发电机集电环及刷架装置改造
1 问题的提出
海勃湾发电厂#2发电机系北重生产的QFS-100-2型汽轮发电机，自投产以来，经常发生碳刷烧红、集电环温度高的不安全事件，碳刷最高温度达240℃，集电环最高温度达180℃。改造以前采取应急的办法主要是架设冷却风机，降低发电机有功负荷，鉴于蒙西电网缺电严重，上述问题如得不到解决，将严重危胁蒙西电网的安全稳定运行。
2 原因分析
结合现场条件，通过认真细致的分析，认为引起#2发电机碳刷、集电环温度高的原因主要有以下几方面：①集电环材质存在问题。②碳刷材质及分布结构不合理。③通风道设计不合理。
3 改造方法
针对以上原因，我们吸取了国内外大型机组的先进经验，有针对性的对集电环、刷架装置进行了改造，方案如下：
3.1 集电环刷架装置改造
集电环刷架装置改造采用当今300～600MW机组通用的插拔式刷握，电刷采用英国摩根公司生产的碳刷，集电环采用带有自通风表面冷却的新结构，集电环的内外径尺寸导电环截面积、中心高尺寸与原机设计尺寸相同，整个装置为开启式。
3.2 集电环改造
3.2.1 集电环的材料选择。采用优质合金钢锻件为集电环材料。该材料是专用生产集电环的必须用料，有良好的韧性，较高的强度和耐磨性，经先进严格的热处理工艺和生产加工工艺，对集电环的机械性能等均做出了严格的要求，材料的选择对集电环的耐磨性和机组运行的可靠性至关重要。
3.2.2 集电环的结构改造。集电环表面加工成螺旋沟槽以确保碳刷与集电环之间可靠接触，有效排除碳粉，集电环设有斜流式轴向通风孔和与螺旋槽相通的径向通风孔。加强集电环表面和环体通风冷却，以充分降低集电环和碳刷的温度。
3.2.3 绝缘筒改造。采用耐高温绝缘性能好的绝缘材料，具有可靠的绝缘性能和良好的机械性能。绝缘筒与集电环均采用热套方法，配合紧量合适，确保机组安全可靠运行。
3.3 插拔式刷握及电刷改造
3.3.1 每个集电环配有6组插拔式刷握，每台两个集电环配有12组插拔式刷握，与#2机不同的是：每个插拔式刷握均采用4刷，而不采用4×3刷和2×4刷的方法，这样有效防止了电流分配不均，发热程度不一样的现象，并且降低了每个电刷电流密度，同时也降低了电刷的温度，电刷仍然采用25.4×38.1的规格，和#2机一样。
3.3.2 刷握手柄采用人性化较强的形状，操作起来手感好，材料选用耐电压、防老化、不易燃、绝缘好、机械性能较好的SMC增强模塑料压制。
3.3.3 碳刷采用英国摩根公司生产的碳刷，该种碳刷电气、物理性能稳定，摩擦系数较小的引进先进技术生产的碳刷，选用质量好的碳刷对降低接触电阻，降低电气损耗和摩擦损耗十分重要，同时也是降低集电环运行温度的十分重要环节。
3.3.4 横压弹簧采用优质的合金材料，严格热处理工艺，使横压弹簧的弹力严格控制在碳刷工作的技术要求的范围内。
3.4 刷架装配改造
3.4.1 刷架是由导电环与把合板构成左右两瓣，两瓣用同螺丝把合柱销定位。导电环采用优质的T2导电环。该结构使用户在不拆卸励磁机的情况下进行刷架拆装。
3.4.2 刷架采用整体钢支架连接，并固定在刷架底架上。
3.4.3 刷座与导电环采用铜螺钉把合连接。
3.4.4 插拔式刷握与刷座采用楔形并相互配研，配研后打上标记，严格配对使用。
3.4.5 插拔式刷握与刷座均镀银。镀银后整体刷涂先进的固体薄膜保护剂，防止氧化。
3.4.6 刷架装配用绝缘板对地绝缘。
3.4.7 刷架两侧设有绝缘档板，防止操作人员接触带电体。
4 改造效果
海勃湾发电厂#2发电机集电环及刷架改造后，效果相当明显，集电环温度由最高时的240℃下降到现在的70℃，碳刷温度由最高时的180℃下降到现在的90℃，保证了机组满负荷运行，既节约了大量材料费、维护费，又使运行、检修人员维护量大大下降，每年累计多创造直接效益912万元。
5 结语
目前系统内其他北重100MW机组也存在类似问题，严重影响着机组的安全稳定运行。通过本次发电机集电环及刷架的改造，积累了宝贵的经验，为同类型机组类似问题的技术改造提供了借鉴。
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