国网江西省电力公司柘林水电厂 江西九江 332000
摘要：国网江西省电力公司柘林水电厂，共安装有6台水轮发电机组，其中A厂4台45000kw水轮发电机组、B厂2台120000kw水轮发电机组。在运行中滑环产生火花的故障率虽然不是很多，如果维护不当一但出现火花，便会影响到水轮发电机组电气部分的正常安全运行。因此，在日常的维护过程中，我便将减少水轮发电机转子滑环产生火花的几率控制在最低的范围，作为我的工作目标。
关键词：水轮发电机；转子滑环；火花故障消除
1、滑环产生火花的原因
1.1 运行中的水轮发电机转子滑环经过长时间运行之后，由于个别碳刷磨面不良，运行中碳刷与滑环在接触过程中产生的金属颗粒，或者某种原因产生的火花，就会使滑环表面出现麻点及凹沟，从而使得滑环在运行过程中产生火花，严重使产生的环火会将滑环直接烧毁。
1.2 滑环表面脏污或有化学品侵蚀，会使滑环表面产生化学作用，在运行中也是产生火花的一个原因。
1.3 碳刷弹簧压力不均匀，造成每个碳刷所承受的压力不一致，也是运行中容易产生火花的一个原因。
1.4 同一台机组使用了不同型号的碳刷，接触电阻值不一样，在运行中容易产生火花。
1.5 碳刷磨损后没有及时更换，造成弹簧的压力不均匀，在运行中也易产生火花。
2、故障检查及处理
以我厂A厂1号水轮发电机为例，该机组自2016年9月27日投运以来，上、下滑环已多次出现火花故障，并且产生凹陷痕迹。由于机组在停机状态处理过程中不能将滑环表面凹陷的不平痕迹打磨光滑，达不到处理的效果，所以在该状态下即使有关电气维护人员进行了多次处理，但均不见有明显改善。在2017年汛期到来之前，为确保机组的安全运行，减少运行中1号水轮发电机组转子滑环火花的产生，防止烧损滑环。我向班组、车间建议，让机组在导叶小开度、无励磁条件下，保持低转速运行的方式，用精磨油石对其表面进行打磨处理，以消除火花的产生。
我的建议得到了车间及生技部门的认可，我同班里其他同志在班长的带领下，开始对1号水轮发电机转子滑环表面进行研磨处理，在运行人员的配合下将水轮发电机转子转速控制在额定转速的20％以内，2人分别对上、下滑环表面用精磨油石贴紧滑环表面用力压住，使转动中的滑环表面在油石的研磨下慢慢变得光滑。
在研磨的过程中，我们采用的是两人一组的组合，由一人按电机旋转的方向拿油石的在上方负责研磨滑环，另一人员用干净的纯棉白布负责在后擦拭滑环与油石研磨过程中产生的颗粒及脏污，防止其进入碳刷与滑环表面之间造成另外的磨损。在此过程中，为防止水轮发电机组在低转速运行状态下，各部轴承瓦温升高较快的现象发生，在研磨过程中一旦出现了轴承瓦温升高的现象，就应立即停止工作。整个研磨过程至少应持续半个小时，才能达到滑环研磨的效果。
通过此次研磨较好的消除了滑环表面的凹痕、磨损，运行至今暂未出现火花现象。
3、滑环碳刷的日常维护及问题处理
3.1 滑环碳刷的日常维护及保养
3.1.1检查碳刷弹簧压力
碳刷无法适应滑环压力是其主要因素。电动机工作过程中，需要碳刷压力适应滑环压力，通常石墨电刷压力为180－－250g/cm2。压力过大将加剧碳刷和滑环磨损；压力较低将会导致电气受损，碳刷和滑环未充分接触，造成接触电阻过大，引发产生火花问题。针对该问题，从以下几点进行检查解决。
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第一，刷握弹簧。通常情况下，碳刷刷握由恒压弹簧组成。但是在长期运行中，弹簧弹力逐渐降低而导致碳刷对滑环压力降低。针对此问题，进行弹簧更换。第二，碳刷高度。碳刷在长时间运行时难免发生摩擦，在碳刷受到磨损后将降低滑环压力。电动机在实际工作时，由于碳刷高度磨损降低，导致碳刷压力降低。针对该问题，需要按时调整刷握弹簧压力。一般情况下，碳刷磨损高度小于1/3碳刷长度，那么当大于碳刷高度后，则要进行更换。
3.1.2碳刷在刷握中卡阻检查与解决方法
滑环产生火花的第二个原因，即：碳刷在刷握中的卡阻。首先，检查刷握垂直度。长时间运行中由于单侧力影响，一些刷握在运行过程中出现振动，造成螺栓松动，使得刷握垂直度出现偏移。当刷握出现偏移后，将造成碳刷侧端边缘位置发生卡阻，导致碳刷和滑环接触面减小，而根据《JB/T 2839-2016 电机用刷握及集电环》要求，两者接触面积通常需要在碳刷表面积的80%以上。所以，当发现刷握位置出现偏移，则需要对其校正。在安装过程中，调整刷握边缘与滑环空隙，做好衡量控制。如果空隙较小，则需要避免运行过程中滑环受碳刷架影响；如果空隙较大，就要防止运行过程中碳刷侧端发生卡阻，一般状态下空隙在2mm—3mm之间为宜。
其次，检查碳刷是否发生松动；检查刷握与碳刷配置是否相同。通常碳刷在刷握内空隙为0.15mm—0.45mm，上下距离为0.05mm—0.30mm。如果碳刷较紧，导致碳刷在刷握时卡阻，则需要进行打磨，让刷握能够自由活动并不松动。如果碳刷出现松动需要立即更换碳刷。
3.1.3检查碳刷是否干净与解决方法
滑环产生火花的第三个因素为：碳刷不干净。由于电动机在长时间工作下，将影响碳刷整洁度。碳刷在活动时发生摩擦出现较多碳粉，进而造成碳刷污染。另一方面，因为转子滑环侧轴瓦出现渗漏、加之与粉尘融合导致碳刷污染。当碳刷受污染后将难以清理干净，并具有一定损坏性，导致碳刷和滑环故障而出现火花。所以，还需要按时进行碳刷清理。
3.2 滑环故障的检查及处理
水轮发电机转子滑环出现火花故障问题，也要对其自身构件进行检查。第一，检查滑环是否圆整。滑环圆整度出现偏差，将造成碳刷和滑环接触不稳定，进而引起跳动打火现象。因此在检查过程中，如果发现需要确保滑环不圆整，可以对滑环进行车圆；对偏离中心的滑环应重新调整、安装。第二，检查滑环是否干净。在滑环产生火花后，能够造成滑环电化锈蚀，影响滑环表层光滑程度。如果在损坏较为严重时，滑环外层不平滑，碳刷和滑环接触故障，将增加电阻而增加热量。此时若没有得到有效解决，将引发滑环出现火花，并形成恶性循环影响运行。因此，要按时进行低目沙纸打磨，高目沙纸抛光；水轮机控制转速过程中，再次用高目砂纸抛光，直至白布贴住滑环后没有杂物为合格。
4、碳刷部件的改进措施
通过上述研究可以得出：造成水轮发电机转子滑环产生火花现象，主要由于碳刷和滑环接触不良，接触电阻大、接触面积小、电流密度大等问题导致。所以，在问题解决过程中还要从跟源上入手。此外在进行定期检查维修的同时，还应适时对转子滑环碳刷进行改进。例如我厂通过改造将6台机组全部更换为恒压弹簧，改造后恒压弹簧较普通弹簧具有自动调整碳刷压力的优点，更好的减少了火花的产生；近年新改造的一号机组还加装碳粉振打及收集装置，有效的保证了集电环区域的干净。
5、结束语
总而言之，我厂水轮发电机组转子滑环产生的火花故障解决并改进后，效果显著。有效避免了滑环产生的火花问题出现。对此，分别从：滑环产生火花的故障问题、故障检查及处理、碳刷部件的改进措施三方面进行分析。因此，解决滑环产生的故障问题还需要从碳刷高度、松紧度、垂直度、清洁度等方面入手，希望对滑环火花产生的故障问题与改进起到帮助性作用，确保水轮发电机组的安全稳定运行。
参考文献：
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论文作者:童艳
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/2
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