淺析水輪發(fā)電機(jī)碳刷打火、溫度異常升高原因及措施

田征前，王志寶，李偉偉

（貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司沙沱發(fā)電廠，貴州 銅仁 554300）

碳刷也叫電刷，作為一種滑動(dòng)接觸件，在許多電氣設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。碳刷在產(chǎn)品應(yīng)用材質(zhì)主要有石墨、浸脂石墨、金屬（含銅，銀）石墨。碳刷是電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)或其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械的固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間傳遞能量或信號(hào)的裝置。

碳刷的缺陷與異常中最為常見的有異常打火、溫度升高等情況。碳刷嚴(yán)重打火易造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)正負(fù)極短路故障，碳刷溫度過高將燒損轉(zhuǎn)子回路并引起短路或接地故障。

1 處理前的碳刷運(yùn)行情況

1.1 4臺(tái)機(jī)普遍存在的現(xiàn)象

（1）負(fù)極集電環(huán)、碳刷比正極溫度高。

（2）負(fù)極碳刷發(fā)生打火現(xiàn)象。

（3）靠近勵(lì)磁引線的幾個(gè)碳刷相比較溫度較高。

1.2 各臺(tái)機(jī)碳刷打火溫度異常升高歷史溫度記錄情況

2014年5月，根據(jù)碳刷運(yùn)行巡視記錄，總體情況如下：碳刷運(yùn)行溫度隨并網(wǎng)時(shí)間延長(zhǎng)、負(fù)荷增大普遍增高，特別是勵(lì)磁電流增大時(shí)部分碳刷溫度升高較明顯，個(gè)別碳刷溫度存在超標(biāo)的現(xiàn)象，且負(fù)極有打火情況發(fā)生，趨勢(shì)圖如1。

2 碳刷打火、溫度異常升高的原因分析

2.1 對(duì)4臺(tái)機(jī)集電環(huán)表面檢查（表1）

表1

圖1

由上表分析得出，集電環(huán)表面光潔度稍差，致使負(fù)極集電環(huán)未形成氧化膜，在運(yùn)行中容易吸附粉塵，致使集電環(huán)表面存在高點(diǎn)或凹點(diǎn)，接觸不良，碳刷溫度升高后易造成打火。

2.2 由于勵(lì)磁電纜集中布置于導(dǎo)電環(huán)端部，電流分配不均

致使靠導(dǎo)電環(huán)端部的碳刷通過的電流稍大，溫度相對(duì)偏高，是造成碳刷打火溫度升高原因之一（見圖2）。

2.3 對(duì)4臺(tái)機(jī)碳刷發(fā)熱時(shí)運(yùn)進(jìn)行電流測(cè)試（表2）

分析得出，負(fù)極碳刷通過的電流差異較大，最高為265A。因碳刷通過的電流不均衡，運(yùn)行電流大的碳刷負(fù)載大發(fā)熱量高，是造成碳刷打火溫度升高的重要原因。

3 碳刷打火、溫度異常升高的處理措施

3.1 針對(duì)集電環(huán)難形成氧化膜問題

圖2

表2

在機(jī)組檢修中，將集電環(huán)拆除，對(duì)集電環(huán)表面進(jìn)行加工處理，使集電環(huán)表面光潔度滿足要求。

處理前：集電環(huán)表面光潔度完全不能滿足運(yùn)行需求，光潔度極差，且存在凹凸點(diǎn)（見圖3）。

處理后：將集電環(huán)拆除，對(duì)集電環(huán)表面加工倒角后，集電環(huán)表面光潔度滿足運(yùn)行要求（圖4）。

采取此措施后，碳刷不再打火，但靠近導(dǎo)電環(huán)端部的碳刷溫度還是偏高于其他位置的碳刷。

4.2 針對(duì)勵(lì)磁電流分布不均問題

改變集電環(huán)勵(lì)磁電纜的接入方式，將勵(lì)磁電纜平均分布布置于導(dǎo)電環(huán)上。

處理前：正、負(fù)極6根勵(lì)磁電纜分別集中布置于正、負(fù)極導(dǎo)電環(huán)端部（圖5）。

圖3

圖4

圖5

處理后：正、負(fù)極6根勵(lì)磁電纜分別平均分布于正、負(fù)極導(dǎo)電環(huán)上（圖6）。

采取此措施后，靠近電環(huán)上附近的碳刷溫度總體不再偏高，但隨著機(jī)組勵(lì)磁電流的增大，其他位置的碳刷仍然存在部分溫度異常升高的情況。

3.3 針對(duì)碳刷通過電流差異較大的問題

采取將正、負(fù)極碳刷數(shù)量由初始設(shè)計(jì)的30個(gè)增至56個(gè)，增大碳刷的總量，同時(shí)根據(jù)碳刷的增加量重新制作導(dǎo)電環(huán)，并進(jìn)行安裝。

處理前：正、負(fù)極碳刷分別為30個(gè)，分別布置于正、負(fù)極導(dǎo)電環(huán)上，見圖7。

改造后：將正、負(fù)極導(dǎo)電環(huán)更換改造，增長(zhǎng)導(dǎo)電環(huán)的周長(zhǎng)，分別增加正、負(fù)極碳刷至56個(gè)，將碳刷布置于正、負(fù)極導(dǎo)電環(huán)上，見圖8。

采取此措施后，隨機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整及勵(lì)磁電流的增大，所有碳刷溫度不再發(fā)生溫度異常升高的現(xiàn)象。

采取上述處理后措施后碳刷運(yùn)行情況：

2015年5～10月，根據(jù)碳刷運(yùn)行巡視記錄，總體運(yùn)行情況如下：1#～4#機(jī)更換集電環(huán)、碳刷架后碳刷溫度相對(duì)較穩(wěn)定。5月統(tǒng)計(jì)的1#～4#機(jī)碳刷溫度趨勢(shì)圖，見圖9。

6 取得的成果

圖6

圖7

圖8

圖9

通過對(duì)集電環(huán)表面打磨，使集電環(huán)表面光潔度滿足要求，在碳刷發(fā)生溫度異常升高時(shí)不再發(fā)生打火現(xiàn)象，防止勵(lì)磁回路因打火（環(huán)火）造成短路。通過對(duì)集電環(huán)勵(lì)磁電纜的接入方式的改變，將勵(lì)磁電纜平均分布布置于導(dǎo)電環(huán)上，使靠近電環(huán)上附近的碳刷溫度總體不再偏高。通過增加碳刷數(shù)量，有效地降低了負(fù)極各碳刷流過的電流，使碳刷不再發(fā)熱，運(yùn)行一段時(shí)間后集電環(huán)表面能可靠的形成氧化膜，更加保障了機(jī)組勵(lì)磁回路能長(zhǎng)周期的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

經(jīng)過上述對(duì)集電環(huán)打火（環(huán)火）、碳刷發(fā)熱等原因的分析及處理，針對(duì)不同的問題，充分分析其原因及采取合理的處理措施，有效地解決了我廠碳刷打火、溫度異常升高的問題，為我廠機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行夯實(shí)了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。