发电机转子出现的故障及解决对策

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，导致其线速度较高（71. 46 m/ s），超过集电环允许的线速度值（70 m/ s），同时也超过电刷允许的线速度值（70 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。

电刷的中心线应与集电环切向成85°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。