淺談發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)常見故障原因及應對措施

江浩

摘 要： 碳刷和滑環(huán)是發(fā)電機系統(tǒng)中轉動與靜止部分接觸進行能量交換的設備，是發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的重要組成部分，也是發(fā)電機在運行中易出現問題的薄弱環(huán)節(jié)?；h(huán)與電刷的接觸是靜止與轉動的關系，若維護不當，在運行中存在摩擦勢必造成電刷振動、滑環(huán)表面溫度過高等現象，從而進一步造成滑環(huán)損壞。

關鍵詞： 打火;溫度高;振動;惡性循環(huán);氧化膜

1 緒論

由于發(fā)電機滑環(huán)和碳刷是自并勵勵磁方式發(fā)電機重要導流部件，是電流從靜止部件流向旋轉部件的過渡裝置，極易產生各種故障現象。在維護過的多臺發(fā)電機的滑環(huán)系統(tǒng)中總結，多次經歷發(fā)電機滑環(huán)及碳刷溫度高、碳刷打火、電流分配不均勻等現象。本文針對這些常見現象，初步分析其原因及采取應對措施，為同行們在日常的發(fā)電機維護中提供參考。

2 發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)工作原理和正常運行狀態(tài)

同步發(fā)電機轉子繞組通入直流電后產生磁場，而直流勵磁電流是通過電刷、滑環(huán)與引線進入轉子繞組的?；h(huán)與電刷的接觸是靜止與轉動的關系。電刷在正常運行中的溫度一般在50℃～80℃，溫升在40℃左右，碳刷采用恒壓彈簧形式安裝在刷握內，電刷活動自如無卡澀現象，彈簧壓力均勻在0.2Kg左右。在轉子滑環(huán)的正、負極各裝有相同數量枚的碳刷在碳刷刷架上。在轉子滑環(huán)碳刷兩極之間設計有與轉子同軸風扇葉片，旋轉時使碳刷小室形成負壓，利用負壓將碳刷與滑環(huán)運行中產生的熱量帶走，使產生熱量和散熱達到平衡狀態(tài);同時碳刷在滑環(huán)上的摩擦、自然氧化的作用下，在集電環(huán)的接觸面上形成一層均勻、光滑的氧化膜，是一種復合薄膜，由于氧化膜的具備碳元素的導電性，可以有效改善碳刷與集電環(huán)的導流特性，同時又具有較好的潤滑性能，顯著降低了碳刷與集電環(huán)之間摩擦系數，減少了摩擦熱的產生和碳刷的磨損，碳刷與滑環(huán)維持在良好的工作狀態(tài)。

3 常見發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)故障的原因分析及危害

實際上碳刷與高速旋轉的滑環(huán)（表面運轉速度30～70m/s）表面接觸，通入大電流， 由于碳刷材質、碳刷與滑環(huán)接觸壓力變化，接觸電阻和附加電阻變化、滑環(huán)表面受到油污污染，滑環(huán)表面客觀存在的陽極蒸發(fā)和陰極粉化等多種原因，極易破壞部分已形成的氧化膜，造成該部分接觸摩擦增大，表面溫度高，溫度變化時平衡能力降低，部分電刷溫度急劇升高，會造成該部分碳刷與滑環(huán)接觸電阻先由大變小，造成電刷電流分布不均勻，極端時，有的碳刷電流為0，有的為平均電流的2-4倍。通過電流越大溫度越高，溫度越高便會使電刷與滑環(huán)接觸電阻進一步減小，惡性循環(huán)使整個滑環(huán)系統(tǒng)溫度升高，碳刷打火，嚴重時滑環(huán)溫度能達到200℃～300℃，碳刷火花等級趨于劣化，最終將會導致刷辮燒斷，產生環(huán)火，造成非停和機組設備損壞事故。本集團就有機組滑環(huán)環(huán)火事故案例。

4 發(fā)電機勵磁滑環(huán)碳刷系統(tǒng)常見故障的處理措施

如何避免滑環(huán)和碳刷故障的發(fā)生，在運行過程中需定期測量發(fā)電機勵磁碳刷及滑環(huán)的溫度并做好記錄，超溫碳刷及時更換。每周測量一次發(fā)電機每根勵磁碳刷電流，對偏離計算平均值的碳刷破壞其已形成的鏡面接觸面，使其能重新形成合格的氧化膜。事實證明，預防是最好的應對措施，做好定期工作成效顯著。

4.1 機組運行過程中

對于勵磁碳刷出現打火現象、滑環(huán)碳刷溫度高、電流分布不均勻等故障現象，特別是碳刷打火，該現象對滑環(huán)碳刷系統(tǒng)威脅最大，往往是其他各種常見的不利因素疊加而產生的后果，嚴重時燒壞滑環(huán)。首先要保護好滑環(huán)和碳刷之間產生的氧化膜，它具有非常好的潤滑性能和導流性能，碳刷與集電環(huán)接觸表面起潤滑作用的石墨膜，將碳刷與集電環(huán)分開，使摩擦在石墨潤滑層間進行，提高導流效率，降低了摩擦系數，降低了碳刷的磨損，這要求我們保持滑環(huán)和碳刷的清潔，碳刷定期清理刷握，避免油污污染，對部件滲油部位進行清理;檢查碳刷材質是否合格，找專門檢測技術部門檢驗碳刷的電阻率、硬度、接觸壓降、摩擦系數，外形尺寸可使用卡尺測量，更換非同型號、同廠家、同批次碳刷，碳刷材質極其重要，本人經歷過非同批次碳刷引起碳刷打火，統(tǒng)一批次后正常;刷握檢查，刷握材質要求為鑄鋁黃銅、鑄硅黃銅、鑄鉛黃銅、鑄鋁黃銅或黃銅板，因這些材料強度和耐溫值較高，不易發(fā)生變形，若材質不合格將會造成碳刷在刷握里間隙過大或過小;均壓彈簧檢查，碳刷電流分布不均勻的另一個原因就是碳刷恒壓彈簧壓力偏低，建議采用恒壓彈簧單圈達到1Kg，因長時間工作環(huán)境溫度高會造成彈簧本體彈性變差，壓力降低;若滑環(huán)溫度過高，緊急情況下，可使用絕緣木塊上墊上折疊好的多層白紗布，在白紗布上涂少量凡士林，潤滑滑環(huán)螺紋溝表面，該方法只可在單極依次進行處理，效果明顯，本人處理過達到300℃的滑環(huán)，能迅速安全地把滑環(huán)溫度降下來。

4.2 在機組停運檢修時的檢查處理

機組停運時，應對滑環(huán)進行徹底清理，包括對滑環(huán)表面、滑環(huán)下部通風孔道，滑環(huán)與大軸之間絕緣進行清理，碳刷刷辮螺絲進行緊固，因通風孔道影響散熱，而螺絲的緊固程度影響接觸電阻;檢查滑環(huán)表面是否存在溝痕、灼傷現象，故障點可使用金相砂紙進行打磨處理;若投運年限較長的發(fā)電機組，需仔細檢查是否有單極損傷現象，由此現象應進行集電環(huán)極性倒換，平衡正負極的磨損量，有利于消除運行中的火花現象，避免滑環(huán)環(huán)火事故發(fā)生。

5 結語

本文對火力發(fā)電機組滑環(huán)碳刷系統(tǒng)中常見故障，如碳刷打火，碳刷及滑環(huán)溫度過高，電流分布不均勻，單極損傷現象等進行了粗淺的分析，介紹了常規(guī)在運行中和檢修時的檢查處理措施，如何做好預防工作避免滑環(huán)及碳刷故障等，為火力發(fā)電機組中出現類似問題提出了解決方案，供火力發(fā)電廠檢修維護人員參考。

參考文獻：

[1]陳倉，曹浩軍.發(fā)電機集電環(huán)環(huán)火事故分析及預防[J].熱力發(fā)電，2009，38（10）：85-87.