（青海省三江水电开发股份有限公司黄丰分公司 青海西宁 810000）
摘要：分析当前困扰黄丰水电厂滑环打火现象的原因，提出切合实际的解决办法，并在试验中取得成功，总结防止碳刷打火现象的方法，并将此经验成功推广到大河家水电站，取得了领导的肯定。
关键字：碳刷；打火；处理
引言：发电机碳刷作用是将励磁电流通过滑环传递给转子绕组，在传输的过程中由于是动静想接合面，碳刷和滑环摩擦造成磨损，导致碳刷打火现象。黄丰水电厂安装有5台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量45MW，自2013年投入生产以来，由于振动较大，安装工艺等其他原因，每台机组均出现了滑环表面有电火花灼伤痕迹（最深达到0.25mm），损坏了滑环表面光洁的氧化膜，导致碳刷磨损加快，打火现象加重，严重威胁发电机组的稳定运行。
1 碳刷打火的原因
碳刷的磨损率是检验碳刷质量性能的重要依据，磨损率小，相应的维护量小，使用寿命就长，而引起碳刷打火的原因较多，综合各方面原因，主要有以下几个方面：
（1）碳刷型号选择不正确。碳刷主要的参数与实际工作要求的参数有较大差距，材质过软，碳刷使用的磨损量较大，在刷握表面堆积的碳粉较多，如果不及时清理，易造成正负极串电，轻着造成机组轴电流增大，轴电流报警，重着易发生着火现象。材质过硬，易破坏滑环表面的氧化膜，进而破坏滑环与碳刷的接触面，加速磨损碳刷，
（2）碳刷与滑环接触不良。主要原因有；1碳刷表面与滑环工作面之间存在油污和杂物。2碳刷与刷握之间的间隙调整不合适3碳刷压力调整不当。
（3）碳刷刷握与滑环表面的间隙不合适。间隙距离过小，会碰撞滑环表面，距离过大，碳刷跳动容易产生火花。
（4）电流的影响 正极碳刷流过的电流比负极碳刷流过的电流大，正极容易出现打火现象。
（5）发电机组集电环安装工艺达不到要求 发电机组安装的机组中心线不理想，运行时机组转动，造成发电机组转子摆度超差，加速使碳刷在刷握中的相对移动，磨损加剧，碳刷和刷握的间隙增大，造成碳刷损坏及表面氧化膜破坏。
（6）维护保养不到位 主要原因：1集电环旋转时，会在碳刷表面积底部刷握便面堆积一层较多的碳粉，使得刷握散热条件变差，电阻增加引起滑环过热。2在滑环与碳刷表面出现电腐蚀痕迹后，未及时采取措施，加速碳刷磨损和碳粉的堆积，造成灼伤加剧。3碳刷磨损长度小于1/3时未更换，导致碳刷压力不足，出现熔点，加剧发热
综合以上分析，结合电厂的实际情况，#3机组发电机碳刷打火的主要原因是由于机组在低水头工况下运行，集电环摆度较大，碳刷往复运行行程较大，且滑环表面由于碳粉堆积未及时清理，导致运行时接触不良和散热条件变差，出现打火现象，灼伤滑环，久而久之，加重了滑环表面的伤痕，进而加速了碳刷的磨损。
2 碳刷打火处理
2.1设备现状
2016年8月，#3机组在巡视检查时发现集电环碳刷打火现象较严重，机组停机后，及时检查风洞内的发导轴承端盖是否有漏油现象，经检查，无漏油现象，及时更换了#3机组部分碳刷，但因灼伤滑环，导致滑环表面有较大的凹坑，使#3机组更换碳刷后运行2个月就出现需大面积更换碳刷的情况，且碳刷的磨损速度远超其他机组的磨损量。
2.2处理方法
经检查测量#3机组滑环表面灼伤深度均小于0.3mm，表面尺寸均小于3mm*5mm，但分布量较大，占滑环表面的30%，为轻度灼伤，如拆除滑环，返厂检修，则拆装困难且周期较长，且返厂检修，时间不确定，严重影响了黄丰水电厂的经济运行。为此，结合现场的时间情况，经研究决定对#3机组滑环进行开机自行修磨处理，以消除滑环灼伤的缺陷。
2.3处理过程
黄丰水电厂水轮发电机组额定转速为115.4r/min，机组最大负荷只有额定负荷的30%，经讨论分析决定采用中刷握内放置和碳刷大小尺寸一至的油石，开机空转打磨进行修复。
首先准备好两种油石，型号为800目和1200目，（没有选择较大目数的油石，是因为目数较大的油石密度较大，切割小块时很费力）用切割机切取规格为25mm*32mm*65mm，各2块，在润滑油中浸泡2天，准备好其他的工器具及材料。
其次#3发电机组在停机状态，为了不影响其他碳刷及便于观察油石的打磨效果，拆除负极剩余的油石并固定好，使其不触碰到正极刷架，不影响打磨作业。
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再次，安装好800目的油石，将刷握弹簧安装于油石的端部，检查油石再刷握的间隙，开机打磨及时检查滑环表面的情况，在打磨的过程中始终在现场保证不定期的在油石上喷涂润滑油，防止干摩擦，打磨3小时后，更换1200目的油石再次开机转入细磨（步骤如上），此次打磨时间较短，需1.5小时，检查表面发现灼伤的痕迹基本已经打磨干净。
随后选择毛毡进行抛光，磨去滑环表面由于油石打磨时的一些毛刺及油污，其他杂质，大约需0.5小时，机组停机后用酒精清洗集电环滑环表面，并用白布将表面擦拭干净，此次滑环打磨共需5小时，滑环表面光滑如初。
2.4处理结论
经过此次滑环打磨工作，修复后的滑环运行至今，期间及时清理了碳粉，检查发现，滑环包面无打火现象，碳刷表面的磨损较均匀，跟其他机组相比，无磨损较快及打火的现象。结论：此次滑环修复工作较为成功。
3成果应用
目前，黄丰电厂已按照此方法，完成了剩余4台机组滑环的修复工作，效果良好，达到了预期的效果。该方法已成功推广到大河家水电厂，4台机组也完成了修复工作，反馈效果较好，取得了厂领导的赞誉。
4碳刷的日常巡视及维护
4.1日常巡视
运行及维护巡视人员在巡视过程中，检查滑环碳刷的打火及碳刷的磨损现象，观察碳刷在刷握内部的运动幅度，滑环表面氧化膜及光洁度。当发现有打火现象时，要及时安排机组停机进行清理碳粉，避免滑环再次灼伤。少量的碳粉能增加碳刷与滑环间的润滑，有利于碳刷的稳定运行，如果发现滑环表面不正常，则要检查泡头内部的湿度，温度，是由有油雾，碳刷的质量等，找出问题，及时处理。
4.2日常维护
碳刷日常维护工作主要是碳刷的更换。
（1）当碳刷达到1/3时进行更换，通常更换时一次只能更换3—4个。
（2）用1寸的刷子，及时清理堆积在碳刷及刷握上的碳粉，不能用吹风机吹扫，防止将碳粉吹到风洞内，造成转子绝缘降低等异常现象。将清理下来的碳粉及时用吸尘器清理，防止碳粉飘落到刷架上，造成爬电等其他异常现象。
（3）更换时要及时检查碳刷与刷握的间隙，防止间隙过大或过小，更换同一种型号的、同规格的碳刷就显得尤为重要了。
（4）碳刷压簧的压力大小，对于发电机组正常运行是很重要的，当施加在碳刷表面的压力过大时，碳刷磨损产生的热量增加，使得碳刷发热，加速碳刷的磨损。当施加在碳刷表面的压力过低时，碳刷与滑环表面的接触面积减小，导致在接触面上的电流增大，导致碳刷发热，打火灼伤滑环，碳刷的磨损进一步加剧。因此加在碳刷表面上的力要适中，使励磁电流均匀分配。
（5）碳刷在安装时，需要将碳刷磨出一个大小合适的弧度，这是当前维护工作所忽视的一个问题，磨出后能增加接触面积，电流也能均匀分布到整个碳刷上，且与滑环接触时不会破坏已形成的氧化膜。
（6）选择碳刷型号时，要选择合适的碳刷，太硬，虽然减少了碳粉、更换碳刷的次数及数量，但是会破坏滑环表面的氧化膜，也会造成碳刷发热，磨损再次加剧。太软，则会增大碳刷的磨损量、增加更换碳刷的次数及数量，进而增加维护的工作量。所以选择适中的，适合当前转速、温度、湿度、电流大小是选择碳刷的重要指标。
5结束语
在机组运行中，集电环碳刷打火现象时有发生，严重时将威胁到机组的安全经济运行，因此，加强巡视、维护是保证机组长期安全稳定运行的重要工作。本文提出的方法，是在经过实践检验，有一定的借鉴作用。避免发生碳刷打火现象，主要是选用合适的碳刷，需经常测量碳刷温度，弹簧的压力，当前环境的温度，同时保持集电环刷架及刷握等处的清洁，定期测量每个碳刷的电流大小，及时调整压力，保证电流分配均匀，在出现发热及打火现象时及时处理，确保碳刷的工作状态持续良好。
参考文献：
[1]张万庆.中小型水电站电气部分典型故障与诊断[M].北京：中国水利水电出版社，2006.
作者简介：
王成学（1981.12）；籍贯：青海民和人，职业：青海黄丰水电站 副经理，职称：工程师，研究方向：水电站安全生产管理。
黎增荣（1986~）；从事水电厂技术管理工作。
论文作者:王成学,黎增荣
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/6
标签：碳刷论文; 机组论文; 表面论文; 磨损论文; 油石论文; 碳粉论文; 现象论文; 《电力设备》2017年第26期论文;