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摘要：大唐鸡西第二热电有限公司2×300兆瓦煤矸石热电联产新建项目是集煤矸石、供热、发电、建材综合开发利用一体化的“大型环保节能示范工程”。试运行后发电机励磁碳刷、集电环温度偏高，本文对此问题出现和改造进行介绍，仅供参考。
关键词：300MW发电机组、励磁刷架、刷握、碳刷、技术改造
一、工程项目简介
大唐鸡西第二热电有限公司2×300兆瓦煤矸石热电联产新建项目是集煤矸石、供热、发电、建材综合开发利用一体化的“大型环保节能示范工程”。是黑龙江省“十一五”发展规划重点项目之一，该项目于2009年5月12日正式通过国家发改委核准，5月25日公司注册成立。本期工程建设2台300MW热电联产机组。#1机、#2机分别于2011年6月25日，10月28日通过168小时试运后。
二、发电机励磁集电环和碳刷等方面出现的问题
公司发电机励磁方式为静止型三机励磁系统。发电机刷架与导电环合二为一，每个导电环由两瓣拼成，其材料为纯铜板，承担着导电作用，整个导电环经绝缘板固定到基础上。集电环材料为高强度锻钢，外圆周表面开有螺旋沟，并有沿集电环圆周均匀分布斜30°的通风孔，以改善与电刷的接触并强化冷却。电刷与集电环有独立的通风系统，冷空气由两个集电环的外侧进入，中间出去，由装在转子上的两个并联的离心式风扇驱动。发电机转子额定励磁电压365V，额定励磁电流2642A。刷握采用恒压式，每极碳刷共40块。
自2011年5月27日#1发电机组与系统第一次并列后，发电机励磁碳刷、集电环温度偏高，机组带200MW左右时，集电环最高温度达到100度左右，励磁碳刷最高温度达到180度左右。2011年6月18日下午13：05，运行值班员检查发现#1发电机励磁碳刷和集电环的最高温度较平时均有较大幅度升高，并且仍有继续上升趋势，当时机组所带负荷为250MW，励磁电流1748A，励磁电压222V。13：20左右我与发电机厂家电气专工到达现场后，立即进行检查、钳形表测流、远红外测温工作，测试发现发电机集电环最高温度已达200度左右，碳刷最高温度275度左右。经过减负荷、降无功、在碳刷接触面直接涂抹凡士林、更换破损掉角碳刷并重新进行研磨等一系列处理后，发电机集电环及碳刷温度逐渐下降并稳定下来。试想假如运行人员发现问题不及时，或者专业人员处理不及时、不得当，集电环、碳刷温度控制不住，再继续升高就可能造成集电环脱环、烧损等严重事故。
三、原因分析
1、发电机励磁刷架与集电环不匹配，刷握安装后，刷握与集电环的距离太近（后面有弯板，弯板距离集电环表面只有1mm左右，而按照相关规定刷握下端距离集电环表面应为3-4mm），在运行过程中碳刷容易产生震动、打火、发热的现象。2、发电机励磁刷握四个刷盒大、小不一致，有的碳刷在刷盒内受阻过大，弹簧达不到实际工作压力（碳刷压力应为0.015～0.02Mp即为1.2-1.6kg/cm2），碳刷作用到集电环上的压力分布也不均匀，使得电流分配也不均匀。3、刷握保持器对碳刷控制不住，刷握在安装和取出时碳刷经常脱出，在取出的瞬间造成碳刷破碎和掉角。使得碳刷与集电环接触面积减小，通过碳刷体电流增大，碳刷温度升高。同时，保持器受热膨胀、变形，将碳刷卡住，使得碳刷无法与集电环表面充分接触，甚至产生悬空，使得局部碳刷通过电流显著增大，如果发现不及时势必造成碳刷打火，碳刷、刷握严重过热及烧损线辫和刷握甚至发生烧毁集电环等严重故障。
另外还发现存在以下2个问题1、老式刷握恒压弹簧压力太大，普通碳刷太硬，对集电环磨损严重，大大缩短集电环使用寿命2、由于恒压弹簧（单个弹簧卷）固定在刷握上，更换碳刷以及在运行维护中极不方便，若有个别的弹簧受热、疲劳断裂将无法修复，只能更换一整套刷握。
鉴于公司#1发电机组存在上述的问题，为了保护运行人员、检修人员的人身安全，保证设备安全、经济、稳定运行，消除发电机励磁刷架、刷握、碳刷上存在的各种不安全因素，降低检修人员劳动强度，提供工作效率，所以有必要对#1發电机刷架、刷握及碳刷进行技术改造及更换。
三、 改造方案建议
1、拆除原刷架，重新调整刷架与集电环的间隙，调整（改造）导电环及导电连接板位置。通过调整刷架位置，使其轴线与集电环的轴线平行。
2、安装先进、科学的刷握，配上经过试验证明综合性能优良的碳刷以及科学的双卷恒压弹簧。
3、利用发电机大（小）修时进行，确保施工人员及设备安全，保证施工质量。
四、从技术、经济、效果等方面论证其可行性、合理性
1、技术要求
1.1、我公司采用的刷握为插拔式刷握，刷盒内腔尺寸为25㎜×32㎜，公差为正0.05～0.08mm。
1.2、新使用刷握的恒压弹簧采用双卷，保证碳刷压力应为0.015～0.02Mp，其恒压行程≥66㎜。通过改造，把原来固定的单卷弹簧改成可取下的等力的由U型架固定的两只恒压卷簧，均匀的压在碳刷两边上，彻底解决力点偏心、碳刷在刷盒内受阻等问题。使之在运行中，碳刷和集电环之间能够产生较小的滚动摩擦力，避免碳刷和刷握受热，而且两个弹簧卷压力均匀，保证碳刷体两侧受力都是相同的。
1.3、插拔式刷握和梯形刷座四点紧固，其材质皆为ZH62，铸铜件镀银10μm，镀银表面光滑、银层附着良好。确保刷握与刷座间的梯形导电接触面配合严密，导电接触面不低于70%。
1.4、刷握与刷座上的所有螺栓均采取止退措施。
1.5、改造后的碳刷引出线在碳刷的中间，确保碳刷在刷盒内的运动过程中不受阻、不犯卡，使碳刷能够达到最理想的使用长度。
2、经济效益
此项改造于2011年9月17日完成。该项产品彻底改掉了老式产品所存在的各种弊病。通过运行情况来看，原来的碳刷平均一年使用3块；而新投入的每块碳刷可使用两年左右。原来一台发电机每年碳刷的使用费用为：20套/台*4块/套=80块/次*3次/年=240块/年*220.00元/块=52800.00元/年。改造后一台发电机每年碳刷的使用费用为：20套/台*4块/套=80块/次*0.5次/年=40块/年*285.00元/块=11400.00元/年，这样一台机一年仅碳刷一项就可以节约费用为：52800.00元-11400.00元=41400.00元/年，两台机每年至少可节省资金八万元以上。另外隐形的效益更为可观——延长集电环的使用寿命；发电机运行时励磁碳刷基本处于免维护状态，可大大减轻电气检修人员维护量、降低劳动强度；最大限度减小发电机运行时由于处理碳刷打火、过热、更换碳刷等工作给检修人员带来的安全隐患；杜绝了由于处理碳刷打火，过热等问题造成的机组减负荷，甚至停机等故障，提高机组经济效益。
3、应达到的效果
3.1、 新安装每套插拔式刷握有四个固定的刷盒，表面粗糙度不大于Ra3.2μm，可以安装四只32㎜×25㎜×100㎜的碳刷（包括绝缘盖板），刷盒加工标准、严紧，在更换碳刷时标准的碳刷不需要研磨，直接放入刷盒中即可工作，每个碳刷由独立的双卷恒压弹簧控制，碳刷的软接线长度为160㎜，碳刷接头固定螺钉直径为6㎜，碳刷接头的形式为开口铲型。
3.2、改造时把固定刷握主轴的紧固板与主轴的固定销之间改造成斜面凸起的，使主轴在工作时始终处于拉紧状态，同时也便于安装和拆卸。固定槽上面的压板在改造时一同改成2㎜厚的白钢板。
3.3、将原保持器改为直压弹簧式控制刷保持器，用直压弹簧及顶头直接与碳刷接触，将碳刷牢固的控制在任何需要的位置上。在安装和取出时碳刷不能再脱出，完全杜决碳刷破碎和掉角的现象，而且保证碳刷在刷盒内不受阻，达到所需的压力，确保碳刷在安装和取出时更方便更安全。
结语：
我公司#1发电机励磁刷架、刷握、碳刷自2011年9月17日改造完毕投入运行至今，运行状态良好。机组带250MW时集电环最高温度不超过55度，励磁碳刷最高温度不超过60度，未出现一次碳刷打火现象。电气检修人员只是在停机是时候清扫碳刷粉、铁屑、铁锈粉尘等杂质，保持循环风道通畅，真正实现了免维护。鉴于#1机的优异表现，#2发电机于2012年10月利用小修期间进行了相同的技术改造，为保证公司发电机组安全、经济、稳定运行打下坚实基础。
关键词：300MW发电机组、励磁刷架、刷握、碳刷、技术改造
一、工程项目简介
大唐鸡西第二热电有限公司2×300兆瓦煤矸石热电联产新建项目是集煤矸石、供热、发电、建材综合开发利用一体化的“大型环保节能示范工程”。是黑龙江省“十一五”发展规划重点项目之一，该项目于2009年5月12日正式通过国家发改委核准，5月25日公司注册成立。本期工程建设2台300MW热电联产机组。#1机、#2机分别于2011年6月25日，10月28日通过168小时试运后。
二、发电机励磁集电环和碳刷等方面出现的问题
公司发电机励磁方式为静止型三机励磁系统。发电机刷架与导电环合二为一，每个导电环由两瓣拼成，其材料为纯铜板，承担着导电作用，整个导电环经绝缘板固定到基础上。集电环材料为高强度锻钢，外圆周表面开有螺旋沟，并有沿集电环圆周均匀分布斜30°的通风孔，以改善与电刷的接触并强化冷却。电刷与集电环有独立的通风系统，冷空气由两个集电环的外侧进入，中间出去，由装在转子上的两个并联的离心式风扇驱动。发电机转子额定励磁电压365V，额定励磁电流2642A。刷握采用恒压式，每极碳刷共40块。
自2011年5月27日#1发电机组与系统第一次并列后，发电机励磁碳刷、集电环温度偏高，机组带200MW左右时，集电环最高温度达到100度左右，励磁碳刷最高温度达到180度左右。2011年6月18日下午13：05，运行值班员检查发现#1发电机励磁碳刷和集电环的最高温度较平时均有较大幅度升高，并且仍有继续上升趋势，当时机组所带负荷为250MW，励磁电流1748A，励磁电压222V。13：20左右我与发电机厂家电气专工到达现场后，立即进行检查、钳形表测流、远红外测温工作，测试发现发电机集电环最高温度已达200度左右，碳刷最高温度275度左右。经过减负荷、降无功、在碳刷接触面直接涂抹凡士林、更换破损掉角碳刷并重新进行研磨等一系列处理后，发电机集电环及碳刷温度逐渐下降并稳定下来。试想假如运行人员发现问题不及时，或者专业人员处理不及时、不得当，集电环、碳刷温度控制不住，再继续升高就可能造成集电环脱环、烧损等严重事故。
三、原因分析
1、发电机励磁刷架与集电环不匹配，刷握安装后，刷握与集电环的距离太近（后面有弯板，弯板距离集电环表面只有1mm左右，而按照相关规定刷握下端距离集电环表面应为3-4mm），在运行过程中碳刷容易产生震动、打火、发热的现象。2、发电机励磁刷握四个刷盒大、小不一致，有的碳刷在刷盒内受阻过大，弹簧达不到实际工作压力（碳刷压力应为0.015～0.02Mp即为1.2-1.6kg/cm2），碳刷作用到集电环上的压力分布也不均匀，使得电流分配也不均匀。3、刷握保持器对碳刷控制不住，刷握在安装和取出时碳刷经常脱出，在取出的瞬间造成碳刷破碎和掉角。使得碳刷与集电环接触面积减小，通过碳刷体电流增大，碳刷温度升高。同时，保持器受热膨胀、变形，将碳刷卡住，使得碳刷无法与集电环表面充分接触，甚至产生悬空，使得局部碳刷通过电流显著增大，如果发现不及时势必造成碳刷打火，碳刷、刷握严重过热及烧损线辫和刷握甚至发生烧毁集电环等严重故障。
另外还发现存在以下2个问题1、老式刷握恒压弹簧压力太大，普通碳刷太硬，对集电环磨损严重，大大缩短集电环使用寿命2、由于恒压弹簧（单个弹簧卷）固定在刷握上，更换碳刷以及在运行维护中极不方便，若有个别的弹簧受热、疲劳断裂将无法修复，只能更换一整套刷握。
鉴于公司#1发电机组存在上述的问题，为了保护运行人员、检修人员的人身安全，保证设备安全、经济、稳定运行，消除发电机励磁刷架、刷握、碳刷上存在的各种不安全因素，降低检修人员劳动强度，提供工作效率，所以有必要对#1發电机刷架、刷握及碳刷进行技术改造及更换。
三、 改造方案建议
1、拆除原刷架，重新调整刷架与集电环的间隙，调整（改造）导电环及导电连接板位置。通过调整刷架位置，使其轴线与集电环的轴线平行。
2、安装先进、科学的刷握，配上经过试验证明综合性能优良的碳刷以及科学的双卷恒压弹簧。
3、利用发电机大（小）修时进行，确保施工人员及设备安全，保证施工质量。
四、从技术、经济、效果等方面论证其可行性、合理性
1、技术要求
1.1、我公司采用的刷握为插拔式刷握，刷盒内腔尺寸为25㎜×32㎜，公差为正0.05～0.08mm。
1.2、新使用刷握的恒压弹簧采用双卷，保证碳刷压力应为0.015～0.02Mp，其恒压行程≥66㎜。通过改造，把原来固定的单卷弹簧改成可取下的等力的由U型架固定的两只恒压卷簧，均匀的压在碳刷两边上，彻底解决力点偏心、碳刷在刷盒内受阻等问题。使之在运行中，碳刷和集电环之间能够产生较小的滚动摩擦力，避免碳刷和刷握受热，而且两个弹簧卷压力均匀，保证碳刷体两侧受力都是相同的。
1.3、插拔式刷握和梯形刷座四点紧固，其材质皆为ZH62，铸铜件镀银10μm，镀银表面光滑、银层附着良好。确保刷握与刷座间的梯形导电接触面配合严密，导电接触面不低于70%。
1.4、刷握与刷座上的所有螺栓均采取止退措施。
1.5、改造后的碳刷引出线在碳刷的中间，确保碳刷在刷盒内的运动过程中不受阻、不犯卡，使碳刷能够达到最理想的使用长度。
2、经济效益
此项改造于2011年9月17日完成。该项产品彻底改掉了老式产品所存在的各种弊病。通过运行情况来看，原来的碳刷平均一年使用3块；而新投入的每块碳刷可使用两年左右。原来一台发电机每年碳刷的使用费用为：20套/台*4块/套=80块/次*3次/年=240块/年*220.00元/块=52800.00元/年。改造后一台发电机每年碳刷的使用费用为：20套/台*4块/套=80块/次*0.5次/年=40块/年*285.00元/块=11400.00元/年，这样一台机一年仅碳刷一项就可以节约费用为：52800.00元-11400.00元=41400.00元/年，两台机每年至少可节省资金八万元以上。另外隐形的效益更为可观——延长集电环的使用寿命；发电机运行时励磁碳刷基本处于免维护状态，可大大减轻电气检修人员维护量、降低劳动强度；最大限度减小发电机运行时由于处理碳刷打火、过热、更换碳刷等工作给检修人员带来的安全隐患；杜绝了由于处理碳刷打火，过热等问题造成的机组减负荷，甚至停机等故障，提高机组经济效益。
3、应达到的效果
3.1、 新安装每套插拔式刷握有四个固定的刷盒，表面粗糙度不大于Ra3.2μm，可以安装四只32㎜×25㎜×100㎜的碳刷（包括绝缘盖板），刷盒加工标准、严紧，在更换碳刷时标准的碳刷不需要研磨，直接放入刷盒中即可工作，每个碳刷由独立的双卷恒压弹簧控制，碳刷的软接线长度为160㎜，碳刷接头固定螺钉直径为6㎜，碳刷接头的形式为开口铲型。
3.2、改造时把固定刷握主轴的紧固板与主轴的固定销之间改造成斜面凸起的，使主轴在工作时始终处于拉紧状态，同时也便于安装和拆卸。固定槽上面的压板在改造时一同改成2㎜厚的白钢板。
3.3、将原保持器改为直压弹簧式控制刷保持器，用直压弹簧及顶头直接与碳刷接触，将碳刷牢固的控制在任何需要的位置上。在安装和取出时碳刷不能再脱出，完全杜决碳刷破碎和掉角的现象，而且保证碳刷在刷盒内不受阻，达到所需的压力，确保碳刷在安装和取出时更方便更安全。
结语：
我公司#1发电机励磁刷架、刷握、碳刷自2011年9月17日改造完毕投入运行至今，运行状态良好。机组带250MW时集电环最高温度不超过55度，励磁碳刷最高温度不超过60度，未出现一次碳刷打火现象。电气检修人员只是在停机是时候清扫碳刷粉、铁屑、铁锈粉尘等杂质，保持循环风道通畅，真正实现了免维护。鉴于#1机的优异表现，#2发电机于2012年10月利用小修期间进行了相同的技术改造，为保证公司发电机组安全、经济、稳定运行打下坚实基础。