發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)常見故障原因及應對措施

杜 瀟，李小景，楊成文，曹生平

(中鹽內(nèi)蒙古化工股份有限公司鹽堿分公司，內(nèi)蒙古阿拉善 750333)

發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)可以確保發(fā)電機安全運行，但在實際運行階段，碳刷與滑環(huán)發(fā)熱與磨損現(xiàn)象較為普遍，這時如果不對其加以處理或處理方式不當，就會增加故障范圍，甚至還會導致系統(tǒng)損壞或發(fā)電機停機，進而帶來諸多不必要的損失。

1 發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)的工作原理與正常運行

同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組在通入直流電之后會產(chǎn)生磁場，直流勵磁場電流主要是借助電刷與滑環(huán)以及引線進入到繞組的，滑環(huán)與電刷接觸關系即為靜止與轉(zhuǎn)動。電刷日常運行溫度通常是在50 ℃～80 ℃，而溫升在40 ℃左右，碳刷安裝形式主要為恒壓彈簧形式，彈簧壓力應保持在0.2 kg，并且應在轉(zhuǎn)子滑環(huán)正負極中安裝數(shù)量相等碳刷，兩極之間的設計需要有與轉(zhuǎn)子同軸的風扇葉片，這樣就可以在旋轉(zhuǎn)時確保碳刷小室生成負壓，借助負壓將碳刷和滑環(huán)運行時產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移出去，確保熱量與散熱在標準范圍。此外，碳刷在滑環(huán)中的摩擦與自然氧化可以使其在集電環(huán)接觸面上生成一層氧化膜，這種氧化膜稱為復合薄膜，因為其碳元素的導電性，能夠很好地優(yōu)化碳刷和集電環(huán)的導流特征，具有較強的潤滑性能，對減少碳刷與集電環(huán)摩擦系數(shù)方面的作用十分明顯，進而促進碳刷和滑環(huán)有效運行并保持正常工作。

2 發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)常見故障原因與處理措施

2.1 滑環(huán)非正常磨損

2.1.1 原因

碳刷與滑環(huán)之間的磨損主要為機械磨損與電流作用下的電氣磨損兩類。(1)碳刷與滑環(huán)表面在接觸時，材料變形等原因會導致兩者的接觸互相嵌入，這樣在滑動階段就會出現(xiàn)磨損，這一過程就是機械磨損；(2)因勵磁電流會通過碳刷與滑環(huán)接觸面，這時如果出現(xiàn)碳刷較短或表面不平整等問題，就容易導致碳刷與滑環(huán)兩者之間的接觸電阻不斷增加，一旦增加接觸面就會出現(xiàn)電弧，在電弧高溫的作用下，兩側(cè)極面局部就容易出現(xiàn)融化與脫落等現(xiàn)象。另外還容易出現(xiàn)金屬變成金屬蒸汽、碳刷結(jié)構松化以及受氧化腐蝕等，這一過程即為電氣磨損的表現(xiàn)。電氣磨損在嚴重時會導致滑環(huán)表面變得十分粗糙，進一步說明了電氣磨損是滑環(huán)非正常磨損的關鍵因素。

2.1.2 處理措施

科學調(diào)整和優(yōu)化碳刷滑環(huán)系統(tǒng)，在過程中需要對滑環(huán)實施車削與打磨處理，這樣既可以確保滑環(huán)更加圓潤，同時還能夠提升滑環(huán)表面的光潔度。另外，還應科學控制刷握與滑環(huán)之間的距離，可以將兩者之間的距離控制在2 mm～4 mm之間，在這一基礎上還需要再次打磨碳刷，確保碳刷和滑環(huán)的接觸面超出90%，這種并網(wǎng)發(fā)電運行模式可以全面提升發(fā)電機運行的有效性。

2.2 發(fā)電機碳刷溫度高

2.2.1 原因

發(fā)電機碳刷運行階段，正常溫度即50 ℃～80 ℃，溫升在40 ℃左右，電流分布整體均衡的基礎上各個碳刷工作電流應保持在20 A～100 A。另外，刷握彈簧壓力均勻且碳刷活動自如沒有卡頓現(xiàn)象即為正常，碳刷與滑環(huán)在運行階段會產(chǎn)生熱量，這些熱量會被通風系統(tǒng)帶走，過程中一旦碳刷變短，那么接觸點與附加電阻就容易增加，進而導致碳刷運行工況出現(xiàn)偏差，同時在工作電流增加的基礎上，系統(tǒng)平衡力也會隨之降低，這時系統(tǒng)內(nèi)部溫度也會提高，容易出現(xiàn)難以控制的局面。上述問題出現(xiàn)的主要因素為：(1)冷卻裝置出現(xiàn)故障，導致碳刷與滑環(huán)系統(tǒng)運行產(chǎn)生的熱量難以及時排出，這樣就會增加碳刷與滑環(huán)溫度；(2)勵磁系統(tǒng)運行超負荷，造成碳刷溫度不斷增加；(3)碳刷與滑環(huán)接觸面較小而導致溫度過高；(4)滑環(huán)風道出現(xiàn)堵塞而造成的溫度過高；(5)碳刷自身質(zhì)量問題而導致溫度高；(6)彈簧壓力較大而導致溫度和熱量不斷增加。

2.2.2 處理對策

(1)因為冷卻裝置導致的風道堵塞可以先從外部進行冷卻處理，溫度下降到標準以后則應立即對風道進行疏通處理，在疏通階段切不可讓風道出現(xiàn)短路與漏風現(xiàn)象；(2)勵磁系統(tǒng)在超出負荷以后需及時調(diào)整系統(tǒng)電流，確保系統(tǒng)電流更加標準；(3)如果碳刷與滑環(huán)接觸面較小，應立即對其進行調(diào)整和打磨處理，使接觸面大于90%；(4)滑環(huán)風道堵塞可以先用壓縮空氣來進行吹掃，在溫度下降之后再進行疏通處理，這一過程需要停機操作，避免出現(xiàn)安全問題；(5)如果因碳刷質(zhì)量問題導致其溫度升高，則需要更換零件，但應確保新舊零件型號相同；(6)碳刷與壓緊彈簧之間的壓力范圍需要標準規(guī)范，各個碳刷壓力應不超出10%。

2.3 碳刷滑環(huán)燒壞

2.3.1 原因

(1)發(fā)電機長時間運行，容易導致刷握內(nèi)部各部分零件出現(xiàn)疲勞與接觸不可靠等現(xiàn)象，因為零件疲勞與壓力程序不同，也會使碳刷和滑環(huán)接觸電阻不同，進而導致各個碳刷回路的電流分配不均衡；(2)碳刷與滑環(huán)接觸面一旦出現(xiàn)氧化問題，則就容易導致電流回路接觸電阻不斷增加。這一現(xiàn)象出現(xiàn)的因素即為現(xiàn)場環(huán)境溫度較高，電流接觸面發(fā)熱就會增加接觸面的氧化速度，氧化程序的不同也會導致接觸電阻與電流的不同；(3)碳刷與滑環(huán)在長時間運行背景下，因磨損程度的不同會造成碳刷卡阻或接觸不良，這樣就會使碳刷與滑環(huán)兩者之間的接觸電阻與電流不同；(4)沒有定期對碳刷和滑環(huán)實施常規(guī)檢查，也沒有定期清除積碳或更換已經(jīng)出現(xiàn)問題的部件，進而使碳刷和滑環(huán)之間的接觸電阻和電流不等。

2.3.2 處理對策

(1)可將發(fā)電機碳刷更換成為導電性能強且材料較軟的碳刷，同時在研磨碳刷工作面的過程中，需要確保其接觸面超出90%；(2)在車削與打磨發(fā)電機滑環(huán)燒蝕表面的過程中，可以先使用砂紙來進行拋光處理，然后再使用金相砂紙來進行細致拋光處理，最后使用酒精在進行擦拭處理，經(jīng)過這些工序操作就能夠提升發(fā)電機碳刷滑環(huán)表面的光潔度，并且確保表面光潔度符合規(guī)范要求；(3)依照相關標準來對發(fā)電機碳刷滑環(huán)進行檢查并做好記錄，同時還應及時清除積碳，更換不符合要求的碳刷。

3 發(fā)電機碳刷滑環(huán)常見故障的預防

3.1 定期檢修維護

(1)在發(fā)電機組停止運行以后，需要及時對滑環(huán)與碳刷以及風道進行清掃，確保通風冷卻效果可以達到標準要求；(2)則應測量每一個碳刷壓簧壓力情況，保障壓簧壓力在要求范圍內(nèi)，避免長時間使用導致其出現(xiàn)過熱或勞損等問題；(3)在發(fā)電機組檢修階段，需要測量滑環(huán)的橢圓度與表面的光潔度，發(fā)現(xiàn)問題快速處理，避免碳刷出現(xiàn)跳動問題。

3.2 運行監(jiān)督

(1)依照規(guī)定標準來選擇碳刷形態(tài)，所有碳刷型號都應保持統(tǒng)一，同時還需要檢查碳刷外觀是否良好；(2)運用直流鉗形電流表對碳刷電流開展測量，然后做好記錄，以此來科學調(diào)整工況相對較差的碳刷；(3)運用測溫裝置來對碳刷溫度開展全方位測量，避免碳刷溫度過高而影響其運行質(zhì)量；(4)在碳刷磨損達到限值時需立即更換，新舊碳刷型號應保持統(tǒng)一，需要注意的是如果在運行中更換，更換不可超出3塊。

4 結(jié)束語

發(fā)電機組滑環(huán)碳刷系統(tǒng)的常見故障主要為滑環(huán)非正常磨損、發(fā)電機碳刷溫度高以及碳刷滑環(huán)燒壞等，為提升系統(tǒng)運行效率，需要對故障進行細致分析，并且提出相應的處理對策。另外，還需要運用行之有效的預防措施來避免滑環(huán)與碳刷出現(xiàn)故障問題，如定期檢修維護與運行監(jiān)督等，這樣才可以促進發(fā)電機滑環(huán)碳刷系統(tǒng)有序運行。