發(fā)電機(jī)滑環(huán)溫度高的原因及對策

吳干東，張 雄

(廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510731)

某公司發(fā)電機(jī)勵磁采用靜止整流型勵磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定勵磁電壓為430 V，額定勵磁電流為1 820 A，發(fā)電機(jī)勵磁電流由靜止碳刷通過旋轉(zhuǎn)滑環(huán)流入轉(zhuǎn)子繞組，碳刷安裝在刷架上，通過恒壓式彈簧的壓迫，與滑環(huán)滑動接觸?；h(huán)外表面有螺旋溝，沿滑環(huán)表面均布傾斜30°的通風(fēng)孔，每極滑環(huán)碳刷有40只，設(shè)置成4列，二極共8列。熱能由裝在轉(zhuǎn)子上的離心式風(fēng)扇驅(qū)散。

1 故障現(xiàn)象

2009年11月，運(yùn)行人員在定期檢查發(fā)電機(jī)組時，發(fā)現(xiàn)碳刷存在過熱現(xiàn)象，安排人員對其進(jìn)行測溫。通過測溫發(fā)現(xiàn)，5號發(fā)電機(jī)第5列碳刷溫度相對較高。具體數(shù)據(jù)如下：41號為87 ℃，43號為85 ℃，45號為71 ℃，47號為75 ℃，而其他機(jī)組滑環(huán)碳刷的溫度基本在40～60 ℃，最高點(diǎn)的溫度也只有66 ℃。對碳刷的彈簧壓力進(jìn)行測量，壓力為21 kPa，在合格范圍內(nèi)，而碳刷和刷辮均未有嚴(yán)重過熱跡象。用手觸模觸頭引至碳刷的刷握時，明顯地感覺到整個第5列碳刷的振動要比其他幾列大?，F(xiàn)場對準(zhǔn)備更換的碳刷進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)碳刷原始接觸面局部底角邊緣位置有大量紫銅色痕跡。仔細(xì)檢查紫銅色表面并用工具清除后，發(fā)現(xiàn)里面有氣孔。對這些未使用的碳刷進(jìn)行批量檢查，發(fā)現(xiàn)65 %以上都存在這一現(xiàn)象，比例非常高。咨詢運(yùn)行人員有關(guān)碳刷使用情況，得知現(xiàn)更換的碳刷系某公司生產(chǎn)的，已經(jīng)更換了好幾批，4臺機(jī)組前后已換上了約38只。

另外，檢查更換下來的碳刷接觸鏡面存在刮痕，表面出現(xiàn)微小坑洞，碳刷接觸面四周邊緣出現(xiàn)面積不等的殘損。對碳刷進(jìn)行測量監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)5，6列刷握盒彈簧槽的底部(離溫度最高點(diǎn)的滑環(huán)表面位置最近)溫度達(dá)到125～134 ℃。

2 滑環(huán)發(fā)熱的相關(guān)因素

5號發(fā)電機(jī)滑環(huán)在2009年8月進(jìn)行了一次紅外線測溫，在當(dāng)時環(huán)境溫度35 ℃的情況下，其最高點(diǎn)的溫度為103 ℃，溫升68 ℃，而在這次環(huán)境溫度只有27 ℃的情況下，其相同點(diǎn)溫度達(dá)到120℃。為此對發(fā)熱的相關(guān)因素進(jìn)行了分析。

2.1 熱量平衡

碳刷正常運(yùn)行溫度，一般為40～60 ℃，滑環(huán)在70 ℃左右。理論上，流過每只碳刷的電流大致一樣，可實(shí)際上相差甚大，最大的超過100 A，而最小的不到10 A。碳刷與滑環(huán)運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量由通風(fēng)系統(tǒng)帶走，要求發(fā)熱與散熱達(dá)到基本平衡。當(dāng)發(fā)電機(jī)加負(fù)荷時，勵磁電流也會隨之增大，溫度會有短時升高，但系統(tǒng)能維持在新的平衡點(diǎn)上。

2.2 發(fā)熱因素

碳刷發(fā)熱主要由4部分組成：碳刷自身電阻發(fā)熱、碳刷接觸面壓降發(fā)熱、刷辮與刷握接觸電阻發(fā)熱和摩擦發(fā)熱。當(dāng)然，這4部分熱量在碳刷發(fā)熱中所占的份額不是一成不變的，而是隨著碳刷運(yùn)行時間及工況的改變不斷變化的。

滑環(huán)發(fā)熱主要由3部分組成：滑環(huán)自身電阻發(fā)熱，滑環(huán)接觸壓降發(fā)熱，碳刷熱傳導(dǎo)發(fā)熱。在這3者之中，滑環(huán)自身電阻發(fā)熱所占比例甚少，可以忽略不計；滑環(huán)接觸壓降發(fā)熱所占比例也不多，所以滑環(huán)的發(fā)熱主要由碳刷的發(fā)熱所決定，隨著碳刷溫度的不斷變化，滑環(huán)溫度也隨之變化。

3 存在問題

3.1 機(jī)械磨損

對碳刷詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，碳刷接觸面殘余大量紫銅雜質(zhì)，增大了滑環(huán)表面的機(jī)械磨損。從碳刷鏡面可以看出，碳刷磨面上的粗顆粒子易嵌入滑環(huán)表面。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，刷面上的硬粒對滑環(huán)表面刮傷嚴(yán)重，加重了機(jī)械磨損，甚至引起摩擦振動，久而久之，造成惡性循環(huán)，導(dǎo)致摩擦增大，溫度升高。

3.2 氧化膜的形成

碳刷接觸面在運(yùn)行中形成氧化膜，氧化膜的潤滑性能降低了摩擦系數(shù)，減少了摩擦熱的產(chǎn)生。氧化膜通常在65 ℃時較易形成，當(dāng)溫度達(dá)到100 ℃以上時，即使換上新的碳刷，氧化膜也不易形成。該廠的故障情況與各個碳刷的物理性能不同有很大關(guān)系，更換后的碳刷破壞了原有的氧化膜，無法形成新的氧化膜，導(dǎo)致碳刷磨損加劇，溫度繼續(xù)升高。

3.3 滑環(huán)振動

5號發(fā)電機(jī)滑環(huán)第5列的10只碳刷幾乎都存在振動大的問題，這表明滑環(huán)表面可能存在大量粗顆粒以及偏心度可能超標(biāo)(發(fā)電機(jī)運(yùn)行10多年來，表面車削修理數(shù)次)。5號機(jī)6號瓦振動值最大，達(dá)到40 μm，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，影響到滑環(huán)壽命。

3.4 滑環(huán)與刷架調(diào)整存在偏差

由于刷架與滑環(huán)是分開檢修的，再加上刷架安裝基本上在檢修的最后階段，而此時工作最緊張，因此可能導(dǎo)致刷架的位置調(diào)整存在偏差。

3.5 碳刷與刷握配合問題

碳刷更換時技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不嚴(yán)。按照規(guī)程要求，碳刷在刷握內(nèi)的間隙應(yīng)為0.1～0.2 mm，如碳刷打磨過多，碳刷在刷握內(nèi)晃動，易破損，還會造成接觸面過小而發(fā)熱；打磨過少，又容易造成碳刷膨脹后卡澀而發(fā)熱。從已檢查的情況來看，2種情況都存在。

3.6 電流偏差

(1) 由于不同廠家、不同批次的碳刷混用，致使各碳刷的電阻系數(shù)不一樣，造成電流分配不均勻，磨損增大。

(2) 碳刷中心線并非完全垂直于滑環(huán)表面，有一定的傾斜角度，目前使用的碳刷頂部也為斜面，致使運(yùn)行中恒壓彈簧壓力在表面上產(chǎn)生水平與垂直2個分壓力，加之彈簧壓力不一致，導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)的接觸面不均勻，造成碳刷電流偏差增大，引起發(fā)熱與振動。

(3) 滑環(huán)冷卻螺旋槽內(nèi)有積碳粉現(xiàn)象，導(dǎo)致冷卻效果差，滑環(huán)與碳刷之間的摩擦溫度升高，從而造成部分碳刷導(dǎo)電能力下降，引起電流偏差。

4 措施和對策

根據(jù)以上分析，對溫度較高的5號發(fā)電機(jī)碳刷進(jìn)行定時定量的更換，對其他機(jī)組碳刷也進(jìn)行一批更換，并采取了如下幾項(xiàng)措施：

(1) 增加對滑環(huán)和碳刷的紅外測溫檢查次數(shù)，每個班次對5號發(fā)電機(jī)滑環(huán)和碳刷測溫1次并記錄，同時記錄當(dāng)時的發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷及勵磁電流；

(2) 將碳刷逐步更換為性價比高、品牌好的碳刷，并做好有關(guān)更換記錄；

(3) 用紅外線成像技術(shù)對4臺發(fā)電機(jī)的滑環(huán)、碳刷進(jìn)行日常檢查，并對各點(diǎn)溫度進(jìn)行分析；

(4) 碳刷更換前對備品進(jìn)行檢查，對20 %的碳刷進(jìn)行直流電阻測量，電阻大的不用，保證換上去的碳刷質(zhì)量良好；

(5) 定期對碳刷之間的負(fù)載電流分配情況和碳刷的彈簧壓力進(jìn)行測量和檢查，用儀用壓縮空氣對各臺發(fā)電機(jī)的滑環(huán)和碳刷架等進(jìn)行吹掃，做好記錄;

(6) 加強(qiáng)對環(huán)火、發(fā)熱、火花較大的滑環(huán)和碳刷的監(jiān)測，及時匯報并調(diào)整無功負(fù)荷，對滑環(huán)凹凸不平嚴(yán)重的及時停機(jī)車削，以防事故擴(kuò)大。

采取以上措施后，發(fā)電機(jī)滑環(huán)和碳刷溫度高的現(xiàn)象基本上得到了解決。

1 耿道波. 發(fā)電機(jī)勵磁碳刷滑環(huán)發(fā)熱的分析預(yù)防和應(yīng)急處理分析[J]. 甘肅電力技術(shù)，2007(4).