發(fā)電機勵磁碳刷打火原因分析及處理

摘 要：文章對水力發(fā)電廠發(fā)電機勵磁碳刷打火原因進行詳細分析、深入研究，并有針對性地做出相應(yīng)處置措施，從而徹底解決碳刷打火問題，提高機組運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：勵磁碳刷；打火；原因分析；處理

1 概述

水輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)一般采用可控硅靜止勵磁方式，其中碳刷由自卷式恒壓式彈簧壓迫固定在刷架中，碳刷與滑環(huán)通過滑動接觸將勵磁電流由靜止碳刷送入旋轉(zhuǎn)滑環(huán)，再由滑環(huán)將勵磁電流分配到發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組中。在機組運行中，碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污、碳刷磨損過短、碳刷材質(zhì)不合格、碳刷卡澀、彈簧性能下降、滑環(huán)接觸面粗糙、碳刷與滑環(huán)非同心運行都有可能造成碳刷打火。

2 碳刷打火原因分析

正常工況下，碳刷溫度一般保持在50-80℃之間運行，溫升約為40℃左右，正常工作電流在20-100A之間。每個碳刷分配的電流比較均衡，承受彈簧的壓力一致且均勻，碳刷在刷握中能自如活動且無卡澀振動現(xiàn)象。

運行中，碳刷發(fā)熱是正常的自然現(xiàn)象，但如果碳刷過度發(fā)熱且長時間沒有得到及時處理，碳刷與滑環(huán)之間或碳刷與碳刷之間就會產(chǎn)生火花，形成碳刷打火現(xiàn)象，打火嚴重時，將會造成碳刷、刷握、滑環(huán)燒損。

在實際生產(chǎn)中，造成碳刷發(fā)熱主要有3個方面的因素：碳刷與滑環(huán)摩擦產(chǎn)生熱量、碳刷自身電阻產(chǎn)生熱量、碳刷接觸壓降產(chǎn)生熱量。

碳刷與滑環(huán)摩擦產(chǎn)生熱量：

Q=FvT

碳刷自身電阻產(chǎn)生熱量：

Q=I2RT

碳刷接觸壓降產(chǎn)生熱量：

Q=IET

其中，F(xiàn)為碳刷壓緊力；v為碳刷與滑環(huán)的相對運行速度；I為流過碳刷的電流；R為碳刷電阻；E為接觸壓降；T為時間。

在實際運行中，引起碳刷打火主要有以下幾個原因：（1）碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污。機組運行時，碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污，碳刷與滑環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時排走，熱量大量聚集造成碳刷過熱，從而引起碳刷打火。當刷柱表面臟污，同時伴隨著碳刷打火，在刷柱與刷柱之間絕緣強度不夠的情況下，容易發(fā)生環(huán)火現(xiàn)象。（2）碳刷磨損過短。碳刷長時間使用而未及時更換，碳刷磨損變短（如圖1）造成碳刷電阻減小，流過碳刷的電流相應(yīng)增大，碳刷發(fā)熱量增加，當發(fā)熱量持續(xù)增加，碳刷將發(fā)生打火現(xiàn)象。（3）碳刷材質(zhì)不合格。當碳刷材質(zhì)過軟，碳刷在機組運行時將會因與滑環(huán)摩擦而產(chǎn)生大量碳粉，大量碳粉長時間堆積在刷握中，在油霧化較為嚴重的環(huán)境中使碳刷與滑環(huán)散熱條件變差，從而引起碳刷過熱造成打火。當碳刷材質(zhì)過硬，碳刷與滑環(huán)之間的摩擦力過大引起碳刷打火，摩擦力持續(xù)過大，碳刷、滑環(huán)將會受到極大損傷，嚴重時將會燒壞碳刷與滑環(huán)。（4）碳刷卡澀。碳刷在刷握中卡澀會造成碳刷與滑環(huán)之間不能可靠接觸，卡澀碳刷分配到的勵磁電流將會遠遠降低，甚至會為零。當卡澀碳刷數(shù)量增加，正常工作碳刷分配到的勵磁電流將會大大增加，從而使正常工作碳刷可能過熱引起碳刷打火。（5）彈簧性能下降。自卷式恒壓彈簧因長期受熱易發(fā)生彈性形變，彈性形變造成彈簧彈性性能下降，從而使彈簧對碳刷的壓力減小，使得碳刷與滑環(huán)實際接觸面可能存在間隙，造成碳刷與滑環(huán)接觸不良，碳刷接觸電阻增加，勵磁電流分配不均勻度增大，電流分配過大的碳刷將會因過熱而引起碳刷打火。（6）滑環(huán)接觸面粗糙?；h(huán)接觸面粗糙（如圖2），碳刷與滑環(huán)摩擦力增大，摩擦產(chǎn)生大量熱量使碳刷過熱引起碳刷打火。（7）碳刷與滑環(huán)非同心運行?；h(huán)圓度不夠、刷握調(diào)整不當都會引起碳刷與滑環(huán)非同心運行，非同心運行會增加碳刷與滑環(huán)之間的摩擦力，摩擦產(chǎn)生大量熱量使碳刷溫度急劇上升從而引起碳刷打火。

3 碳刷打火處理及注意事項

3.1 全面檢查

機組停運后，對碳刷、刷握、滑環(huán)、彈簧進行全面仔細檢查。檢查碳刷、刷握、滑環(huán)接觸面臟污情況、碳刷磨損情況、碳刷材質(zhì)情況、碳刷卡澀情況、彈簧彈性性能情況、滑環(huán)表面粗糙情況以及機組運行中，碳刷與滑環(huán)相對運行情況。

3.2 分步處理

對碳刷、刷握、刷架、滑環(huán)接觸面臟污進行全面清潔處理；對磨損過短的碳刷進行更換；對材質(zhì)不合格的碳刷進行更換；對彈性性能下降的彈簧進行更換；對卡澀的碳刷進行更換或打磨處理；必要時，通過機組檢修，對滑環(huán)圓度及光滑度不符合要求的進行車床切銷，接觸面光滑度處理（如圖3）。

3.3 處理效果

通過對碳刷、滑環(huán)、刷握接觸面臟污進行清潔以及對不符合要求的碳刷、彈簧進行更換，碳刷發(fā)熱量得到控制，打火情況得以緩解。通過機組檢修對滑環(huán)圓度及光滑度進行處理，碳刷打火得以徹底解決。

3.4 注意事項

在碳刷日常維護工作中，應(yīng)提前做好防止發(fā)生短路及接地的安全措施。維護人員工作時必須站在絕緣墊上，穿戴好絕緣手套，使用合格的絕緣工具進行工作。碳刷更換前，應(yīng)對更換碳刷接觸表面按照滑環(huán)接觸面形狀進行打磨，保證碳刷與滑環(huán)接觸良好，同時每次更換碳刷數(shù)量應(yīng)不超過單極總數(shù)的10%。碳刷更換完成后，應(yīng)對碳刷進行前后拉動檢查，查看碳刷在刷握中能順暢活動，若碳刷存在卡澀情況，應(yīng)對碳刷四面用細砂紙進行打磨，保證碳刷在刷握中順暢運行。

4 結(jié)束語

在機組運行中，勵磁碳刷打火是發(fā)電機常見的故障之一。碳刷打火如果不能及時消除，碳刷溫度會因打火發(fā)熱而不斷上升，當溫度上升達到上限值時，碳刷、滑環(huán)可能會因過熱而燒毀，最終導(dǎo)致發(fā)電機被迫停運。發(fā)電機被迫停運不但會影響電力系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定，而且對發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟效益也會造成極大損失。因此，及時有效的處理碳刷打火非常重要。

參考文獻

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作者簡介：梅森（1987-），男，助理工程師，從事水力發(fā)電廠設(shè)備運行維護工作。