發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁碳刷事故分析和對(duì)策

常少杰

摘要： 碳刷是發(fā)電機(jī)進(jìn)行正常發(fā)電和傳導(dǎo)電流的重要部件之一。因碳刷選取不當(dāng)或是發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中缺乏對(duì)碳刷的維護(hù)管理，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)，給企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，所以說(shuō)碳刷在發(fā)電機(jī)中能否正常運(yùn)行，將直接影響著發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。

Abstract： Carbon brush is one of the important parts of the normal power generator and conduction current. The faults of carbon brush or the lack of carbon brush maintenance management in the running process lead to unplanned outage of generators， it causes great economic loss for the enterprise， so the normal operation of carbon brush in the generator will directly affect the safety operation of generator.

關(guān)鍵詞： 碳刷；危害；對(duì)策；方法

Key words： carbon brush；hazards；countermeasures；method

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0126-02

0 引言

碳刷即電刷。運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組碳刷如果維護(hù)不到位，或檢查缺失將造成機(jī)組降出力，甚至損壞設(shè)備及停機(jī)事故。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中碳刷的運(yùn)行和維護(hù)技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù)，多年來(lái)始終被沿襲和使用，但鮮有創(chuàng)新。所以，由于日常對(duì)碳刷運(yùn)行情況關(guān)注較少，維護(hù)技術(shù)水平達(dá)不到，造成碳刷異常運(yùn)行情況越來(lái)越多。集團(tuán)公司系統(tǒng)發(fā)電廠由于發(fā)電機(jī)碳刷與集電環(huán)間的打火，有的發(fā)展成環(huán)火，最終導(dǎo)致刷架和集電環(huán)燒損而發(fā)生的機(jī)組非停事件時(shí)有發(fā)生，造成較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。有鑒于此，為了確保碳刷安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，應(yīng)該深入研究其運(yùn)行階段可能存在的故障類型及成因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件采取可靠的技術(shù)措施排除故障，這都需要提升碳刷日常維護(hù)技術(shù)水平及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 碳刷故障的危害及典型案例分析

①某電力有限公司3、4號(hào)機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)頻繁誤報(bào)，始終未找到原因，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在多次檢查處理過(guò)程中，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣搖測(cè)檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常；另外，對(duì)保護(hù)裝置二次回路絕緣檢測(cè)及繼電器復(fù)核校驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)異常。最后，在檢查接地碳刷時(shí)，發(fā)現(xiàn)碳刷與刷握配合過(guò)緊，接地碳刷與轉(zhuǎn)子大軸長(zhǎng)期接觸不良，還有密封瓦處的滲漏油對(duì)碳刷的污染，使接地碳刷二次回路誤發(fā)接地報(bào)警信號(hào)。通過(guò)清理油污及打磨接地碳刷，徹底解決了信號(hào)誤報(bào)的問(wèn)題。

②某公司3號(hào)發(fā)電機(jī)10時(shí)20分有功負(fù)荷200MW，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓232V，勵(lì)磁電流1850A。運(yùn)行值班人員發(fā)現(xiàn)3號(hào)發(fā)電機(jī)碳刷處冒火花并有焦糊味，運(yùn)行人員立即將發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷由80MVAR降至18MVAR，再次檢查發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)生環(huán)火現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警。10時(shí)30分，運(yùn)行值班人員手動(dòng)打閘，機(jī)組解列。機(jī)組停運(yùn)后檢查3號(hào)發(fā)電機(jī)有8組勵(lì)磁碳刷握均有不同程度燒損，其中四組已嚴(yán)重?zé)龤?；刷握?dǎo)電部位均有電弧灼傷痕跡，環(huán)氧隔板一側(cè)過(guò)熱燒損，滑環(huán)燒損嚴(yán)重，部分已碳化，絕緣套邊緣局部燒損，勵(lì)磁機(jī)冷卻風(fēng)環(huán)受熱變形。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查及結(jié)合發(fā)電機(jī)當(dāng)時(shí)運(yùn)行情況，引起碳刷及滑環(huán)燒損的主要因素是碳刷打火，經(jīng)過(guò)分析，而造成碳刷打火的原因可能有四點(diǎn)：1）滑環(huán)、電刷、刷握和刷架表面臟污；2）刷握邊緣卡澀、彈簧壓力不勻；3）機(jī)組軸系振動(dòng)較大，帶動(dòng)滑環(huán)一起振動(dòng)；4）使用不同型號(hào)碳刷。出現(xiàn)上述問(wèn)題后，碳刷接觸電阻會(huì)增大，碳刷電流分配不均，引起碳刷打火。碳刷打火后開(kāi)始發(fā)熱，當(dāng)故障極部分碳刷引線燒斷或受熱變形卡澀退出運(yùn)行后，正常運(yùn)行的碳刷將承擔(dān)全部轉(zhuǎn)子電流而出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，導(dǎo)致其過(guò)熱升溫，形成環(huán)火，燒損碳刷及滑環(huán)等部件。

2 導(dǎo)致碳刷故障的因素

2.1 電磁因素 當(dāng)調(diào)整無(wú)功功率或勵(lì)磁電流時(shí)，冒火碳刷會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。當(dāng)勵(lì)磁機(jī)換向時(shí)，碳刷與換向片接觸處的電阻會(huì)增大；整流子或滑環(huán)的氧化膜薄厚不均勻，使得碳刷電流時(shí)大時(shí)??；或者負(fù)載突然短路，或者突然增大或減小，使得換向片間的電壓隨之增大或減小，導(dǎo)致機(jī)組過(guò)載或不平衡，無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，碳刷的型號(hào)、規(guī)格、質(zhì)量以及碳刷與碳刷之間的安裝距離，都不符合機(jī)組運(yùn)行要求。

2.2 機(jī)械因素 換向器中心不正，轉(zhuǎn)子不平衡；機(jī)組運(yùn)行時(shí)強(qiáng)烈顫振；換向片凸出或換向片間絕緣凸出；碳刷接觸面研磨不光滑，或換向器表面粗糙導(dǎo)致接觸不良；換向器表面臟污；各個(gè)換向極下氣隙不均勻；碳刷上彈簧壓力分布不均，大小不一；碳刷在刷握內(nèi)工作時(shí)，因安裝過(guò)松導(dǎo)致不正常跳動(dòng)，或者因安裝過(guò)緊導(dǎo)致卡澀，無(wú)法靈活移動(dòng)。調(diào)整機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)速率可減少顫振，從而能消除火花現(xiàn)象。

2.3 化學(xué)因素 機(jī)組在充滿腐蝕性氣體或缺氧的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，換向器與碳刷接觸的表面上一層自然形成銅氧化物薄膜遭到破壞，本已形成的、近似線性電阻的換向不復(fù)存在，在接觸面重新形成氧化膜的過(guò)程中換向器火花加劇。換向器（或滑環(huán)）被酸性氣體或油脂腐蝕。碳刷及換向器被污染等。

3 碳刷日常運(yùn)行維護(hù)

針對(duì)我公司220MW以及300MW發(fā)電機(jī)碳刷的運(yùn)行情況，尤其是近段時(shí)間因碳刷磨損或碳刷溫度高而頻繁進(jìn)行更換和調(diào)整，從中總結(jié)出了以下檢查維護(hù)經(jīng)驗(yàn)：

3.1 運(yùn)行檢查 運(yùn)行人員要加強(qiáng)巡視，定期（不少于每班1次）用紅外測(cè)溫儀測(cè)量集電環(huán)和碳刷的溫度，夏季大負(fù)荷期間應(yīng)縮短溫度測(cè)量間隔，一旦發(fā)現(xiàn)集電環(huán)和碳刷之間出現(xiàn)輕微火花，立即通知維護(hù)處理，若出現(xiàn)打火、環(huán)火現(xiàn)象，應(yīng)立即停機(jī)處理，避免事故擴(kuò)大；運(yùn)行監(jiān)盤要注意發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流、無(wú)功功率、有功功率等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)有突變及時(shí)通知專業(yè)主管或?qū)I(yè)點(diǎn)檢，判斷碳刷是否接觸不良；運(yùn)行中要始終保持集電環(huán)和碳刷通風(fēng)順暢。維護(hù)人員應(yīng)每天對(duì)發(fā)電機(jī)集電環(huán)和碳刷進(jìn)行兩次檢查（上午、下午各一次，要有記錄），用紅外熱像儀測(cè)量集電環(huán)和碳刷溫度，新更換的碳刷重點(diǎn)檢查。

3.2 檢修更換 更換碳刷時(shí)必須使用同一型號(hào)的碳刷，并且碳刷接觸面應(yīng)大于碳刷截面的80%；一般碳刷頂端低于刷握頂端3cm的碳刷，或碳刷在刷握內(nèi)有搖擺的情形，應(yīng)立即更換，碳刷磨損極限剩余長(zhǎng)度不低于1/3，運(yùn)行中更換碳刷，在同一時(shí)間內(nèi)，每個(gè)刷架上只允許更換1-2個(gè)碳刷；電刷裝入刷握內(nèi)要保證能夠上下自由移動(dòng)，電刷與刷握內(nèi)壁的間隙應(yīng)在0.1-0.3mm之間，以免電刷卡在刷握之中或因間隙過(guò)大產(chǎn)生擺動(dòng)；一次更換碳刷的數(shù)量不得超過(guò)單級(jí)總數(shù)的10%；碳刷彈簧壓力要符合制造廠家的規(guī)定（0.015～0.020MPa）各電刷之間的壓力差在平均值的±5%以內(nèi)，如果彈簧壓力不均，受壓力大的電刷所承擔(dān)的電流負(fù)荷也大，易于產(chǎn)生電刷灼熱、軟接線氧化、松脫和發(fā)生火花。采用直流卡鉗表檢測(cè)新碳刷的分流參數(shù)，再通過(guò)紅外成像儀檢測(cè)工作溫度，并做好記錄或做相關(guān)調(diào)整。優(yōu)化檢修工藝，提高檢修質(zhì)量，盡量不因檢修調(diào)整失誤導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)不良。此外，在機(jī)組檢修過(guò)程中，應(yīng)慎重調(diào)整刷架和刷握的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，尤其要嚴(yán)格控制刷架的安裝位置及幾何參數(shù)，盡量保持原狀態(tài)，以確保碳刷的滑入邊和滑出邊始終平行于換向器。

3.3 日常維護(hù) 用直流鉗型電流表定期測(cè)量（每月兩次，要有記錄）碳刷分流情況，每個(gè)碳刷電流控制在20～100A，用紅外熱像儀測(cè)量集電環(huán)和碳刷溫度（每天兩次），集電環(huán)表面（小于或等于120℃）應(yīng)無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象，刷架溫度應(yīng)控制在120℃以內(nèi)，刷體溫度也不超過(guò)80℃，重點(diǎn)檢查無(wú)電流和室溫碳刷，及時(shí)消除電流不平衡、卡澀等故障，使碳刷始終保持平衡狀態(tài)。碳刷在刷握內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可提刷檢查其靈活程度，或者是否存在卡刷或碳刷焊附在刷握壁的現(xiàn)象。不定時(shí)、不定期檢查刷辮是否脫辮，是否損壞，導(dǎo)線有無(wú)氧化、燒斷股現(xiàn)象，如出現(xiàn)發(fā)黑或燒傷應(yīng)更換。檢查刷握和刷架上有無(wú)積垢，每月一次定期用干燥的壓縮空氣吹凈，特別是絕緣件上的碳?jí)m及灰塵，以避免降低勵(lì)磁回路的絕緣電阻。每次停機(jī)時(shí)，必須清理集電環(huán)通風(fēng)溝內(nèi)的碳?jí)m物，確保風(fēng)道能夠正常通風(fēng)散熱，同時(shí)密切關(guān)注集電環(huán)底部碳刷情況，以防其出現(xiàn)故障。

4 碳刷故障處理及方法

4.1 碳刷冒火時(shí)的調(diào)整 當(dāng)碳刷過(guò)電流過(guò)大或者碳刷卡澀間斷與滑環(huán)接觸不良時(shí)，就容易出現(xiàn)碳刷冒火現(xiàn)象。應(yīng)根據(jù)不同的打火原因，采取對(duì)應(yīng)的處理措施，才能徹底消除冒火現(xiàn)象。①針對(duì)電流過(guò)大引起的冒火現(xiàn)象，如果碳刷不卡澀、不冒火，且溫度較低，只須更換碳刷之間的彈簧夾，通過(guò)提高不冒火碳刷的工作壓力迫使冒火碳刷的電流轉(zhuǎn)移，就能基本消除冒火現(xiàn)象；如果碳刷卡澀，但是不冒火，溫度也比較低，就應(yīng)該將碳刷全部卸下并逐一打磨，使碳刷在刷握內(nèi)可靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣也能消除冒火現(xiàn)象；②針對(duì)碳刷卡澀、間斷與滑環(huán)接觸面冒火現(xiàn)象，先用手觸摸其他碳刷的軟線溫度是否過(guò)熱，確認(rèn)碳刷接帶負(fù)荷正常后，將卡澀碳刷卸下，打磨至其在刷握下可靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的程度再重裝回原位，即可消除冒火現(xiàn)象。

4.2 發(fā)電機(jī)碳刷溫度高和破損的處理

4.2.1 發(fā)電機(jī)碳刷溫度高的原因 ①勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷；②碳刷斷辮或脫辨；③滑環(huán)風(fēng)孔堵塞及冷卻裝置故障；④碳刷與滑環(huán)接觸面過(guò)小或碳刷本身質(zhì)量問(wèn)題。

4.2.2 處理方法 ①根據(jù)發(fā)電機(jī)溫度變化適當(dāng)調(diào)低其無(wú)功負(fù)荷參數(shù)，通過(guò)控制勵(lì)磁電流降低碳刷的工作電流，直至電機(jī)溫度下降到允許范圍；②如過(guò)個(gè)別碳刷脫辨或斷辮，可將勵(lì)磁電流適當(dāng)調(diào)低；如果出現(xiàn)環(huán)火，勵(lì)磁電流就必須大幅度降低，直至碳刷電流恢復(fù)平衡后更換新碳刷，切忌強(qiáng)制性換掉大量碳刷，以防事故影響進(jìn)一步擴(kuò)大引起更嚴(yán)重的后果；③定期清理通風(fēng)口，確保風(fēng)道在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中能快速、及時(shí)地散熱；④增大接觸面，更換新碳刷。

4.2.3 碳刷破損處理 ①發(fā)現(xiàn)碳刷破損后，應(yīng)盡快檢查破損點(diǎn)，找出原因并采取處理措施，避免其再次破損，更換碳刷后要注意觀察碳刷運(yùn)行情況，同時(shí)做好碳刷測(cè)溫及測(cè)電流等工作；②碳刷因質(zhì)量原因或在打磨時(shí)發(fā)生破損，要檢查同批碳刷質(zhì)量問(wèn)題。打磨時(shí)，碳刷弧度或接觸面過(guò)小就難以保證碳刷在刷握范圍內(nèi)靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至出現(xiàn)顫振，必須重新打磨；③碳刷在振動(dòng)大的機(jī)組中工作常?？蚱茡p，應(yīng)根據(jù)機(jī)組振動(dòng)情況及時(shí)調(diào)整碳刷的位置或運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，或?qū)⑻妓⒅匦麓蚰?，確保碳刷在刷握范圍內(nèi)靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)組沖轉(zhuǎn)達(dá)臨近界轉(zhuǎn)速時(shí)，需要密切關(guān)注碳刷的工作狀態(tài)，防止其不正常跳動(dòng)。

4.3 碳刷跳動(dòng)時(shí)的處理 ①當(dāng)碳刷斷裂或嚴(yán)重破損時(shí)，應(yīng)停機(jī)換新碳刷；②檢測(cè)刷握彈簧壓力，更換刷握壓簧；③若刷握變形及同時(shí)有接觸不良打火現(xiàn)象，先將碳刷上下方向調(diào)換，若還有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象要立即更換刷握。

5 取得的效果

通過(guò)對(duì)碳刷維護(hù)及日常檢查標(biāo)準(zhǔn)等的學(xué)習(xí)掌握，維護(hù)檢修人員在碳刷的定期檢查維護(hù)及采取有效措施緊急處理碳刷故障也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。近一年來(lái)我公司只發(fā)生過(guò)碳刷過(guò)熱超溫現(xiàn)象2起，同比降低83%，未發(fā)生碳刷打火等其他故障，真正實(shí)現(xiàn)了碳刷狀態(tài)檢查管理。

6 結(jié)論

碳刷是發(fā)電機(jī)內(nèi)一個(gè)重要的組件，它的運(yùn)轉(zhuǎn)性能直接影響發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。碳刷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，常常出現(xiàn)顫振、火花和不均勻磨損等不良問(wèn)題，若不及時(shí)維護(hù)，就可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無(wú)法正常工作。本文分析了發(fā)電機(jī)碳刷常見(jiàn)故障及成因，同時(shí)針對(duì)每一類故障提出了有效的處理方法，對(duì)碳刷日常維護(hù)管理及故障處理具有一定的指導(dǎo)意義。

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