摘要：近年来国民经济的持续快速发展，扩大了电力供应已经严重的供需缺口由于上海电气SEC-1250风机的碳刷操作和维护技术是现有技术，多年来在技术和技术水平上没有太大的突破。因此，上海电气SEC-1250风机的滑环室粉尘放电，从而导致频繁的系统事故。近年来，多台上海电气SEC-1250风机连续发生滑环室故障，给企业造成巨大的经济损失。根据我多年的保养和修理经验分析发电机的滑环室放电故障，希望对维护及运行有帮助。
关键词：上电1250；风机发电机；滑环室故障维修
引言
双馈风力发电机目前已是并网型风力发电机主流机型之一。滑环、电刷是发电机运行过程中极易出现问题的组成部分，极小的问题都会引发较大的事故。通过分析滑环振动造成的电刷冲击及危害、治理因发电机滑环室排粉不畅造成的粉尘放电。并介绍了电刷的谐振频率对安全产生的影响，提出预防故障的措施，减少因电刷、滑环碳粉放电引发的事故。根据以上分析的各种原因，结合风电场处理滑环故障的一些经验，应采取以下措施提升质量，减少故障。
一、相关概念介绍
1、滑环、碳刷设计选型
（1）碳刷材质要选用与导电环材质、电机工况、运行环境相匹配的，建议主碳刷选用铜石墨材质，接地碳刷选用浸渍银材质，具体牌号根据不同厂家选取市场应用成熟的。电密要在碳刷允许范围内，同时考虑电流不均的状况留有相应的裕量。
（2）滑环导电环材质选用马氏体不锈钢，采用调质处理增加硬度，提高耐磨性。沿海地区要采取防盐雾措施。金属材料机械性能满足电机工况，绝缘材料等级为F级。
2、滑环、碳刷装配
（1）对装配好的滑环用百分表检测径向跳动，一般不允许超过0.05mm。
（2）检测碳刷报警开关线通断，正常状况下为常闭合状态，避免出现碳刷磨损到限值后未及时报警状况。
（3）恒压弹簧要装配到位，检测弹簧压力，对超出标准压力范围的弹簧要及时更换。
（4）检查碳刷接触面是否合格，刷辫是否有断股，接头是否良好。刷辫与刷架联接是否牢固，接触部位是否清洁，防止碳刷与滑环刷架连接处接触不良。
（5）检查刷握与滑环环面的距离（间距应为2.5～3mm）、刷握与滑环是否同心及碳刷与刷握间隙是否合格。
（6）检查接地碳刷刷辫、接地线是否联接可靠，接触面是否清洁。
3、风电场维护
（1）更换碳刷后必须先要用100号砂纸预磨接触面，让电机空转约30分钟继续磨合接触面，达到80％以上才可以并网运行。更换接地碳刷时如果是双拼结构的，要按照电机旋转方向，碳刷滑入端是含碳的一侧，滑出端为含银的一侧，遵循先润滑后导电的原则。
（2）同一台电机上碳刷牌号必须与厂家要求的一致，绝对不允许不同牌号、不同批次的碳刷混装。
（3）对于滑环表面有麻点、凸点的，用油石先打磨掉大的凸起点，然后用0号抛光砂纸进行打磨，直到滑环表面恢复光滑方可。若损伤严重，建议拆下来对环面进行加工处理，加工时要控制滑环内孔与外圆同轴度在0.03mm以内、环面粗糙度Ra在0.8～1.2μm后再安装使用。
（4）定期清理滑环室、滑环表面、刷架、刷握缝隙积落的碳粉，避免积碳严重。滑环环面保持清洁，无油污与附着物。
（5）定期清理碳粉收集器，保持滑环室冷却风路通畅。
（6）对于高原、近海环境下湿度大、气温低的地区，长时间停机情况下，电机运行前要开启滑环室中的加热器进行加热，避免滑环表面出现凝露现象，引发滑环、碳刷打火问题。
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二、滑环、碳刷装置常见故障
（1）碳刷温度高，磨损快。
（2）滑环表面氧化膜损伤，环面有麻点、拉伤痕迹。
（3）碳刷与刷盒烧结，卡滞在刷盒中，刷盒有烧灼痕迹。
（4）碳刷磨损报警失效、报警开关触点断裂、恒压弹簧变色。
（5）碳粉排粉不畅造成相间放电。
（6）轴电流过大造成发电机轴承电蚀。
三、引发故障的主要影响因素
1、滑环、碳刷冷却通风
滑环与碳刷在电机高速旋转中产生滑动电接触，滑动电接触的磨损形式主要分为电气磨损和机械磨损，这些磨损会产生大量的热量。如果不能及时有效地将这些热量带走，会造成滑环环面、碳刷温度急剧升高、氧化膜增厚、接触压降升高等不良影响。风力发电机滑环、碳刷装置安装在滑环室里面，滑环室的防护等级为IP23，空间比较封闭。因此，发电机滑环、碳刷运行中通风散热问题就显得尤其重要。风力发电机滑环冷却一般采用轴流风机、风扇或利用电机空冷器出风口风量对滑环、碳刷进行降温，同时将带有碳粉的空气排到机舱下部碳粉收集器中。因此，确保冷却风路通畅，才能达到冷却效果。
2、碳刷选型、安装
风力发电机目前大多采用的是进口品牌的碳刷，其品质比较可靠。选型方面应该注意的是与滑环导电环材质的匹配性问题（不同型号、不同厂家的电刷，其导电性和硬度存在差异。材质过硬，影响滑环和碳刷的动、静接触面，加大滑环摩擦，造成环面损伤；材质较软，电刷极易磨损，更换频繁，维护成本增加）。还有一方面就是针对不同环境采用不同材质的碳刷，一般情况下分为沿海型、平原型、高原型三类，针对风电机组不同运行环境选择适配牌号的碳刷较为合理。碳刷安装在刷握中不能过紧或过松。太松会引起碳刷在刷握内振动，导致电刷接触不良；太紧会影响碳刷在刷握中的自由滑动，严重时会出现“卡死”现象，一般两者之间较为合理的间隙为0.1mm。同时注意刷握安装时要与滑环同心，避免出现碳刷偏磨现象。
3、恒压弹簧压力
恒压弹簧的作用是提供碳刷与滑环的接触压力，确保两者之间有效接触。当压力过小，虽然可以降低摩擦系数，减少机械磨损，但电气磨损却会大大增加，影响碳刷导电性能；反之，导电性能虽然增强，但碳刷磨损较快。因此碳刷压力要控制在一个合理的范围，一般风电用主碳刷为200cN/cm²±10％，接地碳刷为250cN/cm²±10％。但由于恒压弹簧长期在高温及振动下使用，压力衰减是不可避免的。因此针对使用期限较长的要做定期检测，确保压力合格。对已使用5年的几组主碳刷恒压弹簧做的压力检测，有效值应为1600cN±10％，检测结果个别存在失效现象。
4、滑环径向跳动超差
滑环偏心、轴承故障、电机装配等因素很容易造成滑环径向跳动超差，使得碳刷与滑环表面接触不稳定，当碳刷的滑动接触出现进一步恶化，可能产生较大的火花，造成碳刷表面烧伤，破环氧化膜，加剧碳刷的磨损。超差严重电机发生振动时，不仅加剧机械磨损，甚至造成压簧疲劳断裂，碳刷破损、开裂，造成滑环烧损。
5、碳刷均流性
风力发电机转子电流值大，这就需要在同相上排布N个碳刷引流。由于碳刷材质、弹簧压力、接触电阻存在差异性，会导致碳刷之间电流值偏差较大，个别碳刷电密超过允许的最大值，造成碳刷发热严重，破坏氧化膜，导致环面烧损。
6、运行环境
风力发电机的运行环境几乎涵盖了各种气候条件。在风力发电机的各种运行环境中，沿海及高原环境对滑环、碳刷的影响最大。这两类地区因空气中水份含量较大，尤其是高原环境下凝露现象严重，对滑环表面的氧化膜有很大的影响。据相关资料显示，当绝对湿度大于20g/m3时，由于空气湿度过大，会加剧氧化膜的形成，造成氧化膜增厚，碳刷接触压降升高，增加电气损耗。同时会使电刷产生过热、打火等现象，致使滑环烧损。因此在这两类地区对滑环室内部湿度的控制尤为重要。
四、数据对比分析
表1技改风机号
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表2集电盘绝缘值阻测量
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2.微动开关螺丝及风机故障情况对比
表3微动开关固定螺丝松动及脱落情况对比
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表4风机故障情况对比
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五、存在的问题：
（1）发电机滑环室设计缺陷造成碳粉排粉不畅甚至不排粉，造成放电情况。
（2）滑环室内碳刷报警反馈线缆老化破皮在线路上有碳粉堆积，碳粉堆积引起碳粉短路造成集电环打火拉弧现象多发。
（3）电机轴电流没法有效导出，轴承电蚀。
六、解决措施：
（1）将集电环各表面使用SINWE鑫威（型号550UR）绝缘油漆将金属表面两侧边框全部刷完厚度为3mm，每毫米厚度绝缘等级为66kV，并使用热风枪将油漆吹干后进行绝缘测试，效果特别好。
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（2）为了彻底解决碳刷报警开关碳粉堆积及固定螺栓松动造成的放电问题，现场通过测量、多次试验，确定了方案—接线方式由螺栓固定改为焊接，并用热缩套件焊接处和报警微动开关做密封处理，经试验特别好。
（3）为解决轴电流无法有效导出问题，造成发电机轴承损坏。现场通过总结经验出具方案及样机验证，效果良好。
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七、结论
上电1250风机滑环室碳粉排出风扇安装在滑环室侧面，且滑环与风扇之间还有环形隔断，排粉效果不佳造成滑环室碳粉呈雾状，易发生相间及相对地放电，另外带尾碳刷与集电环之间因碳粉排除不畅，易发生间隙放电。因其结构原因，排粉改造难度较大，在定期维护时用电气绝缘清洗剂冲洗滑环室，阶段性解决碳粉堆积问题。风电机组的发电机故障点主要集中在发电机滑环室内，解决了碳刷、集电环相关缺陷也就能大大降低了发电机的故障率！通过这“三部曲”，有效降低滑环室故障率，大大提高了机组的稳定性。
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论文作者:乔文飞,刘春雁,蔡建宇,黄鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：碳刷论文; 碳粉论文; 电刷论文; 发电机论文; 磨损论文; 电机论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第21期论文;