摘要:本文介绍了某燃气发电厂#1机组在做完甩负荷试验后的启动黑字程中所发生的发电机转子滑环烧损的故障情况,详细分析了导致故障的原因和所采取的措施,可供同行参考.

　　关健词:燃气发电机组 转子 滑环 绝缘筒 泄漏电流 灼伤

　　1、概述

　　某燃气电厂Ⅰ期工程装机容量为2×390MW美国GE公司的STAG109FASS单轴燃气蒸汽联合循环机组，发电机型号为390H，额定容量为468MVA，励磁系统由GE配套提供的EX2100TM晶闸管励磁控制装置，励磁方式为静止励磁系统，其额定励磁电压为750V，额定励磁电流为1770A。

　　发电机集电环热套装在2.7mm的绝缘筒上，二个集电环外侧与绝缘筒之间有0.5mm的间隙的外延，其深度(发电机轴向长度)为75mm,外装有隔音罩，隔音罩内侧粘贴有一层吸音材料，吸音材料外表面粘有一层铝薄纸。滑环的冷却方式有二种，其一：在发电机转子励端端部装有一组风扇叶片，冷却风从发电机的底部吸入、通过滑环再排出至发电机底部;其二：二极滑环按圆周方向均匀布置有通风孔，其风在隔音罩内部循环。发电机滑环的简易结构图如下：

　　进风 出风

　　2、事故经过

　　2006年12月5日19时30分某燃气电厂#1机组做完甩负荷试验，22时DCS复位，燃机复位，22时06分发“开机”令，燃机机组升速至698rpm，22时10分燃机控制系统MK-Ⅵ发“励磁系统未准备好启动”报警，燃机机组转速下降，手动“停机”，投盘车。检查励磁变高压侧(6113)开关由于过流保护动作跳闸，检查励磁一、二次回路未发现异常。23时40分#1发电机组DCS复位，燃机复位，发“开机”令，励磁变高压侧(6113)开关由于过流保护动作即刻跳闸，现场检查#1发电机转子滑环处有火星。

　　3、发电机大轴、集电环、绝缘筒损坏情况

　　3.1、发电机大轴、集电环损坏情况：在发电机大轴与二个集电环内侧根部圆周上对应位置被弧光灼伤有四个大、小不一的小坑，每个圆周上在180°的位置有二个小坑、坑的最大尺寸为：38×20×5mm。对二个滑环进行金相着色检查，发现灼烧的坑周围内裂纹。对发电机大轴进行金相检查，未发现有其它缺陷。具体情况见附照片：

　　滑环灼伤情况

　　发电机大轴被灼伤情况

　　发电机大轴另一侧被灼伤情况

　　3.2、集电环绝缘筒损坏情况：除发电机大轴及集电环被电弧弧光灼伤成坑的之处被烧成孔洞之外，在二个集电环之间的绝缘筒表面都被均匀地碳化。具体情况见附照片：

　　绝缘筒被损坏情况

　　3.3、隔音罩及内部情况：发电机碳刷隔音罩壁粘的铝蒲纸部份脱落。

　　4、原因分析

　　在正常情况下，当滑环的绝缘筒未受到外界的损伤时其表面是相当光滑、不易附着粉尘，在正常运行的情况下，为冷却滑环巨大的冷却风在冷却滑环的同时对绝缘筒进行了彻底的清扫，使在正常运转过程中磨损下来的碳刷碳粉不会附着在绝缘筒上，从而不会形成滑环泄漏电流通路。

　　在安装碳刷冷却通风道的过程中，由于未对钢制风管进行清理，

　　通风道锈蚀情况

　　风管表面存在着大量的松散铁锈(如上照片)，在机组运行过程中强大的冷却风使钢制风管表面松散的铁锈脱落、并随冷却风击向滑环、绝缘筒，使滑环之间绝缘筒的表面变得粗糙，粗糙的表面使附着在其表面的碳刷碳粉极难被清洁，而冷却风又使滑环之间的绝缘筒表面附着的碳粉趋于均匀，但越靠近滑环的根部由于窝风作用其碳粉在圆周上的分布越不均匀。同时，在二个滑环的外侧，由于滑环在径向有与绝缘筒距离为0.5mm的间隙、并延发电机大轴轴向深度为75mm的一个外延(如滑环结构简图)使脱落的铁锈随冷却风无法触及绝缘筒表面，同时，由于滑环的这个外延使碳粉也无法触及绝缘筒上、使滑环外延下绝缘筒表面始终保持清洁。而在二个滑环之间绝缘筒被铁锈伤击成粗糙表面而均匀附着着碳粉、滑环根部附着着不均匀的碳粉，这样在发电机正常运行过程中滑环之间、绝缘筒表面上就存在直流泄漏电流，这个泄漏电流在滑环根部由于附着的碳粉不均匀是不均匀的，随着发电机运行时间的增加、泄漏电流的作用，绝缘筒表面就逐渐被碳化，而滑环根部的绝缘筒由于泄漏电流不均匀，碳粉多的地方(滑环的根部)、泄漏电流大的地方，绝缘筒碳化的就越迅速，直至绝缘筒在径向方向被碳化(绝缘筒的厚度仅只有2.7mm)形成碳化小孔，但此时碳化层在径向方向上并未彻底贯穿，这个未贯穿层只能承受正常运行状况下了励磁电压，在进行机组甩负荷试验时，由于发电机转子回路形成的过电压，将这个绝缘筒上、滑环的根部尚未被碳化贯穿的薄层由滑环正极至发电机大轴到滑环负极的形成的击穿通道而击穿，绝缘筒被击穿、形成放电电弧、伤及发电机大轴、滑环和绝缘筒，即发电机大轴、滑环、滑环绝缘筒在机组甩负荷的过程中已经被电弧灼成最终的状况，另外由于在进行甩负荷时励磁电源已被切除，因此在甩负荷的过程中励磁电源(励磁变)高压侧(6113)开关过流保护或其它保护不可能动作，绝缘筒被击穿的能量只来源于发电机在甩负荷过程中转子的能量，因此，此时在发电机滑环处虽有放电现象，但各种继电保护都不可能有故障信号和分析信号发出。在甩负荷试验后的开机过程中，励磁电源实际向二个回路供电：其一为正常的向发电机转子供电;其二为通过滑环的击穿回路形成故障电流和在滑环二极之间的绝缘筒表面形成的泄漏电流，此故障电流和泄漏电流只会恶化绝缘筒的碳化状况(在甩负荷试验后第二次开机过程就发现滑环处有火星)，而不能发生其它。在甩负荷试验后开机中励磁电压升至一定的数值时(机组升至一定转速时)，由于存在故障和泄漏电流，励磁变将产生过流、过流保护动作而跳机(甩负荷试验后的二次开机过程都为如此)。而在二极滑环之间的绝缘筒由于表面被碳化、同时发电机励磁电压是由零升起来的，因此在二极滑环之间的绝缘筒表面只会产生泄漏电流。

　　综上所述，本次发电机滑环损坏的原因是：在强大的发电机滑环冷却风的作用下、冷却通风道中存在的杂物击向光滑的滑环绝缘筒表面，使绝缘筒表面粗糙、挂碳粉、形成泄漏电流，绝缘筒被碳化、变薄，甩负荷试验时发电机转子中的能量将绝缘筒击穿、发电机大轴、滑环、绝缘筒被不同程度的烧损。

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