摘要：发电机碳刷系统是连接励磁系统和发电机的重要设备。三机励磁系统发电机，设有发电机碳刷和励磁机碳刷两组。发电机碳刷将把励磁电流传送进发电机转子绕组中去，励磁机碳刷将励磁电流传送进励磁机转子绕组中去。每一组碳刷的运行情况都直接影响发电机稳定运行。碳刷打火如不及时有效处理，将会导致发电机非计划停机，严重时滑环烧毁，造成不必要的损失。对于氢气冷却发电，碳刷打火不及时消除，如果遇到氢气泄露有可能造成氢气爆炸恶性事故。
关键词：发电机；励磁碳刷；打火原因；处理
碳刷和滑环是发电机动静接触和交换能量的设备，是励磁系统中励磁电流由静止元件向旋转元件传递的纽带, 是发电机励磁系统的重要组成部分。碳刷出现故障时,必然会影响励磁系统的正常运行,也势必造成机组的异常运行,所以碳刷的运行维护就显得至关重要。发电机励磁碳刷打火危害发电机运行，如不及时消除,可能会导致发电机环火,严重时会烧毁滑环造成失磁而被迫停机。所以我们有必要对发电机组的碳刷打火原因进行认真的分析,监测设备运行状况,拟定相应的对策来防止或消除发电机碳刷打火现象。本文针对华能阳逻电厂300MW发电机励磁碳刷在运行中出现的问题，进行原因分析，结合实际所采取的可行的处理方法，总结了一些经验。
一、机组励磁系统概述
华能阳逻电厂3号汽轮发电机采用三机励磁系统。发电机型号：QFSN-300-2，额定定子电压20KV，额定定子电流10190A，额定励磁电压365V，额定电流2542A。主励磁机型号：JL－1434－4，额定电压360 V，额定电流2300 A，额定励磁电压27V，额定励磁电流289A。副励磁机型号：TFY-80-400，额定电压186 V,额定电流250A，副励磁机转子采用稀土永磁。励磁机碳刷正负极各有8只碳刷，每个刷握一只碳刷，碳刷由上海摩根厂家提供，每只碳刷配一个恒压弹簧。
二、碳刷打火的原因分析
阳逻电厂3号发电机在运行过程中，励磁碳刷正极发生多个碳刷间断打火现象，检修维护人员跟踪处理两周，打火现象彻底消除。根据现场检查处理的过程，分析该机组出现碳刷打火的原因如下。
2.1正极滑环椭圆度超标
励磁碳刷打火集中在正极，负极碳刷无打火现象。在线检查发现正极碳刷均存在抖动现象，而负极碳刷运行情况稳定。查询机组检修历史记录，该滑环椭圆度超标。因为滑环不圆，在运行过程中碳刷和滑环接触存在跳动，容易引起碳刷打火。
2.2碳刷质量不佳，规格型号不统一
现场检查清理维护过程中，发现部分碳刷有崩角的现象，这种现象的原因是碳刷跳动过大或者碳刷制作质量不良引起的。此次碳刷打火起始于更换了部分碳刷与原始碳刷厂家不一致。不同的碳刷接触混用，会因为导通电阻不同造成电流分布不均匀，导致部分碳刷过热，引起碳刷打火。
2.3碳刷恒压弹簧压紧力不够
查阅检修维护历史记录，该碳刷恒压弹簧使用6年。检查弹簧压力存在部分弹簧老化，压力不足，特别是当碳刷磨损量加大，弹簧的压紧力下降明显。由于8只碳刷压紧力差异较大，引起电流分布不平衡。
2.4滑环表面氧化膜破坏
由于碳刷间断打火没有根本消除，氧化膜被破坏且无法重新建立。氧化膜具有非常好的润滑性能，电刷与集电环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜，这层石墨膜，将电刷与集电环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生，减少了电刷的磨损。
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2.5维护工作不到位造成
在维护过程中由于刷握安装并非理论上的圆弧形，且各个碳刷的摩擦面均不同，维护碳刷时研磨不到位，接触面积不足，恒压弹簧的偏斜、碳刷在刷握中卡涩、及时维护调整等都会影响碳刷运行情况，造成碳刷打火。
三、碳刷打火处理及注意事项
3.1全面检查碳刷系统
对碳刷、刷握、滑环、弹簧进行全面仔细检查。检查碳刷、刷握、滑环接触面脏污情况、碳刷磨损情况、碳刷材质情况、碳刷卡涩情况、弹簧弹性性能情况、滑环表面粗糙情况以及机组运行中，碳刷与滑环相对运行情况。通钳型电流表测量励磁电流和每一只碳刷的电流分布情况，测量打火碳刷的临界电流值。现场测量发现有3只碳刷电流持续偏低，碳刷电流在30A以上打火现象较普遍。
3.2分步处理过程
对碳刷、刷握、刷架、滑环接触面脏污进行逐个拆卸清洁维护；对磨损过短的碳刷进行更换；对材质不合格规格型号不一致的碳刷进行更换；更换8只恒压弹簧，并提高了弹簧的压力等级；对卡涩的碳刷进行更换或打磨处理；联系钳修车间做好检修工器具准备，在机组停运检修期间，对滑环圆度及光滑度进行测量车销，接触面光滑度处理。
在机组高负荷运行出现打火显现较严重时，处理效果不明显，应及时降低机组有功和无功功率，控制碳刷打火情况防止形成环火造成事故。
保持碳刷电流分布均匀，是调整碳刷的的原则。在维护调整上，全面测量碳刷电流分布，及时调整电流偏低的碳刷非常重要。单个碳刷电流过高会引起碳刷过热也要及时调整。碳刷电流偏低会造成其他碳刷电流偏高引起其他碳刷过热打火，更应该及时调整。碳刷电流偏低的原因有很多，刷握卡涩，碳刷刷辫阻碍碳刷活动，碳刷恒压弹簧偏斜，碳刷过短压紧力不够，碳刷表面失去活性无法产生新的碳粉等都会造成碳刷电流偏低。部分碳刷更换后，虽然是同一批碳刷但导通能力差别较大，会造成电流分布偏差，也应该重点跟踪关注。
3.3处理效果
通过对碳刷、滑环、刷握接触面脏污进行清洁以及对不符合要求的碳刷、弹簧进行更换，并提高了弹簧的压紧力等级，碳刷发热量得到控制。坚持测量碳刷电流分布情况，根据电流分布调整弹簧压紧力或跟换碳刷、研磨碳刷表面，保持各个碳刷电流均衡，打火情况得以控制。通过一周的运行滑环表面的光洁度逐渐好转，氧化膜逐步恢复，碳刷打火现象消失。下一步准备利用机组检修机会，对滑环圆度及光滑度进行处理，彻底消除碳刷打火重要诱因。
3.4注意事项
在碳刷日常维护工作中，应提前做好防止发生短路及接地的安全措施。维护人员工作时必须站在绝缘垫上，穿戴好绝缘手套，使用合格的绝缘工具进行工作。安装之前对碳刷的工作面要进行预研磨，使之和滑环的接触面达到70%以上，并保持碳刷在刷握内有0.2—0.4mm的间隙，碳刷更换完成后，应对碳刷进行前后拉动检查，查看碳刷在刷握中能顺畅活动，若碳刷存在卡涩情况，应对碳刷四面用细砂纸进行打磨，保证碳刷在刷握中顺畅运行。当碳刷磨损至原长的1/3时就要予以及时更换。在采购碳刷时应严把质量关，追溯碳刷来源，测量碳刷及刷辨的固有电阻值，确保碳刷合格统一。碳刷恒压弹簧按照大修周期进行更换。碳刷打火期间定期测量滑环表面温度，必要时增加临时冷却措施。检查每天测量碳刷的电流分布情况，及时调整电流偏大和偏小的碳刷，确保碳刷电流分布均匀。
结语
发电机励磁碳刷打火问题是检修和运行过程中的薄弱环节，危害极大，此次在线跟踪处理，有效控制了消除碳刷打火，处理方法及维护成效显著。避免了因碳刷打火造成滑环烧损引起机组非停事故。为同类型机组碳刷打火处理提供了思路和经验。进一步完善了发电机励磁碳刷检修维护的措施，为有效避免发电机碳刷环火事故积累了宝贵经验。
参考文献
[1]李琳.发电机碳刷的日常维护与运行[J].中国电力教育，2010（1）.
[2]张文远.发电机碳刷及滑环的运行维护[J].山西电力，2002.
[3]吴永兵. 300MW机组电气设备检修规程，2015.
论文作者:赵亚东,胡瑞琪
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：碳刷论文; 电流论文; 发电机论文; 励磁论文; 弹簧论文; 机组论文; 情况论文; 《电力设备》2019年第16期论文;