辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司 辽宁丹东 118000
摘要：对于发电电动机而言，在它的内部包含着诸多装置，而集电环装置则是其中较为重要的一个组成部分，该装置的主要结构包括：滑环、电刷、刷握与刷架等。在发电电动机检修试运行的过程中滑环室发放电是一项极为严重的事故，它通常会导致滑环发生损坏，甚至还可能对操作人员造成一定伤害。为此，本篇文章就对当前出现的上、下两集电环的短接问题进行了深入分析，同时借助对碳刷再留密度和结构布置的方式、花环的腐蚀情况、集电环内电流的分布情况以及环境等一系列诱发因素进行研究，制定出了具有较强针对性的处理方案，在经过时间验证之后，取得了较为理想化的结果。
关键词：滑环；放电事故；发电电动机；检修试运行
引言：在我国某一抽水蓄能电厂中安装有四台安德里茨生产的功率为150MW的机组，在该机组中，励磁系统内集电环的正、负两极以两块半圆形的导体形式进行安装，而且正负两极的导体于上下空间中两端都有搭接。一般情况下，集电环中每2只被作为一组，共有6对半的碳刷，而下层的单只碳刷仅在集电环上下两层的空间搭接处进行安装。在运行过程中为了最大程度的减少滑环室这一封闭空间对于碳刷造成的热量方面的影响，并对通风条件进行改善，在滑环室周围的有机玻璃额观察孔替换为滤网结构，仅保存上部的有机玻璃的观察孔，从而能够在巡视时直观了解内部运行的实际状况。
一、事故过程
当一号机组完成了C级检修处理之后便开始执行整个机组的分步启动等调试工作，在机组从发电空载的试运行过程中执行正常的转停机操作时，励磁系统在走逆变流程的瞬间，装置内部的滑环室中突然出现了弧光放电以及火花四溅等情况，同时还伴随有一定量的白色烟气。因为上述现象存在的时间极短，所以机组保护装置并未作出应答，而当调试人员发现了此类问题之后立即开启了紧急停机处理，从而使机组处在了一个被迫停机的状态。
当对机器进行了全面检查之后发现，处在集电环正极和负极相较位置的单只负极碳刷的刷辫几乎完全被烧熔，而且上下两个集环的对应位置也遭到了极为严重的侵蚀，其中的绝缘套管也出现了烧裂等问题，并且在滑环中产生了一个0.5mm深、50mm长的划痕。除该位置外，其它位置的碳刷均处于正常工作状态，具体情况见下图1。当对电流与电压故障录波进行现场查看时发现，二者并未出现明显的异常现象，而且在对转子绝缘电阻和磁极连接电阻进行测量时都满足对应的要求标准。除此之外，机组振动以及机组摆度等也都处于正常范围内。
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图1：集电环与绝缘套管的损坏情况
二、原因探析
该机组自2009年中旬投入使用之后，在10余年间并未出现过和滑环室相关的缺陷事故，借鉴我国以往出现的与滑环室存在一定联系的放电事故研究经验，本次事故出现的主要原因可能包含以下几点：
首先是直接原因。（1）不均匀的碳刷的载流密度。当完成了滑环室的检修工作之后，再将碳刷回装至滑环室的过程中，极易出现个别碳刷和刷握间的卡涩，另外辅机借助分步启动的方式至励磁投入通常需要花费10余分钟，同时碳刷会在此过程中受热膨胀，进而在刷握时碳刷无法灵活浮动，从而对碳刷以及滑环接触等造成一定影响，最终使得每一只碳刷中流过的电流无法实现均匀分布，并且出现放电打火等问题。
（2）碳刷的材质。因为在设计时仅考虑到了滑环受到的碳刷腐蚀等影响，所以一般采用电化石墨作为碳刷的核心制作材料，从而忽视了此类材料相较天然石墨摩擦系数更大并且对于碳刷打火也有着极强的抑制作用，同时在每个月以及每一年对机组进行检修时，滑环室中均附着有大量鱼鳞状的碳粉，因此考虑将碳刷的材质当作此类事故出现的一个主要原因。
（3）因绝缘击穿而出现的正负极的短接。由事故发生后产生损坏的位置来看，导致放电事故形成的原因也可能是负极出碳刷的刷辫较长，当完成安装之后并未严格依据相关的标准检查它和上下两个集电环之间的距离，从而导致刷辫和上层正极集电环的下表面大幅贴合，但是上下层的集电环表层绝缘只能借助绝缘红瓷漆进行维持。当励磁系统发出了OFF令之后开始走逆变流程，此时转子的电压反向，而且数值处于600到700V范围内，绝缘红瓷漆因电压骤然增大而被击穿，并且刷辫会因正负极的电流的通过而发生短路，进而导致铜制刷辫出现熔融等问题。
其次是检修安装的原因。该机组从投入使用到现在维修的总次数不超过五次，并且大修次数不超过3次，绝大多数的维修都是更换装置中的碳刷。因为对于新更换的碳刷研磨、安装和更换等工艺均不满足相关的标准以及要求，因此极易导致碳刷和滑环接触不良、滑环中心以及碳刷中心未对准、对碳刷弹簧的压力调节不均匀甚至不符合相关标准、碳刷引线以及弹簧存在没上紧和卡涩等诸多问题出现，从而使得碳刷以及滑环的接触面骤然减小且接触电阻变大，导电率下降，负荷无法均匀分布。
最后是管理方面的原因。由管理层面而言，导致此次事故出现的原因主要包括以下几点。
（1）由于机组大小维修和日常的维修等都由对应的检修部门进行管理，所以发电部门并未把碳刷以及滑环维护当作一个定期工作，从而使得缺陷无法及时被发现和处理；
（2）在运行与检修过程中并未对碳刷的更换和清扫记录等进行详细记载；
（3）并没有对检修部项目的检查、检查的周期以及检修标准等提出明确要求；
（4）检修部的检修质量不合格、而且验收单位的管理也不够严格，缺少明确与严格的验收标准。
除此之外，运行维护不当也是导致上述问题出现的原因。在实际工作过程中并没有对每一个碳刷做定期的测试、对碳刷电流进行记录以及温度控制，所以无法借助积累的数据对碳刷实际的运行情况进行分析，而且很难把放电事故扼杀在萌芽阶段。
三、问题处理与预防方案
在将该机组多年运行的情况和其余三台机组进行对比之后，发现导致放电事故出现的原因应当是绝缘击穿所导致的正负极的短接。而为了有效避免此类问题再次出现，需要通过以下方案进行处理。
1.挑选有资质且专业能力较强的技术人员开展碳刷与滑环维护与检修工作，同时依据科学的检修工艺开展对应的检修和维护工作。要对检修质量进行严格控制，当检修工作完成后需要进行严格的验收试验，以此来保证检修后装置工作的质量。
2.把碳刷更换成同一批次以及型号相同的碳刷，同时还要对碳刷的接触面做研磨处理，从而让它还有集电环接触的面积不小于75%。
3.使用专用纱布来打磨上下集电环中出现铜渍以及存在划痕的位置，同时还要对集电环重刷绝缘的红瓷漆。
4.检测处于刷框中的碳刷是否存在卡涩以及摇摆等问题，是否可以在上下位置中进行自由活动。而且在必要时还可以更换出现卡涩与摇摆等问题的碳刷，在刷框中的碳刷最好保持0.1到0.2mm的间隙。
5.如果绝缘套筒已经发生了损坏问题，那么要立即进行更换，并且对新的绝缘套筒也要进行刷漆处理，借助1000V的绝缘电阻测试仪进行时长1min的耐压测试，以此保证最终得到的绝缘电阻可以满足有关规定。
6.通过白布蘸取酒精擦拭滑环以及集电环等，同时借助吸尘器来将碳粉、残存的微小铜渣以及灰尘等进行清除，以此保证滑环室中的清洁。
结束语
本篇文章对滑环室放电事故处理工作进行了分析，通过分析使得相关人员的维修经验得到了进一步提高。在实践过程中应用上述提到的预防措施，取得了较为理想的效果，同时在排除了其它因素干扰之后，对于同类型的隐患也有一定借鉴意义。在实际检修过程中一定要将检修管理的理念作为基础，按照机组的容量来确定上下集电环的安全距离，对刷辫长度进行科学规范，由多个角度判断事故出现的概率以及客观规律，并从中掌握设备的个性特点，最终借助可操作性的、切实有效且积极的解决与预防方案，最大程度的保证机组能够实现长久稳定的运转。
参考文献：
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[2]王亮.水轮发电机集电环、碳刷缺陷分析和处理措施[J].机电信息.2016（18）