔音罩四脚定位环和隔板上 定位块漏装,下部连接板与底架焊缝焊接不牢,由于松动,使导电板组件定位不 可靠,造成导电板及组件连同刷握移位、振动,致使电刷接触不良、跳动,接触 压力不均,从而导致电刷电流分配不均匀。 b.电刷安装质量不良,致使个别电刷顶部塑料绝缘压力帽偏斜,导致电刷恒 压弹簧导流,电刷经过刷握导电,电刷电流分配不均,造成刷握与电刷接触面严 重过热,促使刷握、电刷熔化。 3. 3 产品质量原因 a.由于采用 1 个刷盒内装配 4 个电刷的组合单元结构,在 机组运行过程中更换电刷时, 要使弹簧压力大小和方向保持一致, 是很难做到的; 同时弹簧在运行温度作用下,易变形且不易调整,经常刮电刷边缘,使电刷接触 不良,接触面变小,导致电刷电流分配不均匀。 b.电刷本身质量较差,电刷与集电环接触边缘经常掉渣,并且经常出现卡刷 现象,导致电刷与集电环接触不良,从而导致电刷电流分配不均匀。 c.弹簧的质量较差,自身弹簧压力不均匀。 d.刷体与刷辫之间接触不好,固定不牢,刷体与刷辫之间接触电阻较大,从 而导致刷体与刷辫之间电流分配不均匀。 3. 4 运行维护原因 3. 4. 1 不当的调整方法由于维护人员调整经验不足,调整 方法不当。以 2 号发电机为例,当电刷上的电流不平衡,一部分电流超标时,不 是调整接触不好的(如 A 2 组)电刷,而是调整接触好的(如 A 6 组)电刷,目 的是使电流较大的电刷降到标准范围内。但是这种调整方法,只能使接触较好的 电刷电流增大, 而不能使接触不好的电刷电流增加多少,加之调整人员将电流严 重超标的电刷(如 A 6 组)调整下来后,并没有再整组复测电流分配,不知道其 它接触较好的电刷电流增大多少。 双辽发电厂 1、2 号机组采用的电刷型号为 D172,尺寸为 25 mm×32 mm× 100 mm,电刷电流密度为 8. 3 A/ cm 2,所以每块电刷允许通过电流为 66. 4 A; 每极有 40 块电刷,从而得知每极允许通过电流为 2 656 A,而发电机(塑料的导 热能效研究)额定励磁电流为 2 642 A,满足运行的要求。我们对电刷上的电流 分布进行了测量,列举了 2 号机集电环、电刷烧损前正级电刷一组试验数据。 通过上述测量结果可以看出, A 6 组电刷有 1 只电刷上的电流高达 190 A, 是允许通过电流的 2. 86 倍,超过允许通过电流的电刷共 8 只,占电刷总数的 20% ,每组电刷合成电流的最大与最小值相差 4. 5 倍,说明通过每组电刷上的 电流严重不平衡。通过对电刷上的电流进行测量,发现正、负极电刷上的电流值 偏差较大,最大偏差在 40%左右,说明正、负极上的接触电阻不一样,也证明了 电刷与集电环的接触好与坏; 另外,正极或者负极电刷上的电流值与总的励磁电 流值的偏差也较大,最大偏差在 35%左右,说明刷握存在分流现象,一般占励磁 电流总值的 15%~40%. 3. 4. 2 正确的调整方法正确的调整方法,是首先调整接触不好的电刷,使其 接触良好,电流达到允许通过电流值 66. 4 A 左右,其次调整接触好的电刷,使 其电流降至 66. 4 A 左右,然后重新复测整组电刷电流分配,反复调整直至整组 电刷电流分配均匀为止。 综上所述, 集电环、 电刷烧损的原因, 是由多方面因素造成的, 无论从设计、 安装、产品质量、运行维护角度来看,都是由于电刷上的电流分配不均匀,引起 各别电刷上的电流值偏大,产生过热,将刷辫烧断,刷握导流,从而形成恶性循 环,最终导致集电环、导电板、刷握及电刷烧损事故的发生。 4 集电环、电刷烧损处理方法 4. 11 号发电机转子集电环、电刷烧损处理 a. 由于 1 号机转子集电环、导电板烧损比较严重,正极刷握和电刷全部烧熔脱落, 均无法进行修复,因此更换了被烧损的集电环、绝缘套筒、导电板,更换了 10 套刷握及全部电刷。发电机转子大轴被烧伤处,用环氧树脂填平,打平处理后, 回装集电环。然后进行转子气密试验(试验压力为 0. 4 M Pa, 6 h 允许压降不 超过试验初压的 3%)合格后,回装导电板、刷握等。 b.刷架补装了四脚定位环和隔板上定位块,对下部连接板与底架焊缝进行了 补焊,使刷架、隔板和底架成为一体,防止刷架在运行中移位。 c.将集电环冷却系统出入口风道更换成大喇叭形,增大了截面,保证了冷却 效果。 4. 22 号发电机转子集电环、电刷烧损处理由于 2 号机转子集电环烧损较轻, 用 500 V 兆欧表测试转子绝缘电阻为 200 M ,说明集电环绝缘套筒绝缘良好, 没有过热烧损及接地。因此,决定对集电环烧损进行车削、打磨处理,具体处理 工艺如下。 a.发电机转子在盘车状态下,转速控制在 4 r/ min,首先用自制砂带机(磨 头)对集电环表面进行粗抛光,时间约 24 h,粗糙度达到 0. 80,轴径向跳动控 制在 0. 03 mm 以内。 b.集电环表面螺旋沟先用锉刀倒角,然后用油石磨光,直至光滑、无棱角。 c.发电机转子转速控制在 100~200 r/ min(实际为 218 r/ min) ,先把枕木 做成与集电环外径相吻合的弧形,然后垫上 10~20 mm 厚毛毡,最后再垫上 200~400 号砂纸进行细抛光,最后用金相砂纸进行精抛光,使其粗糙度达到 0. 02,满足运行要求。 d.在集电环外径抛光时,要求胎具基础要有足够的刚性,否则易引起振动, 产生误差。刀架行走导轨与集电环轴向平行度应控制在 0. 02 mm/ m 以内,否则 集电环可能出现锥形。 e.车削、打磨后的集电环应重新测量偏心度(厂家图纸标准为 0. 03 mm) 、 光洁度 (厂家图纸标准为 4) 及集电环直径(厂家图纸尺寸为 455 mm+ 1 mm) , 若不满足要求应再进行车削、打磨,直至合格为止。 f.对刷架补装了四脚定位环和隔板上定位块,对下部连接板与底架焊缝进行 了补焊。 g.将集电环冷却系统出入口风道更换成大喇叭型,增大了截面,保证了冷却 效果。 5 采取的措施根据双辽发电厂 2 台发电机集电环、电刷烧损原因的分析,考 虑设计、安装、产品质量、运行、维护等因素,为避免此类事故的再次发生,采 用了如下措施: a.选用符合质量标准的电刷, 使用前测量刷体与刷辫的接触电阻, 当电刷截面大于 100 mm 2 时,其刷辫与刷体间的接触电阻应小于 0. 004 ,并选 择电阻值相同的电刷;b.加强电刷的安装质量,保证电刷与集电环接触良好;c. 在安装电刷弹簧前,要测量弹簧的自身压力及特性,选择数值接近的使用;d. 定期或不定期对集电环上的电刷进行电流分布测量,并做好记录;若发现电刷上 电流分布不均,超过每个电刷允许值,应对电刷弹簧压力进行调整,使电刷上的 电流分布平衡; 若调整电刷的弹簧压力还不能满足要求, 应查明原因并进行处理, 使之满足要求;e.定期或不定期用红外测温装置对发电机转子集电环、电刷温度 进行测量,并作好记录;若发现集电环、电刷上的温度偏高,应通知检修人员进 行处理,并查明原因。 6 结束语 a. 1 号发电机转子通过更换了集电环、导电板、刷握、电刷以及刷 架补装四脚定位环和隔板上定位块等措施后,该机组现已安全稳定运行了近 2 a 时间,说明采用上述方法处理是比较成功的;b. 2 号发电机转子主要是对集电环 进行车削、打磨;更换全部刷盒,电刷以及刷架补装四脚定位环和隔板上定位块 等措施后,该机组运行至今一直良好,没有出现电刷过热现象,而且电刷上电流 分配比较均匀,说明上述处理方法是比较先进、可行的,也是现场处理集电环烧 损部位的有效方法之一;c.在运行的发电机组上对发电机转子电刷上电流分布的 测量及对发电机组转子集电环、 电刷上温度的测量,掌握集电环电刷上电流分布 及温度状况,是防止发电机转子集电环、电刷烧损的有效手段;d.建议有同型号 机组的兄弟电厂,应对转子集电环在设计、安装、产品质量上存在的缺陷及早进 行处理,防患于未然。


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