范宗军
湖北正源电力集团有限公司南漳峡口电业分公司 湖北 襄阳 441500
摘要：在大型发电机运行过程中，由于励磁碳刷维护具有维护工作量大、易发生故障、故障后果严重的特征，如何结合实际工程经验针对励磁碳刷温度过高的问题提出可行的分析解决方案，具有重要意义。针对水轮发电机滑环碳刷打火、过热问题进行了探讨。本文针对某发电厂水轮机投运初期碳刷温度过高与打火缺陷问题进行了分析讨论，并给出了处理意见。
关键词：水轮发电机；推力轴瓦；降温措施
引言
水轮发电机组推力轴承油槽内的油循环是一个比较复杂的问题，目前尚没有较完整的试验数据，难以准确定量地计算，通常根据经验估算确定。按照经验与规范，在常规设计中轴承系统安全系数裕度较大，往往引起不必要的浪费。本文以某电站水轮发电机组推力轴承内循环冷却系统为例，运用Fluent软件对推力轴承油槽内的速度分布、压力分布、温度分布进行计算，总结了油槽内润滑油的流动及传热规律，并对推力轴承油循环冷却系统的结构优化提出了改进建议。
1缺陷分析
对出现碳刷温度过高、打火缺陷的机组进行全面检查，发现主要是滑环碳粉堆积多、集电环面有缺陷、碳刷与集电环接触电阻偏大等多方面原因所致。其中，1号机组碳刷温度过高与打火缺陷的频次最高，检查发现其主要是因为滑环表面存在缺陷，有很多连续、成片的凹坑，使碳刷与滑环面接触不好，导致接触电阻增大，而且与其他机组相比这些连续、成片的凹坑导致碳刷与滑环面的接触面积变小，也使得碳刷与滑环面的接触电阻增大，这样各个碳刷回路的电阻也相应增大，由Q=I2×Ｒ×t可知，机组带满负荷时励磁电流I基本上是一个定值(I与机组所带无功的多少也有关，所带无功多，机组视在功率大，I也大)，当各个碳刷回路的电阻增大后，机组碳刷回路的总电阻Ｒ也增大，导致机组碳刷回路的发热量Q增大，使整台机的碳刷温度普遍升高。
2水轮发电机推力轴瓦降温措施
2.1优化的技术供水系统
由于电站技术供水水质受汛期影响较大，且电站所在区域偶发泥石流，也会影响供水水质。泥沙含量大、结垢等水质问题是滤水器不能解决的。故将技术供水系统调整为2种供水方式，即一次冷却供水方式和冷却水二次循环供水方式相结合。经施工现场复核，高位水池可选在电站上游的河边，水池池底与厂房水轮机层高程差约为40m，且水源比较稳定，河水可自流进入水池。故将原技术供水系统设计的水泵供水方式调整为高位水池自流供水，取消原技术供水泵。该供水方式的路径为：高位水池→自动滤水器→滤水器出水管、出水总管→技术供水干管→发电机空气冷却器、推力轴承/上导轴承油冷却器、下导轴承油冷却器、水导轴承油冷却器（用水设备）→排至尾水渠。高位水池与电站自动滤水器之间的供水管管径为DN350，长度约为200m，按2台机组用水量314m3/h复核，流速约为0.9m3/s，水头损失约为1m，可满足技术供水要求。
2.2建立冷却介质泄漏监督台账
冷却介质泄漏监督台账主要监测机组运行时冷却介质的液位及压力变化情况，根据介质液位和压力的变化趋势分析泄漏情况。在蒸发冷却系统最开始运行的两年内，冷却介质泄漏监督台账按周度记录。蒸发冷却系统运行稳定之后，冷却介质泄漏监督台账可按月度或者季度记录。每年定期对泄漏监督台账进行专项分析，获得蒸发冷却系统及冷却介质的安全运行数据。每周记录水轮发电机组在开机或者停机状态下的冷却介质液位及压力数据，可以分析冷却介质的液位及压力的上升或下降趋势，从而对冷却介质的运行情况进行分析管理。
2.3改进密封块结构尺寸
原密封块自身高度与主轴密封支架间的配合间隙仅0.2mm，杂物极易堆积造成密封块卡阻，为提高主轴密封块在运行过程中的浮动补偿灵活性，将密封块的高度尺寸由30mm调减至29.6mm，其密封块的浮动间隙由0.2mm提高到了0.6mm；同时，为避免泥沙或杂物堆积在主轴密封内造成密封块卡阻，增大主轴密封清洁水过流通道，将原10mm深的密封块储水槽加深至15mm、将2个径向通水孔尺寸由φ5mm扩大至φ8mm，利用大流量的清洁水持续冲洗主轴密封，保证主轴密封长期处于灵活性的浮动性，避免密封块与旋转的抗磨环形成硬性接触。
2.4编制冷却介质大量泄漏和极端灾害预案
在化学品的安全管理中，发生事故时的应急处置能力是非常关键的一环。冷却介质作为水电厂大规模使用的化学品，其发生安全事故时的应急处置是对电厂管理层和安全监管的重大考验。因此，未雨绸缪是一个必然选择。预想冷却介质安全事故的发生，编制冷却介质安全事故应急处置预案，是对冷却介质安全管理的基本要求。冷却介质安全事故预想，主要有大量泄漏事故和极端灾害(火灾、爆炸等)事故。冷却介质大量泄漏事故应急处置预案，应包括冷却介质大量泄漏后机组停机处置、人员撤离方式方法、现场工作(如焊接)停工撤离、泄漏场所排气换气措施、受伤害人员紧急救治、事故后的环境修复等主要内容。冷却介质极端灾害应急处置预案，则需要预想更加危险的情况，包括灾害导致的介质泄漏处置、灾害现场的人员撤离、灾害中受伤人员救治、介质分解导致的有毒物质处置等内容。
2.5调整主轴密封的安装高度
根据水轮发电机组装配图分析，合理调配水轮发电机组座环及下机架的安装高程，能够避开主轴密封块与抗磨环把合螺栓楔形槽直接接触，但目前机组安装已定位，调整下机架及座环的安装高程已不现实，但可通过在主轴密封座上加垫或在支持盖与导流锥把合面上加垫等方式进行调高或调低主轴密封的安装高度，此项工作涉及调整量大，且需要局部进行大量的改进方可实现，施工难度较大，一般在机组A修或新安装机组可参考此措施。
2.6零部件接触保养方法
对于水轮发电机组的每个零部件的质量，都需要进行严格的把控，特别是对于连接位置，更需要日常的加固和保养，才能够将每个零部件的灵敏性发挥出来。从水轮发电机组运行来看，其具有持续性的特征，通常是在持续1个月之后，检查轴承的空隙，若是空隙过大，则需要对其零部件进行检查与更换，同时还需要针对其关键部件，采取有效的防腐措施，确保挡水板和水封的质量，保证水轮机处于良性的运转状态。
结束语
碳刷温度过高、打火是大型水轮发电机常发性缺陷，高于机组其他部件发生缺陷的次数和频率，严重影响安全稳定运行。当出现碳刷温度过高、打火缺陷时，用砂纸对滑环进行打磨是最常用也是最有效的办法，但要彻底解决问题，还需要根据具体原因分别进行优化处理，其中进行必要的设备升级也是消除设备缺陷的一个很好的思路，比如碳粉吸收装置换型改造，既减少了清扫滑环的工作量，又起到了防止机组碳刷温度过高或者打火的作用，对大型水电站运行维护具有很好的借鉴意义。
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