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1、 发电机组集电环烧毁原因分析及改造处理赵向明，曹永东（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 ）摘要：对一起 发电机组集电环烧毁引起发电机停机故障进行分析，结合故障分析中暴露的问题进行研判，提出了相应的防范措施，提高了发电机组运行的可靠性。关键词：集电环；故障；缺陷中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：引言某公司台 发电机组按余热余压综合利用、节能减排、热电联产原则设计，发电机组不仅能够平衡管网蒸汽还能减少网上购电，产生直接的经济效益，所以要求发电机组在额定状态下能长期连续可靠运行。年机组投运，机 组 型 号 为 ，发 电 出 口 电 压 为 ，励磁电流为 ，额定转速为 。事件经过 年月
2、日 时 分，电气监控后台发出报警“热动力站发电机转子接地保护动作”，发电机停机解列。电气值班人员立即查看后台及保护装置，确认发电机转子接地保护动作。同时，值班长对发电机本体及转子本体进行检查，发现发电机转子集电环、导电螺钉有短路熔毁现象，如图、图所示。年月日 时，电气、汽机及技术人员现场查看，初步判断发电机转子集电环熔毁是引起发电机转子接地保护动作的故障点。年月日发电机厂家技术专家现场查看后，确认发电机转子集电环已熔毁，现场不具备检测实验及更换条件，发电机集电环需要返厂更换维修。返厂对损坏的转子集电环、导电杆、导电螺钉等部件进行更换并进行相关电气实验测试合格后，于 年月 日送回，开始对发电机转
3、子进行回装调试等工作，次日时 分系统并网成功。图集电环熔毁图片图导电螺钉熔毁图片事故原因分析 后台数据及现场检查对该机组停机前的运行数据进行分析，转子大轴四瓦长期振动值大于报警值。轴高报值为 ，高高报值为 ，而发电机解列前轴运行值为 。其他运行数据正常无突变，无任报警记录。对发电机转子本体进行电气实验，各项实验数据合格。检查发电机转子表面无熔损点，进一步进行着色探伤实验，也未发现转子有裂纹破损现象。对发电机转子进行解体检查，发现发电机转子集电环与导电杆连接的导电螺钉损坏并脱落。对比导电螺钉两处熔毁程度，导电杆无熔损现象，而集电环熔损严重，判断故障点是由外及内拉弧熔毁，导电螺钉由 转速产生的离心
4、力甩出。转子解体检查报告显示转子集电环、导电螺钉、导电杆、分流环、垫片、闷头、螺母、绝缘套筒等损坏，需重新更换，包括配套的辅材，而直流电阻、绝缘电阻、着色系统解决方案电工技术 探伤均合格。直接原因该次故障的直接原因为发电机转子集电环导电螺钉熔毁与发电机转子导通引起接地，发电机保护“发电机转子接地”动作，发电机解列停机。间接原因（）化工装置利用的余热余压蒸汽难以平衡，易波动，而蒸汽频繁波动不能保证发电机组平稳出力，导致发电机组运行工况频繁调整。按照发电机组出厂规定，运行负荷长期不能低于机组容量的 出力，通过机组运行数据分析发现发电机大轴四瓦振动值长期高于转子振动报警值，造成发电机组（大型机组）长
5、期不规律运行，频繁偏离运行指标，影响机组可靠运行。（）发电机转子大轴四瓦长期振动造成集电环紧配件、装配件松动，从而产生设备间隙，炭粉通过间隙进入并附着在设备上，引起拉弧短路等现象。发电机转子大轴四瓦长期振动，造成发电机转子集电环与各炭刷间接触距离不均，从而对集电环表面造成磨损破坏，加速炭刷更换频次及炭粉积聚，严重时会出现拉弧环火现象，导致机组解列。（）发电机组运行期间发电机转子运行转速达 ，属于高速旋转设备。运行巡检人员无法观察发电机转子与集电环内部导电螺钉的状态变化，只有停机才可以检查。（）发电机本体励磁端碳刷在运行过程中磨损产生的导电炭粉未被有效收集，有实验表明炭粉在油污的影响下，绝缘电阻
6、值直线下降至零，所以油污炭粉是造成集电环室内各绝缘元器件绝缘性能突变的原因之一。导电炭粉的扩散造成发电机定子、转子、集电环等积灰，严重时可能造成发电机短路、拉弧、烧毁、爆炸等事故。为此，需要增加炭粉收集装置及时带走炭粉，与油雾及时隔离，保证集电环与碳刷间的绝缘。事故防范及改进措施（）当发电机转子大轴四瓦振动值大于报警值时，建议立即停机处理，避免造成事故。根据化工装置的特殊性，蒸汽波动导致发电机频繁调整。根据发电机出厂运行指标，发电机发电负荷长时间不能低于机组额定容量的 即不低于 ，所以需要按照运行规程操作，同时根据发电能监局电力调度两个细则考核要求要严格执行 点曲线，否则按照相关管理规定给予考
7、核。（）定期加强巡检，对发电机集电环运行情况进行检查。根据发电机负荷情况，检查集电环与碳刷之间的表面温度是否异常，碳刷之间的载流量是否分布平衡。刷握弹簧压力是否均匀，碳刷是否活动自如且无振动、无卡涩。碳刷磨损变短是否导致接触电阻和附加电阻变大，刷握弹簧压力变小是否导致碳刷运行工况变差。发电机励磁电流是否平衡，当工作电流增加，温度变化时系统的平衡能力降低，部分碳刷温度将升高，此时碳刷工作状态越来越差，碳刷电流分布很不均匀，少数碳刷电流达到 ，而另一些碳刷电流接近于零，大量碳刷出现不正常的跳动或卡涩，甚至出现大量火花，刷辫烧断或脱辫，碳刷与滑环摩擦声变得尖锐刺耳。整个系统温度升高，有时甚至达到无法
8、控制状态。（）发电机检修期间，除了日常预防性检修项目外，特别对发电机集电环与导电杆间的导电螺钉进行紧固，同时在日常运行时对导电螺钉锁死装置进行可靠固定。及时清理发电机集电环表面的炭粉，利用毛刷和吸尘器及时清理励磁装置内部的炭粉。利用现场压缩空气清洁集电环与导电螺钉。（）单个刷握改造成整体刷握，提高机组的安全性、可靠性。现有 汽轮发电机刷握结构存在以下缺点：更换电刷时不安全，不方便；隔音罩内粉尘积聚严重，降低了刷架的安全性；电刷在刷盒中易卡涩；电刷电流分配不均；集电环表面温度高；碳刷更换频次高；碳刷对集电环表面磨损快。原刷盒虽然成本低，但需带电操作，更换电刷麻烦，安全性差，而且是铝材质，容易被氧
9、化，因此故障率较高，不适用于大机组。对刷握进行改造，原有 个单刷，正极排，每排只，共 只单刷，负极排，每排只，共 只单刷，换刷工作量大，现改为整体刷握，正极个整体刷握、负极个整体刷握。刷盒内孔同时加工，尺寸保持一致。改造后，刷握安装方便，调整精准；采用插拔式结构，能够一次更换多个碳刷，带电操作的安全性高，更换方便、快捷，机组的可靠性提高。（）优化励磁风道，加装炭粉收集装置，降低发电机集电环表面温度并对炭粉进行收集。对励磁进出风道进行改造优化。转子滑环之间末端装有只叶轮风扇，通过进口、出口风道带动风循环。随着转子转动，外部风进入冷却槽对发电机集电环进行冷却。发电机运行一段时间后，炭粉进入滑环通风
10、小孔在孔口堆积，致使通风小孔口堵塞，因此热风引导不畅，破坏了风循环系统。通风冷却进出风道采用侧进风、下出风结构，风道 曲折，通风阻力大，加剧外罩小室内负压，且进出风口均在中间层，冷热风易混流，噪声会叠加增大，同时中间层油污大、灰尘多会污染滑环小室环境，引起积尘或油污，从而导致滑环与碳刷导电接触不良，载流分布不均。另外，进风滤网上会附着大量的灰尘和毛絮，堵塞滤网的孔洞，现场风道窄小，滤网不易于清理，严重影响进气量，导致冷却风不够，冷却效果不佳。风道狭窄，清理难度大，存在机组需要停机处理等问题。为缓解滑环小孔的堵塞情况，将进口风道改为两侧进风，并在外侧进风口两侧加装滤网，定期使用干净干燥的压缩空气
11、吹扫滑环炭粉或者积灰，并及时清理滤网。通过对两侧进风的改造，不仅增加了进风量，而且实现了离线清理。对励磁出口风道实施炭粉收集改造。原励磁风道出口无法对炭粉进行有效收集，造成发电机小室各电气设备电工技术系统解决方案元器件上积累大量的炭粉，极易造成元器件故障，从而引起机组连锁动作，造成故障停机。根据现场发电小室安全距离及室内构造情况，在励磁风道管口增加 绝缘管材，要求内壁光滑；励磁风道安装需与带电体 开关柜保持 以上距离，同时加装 坡度管道段避免炭粉积累；为了增加励磁风道的通风量，增加轴流风机，同时在轴流风机前端增加滤网，通过轴流风机风量运送，对炭粉进行有效收集。通过对滤网定期更换、清理，有效收集
12、炭粉，防止厂房二次环境污染。通过优化改造，可降低管道通风阻力、避免冷热风混流、降低噪声等级、消除油污灰尘影响。改造前后数据对比见表。励磁风道改善前后对比如图所示。表改造前后数据对比名称发电机组温度发电机组温度改造前集电环炭刷 改造后集电环炭刷 结语通过红外成像仪测量可知，励磁风道口及炭粉收集装置的改造有效降低了发电机集电环与大轴间表面的温度，减少了集电环与发电小室炭粉的积累。此次改造提高了机组的运行可靠性，避免了同类故障的再次发生。（）改善前（）改善后图 励磁风道参考文献 程义岩核电厂发电机集电环烧毁的原因分析及改进措施中国核电，（）：龚源，朱生鸿，郭光焰，等 一起水轮发电机磁极烧毁故障分析
13、小水电，（）：，赵恩灵 发电机定子线圈烧毁原因分析水电站机电技术，（）：吕琦岩发电机转子滑环烧毁的若干原因及预防能源研究与管理，（）：张平，袁珍亮，李伟，等励磁机异常振动的原因分析与处理电机技术，（）：，汪海，谢宝燕，景松 型励磁机磁极绝缘失效分析及改进电力与能源，（）：（上接第 页）网正常运行，参数测量在低压侧，测量安全快速，大大降低了测量对测量人员的人身伤害威胁。表注入信号测量泄漏电流测试结果注入电流注入信号频率 返回电压计算泄漏电流相对误差 结语本文提出了一种实时测量配电网泄漏电流的方法，通过配电网零序电压互感器向配电网注入非特定频率的电流信号，消弧线圈中的内部电压互感器测量返回的电压信
14、号，计算出配电网的泄漏电流。该方法可以完全消除阻尼电阻和电压互感器内阻安装的影响。测量过程不影响电网的正常运行，测量安全、简单、经济、精度高。仿真分析结果表明，该方法的相对误差最大不超过 ，能够准确测量配 电 网 的 泄 漏 电 流，有 效 地 满 足 配 电 网 的 运 行要求。参考文献 姚焕年，曹月梅电力系统谐振接地理论北京：中国电力出版社，曲义龙全补偿消弧线圈及其控制方法北京：华北电力大学，崔英宇，何芳，张永虎，等配电网电容电流过流实验电力系统保护与控制，（）：贾晨曦，杨龙跃，杜桂福全电流补偿消弧线圈关键技术综述电力系统保护与控制，（）：滕浩阻尼电阻谐振接地系统电容电流的精确测量方法电力科学与技术杂志，（）：陈锐，周峰，翁洪杰，等基于双闭环控制的柔性接地装置灭弧方法电力科学与技术杂志，（）：金伟，袁鹏生，张扬，等基于调整中性点接地电阻的配电网电容电流测量方法电力系统保护与控制，（）：潘梓基于信号注入的故障选线保护的分析与改进电力系统自动化，（）：周秋宽，姚军，刘燕，等 基于三频法的配电网电容电流测量新方法 电气测量与仪表，（）：曾向军，俞永元，尹向根，等基于注入信号法的消弧线圈自动调谐新技术 电力系统自动化，（）：金旺义，曾向军，吴志华，等 新型 消弧线圈自动调谐系统电力科学与技术杂志，（）：系统解决方案电工技术