發(fā)電機(jī)勵磁碳刷發(fā)熱分析與處理

張萌，唐杰

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?，北?100000）

1 現(xiàn)狀分析

2017年6月以來，1#汽機(jī)發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷經(jīng)常出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，2017年7月3日維護(hù)人員用紅外成像儀檢測發(fā)現(xiàn)負(fù)極有3只碳刷都在90℃以上，超過平均溫度的2倍。用鉗形電流表檢測電流都在100A以上，超出了平均電流的3倍，且有其它碳刷有不帶負(fù)載現(xiàn)象，測得電流為0A。

2 碳刷和滑環(huán)發(fā)熱的產(chǎn)生發(fā)展過程

碳刷正常運(yùn)行中的最佳溫度一般在50℃左右，碳刷電流的分布趨于平衡，每塊碳刷正常工作電流在20～40A。機(jī)組正常運(yùn)行的應(yīng)具備以下條件：碳刷本身材質(zhì)的電阻；壓簧壓力為180～250g/cm2；氧化膜厚度在25nm左右；接觸面粗糙度Ra不大于1.25μm,不小于0.6μm；碳刷在刷盒中可以自由活動且無振動卡澀現(xiàn)象；碳刷底部與滑環(huán)表面無碳粉與油污污染；當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行情況下，所產(chǎn)生的熱量由通風(fēng)系統(tǒng)帶走，也就是發(fā)熱與散熱達(dá)到基本平衡。

正常運(yùn)行狀態(tài)下，運(yùn)行負(fù)荷增加時(shí)，電流會隨之增大，溫度會有短時(shí)的變化，但是系統(tǒng)依舊可以維持相對的平衡。當(dāng)出現(xiàn)壓簧壓力變小、氧化膜形成不好、接觸面粗糙度過大或者過小、碳刷在刷盒中卡澀等現(xiàn)象，運(yùn)行負(fù)荷增加時(shí)，系統(tǒng)平衡能力降低，直接導(dǎo)致碳刷電流分布不均，部分碳刷電流達(dá)到甚至超過100A，而另外一些碳刷電流接近于零，致使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)碳刷出現(xiàn)較大的溫度差，而溫度過高的碳刷可能導(dǎo)致恒壓壓簧壓力衰減，刷盒變形，碳刷在刷盒內(nèi)卡澀，大量碳刷出現(xiàn)不正常的跳動，甚至?xí)霈F(xiàn)大量火花，導(dǎo)致刷辮燒斷或者脫辮。

3 運(yùn)行中發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)熱原因分析

（1）刷握及恒壓彈簧的原因。壓簧材質(zhì)、工作壓力、碳刷壓簧絕緣墊以及其他一些因素都會影響刷盒中的恒壓壓簧的使用壽命。刷盒中的恒壓壓簧使用一定時(shí)間后，會出現(xiàn)壓力不均、變形、裂紋、散簧等情況，導(dǎo)致恒壓壓簧壓力存在偏差，使碳刷分流不均勻，會出現(xiàn)嚴(yán)重超溫現(xiàn)象。而個(gè)別碳刷因壓力小，幾乎沒有電流通過。例如：碳刷壓簧絕緣墊脫落或者過熱損壞，壓簧流過電流使壓簧失去彈性，也會縮短壓簧使用壽命，最終導(dǎo)致碳刷分流不均。

發(fā)電機(jī)刷握底端卡板大部分不能正常使用，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間由于轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)，刷握在裝取時(shí)會導(dǎo)致碳刷崩角甚至斷裂，破碎的邊緣為高速氣流提供了入口，使碳刷與滑環(huán)之間形成了空氣薄層，導(dǎo)致接觸壓降急劇增加，摩擦系數(shù)急劇降低，使碳刷運(yùn)行很不穩(wěn)定，造成電流分布不均勻。另外，由于灰塵清理不及時(shí)，碳刷在刷握盒中會出現(xiàn)卡阻情況導(dǎo)致碳刷失效，致使其它碳刷分配的電流增加、溫度增加。

（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)通風(fēng)不暢。轉(zhuǎn)子滑環(huán)之間裝有1只離心式風(fēng)扇，通過進(jìn)、出口風(fēng)道帶動風(fēng)循環(huán)。在滑環(huán)上開有許多斜向通風(fēng)小孔，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，帶動外部風(fēng)進(jìn)入冷卻槽對發(fā)電機(jī)集電環(huán)進(jìn)行冷卻。發(fā)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，滑環(huán)表面由于碳粉進(jìn)入滑環(huán)通風(fēng)小孔在孔口堆積，致使通風(fēng)小孔口堵塞，導(dǎo)致熱風(fēng)引導(dǎo)不暢，破壞了風(fēng)循環(huán)。

通風(fēng)冷卻進(jìn)出風(fēng)道采用下進(jìn)風(fēng)下出風(fēng)結(jié)構(gòu)，管道拐彎曲折、通風(fēng)阻力大，加劇外罩小室內(nèi)負(fù)壓情況，且進(jìn)出風(fēng)口均在中間層，冷熱風(fēng)易混流、噪聲會疊加增大，同時(shí)中間層油污大、灰塵多，會污染滑環(huán)小室環(huán)境，引起積塵或油污，從而導(dǎo)致滑環(huán)與碳刷導(dǎo)電接觸不良、載流分布不均勻。

（3）油污的原因。由于發(fā)電機(jī)軸瓦處于排煙末端，軸瓦內(nèi)負(fù)壓本來就小，再加上軸瓦上部的排煙管堵塞或排油煙風(fēng)機(jī)效率較低的原因，致使軸瓦內(nèi)的油煙從油檔齒處向外冒出?；h(huán)小室運(yùn)行中處于負(fù)壓狀態(tài)，故油氣通過轉(zhuǎn)子大軸被吸入到滑環(huán)上，導(dǎo)致滑環(huán)表面氧化膜呈現(xiàn)“鏡面”現(xiàn)象?！扮R面”導(dǎo)致碳刷在滑環(huán)表面“打滑”。

（4）轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面氧化膜的原因。發(fā)電機(jī)滑環(huán)上的氧化膜實(shí)際是一層貴金屬薄膜，主要增加導(dǎo)電性。氧化膜的厚度會影響電流傳遞的程度。氧化膜的光潔度也會影響，一般對氧化膜光潔度要求在Ra0.8以上，除此之外，還要考慮氧化膜的附著力。夏季機(jī)組停機(jī)期間空氣濕度大，導(dǎo)致滑環(huán)表面出現(xiàn)銹跡現(xiàn)象，破壞了氧化膜。另外，碳刷質(zhì)量不過關(guān)也會造成滑環(huán)表面的損傷破壞了氧化膜。

4 發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)熱處理方法

（1）刷握及恒壓彈簧處理。盡量使用發(fā)電機(jī)原廠的刷握，不能隨意更改刷握的廠家和型號。對卡板進(jìn)行維修，卡板的作用是將碳刷控制在刷握上，在安裝時(shí)不會上下活動，為避免碳刷直接在壓簧的作用下打到集電環(huán)上，取刷握時(shí)會將碳刷固定在刷握上，以保證安全。定期對刷握進(jìn)行灰塵清理，碳刷在刷握內(nèi)應(yīng)上下活動自如，碳刷與刷握的間隙應(yīng)為0.1～0.2mm，碳刷應(yīng)無跳動、搖擺或卡澀的情況。

（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)通風(fēng)不暢處理。為緩解滑環(huán)小孔的堵塞情況，可定期應(yīng)用干凈干燥的壓縮空氣來吹滑環(huán)積粉或者積灰，停機(jī)之后對滑環(huán)小孔是否疏通進(jìn)行及時(shí)檢查。對滑環(huán)小室外罩進(jìn)行改造，新設(shè)計(jì)的通風(fēng)冷卻進(jìn)出風(fēng)道采用上進(jìn)風(fēng)下出風(fēng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在外罩小室頂部，減少通風(fēng)管道彎折程度，防止噪聲疊加增大，并增加進(jìn)風(fēng)口噪聲吸音結(jié)構(gòu)，以降低噪聲等級，而出風(fēng)口仍然布置在中間層，最終達(dá)到減小管道通風(fēng)阻力、避免冷熱風(fēng)混流、降低噪聲等級、消除油污灰塵影響。對進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)給予定期檢查與清理，確保進(jìn)風(fēng)的風(fēng)量和清潔性（圖1）。

圖1

（3）油污的處理。在發(fā)電機(jī)大修的時(shí)候，對軸瓦油檔進(jìn)行檢查、清理，并且調(diào)整密封間隙。將滑環(huán)室的3齒風(fēng)擋密封改為5齒，同時(shí)對密封間隙進(jìn)行調(diào)整，減少油氣的進(jìn)入。適當(dāng)減小其他軸瓦的負(fù)壓，使發(fā)電機(jī)軸瓦負(fù)壓增大。

（4）轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面氧化膜的修復(fù)。在發(fā)電機(jī)停機(jī)盤車期間，用清潔磨石壓在滑環(huán)表面上，然后沿著滑環(huán)旋轉(zhuǎn)方向慢慢地來回移動，以使離心壓力與正常運(yùn)行中的一樣，時(shí)間一般在3～5min，并使每一槽都得到修整。

（5）經(jīng)上述方法處理后統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，1#汽機(jī)發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷電流的分布更趨于平衡，沒有再出現(xiàn)碳刷超溫的情況，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)一步得到了改善。

5 運(yùn)行中發(fā)電機(jī)碳刷維護(hù)與措施

（1）加強(qiáng)碳刷和刷盒管理。應(yīng)建立發(fā)電機(jī)電刷使用臺賬，電刷更換后應(yīng)進(jìn)行記錄。記錄的內(nèi)容包括機(jī)組號、電刷組號和編號、電刷型號、更換的電刷數(shù)量及編號、更換碳刷的原因。管理人員要經(jīng)常檢查電刷的使用情況，及時(shí)補(bǔ)充電刷備品和維護(hù)工具。

（2）建立碳刷和滑環(huán)溫度、電流定期測量工作制度。用遠(yuǎn)紅外測溫儀，測量和掌握集電環(huán)表面無過熱現(xiàn)象，刷架溫度應(yīng)不高于120℃，刷體溫度控制在不大于80℃，用直流鉗形電流表對每個(gè)碳刷進(jìn)行測量，碳刷電流控制在20～100A，并做好測量記錄。定期對滑環(huán)和所有碳刷的溫度和電流進(jìn)行測量并且詳細(xì)記錄，根據(jù)測量結(jié)果分析碳刷運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對運(yùn)行狀況差的碳刷進(jìn)行調(diào)整。

（3）及時(shí)更換短電刷，每次更換20%的碳刷（即每臺機(jī)的每個(gè)刷桿的20%）。使用新碳刷前必須要用磨刷機(jī)打磨，以保證碳刷和滑環(huán)表面接觸達(dá)到70%后進(jìn)行更換；領(lǐng)用新碳刷時(shí)應(yīng)該首先進(jìn)行碳刷阻值測量，并將阻值相同的碳刷分別編號存放。更換碳刷時(shí)，必須在同一極滑環(huán)使用同一阻值的碳刷，嚴(yán)禁不同阻值的碳刷在同一極滑環(huán)上使用，且每個(gè)碳刷均應(yīng)標(biāo)明阻值。

6 結(jié)語

發(fā)電機(jī)勵磁碳刷在運(yùn)行中會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，對發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以，為了保證發(fā)電機(jī)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，日常維護(hù)工作中需要定期監(jiān)視集電環(huán)和碳刷的運(yùn)行情況，若出現(xiàn)發(fā)熱情況需要及時(shí)處理。發(fā)電機(jī)勵磁碳刷運(yùn)行中大部分會用紅外測溫儀對碳刷進(jìn)行定期測量溫度，查看其是否存在發(fā)熱情況，同時(shí)用鉗形直流表測量各個(gè)碳刷上承載的電流，盡可能使各個(gè)碳刷上承載的電流均衡。當(dāng)發(fā)電機(jī)勵磁碳刷溫度過高時(shí)，一定要采取相應(yīng)的措施控制溫度，降低溫度。碳刷溫度過高時(shí)會增大碳刷的電阻，會產(chǎn)生惡性循環(huán)，對碳刷和滑環(huán)產(chǎn)生破壞，甚至出現(xiàn)環(huán)火，燒掉整個(gè)集電環(huán)。發(fā)電機(jī)勵磁碳刷一旦出現(xiàn)溫度過高的情況，必須采取一定的措施，查找問題原因，及時(shí)處理，保證碳刷的安全穩(wěn)定運(yùn)行。