（宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司 宁夏青铜峡市 751607）
摘要：发电机转动部件是发电机的核心设备之一，其可靠稳定的运行是电厂安全生产的重要保证，靠人工定期检查滑环设备工作状态非常容易因为故障发现不及时而造成经济损失，在分析滑环温度异常升高原因的基础上，对滑环温度在线监测系统可行性进行了研究与实施。
关键词：滑环温度；在线监测
1 概述
滑环，一般而言包括平常所说的导电滑环、电刷、集电环、旋转电气关节或者电气转头。常见结构如图1所示。
图1 发电机滑环系统装置结构
发电机滑环，过去又被称作集电环，安装位置一般设置在发电机的换向器上，主要是滑动接触结构，导入导出电流。大型电机滑环各项电性性能很好，导电性、导热性、润滑性都非常好，也具备相当好的机械强度与换向性。发电机滑环的工作原理非常简单，简而言之，就是通过转子的不断旋转，再与碳刷与滑环的接触过程中，励磁电流就会被逐步转移到励磁绕组结构中，应用领域十分多，比如常见的交直流发电机、同步电动机等。
2 发电机滑环温度异常上升原因分析
由于滑环的工作特点与特性，滑环在发电机的正常运行过程中会不可避免的与其他结构发生相对位移与浮动摩擦。理想情况下，在并联碳刷的电流分布应该是平均的，这种条件下滑环表面相应地也会形成一层均匀的氧化膜，这样会给碳刷与滑环提供一个恒定温度的稳定运行条件，不会导致碳刷与滑环温度异常升高。
假如碳刷长期运行亦或是采用新的更换时间不长的碳刷，那么许多性质会发生一定程度的改变，比如其压紧弹簧、碳刷和滑环物理性能等，举例来说电刷压紧弹簧刷压表现出一定差异，碳刷导电效果变弱，集电环表面光洁度变差等，这些都有可能让并联碳刷和滑环的接触电阻不一致，使滑环上不能形成良好的氧化膜，造成了电流分配不均，从而引起滑环和碳刷的温度异常上升，甚至还将会出现环火，使滑环和碳刷装置受损。另一方面，机组振动和摆度对碳刷和滑环的接触电阻也有影响，转子不平衡，机组振动摆度大时，接触电阻也会变化，这些都有可能引起碳刷电流不均匀，导致碳刷和滑环温度的异常升高。
在发电机运行过程中，经常因为管理不够规范，滑环电刷没有依据制造商指定标准应用，发生各类型号电刷或者刷盒进行混合应用的混乱现象，引发了电流在刷盒及电刷间的不均分布，有些电刷会因过电流而出现发热状况，甚至烧坏引线。如果存在碳刷材质过硬，电导率过低等问题，也会导致滑环发热。滑环电刷维护不合理，电刷更换时，没有认真抛光与研磨处理，使得电刷盒中的间隙差较大，如果间隙小，电刷卡涩，无法上下自由移动；间隙太大，滑环电刷的晃动度较大，不能与滑环接触有效吻合。另外，电刷长短不齐，引发电流分布不均，导致电刷发热；或者对电流工作状况没有定期测量，使得过电流、无电流通过的电刷没能得到及时调整。
3 在线监测系统可行性与具体实施
3.1 滑环温度在线监测可行性
碳刷和转子滑环故障引起的停机事故，必定给企业造成了巨大的损失，因此，应对滑环的温度采取必要的监测方式。目前，我们对碳刷和滑环的监测，主要是靠运行人员的巡视检查，这种方式不能及时的在故障初期发现设备异常。由于被测点是转动带电部位，常规的测温方法难以使用，如果对转动部件的温度采用红外非接触式温度监测，则可及时发现异常，从而可以控制故障恶化和避免重大事故发生，提高设备运行的安全可靠性。
3.2 滑环温度在线监测系统具体实施
滑环温度在线监测系统，采用红外测温探头作为传感器元件，非接触测量滑环温度，采用485总线通信，通过数据处理和数据将温度在上位机或现地显示出来。在每台机组集电环处，装设4个红外测温探头，分别安装在发电机转子正、负级滑环方向，由它测量滑环的表面温度，再通过RS485总线将温度数据传送到PC机，通过计算机可以在远方实时监测滑环温度，并于温度超限时报警。
采用IRT/c型的红外测温仪作为测温元件进行温度测量，经过单片机AVR自带的A/D转换器，将4~20 mA的模拟量信号转变为数字信号，单片机将该数字信号串行口输出，经过电平转换后由485总线将数据上送到数据采集单元，探头的硬件结构如图2。
图2 探头硬件结构
选用Inter16位单片机80C196 kC作为控制芯片，外扩了32 kB的RAM及128 kB的FLASH，分别用于数据寄存、程序存储和历史数据记录，选用时钟芯片DS12C887记录系统的时间，采用液晶显示温度数据和操作界面，利用65HVD3082实现485通信，由于通信由上下层通信，所以需要扩展单片机的串口。数据采集单元每秒循环一次，将接受到的探头上传的温度进行处理，正常则继续循环，若有异常超过允许值，则启动报警信号，同时以中断方式与上下层网络通信，现场可以显示温度，可以查看报警。
3.3 增加故障检测功能
滑环红外成像在线监测仪具有显示功能，阵列温度显示、分区热点温度实时指示、历史事件记录、当前分区最高热点温度运行曲线等功能。同时具备超温报警功能，报警参数设置，分级报警（超温报警/预警），在温度超过预警线时系统可进行声、光报警并输出相应无源开关触点，使维护人员及时排除故障，杜绝事故的发生。通过无线数据传送能够在后台计算机的发电机刷窝图片对应位置分区域显示热点温度、查询图像对应位置实测温度，并能随时刷新，能够通过快捷方式在不同页面上进行快速切换。对于预警、报警超限的测点，则变色显示，监测点发生数值越限，则自动弹出文字报警提示，同时发出音响报警，可以查询所有的该项报警事件，故障事件，闪弧、温度数据记录可靠并可保存8年以上。
3.4 在线监测系统效果
在某厂进行监测系统的安装调研，经过工作人员反复论证方案，严谨的进行调研比对，对发电机集电环刷架设备进行了发电机滑环红外在线监测装置安装调试。近一年来，经过发电机集电环实际检验，以及平时每天定期的红外检测对比，滑环红外在线监测装置投入使用后，使用情况良好，温度数据传送可靠性高，运行效率令人满意，故障诊断准确无误，设备发热在线检测得到完美解决，相比改造前实现了红外成、在线检测实时监测，减轻了发电部运行人员、电气检修人员工作量，超出了预期效果，为火电厂发电机安全运行目标实现迈出了坚实一步!
结束语
本文在总结滑环温度异常升高原因的基础上对在线监测系统的可行性进行了分析，并具体实施应用了滑环温度红外在线系统，而且增加了故障检测功能，为火电厂安全稳定的运行提供了基本的保证。
参考文献：
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[3]刘立群.浅析发电机滑环与碳刷的发热原因及监测[J].科技与企业，2016（10）：200-201.
论文作者:方永亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：在线论文; 温度论文; 碳刷论文; 电刷论文; 发电机论文; 集电环论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第21期论文;