发电机集电装置及除尘装置改造分析 电工电气 (209 No.)
发电机集电装置及除尘装置改造分析
黄世超，李超
(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)
0 引言
发电机碳刷温度异常偏高，是发电机运行过程中较为常见的异常情况，碳刷打火现象是碳刷长时间高温运行造成的破坏性较强的异常现象。因碳刷是将电流从固定件输送至转动件的必备一环，碳刷的运行温度直接关系到发电机的安全、稳定运行。引起碳刷运行温度偏高的原因较多，但最重要的原因是单个碳刷的电流密度过大导致。
某水电站集电装置采用的碳刷为摩根系列，单级碳刷的个数为30个。经运行实践发现，碳刷的运行温度一般为110℃，比碳刷运行的正常温度90℃有较大差距。经讨论，对集电装置进行优化、改造，将个数由30个增加到33个。对集电装置的碳刷进行新增改造后，集电环碳刷运行温度略有降低，效果不佳。
1 异常现象及现场检查
2016—2017年，利用红外成像技术检测发现，发电机集电环碳刷运行温度整体持续上升，大部分碳刷的温度上升至120℃，主要分布在碳刷的刷辫处；部分碳刷的局部温度高达180℃，且存在轻微打火现象。
某水电站利用机组短暂停机机会，对发电机碳刷进行了详细检查。检查发现滑环表面存在坚硬的凸点，分布范围与存在打火现象的碳刷分布区域一致；检查发现高温碳刷的刷辫已失去表面光泽，呈黑灰色，如图1所示。
图1 高温碳刷刷辫检查发现高温碳刷表面凹凸不平，特别是存在打火现象的碳刷，表面有明显的划痕，如图2所示；检查发现滑环螺旋形通风槽、集尘罩内有大量残余碳粉，且滑环通风槽无导角。
图2 打火碳刷表面
2 分析及处理方案
由于碳刷表面为平面，滑环表面为曲面，两者最开始接触为线接触方式，而不是接触最佳的面接触形式；导致更换后的碳刷与滑环接触不良，分流效果不佳，进而导致原碳刷承担了较多的电流，发热严重。长时间运行时，导致了部分碳刷运行温度偏高的不良运行状况。
结合历年碳刷测温数据和现场检查情况分析。碳刷温度异常偏高的根本原因为碳刷数量偏少，余量欠缺；同时经过长时间运行，滑环表面形成了少量坚硬附着物对碳刷温度异常偏高也起到了推波助澜的作用；此外，原除尘装置为布袋吸附集尘方式，定期清扫时无法彻底清洁，导致除尘装置效率下降，滑环通风槽缺少导角导致碳粉溢出不佳，也对碳刷温度异常偏高造成了一定影响。
因原集电装置缺少新增碳刷的安装位置；原除尘装置的管路为两条对称布置，不利于多点集尘；滑环表面清理及通风槽处理需整体移除集电装置。采取整体更换集电装置和除尘装置的方式来彻底解决碳刷温度异常偏高问题。
经过计算和碳刷分布位置的设计优化，拟将发电机单级碳刷的个数由原有的33个增加为43个，
将发电机碳刷底座由水平放置方式修改为竖直放置
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发电机集电装置及除尘装置改造分析方式，便于有效增加空间。
通过比对，综合考虑除尘效果、方便维护要求，拟将除尘装置由原有的布袋吸附集尘方式更换为滤网吸附集尘方式，将除尘装置的管路由两条对称布置方式更换为六条支管对称分布、三条一组汇入一条总管的方式，且适当扩大了总管直径，确保除尘效果。
槽溢出点由原有的90°增大到135°，确保碳粉溢出顺畅。
使用磨石对滑环表面进行打磨处理，彻底清除滑环表面的坚硬附着物，保持滑环表面的洁净。
改造完成后，在发电机满负荷下，利用红外成像技术对集电环碳刷改造后运行温度进行监测。监测结果显示在发电机满负荷下，发电机集电环碳刷运行温度较改造前有明显降低，平均运行温度降低至85℃左右，满足发电机运行要求。
3 处理实施及效果
机组检修期间，某水电站组织实施了发电机集电装置、除尘装置改造。
将旧集电装置整体拆除并更换为新集电装置，按滑环尺寸制作了同等曲度的碳刷研磨装置，使用砂纸在碳刷研磨装置上对碳刷表面进行处理，确保碳刷表面弯曲度与滑环一致，最大限度地保障流过各碳刷的电流基本一致，避免碳刷分流不均导致的个别碳刷温度异常偏高现象。
将旧除尘装置及管路整体拆除并更换为新除尘装置及管路，按处理方案安装新除尘管路，确保三管合一的水平管路水平度，避免碳粉在某一点堆积弱化除尘效果的现象。
使用三角锉等工具对滑环通风槽进行打磨，确保通风槽表面形成45°的导角，将原有的通风
4 结语
本文对某水电站发电机碳刷温度异常偏高现象进行了介绍。针对发电机集电环碳刷运行温度高，部分碳刷位置出现打火等异常现象，根据发电机集电环结构、除尘装置结构、滑环表面检查情况，采取针对性措施，发电机碳刷出现温度异常偏高的情况特别是整体偏高的情况时，应适当增加碳刷个数。同时，结合现有除尘设备的运行情况，对其进行优化，确保除尘效果。如果出现个别碳刷打火现象，在更换碳刷时，必须对滑环表面进行检查、处理，保持滑环表面的光洁度。
修稿日期：2019-09-16
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