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發(fā)布時間：2020-07-16 17:01:46
集電環(huán)系統(tǒng)位于上導軸承和受油器之間的集電環(huán)室內(nèi)，二者在運行過程中會產(chǎn)生大量的油霧，集電環(huán)室內(nèi)空間相對比較密閉，油霧對因電刷磨損而產(chǎn)生的碳粉的吸附作用較大，輕易產(chǎn)生油性碳粉污垢。有實驗表明，在疏松干燥的狀態(tài)下，石墨碳粉的絕緣電阻可達到100 MΩ以上，但是在油霧作用下絕緣電阻迅速減小為零。由此可見，油性碳粉污垢也是造成滑環(huán)室內(nèi)各絕緣件絕緣機能下降的主要原因之一。機組運行時，若油性碳粉污垢較多，則輕易造成缺陷甚至導致事故，需要停機處理或帶電清掃，影響發(fā)電機的安全不亂運行。所以對由集電環(huán)系統(tǒng)所產(chǎn)生的碳粉應采取收集措施，保持滑環(huán)室內(nèi)清潔無碳粉堆積。因此，有必要對集電環(huán)系統(tǒng)安裝碳粉收集系統(tǒng)。
因為電刷的數(shù)目減少，電刷間的間距增大，因此，電刷的分布方式也會相應地有所改變?，F(xiàn)有的水輪發(fā)電機組電刷分布主要有整圓分布和雙半圓分布兩種方式。
整圓分布是指上下兩個刷架上的所有碳刷呈平均360°分布，對于18套電刷刷握，每個電刷的夾角為20°。整圓布置方式有如下特點：電刷之間的工作空間較大，便于帶電更換電刷，同時有利于散熱；電流分布平均。但是，因為電刷是整圓分布，在不拆卸電刷的情況下清掃和打磨集電環(huán)環(huán)面的空間較小，所以，一旦泛起電刷和集電環(huán)環(huán)面打火現(xiàn)象，不便帶電處理。
碳粉收集系統(tǒng)主要有以下幾個作用。
a. 碳粉收集。碳粉收集是該系統(tǒng)的主要作用，碳粉收集系統(tǒng)將碳粉收集于指定位置，以便在不停機的狀態(tài)下對所收集的碳粉進行處理。
b. 隔離碳粉和油霧。碳粉收集系統(tǒng)應具備一定的密閉性，這樣可以將油霧和碳粉隔離，從而避免油性碳粉污垢的形成，使發(fā)電機滑環(huán)室內(nèi)各絕緣部件的絕緣機能得到一定程度的保護。
c. 保護集電環(huán)系統(tǒng)。因為滑環(huán)室內(nèi)存在油霧，油霧在一定程度上影響了電刷和滑環(huán)環(huán)面的充分接觸，所以碳粉收集系統(tǒng)應能對集電環(huán)系統(tǒng)起到保護作用。
2集電環(huán)系統(tǒng)改造方案
葛洲壩電廠125 MW水輪發(fā)電機組集電環(huán)系統(tǒng)的改造方案主要包括以下幾部門。
2.1更換集電環(huán)
a. 加寬集電環(huán)?，F(xiàn)有集電環(huán)寬度為40 mm，改造后集電環(huán)寬度將增加為80 mm，增大集電環(huán)的寬度可以進步集電環(huán)的散熱機能，且有利于電刷和刷握安裝方式的改造。
b. 改集電環(huán)環(huán)面為螺旋溝槽環(huán)面。舊集電環(huán)環(huán)面均為平面結(jié)構，輕易導致電刷表面形成微小的氣膜，不利于碳刷和集電環(huán)環(huán)面的充分接觸。新集電環(huán)環(huán)面采用螺旋溝槽環(huán)面，增加了集電環(huán)環(huán)面和電刷之間的透氣性，有利于集電環(huán)環(huán)面的充分接觸。這種結(jié)構已經(jīng)在三峽機組和葛洲壩增容機組上得到成功應用。
c. 增加上下集電環(huán)的間距。增加集電環(huán)間距的主要目的在于防止機組溘然抬機而導致上下集電環(huán)之間短路，減小集電環(huán)環(huán)面燒蝕的概率。
2.2電刷系統(tǒng)改造
為了實現(xiàn)不停機更換碳刷，以及利便碳刷收集系統(tǒng)的安裝，分別對電刷、刷架、刷握系統(tǒng)進行了改造。電刷系統(tǒng)改造主要包括以下兩個方面。
2.2.1改變電刷的數(shù)目及截面積
目前葛洲壩電廠125 MW機組所采用的是摩根公司出產(chǎn)的NCC634型電刷，正負兩極電刷刷握一共76套，每套面積為25×30=750 mm2。76套電刷的截面積為76×7.5=570 cm2，單極截面積為570÷2=285 cm2。在知足改造后保持總截面不減小的前提下，可增加碳刷之間的間隔，以利便電刷帶電更換?？蓪⒄搩蓸O電刷及刷握減少為36套，每極18套，每套的截面積不得小于285÷18=15.9 cm2，在保持目前電刷長寬比例為5:6的條件下，電刷的尺寸為3.7×4.4=16.28 cm2。
根據(jù)電刷的載流密度，對上述尺寸效驗如下：葛洲壩電廠125 MW機組的額定勵磁電流大值為1 653 A，上述電刷尺寸的截面積共為18×16.28=293.04 cm2，考慮規(guī)程劃定的電刷和集電環(huán)表面的小接觸面積不得小于75%，則小可接觸面積為293.04×75%=219.78 cm2，每個電刷的電流密度為1 653÷219.78=7.52 A/cm2，小于NCC634型電刷載流密度10 A/cm2。因此，電刷的尺寸可取為37 mm×44 mm。
2.2.2改變電刷的分布方式
雙半圓分布是指上下兩個刷架上分別為半圓，并對稱布置在大軸的兩側(cè)。目前葛洲壩電廠機組所采用的布置方式與此相似。雙半圓布置方式有以下特點：可以在不拆卸電刷的情況下，為清掃和打磨集電環(huán)環(huán)面提供另外半圓空間，便于帶電處理電刷打火。但是，這種分布方式電刷之間的工作空間較小，不便帶電更換電刷，也不利于散熱，與整圓分布比擬電流分布不夠平均。
綜合考慮整圓分布和雙半圓分布兩種方式的優(yōu)缺點，本方案采用了306°分布，即上下兩個刷架上的所有碳刷呈平均306°分布，每個電刷的夾角為17°。
2.3隔離腔安裝
隔離腔在整個裝置中起隔離油霧和碳粉、為碳粉收集裝置提供合適的風路、保護集電環(huán)裝置的作用，其安裝要求有一定的密閉性，同時要求在因發(fā)電機甩負荷而產(chǎn)生抬機現(xiàn)象時，不能影響其安裝位置。
綜合上述各因素，提出以下安裝方案：隔離罩上沿略高于上滑環(huán)面的上沿，在隔離罩上沿的邊沿安裝柔性耐磨橡膠，但是不與滑環(huán)上沿接觸，耐磨橡膠和隔離罩的連接方式可以考慮磁性橡膠連接。
該安裝方式有如下特點：密閉性強，漏風量??；安裝和以后的清掃工作較為利便。但是柔性耐磨橡膠材料難以選擇，并且假如機組在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下抬機會和耐磨橡膠發(fā)生摩擦，產(chǎn)生附加橡膠粉末或顆粒。
2.4透風系統(tǒng)
碳粉收集裝置是通過控制空氣的流向帶走碳粉的，合適的透風系統(tǒng)還有利于集電環(huán)系統(tǒng)的散熱，所以，透風系統(tǒng)的主要要求就是選擇合適的風路。
集電環(huán)碳粉收集裝置的風路是利用集電環(huán)裝置的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生徑向風壓，并在隔離腔外加裝抽風管道和抽風風機。該透風系統(tǒng)的主風路為集電環(huán)、集電環(huán)支架和發(fā)電機大軸之間的孔洞——集電環(huán)、隔離腔、抽風管道和抽風風機，另外，因為隔離腔的密封機能較弱，不可避免地存在漏風風量。