BB-3400-3000Y3型励磁机碳刷打火原因分析及处理

佟小明　莫晶晶

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

【摘要】本文对俄制БВД-3400-3000У3型励磁机结构进行了介绍，针对励磁机运行期间碳刷打火问题进行了原因分析，在原因分析的基础上对碳刷刷握进行了替代，对转子滑环表面进行了磨削处理，改善了转子滑环表面的光洁度，经现场验证彻底消除了励磁机运行期间碳刷打火的现象，为氢冷发电机组安全运行提供了有力保障。

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关键词 励磁机；滑环；碳刷；打火；原因；分析；处理

1　БВД-3400-3000У3型励磁机结构介绍

БВД-3400-3000У3型励磁机由俄罗斯制造厂生产，其主要作用是为TBB-1000-2У3型氢水冷却汽轮发电机提供励磁电流，使发电机转子建立磁场。表1给出了励磁机主要参数。

БВД-3400-3000У3型励磁机总重32吨，其中转子重11吨，其主要结构括： 转子电枢、定子（可拆分为上、下两部分）、旋转整流器、碳刷及刷架、上部空气冷却器、下部空气冷却器、泄漏收集器、电阻温度计（冷风）、电阻温度计（热风）、电阻温度计（排水）、液位传感器、温湿度传感器、轴承及基座、供油（供水）管道、支架及护板。

转子铁芯为0.5mm厚的钢片叠层，叠层间形成径向通风风道，转子铁芯安装在转子轴上，轴上留有轴向通风风道，与径向通风风道相通。冷却气体从转子端部进入转子轴向通风风道，然后穿过转子径向孔道，冷却绕组，齿，转子表面。

转子电枢槽内放有两个同相的三相绕组，转子绕组90槽，绕组联接成两个星型，放置在绕组狭槽内。每相绕组由5条平行支路组成，转子绕组分段，在绕组狭槽内，转子绕组通过用玻璃布基层支撑的槽楔块固定在铁芯狭槽内。放在支撑环突出部分下部的铜环实现转子绕组与双星型接线的电联接。支撑环则安装在轴凸缘上，支撑环上放置有绝缘环，各相的平行输出端穿过支撑环上的小孔，并联接至旋转整流器组。

旋转整流器主要作用是将励磁机转子产生的250Hz的交流电转换为直流电。旋转整流器共有两组，布置在励磁机转子绕组端部两个绝缘环内，每个绝缘环内布置了15个正向整流器和15个反向整流器，共计60个。每个整流器组由散热器、晶体二极管、熔断器和两个阻容保护器构成。

2　概述

俄制БВД-3400-3000У3型励磁机为旋转整流励磁，励磁机转子正、负极滑环间额定电压400V，每极滑环上安装8个碳刷，共装有16个碳刷，碳刷主要成分为石墨，为软石墨碳刷，规格为20*32*64mm，软石墨碳刷载流能力为10A/cm2左右，根据碳刷的接触面积推算每个碳刷的载流能力64A左右，运行期间经测量励磁机滑环每极8个碳刷总电流为0.7A；其功能主要是监测发电机转子绝缘和转子过电压保护。

励磁机运行期间，碳刷频繁出现火花，虽然对励磁机碳刷和滑环进行了吹扫、清理，但仍无法消除碳刷频繁打火现象，给氢冷发电机组安全运行带来了隐患。

3　碳刷打火原因分析

经现场检查并分析，БВД-3400-3000У3型励磁机采用的是ЛК-803Л型刷架组件，碳刷刷握为螺旋弹簧顶压模式，弹簧直接接触碳刷,由于温度传导,导致在较高温度下引起弹簧疲劳其使用性能劣化,压力降低。仅凭维护人员经验，很难保证碳刷与滑环接触压力符合要求。

随着运行时间增加，碳刷在滑环处不断地摩擦、损耗并逐渐变短，由于碳刷的缩短造成弹簧压紧力逐渐减弱，使碳刷与滑环之间局部出现微小间隙，在电压作用下产生放电打火。

其次，励磁机滑环表面径向跳动量较大、表面粗糙，使碳刷与滑环表面摩擦不均匀，也会造成碳刷与滑环间出现微小间隙，产生放电打火。

4　处理措施

在机组停机大修期间，结合原因分析对励磁机碳刷打火问题采取针对性措施进行了处理，处理措施主要包括以下两方面：

4.1　替换刷握

由于刷握问题使碳刷压力降低造成碳刷与滑环间放电打火，所以将原刷握替换为恒压刷握，恒压刷握可以保证碳刷压力均衡，不会由于碳刷摩擦变短而导致压力减弱。在刷握替代过程中，需要注意恒压刷握压力的选择。

原刷握俄方厂家给出的压力范围为7.9N-14.5N，新刷握厂家给出的单位压强为180g/cm2，经核算新刷握压力为180g/cm2×2×3.2=1.152千克力=11.76N，新刷握的压力值符合原厂家的要求，可以进行替代。

在新刷握安装过程中，刷握与滑环表面要保持2mm的间隙，要保证碳刷在刷握里面能够自由伸缩，不会发生卡涩，碳刷和刷握内表面之间的间隙维持在（0.2±0.1）mm的范围内；检查碳刷靠在滑环表面上的情况，必要时配制碳刷，可以用刷握座弹簧压住电刷，在滑环和碳刷之间放一条细纱布，研磨碳刷，保证碳刷与滑环表面接触良好。刷握与碳刷安装完成后，用1000V表计测量刷架对接地外壳的绝缘电阻，实际结果大于1兆欧。

4.2　磨削滑环

为了解决励磁机转子滑环表面凹凸不平、粗糙，引起碳刷跳动量大，导致励磁机碳刷打火，对励磁机滑环表面进行了磨削处理，操作过程包括9个步骤：

（1）搭焊设备支架，现场组装与拼焊专用设备支撑架子；

（2）找正：在盘车前利用百分表找出轴的中心，确定轴向平行，以进行对刀打磨；

（3）焊接固定支架：调整支架并确定准确磨削位置，在滑环平台上电焊支架座板四个角以固定磨削装置的平稳；

（4）盘车磨削：盘车后开始渐循磨削；

（5） 磨削后粗糙度至少达到0.63，跳动值（同轴度）不大于30μm；

（6）磨削完毕，使用吸尘器对现场的铁粉进行现场清洁；

（7）拆除磨削工具，恢复至刷架台初始状态；

（8）安装刷架以及碳刷；

（9）恢复电气连接线路并紧固，并最终清洁场地。

磨削励磁机滑环过程中需要做好下面四项安全防护措施：

（1）工作人员劳保用品需穿戴齐全，领口、袖口、下摆需扎紧，防止绞入转动设备中。

（2）磨削滑环过程中注意用吸尘器清洁，防止铁屑遗留。

（3）安装磨削滑环专用工具时需小心，禁止磕碰励磁机转子。

（4）焊接作业时需对励磁机转子做好防护，防止焊渣溅至转子部件。

滑环磨削结束后，测量转子滑环表面径向跳动量小于30μm，比对滑环表面粗糙度高于标准。

5　结束语

机组启机后，励磁机碳刷打火现象消除。通过实践，彻底解决了俄制БВД-3400-3000У3型励磁机碳刷打火问题，为氢冷发电机组安全运行提供了保障，对同类型励磁机碳刷打火问题的处理具有借鉴意义。

［责任编辑：薛俊歌］