发电机改造集电环极性倒换装置.docx

发电机改造集电环极性倒换装置一、绪论某水利枢纽工程一座以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、 环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程，电站总库容 11 亿 m3 ，装有 4 台水轮发电机组，单机 190MW ，由东方电机股份 有限公司生产发电机转子线圈电流、电压是通过滑环室内导电 环、刷握、碳刷、滑环到转子线圈将旋转的电流、电压和静止的 电流电压相连电厂投运以来，4 台发电机在运行过程中，碳刷 与集电环摩擦产生大量碳粉，滑环室为封闭空间，碳粉无法有效 排除，集电环、刷握、励磁引线、螺杆等部位碳粉堆集现象十分 严重;碳刷的磨损产生粉尘导致转子绝缘下降，不得不经常停机 清扫碳粉，从而影响机组利用小时数，和机组的可靠运行，对电 厂免维护运行和安全可靠生产极为不利二、不进行过励磁极性倒换带来的危害电厂发电机组投运以来，因现场线缆长度局限等客观原因， 未进行过集电环极性倒换，多年的运行造成碳刷集电环磨损不均 匀，负极所接触的集电环磨损严重，已出现轻微沟痕给安全运 行造成了不可预期的隐患，2013 年曾发生3#机滑环与碳刷拉弧 导致集电环和刷握严重烧损，集电环返厂处理并更换全部碳刷和 刷握，造成不必要的经济损失。

事后对其它三台机的集电环进行 检查，发现集电环表面（正、负极）凹凸不平、有纹道、表面氧 化膜已磨损，负极比正极严重，进行了返厂处理2016 年 1#、 3#、4#机组碳刷打火现象加剧，多次停机处理排查故障原因，无 较大好转如果不更换磁极长此以往，可能出现不可预期的后果， 为彻底解决碳刷打火缺陷，防止集电环短路事故，减少汛期停机 清扫集电环次数，对发电机集电环进行相应改造三、碳刷滑环磨损不均匀产生的原因碳刷与滑环主要磨损，除相对运动中摩擦力产生的机械磨损 外，还有电化学腐蚀滑环在运行中处于旋转态，碳刷静止态， 其中碳刷有大电流正极流入、负极流出滑环表面，传导的部位不 断变化，电流密度大，电弧的高温作用下，滑环金属会变成金属 蒸汽，碳刷则结构松化，受氧化腐蚀而脱落，产生电气化学腐蚀发电机转子滑环输入为直流电流，滑环有正负之分，即极性 不同经长期观察，滑环表面磨损情况也不一样在电流作用下， 正极表面局部灼热而蒸发出金属蒸汽，使阳极表面损蚀，即所谓 的阳极蒸发;负极因受正离子撞击和高温作用发射电子，使阴极 表面也遭受破坏，这就是阴极粉化当电流由碳刷流向滑环时， 此时碳刷为正极，滑环为负极，则结果是：碳刷面上发生微小程 度的阳极蒸发，碳粒离子迁移到滑环表面，碳刷有电气磨损。

当 电流由滑环流向碳刷时，此时碳刷为负极，滑环为正极，则结果 是：碳刷面上发生阴极粉化，电气磨损小，机械磨损大，对于滑 环，正环磨损小如果定期进行极性倒换可以使集电环的正负极磨损相对均 匀，能够延长集电环的使用寿命，保证机组安全运行四、安装集电环极性倒换装置将原每台机组风洞内发电机励磁引线连接的转接端子箱、励 磁电缆拆除;敷设新电缆，重新装入极性倒换装置箱箱体进出线 孔按现场实际位置开孔，更换新电缆按原励磁电缆的走向布线和 原电缆极性接线通过定期切换刀闸来倒换励磁电缆极性使集电 环正负极表面磨损均匀，延长集电环的使用寿命，保证设备运行 可靠极性倒换装置刀形隔离器安装在灭磁开关 FMK 的下方分流 器之后这样滑环极性倒换后不用倒换测量表计的极性，使得操 作方便、简洁统一如图：（1）将风洞内发电机原励磁电缆和转接端子箱拆除，在原 转接端子箱处重新安装极性倒换装置箱按现在极性倒换装置箱 位置敷设新电缆箱体固定以原安装位置钻孔配螺栓固定箱内 布置：箱体内下端距箱体底部 140mm 处安装进线正、负极汇流 铜排各 1 根，正极汇流铜排接入灭磁开关正极电源电缆 4 根;负 极汇流铜排接入灭磁开关负极电源电缆 4 根。

箱体内上端距箱体 顶部 140mm 安装出线正、负极汇流铜排各1 根将励磁引线至 转子线圈正极电缆线 4 根接入正极汇流铜排，将励磁引线至转子 线圈负极电源电缆线 4 根接入负极汇流铜排正、负极汇流铜排 长度800mm,横式安装，正、负极汇流排间距80mm用绝缘 柱体子 SM76 支撑用螺栓固定在极性倒换装置箱底板上箱内配 置2把刀形隔离器QS1、QS2，安装在进、出线汇流铜排中央位 置，QS1与QS2间距100mm;与上下汇流铜排间距240mm安 装时将 QS1、 QS2 刀形隔离器底座与极性倒换装置的底板相距 40mm，用FR-4环氧绝缘板支撑螺栓固定QS1上下端部用铜 排与汇流铜排配套钻孔制作成形，用螺栓固定依次与汇流铜排的 正、负极相连接QS2上端部第1极（进线侧负极）用铜排与汇 流铜排正极相连接第2极（进线侧正极）用铜排与汇流铜排负 极相连接 QS2 下端第 1 极用铜排与汇流铜排的负极相连接，第 2 极用铜排与汇流铜排的正极相连接如图：（2） 极性倒换装置箱进出线开孔处用“U”形密封胶条卡入后 穿线箱体门要嵌入密封胶条 ;安装人员在铜排成形钻孔后进行 搪锡处理再安装安装时，铜排连接处应涂导电膏，再用螺栓紧 固。

设备编号应准确、清晰所有工作完成后对进出线开孔处进 行防火板和防火泥封堵3） 操作流程：刀形隔离器 QS1 投入“合闸”工作状态，刀 形隔离器 QS2 应在“分闸”状态;反之倒换 QS2 投入“合闸”工作状 态，刀形隔离器QS1应在“分闸”状态倒换操作必需停电4）改造施工要求：改造后应符合 IEC947-3 标准的要求;符 合 GB*****-3 标准的要求 ; 符合防护等级 GB4208-93 要求极性 倒换装置箱安装固定应牢固、平稳，倒换刀形隔离器的电压、电 流容量、机械强度要达到设计规范要求对新电缆先进行极性校对 和绝缘电阻测试、树脂绝缘柱子进行绝缘电阻测试，刀形隔离器 进行绝缘和直流电阻测试对刀形隔离器操作机构进行检查，各 项检查合格后方可接线五、结语 发电机组集电环极性倒换装置安装后，通过定期切换，经过 长时间的运行观察，滑环室内：碳刷能在刷握内能自由滑动、无 卡涩、摇摆现象;“V”弹簧压力正常;刷辫绝缘软管无变色和硬化、 与導电环接触良好;集电环上无斑点、无刷痕、无灼伤、无凹凸不 平等现象、碳刷表面光洁、无粗糙的沟痕，与集电环表面吻合面 积达到 80%以上通过改造实施应用，设备运行稳定，人员操作 快捷，维护方便。

将集电环正、负极性定期倒换，能保证集电环 正、负极磨损均匀，延长集电环使用寿命达到了最大化利用现 场设备的安装空间，从根源上解决了发电机集电环磨损不均匀造 成的设备安全隐患最大程度提高了设备利用率，延长了设备的 检修工期，减少了设备的生产投入成本，有效保证了设备可靠性、 安全性及操控性。