發(fā)電機碳刷智能監(jiān)測的策略研究

李勇 薛長奎 羅勇 黃國微

摘要：發(fā)電機碳刷和集電環(huán)是動靜接觸和能源交換的裝置，運行時處于持續(xù)磨損中，容易受機械、電氣等因素影響而導致碳刷和集電環(huán)等部件發(fā)熱、破損或松動，進而導致負載電流失衡引起滑環(huán)發(fā)熱甚至起火，造成重大損失。因此，發(fā)電機碳刷監(jiān)測很有必要。本文針對上述問題對碳刷監(jiān)測進行了研究，提出一種碳刷磨損、溫度和電流的監(jiān)測方案。

關鍵詞：發(fā)電機碳刷;監(jiān)測系統(tǒng);碳刷磨損

1 概述

發(fā)電機運行時，碳刷處于持續(xù)磨損中，其電氣參數(shù)會發(fā)生較大的變化，進而導致碳刷與滑環(huán)接觸面產(chǎn)生較大溫升，且同一發(fā)電機的每個碳刷參數(shù)變化不一致，可能將會導致負載電流失衡引起滑環(huán)發(fā)熱甚至起火，造成重大損失。發(fā)電機碳刷發(fā)熱現(xiàn)象運行中時有發(fā)生，嚴重威脅發(fā)電機的安全運行[1]，如2013年6月，貴州某電廠2#發(fā)電機在運行中，集電環(huán)及碳刷因溫度過高發(fā)生故障停機[3]。因此，碳刷的運行狀況，直接關系到機組的安全運行，對機組碳刷進行狀態(tài)監(jiān)測很有必要。

目前，國內各類水電、火電站的發(fā)電機的碳刷監(jiān)測，主要由運行人員定期對碳刷溫度和電流手動測量并且詳細記錄完成，然后根據(jù)測量結果分析碳刷運轉情況，對運行狀況差的碳刷進行調整[2]。這種模式存在運行人員工作量大、效率低等缺點。另外，在巡檢時需要運行人員靠近高速轉動的機組，存在很大的安全隱患。而且，傳統(tǒng)的巡檢方式，周期間隔長，采集數(shù)據(jù)不連續(xù)，獲得的數(shù)據(jù)很片面，不能反映碳刷的整體運行狀態(tài)，有失科學性、存在明顯的局限性。因此，急需一種監(jiān)測策略，實現(xiàn)發(fā)電機碳刷實時監(jiān)測。

2 碳刷智能監(jiān)測策略

本文針對發(fā)電機碳刷監(jiān)測系統(tǒng)的需求，結合刷握結構特點，通過系統(tǒng)集成、設計和開發(fā)，提出實現(xiàn)發(fā)電機碳刷智能監(jiān)測的一種策略。

本碳刷智能監(jiān)測系統(tǒng)策略將磨損、溫度及電流傳感器和碳刷刷握一體化設計，通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)，結構簡單、安裝可靠。系統(tǒng)能夠實時、連續(xù)地對碳刷磨損量、溫度以及電流等運行狀態(tài)進行監(jiān)測，當碳刷存在異?；蚬收蠒r，發(fā)出報警信號，保障設備的安全。系統(tǒng)還能將數(shù)據(jù)信息上傳至遠程監(jiān)控計算機，實現(xiàn)發(fā)電機碳刷運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控，為機組遠程監(jiān)測的實現(xiàn)提供支持。本碳刷智能監(jiān)測系統(tǒng)，不僅可以運用于各種熱電發(fā)電機，還可運用于水電等其它各種有刷電機的碳刷在線監(jiān)測。

2.1系統(tǒng)組成

碳刷智能監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集傳感器、無線傳輸裝置、數(shù)據(jù)中繼、工業(yè)計算機等設備組成，系統(tǒng)結構如圖1所示。其中數(shù)據(jù)采集傳感器完成數(shù)據(jù)采集，由碳刷磨損、溫度以及電流傳感器組成。本系統(tǒng)通過集成化設計，將傳感器集成在刷握適當位置，不改變碳刷結構，適用于通用碳刷。采用無線傳輸，減少電纜、便于布置。

圖1碳刷智能監(jiān)測系統(tǒng)圖

2.2系統(tǒng)功能

碳刷智能監(jiān)測系統(tǒng)能夠實時、連續(xù)地采集每個碳刷的運行電流、溫度和磨損度，并將其轉換成數(shù)字信號，通過無線傳輸將數(shù)據(jù)傳送至后臺顯示。當參數(shù)超過閥值時，發(fā)出報警。另外，系統(tǒng)具有人機接口功能，方便顯示和參數(shù)設定。

（1） 碳刷溫度監(jiān)測及報警

為了提高監(jiān)測精度，碳刷溫度監(jiān)測選用接觸式方案，將傳感器固定于碳刷上適當位置。測溫電阻的阻值隨著碳刷溫度變化而改化，能夠精確反應碳刷的實際溫度，測量精度高且安裝方便。實時顯示碳刷溫度，當溫度超過報警值時，報警。

（2） 碳刷電流監(jiān)測

在傳統(tǒng)的運維模式下，運行人員定期用鉗形直流表測量各個碳刷上承載的電流[2]，存在數(shù)據(jù)不連續(xù)、不安全等問題。本系統(tǒng)選用霍爾電流傳感器與刷握一體化設計，能夠實時監(jiān)測每個碳刷上的電流。

（3） 碳刷磨損監(jiān)測及報警

機組持續(xù)運行時，碳刷的長度會逐漸減少，當碳刷磨損到一定量時，需要及時更換。為了避免由碳刷磨損引起的事故，須對碳刷磨損進行連續(xù)性的監(jiān)測。本系統(tǒng)選用磨損傳感器，精度可控、抗干擾能力強等優(yōu)點，保證了磨損測量的穩(wěn)定性。系統(tǒng)能夠實時顯示碳刷剩余長度，當剩余長度小于設定時，報警，及時通知人員更換。

（4） 參數(shù)設置及數(shù)據(jù)遠傳

碳刷智能監(jiān)測系統(tǒng)配置了軟件平臺，完成數(shù)據(jù)采集、存儲、分析及實時顯示、報警的功能。運行人員通過人機界面設置顯示和報價參數(shù)。同時，留有通用的通訊接口，方便數(shù)據(jù)遠傳。

3結論

近幾年，電站由于碳刷過熱導致起火甚至機組長時間停機的事故常有發(fā)生，設置碳刷智能監(jiān)測系統(tǒng)很有必要。部分新招標機組明確提出了碳刷監(jiān)測功能的需求，因此碳刷智能監(jiān)測是大勢所趨。相對于傳統(tǒng)監(jiān)測方式，本智能監(jiān)測系統(tǒng)策略在監(jiān)測技術和數(shù)據(jù)維度方面增加了連續(xù)性和完整性，能最大程度采集到被監(jiān)測設備整體運行狀態(tài)特征，讓其在有效監(jiān)測下運行，從而減少機組故障發(fā)生概率，提高機組無故障運行時間。本策略的實施能改變碳刷室巡檢模式，減少運行人員、節(jié)約人力成本;還能大量累積碳刷運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對實現(xiàn)機組遠程故障診斷和預防性維護打下基礎，符合電站智能化發(fā)展的趨勢。

參考文獻

[1] 張玉龍 發(fā)電機碳刷發(fā)熱及預防措施[J]. 貴州電力技術，2015（07）.

[2] 張萌 發(fā)電機勵磁碳刷發(fā)熱分析與處理[J].中國設備工程，2019（09）.

[3] 梁英 水輪發(fā)電機集電環(huán)及碳刷熱成像在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].中國設備工程，2019（23）.

作者簡介：李勇（1985-），大學本科，工程師，現(xiàn)就職于東方電氣集團東方電機有限公司，主要從事電站系統(tǒng)設計及應用相關工作，Email：liyong1751@163.com