嘉兴发电有限责任公司二期工程共有4台600MW汽轮发电机组，其中3号和4号发电机由东方电机股份有限公司制造， 5号和6号发电机由上海汽轮发电机有限公司制造。

　　3号发电机型号为QFSN 600 2 22，为汽轮机直接拖动的隐极式，二极同步发电机。该机型是与日本日立公司合作设计、合作生产的第一台整体机座的发电机。额定功率600MW，额定电压22 kV，额定电流17 495 A，额定功率因数0. 9（滞后），采用可控硅整流励磁系统，额定励磁电流4 387A，正负极各有64个碳刷。3号发电机于2004年7月通过168 h试运。

　　5号发电机型号为QFSN 600 2，是在美国西屋公司引进的600 MW发电机基础上，进行优化设计的水氢氢汽轮发电机。额定功率600 MW，额定电压20 kV，额定电流19 245 A，额定功率因数0. 9，采用可控硅整流励磁系统，满载励磁电流4 145A，正负极各有72个碳刷。5号发电机于2005年5月通过168 h试运。

　　1集电环温度测量为了及时掌握发电机运行中集电环的温度，在每台机组正式投入商业运行后，状态检测人员立即将集电环温度纳入到检测项目中，每个月最少测量一次，一般选择在满负荷时。检测设备为武汉高德生产的IR928型非制冷焦平面红外热成像仪，测温范围- 20 + 500 C，测温精度 2C，温度分辨率0. 06 C.

　　可以看出，同样运行在夏季高温条件下，机组都带额定有功功率，3号电机的无功功率要小于5号电机；励磁电流相差不大， 5号电机的励磁电流绝对值相对小一些。但3号电机集电环表面温度明显要高，无功功率187 MVAR时表面就有108. 5 C，最高点处的温度更是高达123. 6？C；而5号电机无功功率224MVAR时表面温度只有84. 3 C，最高点处的温度也不过98. 9 C.

　　2分析影响集电环温度的因素有很多，如集电环装置的散热，流经碳刷上的励磁电流密度，励磁小室的通风等。

　　2. 1集电环装置的结构与散热集电环是合金钢锻件，表面有等距离的螺旋槽，能使碳刷与滑环接触面轮流传导电流，同时又轮流断开电流得到冷却的机会，减少碳刷面局部过热，使高速旋转的集电环与静止的碳刷接触面间的？气垫%作用减弱，降低它们之间的接触电阻及由此产生的热量。两集电环间配有一个离心风扇，以集电环外侧进风，中间出风的形式，带走集电环、电刷等产生热量。在螺纹的内圈，集电环周向有均布的轴向斜孔或槽（斜向与集电环的冷却气流及转向有关） ，增加集电环的散热面，以达到降低集电环温升目的。集电环及其冷却系统结构。

　　3号发电机集电环周向均布30个轴向斜孔，利用集电环冷却风扇运行中产生的负压，使冷却风流经斜孔，达到冷却集电环表面温度的作用。5号发电机集电环周向是均布的槽，槽口为风页形状，运行中这些风页有自抽风能力，流经集电环表面的风量大大增加，冷却效果好。

　　2. 2碳刷的摩擦和电流密度众所周知，集电环表面区域是热量最集中的部位，这些热量主要来自两个方面，碳刷与集电环的摩擦以及碳刷上通过的励磁电流。上述两种型号的发电机都采用上海摩根碳制品有限公司的NCC634碳刷，但是尺寸上稍有差异， 3号电机尺寸为25. 4 38. 1 102 mm， 5号电机尺寸为25 32 100 mm，即3号电机使用的碳刷截面积要大一些。

　　（1）总的摩擦面积（一个集电环）3号电机为： 25. 4 38. 1 64= 61935. 36 mm 2 5号电机为： 25 32 72= 57 600mm 2在碳刷材质相同，且碳刷维护条件相同的条件下，集电环的摩擦发热与碳刷总截面积成正比，即3号电机的集电环表面因摩擦产生的热量要大于5号电机。

　　（2）碳刷的平均电流密度I i = I f n S 10 2其中： I i为满负荷运行的平均电流密度， A cm 2； I f为发电机转子的额定励磁电流， A； n为每极的碳刷个数； S为单个碳刷的截面积， mm 2。

　　目前，国内大型发电机刷架装置的满负荷运行平均电流密度值约为7A cm 2。根据上述公式，可以算出：3号电机()集电环碳刷电流密度： 7. 08A cm 2 5号电机集电环碳刷电流密度： 7. 19A cm 2两种机型集电环碳刷电流密度差不多， 5号电机电流密度要稍大一些，运行中产生的热量也相应要多一些。

　　综合上述两方面因素，两种机型集电环表面产生的热量应该相差不大，但5号电机集电环表面温度却比3号电机要低，这主要是5号电机采用较大集电环宽度的缘故。

　　3号发电机集电环的宽度为304 mm，圆周方向布置了8排碳刷，宽度方向每排布置有2个刷盒，每个刷盒能装4块碳刷，共计8个碳刷； 5号发电机集电环的宽度为400 mm，圆周方向布置了6排碳刷，沿宽度方向每排也布置有2个刷盒，每个刷盒能装6个碳刷，共12个碳刷。从这两种布置结构可以看出：（1） 3号发电机组圆周方向覆盖的碳刷数量多，造成集电环表面直接与空气接触的冷却面积小于5号发电机；（2） 3号发电机集电环宽度窄，碳刷排列紧密，产生的热量集中，如热量不能及时散发，就容易引起集电环表面温度升高。

　　由此可见，较大的集电环宽度可以增加冷却面积，减小温升。但是，一直加大集电环的宽度也是不可取的，集电环的宽度则取决于励磁电流的大小和许用电流密度。在允许的温升条件下，尽量取得窄些，这对通风和振动均有好处。

　　2. 3励磁小室的通风两种型号的发电机集电环外部都配有一个小室，既能起到隔音的作用，同时还能防止外部灰尘的进入。3号发电机的励磁小室设计上要比5号发电机的大；运行中， 3号机组励磁小室内只有轻微的负压， 5号机组的小室内负压要大很多，以至于要费很大的力气才能将门打开。这说明5号发电机励磁小室内冷却风流量大，能够更充分地冷却集电环表面，及时带走集电环、碳刷等产生的热量。这种现象与两种型号发电机励磁小室进出风通道设计上的几点不同有关。

　　（1）环间离心风扇出风口位置不同5号发电机集电环间离心风扇出风口位于离心风扇的正下方，热风可由此及时排出至出风管。

　　3号发电机则不然，它的离心风扇出风口偏于风扇左下方，热风要流过一段距离，经过几次反弹后才能由出风口排出，相当于降低了离心风扇的效率。

　　（2）进出风通道设计不同3号发电机进风口在发电机机腹下，进出风通道设计在同一根风管中，中间以金属板隔开，这种设计存在一个弊端，一旦金属隔板出现问题，就会造成冷、热风通道短路，热风直接进入进风通道，导致冷却风温度上升，冷却风温度的上升又引起集电环温度的上升，这样恶性循环，集电环温度不断上升，最后有可能超过额定工况下的温度限制。

　　5号发电机进出风通道分开设计，励磁小室墙面上设计有两个进风口，出风口在离心风扇正下方。既避免了冷、热风串风，又缩短了进风距离，提高了小室进风量。

　　3结语（1）该工程的3号发电机集电环温度高于5号发电机的分析比较对于600MW发电机的设计改进有一定的意义。

　　（2）集电环表面区域是热量最集中的部位，如果运行中热量过于集中且不能及时散发，将导致集电环温度不断上升，最终超过允许的限制温度，使集电环不能正常使用，严重时会造成破坏性的后果。在可能的条件下，适当增大集电环宽度，从而增加碳刷个数，不仅能减少电流密度，还可以增强通风冷却效果。

　　（3）励磁小室冷却风系统的设计达不到希望的效果，在运行中出现了负压不足。进出风通道设计在同一根风管中，还存在串风的隐患，可以考虑将进风口取在励磁小室墙面上，减小进风距离，以获得更大的进风量。