自并励发电机组碳刷集电环故障分析处理

 自并励发电机组碳刷集电环故障分析处理

冯迪

大唐长春第二热电有限责任公司  吉林长春  130031

摘要：针对200MW自并励发电机碳刷和集电环运行中发生的故障进行分析，提出了相应的解决方法及维护对策。通过加强发电机碳刷和集电环运行维护管理，可以保证发电机励磁系统稳定运行，从而提高企业经济效益。

关键词：集电环；碳刷；故障；维护

某火力发电厂现有在役六台200MW热电联产机组，3～6号发电机励磁电源取自发电机出口，经励磁变压器降压后再通过整流调节送到发电机刷架，再经碳刷和集电环送给转子，提供发电机励磁。碳刷作为传导电流的滑动接触体，其作用是把发电机所需要的励磁电流，通过集电环导入转子线圈。如果碳刷和集电环维护不当将造成励磁系统故障，导致停机等重大事故，给企业造成巨大的经济损失。

机组经过检修后并网运行以来，集电环和碳刷一直温度较高，经过多次调整都没有明显的效果。集电环和碳刷超温严重制约机组带负荷，影响到发电机的安全运行。为保障发电机的正常运行，减少机组非正常停运的次数，需要结合机组实际情况对碳刷和集电环的常见故障进行分析，并提出相应的解决办法和维护对策。

1碳刷和集电环的故障分析

1.1碳刷在刷握中跳动或卡涩

《200MW发电机组电气运行规程》中规定，发电机碳刷在刷握内应该能够上下自由移动，间隙符合运行规定，碳刷外形要方正，上下端尺寸误差不得大于0.05mm。如果碳刷在刷握中发生跳动现象将进一步加剧碳刷的磨损，同时产生大量碳粉，这些碳粉积聚在刷握内会造成碳刷卡涩，甚至造成碳刷发生崩角，使碳刷和集电环接触不良，分流量减小，从而造成其它碳刷过载。此时，需要对碳刷进行圆度修复或打磨处理，对集电环表面进行擦拭，还应该注意检查碳刷弹簧应完整无机械损伤，弹簧的压力应符合其产品规范的规定，同一刷架上每个碳刷的压力应该保持均匀。

1.2碳刷刷辫过热

由于碳刷质量不合格、恒压弹簧压力不够或不匀、不同型号的碳刷混用、碳刷与集电环的接触不好及刷辫与碳刷的接触不良等原因会造成碳刷分流不均，个别碳刷由于过载而烧毁。碳刷刷辫运行中经常出现过热现象，如果不及时采取措施将造成刷辫烧断。若不及时发现和更换，将造成大量碳刷由于过载而烧毁，最后导致发电机失磁跳闸。因此，要求运行人员加强碳刷刷辫的检查及测温工作，发现异常及时联系处理，避免发生恶性事故。

1.3碳刷出现打火现象

碳刷接触面研磨不良、刷握与集电环表面间隙过大、碳刷崩裂等情况都会导致集电环和碳刷之间出现火花，如果不及时处理，两者在接触过程中将失去正常工作条件，发生环火，烧损碳刷及刷架，甚至损伤集电环，造成励磁系统接地，机组非计划停运。因此，要严格按照规定调整刷握与集电环表面的间隙。在同一时间内，原则上每个刷架上只允许更换1～2个碳刷。换上的新碳刷应事先在与集电环直径相同的模型上研磨好，且新旧型号必须相同，同时要对更换后的碳刷进行跟踪检查。

1.4集电环表面温度过高

由于环境温度过高、集电环冷却风道堵塞、集电环表面通风沟、通风孔堵塞等原因，会导致碳刷磨损加剧，碳粉积聚量增加，可能会进一步堵塞集电环表面的散热通道，使集电环通风不良，形成恶性循环，使碳刷温度持续升高，破坏碳刷表面的氧化膜，威胁机组安全运行。集电环和碳刷是通过相互滑动接触导通励磁电流的，根据容量及型号的不同，每个集电环上大约分布着数十只碳刷，由于接触电阻的不同，电流分配的差异，会导致发热不均匀。

一是由于碳刷与集电环表面接触电阻、碳刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。可通过测量单个碳刷总压降、碳刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。同时检查回路中各螺丝是否紧固，检查碳刷接触面的清洁程度，是否存在油污污染等。二是由于机械及摩擦等原因造成的过热。集电环与碳刷过热故障中，很大一部分是由于机械及摩擦等原因导致的过热，如果在机组刚启动时还未增加励磁，就已经发现集电环与碳刷温度高，或者在运行中温度过高，拔出几只碳刷后，温度反而降低，就基本可以肯定是由于机械及摩擦原因导致的。在机组检修时，应对集电环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理，保持通畅，提高集电环散热的可靠性。

2碳刷和集电环的维护建议

2.1严控碳刷质量及安装工艺

采购人员在进货过程中对碳刷质量严格把关，碳刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量，详细了解生产厂家的工艺和质量检测手段及程序。在发电机更换碳刷前，专业技术人员必须进行认真验收，要对碳刷外观进行检查，保证外观良好，保证所使用的碳刷型号一致，不同型号的碳刷不可混用。同一发电机上应使用同一生产厂家制造的同一型号的碳刷，对于外观检查有明显差异的碳刷应及时调整和更换。

在更换碳刷前，要细心研磨碳刷使其表面光滑，保证碳刷在刷握内上下活动自如。刷握的下边缘和集电环工作表面之间的距离控制在2～3mm。每次更换的碳刷数量不能超过每极碳刷总数量的百分之十，并做好碳刷更换记录。更换碳刷要开具工作票，检修人员站在绝缘垫上，不得同时接触两极或一级与接地部分，也不能两人同时进行工作。新碳刷放入刷握内后，应上下拉动一下，检查碳刷是否能上下轻松移动，如果有卡涩现象，应及时将碳刷取出，将其四面用砂纸打磨，直至符合要求。

2.2确保碳刷表面形成氧化膜

碳刷在集电环上运行时，其接触面上会形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜。正是由于这层氧化膜的存在，改变了碳刷与集电环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。碳刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。氧化膜具有非常好的润滑性能，碳刷与集电环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜，这层石墨膜，将碳刷与集电环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦产生的热量，也减少了碳刷的磨损。

碳刷表面的氧化膜一般在70℃左右较易形成，当集电环、碳刷出现过热故障时，通常温度会达到120℃以上，此时即便换上新的碳刷，氧化膜也不易形成，无法起到润滑作用，碳刷磨损将加剧，导致温度继续升高，形成了恶性循环。此时可采取外部强迫降温的方法，打开集电环室两侧门，外接轴流风机对集电环和碳刷加强通风降温，同时在集电环表面涂抹凡士林油进行临时降温，降温到75℃以下后，再对已损环的碳刷进行换新。保证集电环温度降到正常范围内，持续一段时间，让碳刷表面氧化膜逐渐形成，使之进入良性循环状态。

2.3加强运行检查与维护

运行过程中要加强对集电环和碳刷的监控及温度测试，每班测温四次并填写测试记录，以便查阅及分析。高负荷期间以及无功和电压波动较大时，应增加巡视检查次数，缩短温度测量间隔，对于新更换的碳刷更要做重点检查。检查中发现碳刷打火、刷辫过热、烧断等故障时，应及时联系检修人员调整或更换碳刷，防止事故扩大。

检修人员要充分利用机组检修机会，对集电环进行防锈和除锈处理，对集电环沟道和刷握进行彻底吹灰和清理。如集电环表面起毛或出现小坑以及集电环偏心等情况时，要对集电环进行抛光或车削处理。运用红外热成像技术进行集电环和碳刷日常巡视检查。

3 结论

集电环及碳刷是发电机系统中的重要设备也是薄弱环节。为了保证发电机碳刷集电环装置正常工作，提高发变组系统运行的可靠性，需在设备本身方面进行提高，采用性能好的碳刷和刷握，提高运行监视手段等，同时，也要进一步规范对滑环碳刷装置的运行和维护管理，彻底避免由于碳刷集电环装置烧损而引发失磁、转子回路接地、转子短路等事故发生。