火电厂发电机励磁碳刷发热分析与处理

火电厂发电机励磁碳刷发热分析与处理

郝帅 刘浩林 郭利

华能大庆热电有限公司 黑龙江 大庆 163712

摘要：发电机的型号为QFSN-350-2，额定功率350 MW，额定转速3000r／min。发电机滑环碳刷经常出现超温现象，维护人员用红外成像仪检测发现负极有3只碳刷都在90℃以上，超过平均温度的2倍。用钳形电流表检测电流都在100A以上，超出了平均电流的3倍，且有其它碳刷有不带负载现象，测得电流为零。

关键词：火电厂发电机励磁碳刷发热；处理；

前言：发电机励磁碳刷是高故障率部件，以往没有足够重视。要及时查清滑环碳刷发热的原因，并且控制发热、降低发热，采取相应的方法进行分析处理，防止事件的发生和扩大。维修人员对机组碳刷的管理、维护的工艺质量和选型存在问题，需要对检查和检修流程进行改进，进行预防性和预测性检修，碳刷的预测性检修在技术上目前已经有足够的方法，不难实现。

1.碳刷和滑环发热的产生发展过程

碳刷正常运行中的最佳温度一般在50℃左右，碳刷电流的分布趋于平衡，每块碳刷正常工作电流在20 ～ 40A。当机组正常运行情况下，所产生的热量由通风系统带走，也就是发热与散热达到基本平衡。正常运行状态下，运行负荷增加时，电流会随之增大，温度会有短时的变化，但是系统依旧可以维持相对的平衡。当出现压簧压力变小、氧化膜形成不好、接触面粗糙度过大或者过小、碳刷在刷盒中卡涩等现象，运行负荷增加时，系统平衡能力降低，直接导致碳刷电流分布不均，部分碳刷电流达到甚至超过100A，而另外一些碳刷电流接近于零，致使整个系统内碳刷出现较大的温度差，而温度过高的碳刷可能导致恒压压簧压力衰减，刷盒变形，碳刷在刷盒内卡涩，大量碳刷出现不正常的跳动，甚至会出现大量火花，导致刷辫烧断或者脱辫。

2火电厂发电机励磁碳刷发热原因分析

（1）发电机碳刷发热的最主要原因在于碳刷与集电环之间的摩擦发热，由于碳刷与集电环表面直接接触，碳刷表面粗糙、形状与滑环不匹配等因素影响。在碳刷与滑环相对滑动时摩擦产生大量热量。我厂发电机碳刷更换时现使用平面砂纸研磨，角度不可调整，安装后存在其与集电环外表面接触截面积小，不均匀现象，使其对金属集电环外表面压强变大，增大了对集电环表面的摩擦伤害，摩擦发热及不均流，进一步使发热量增大。严重影响发电机的安全运行。

（2）刷握及恒压弹簧的原因。压簧材质、工作压力、碳刷压簧绝缘垫以及其他一些因素都会影响刷盒中的恒压压簧的使用寿命。刷盒中的恒压压簧使用一定时间后，会出现压力不均、变形、裂纹、散簧等情况，导致恒压压簧压力存在偏差，使碳刷分流不均匀，会出现严重超温现象。而个别碳刷因压力小，几乎没有电流通过。例如：碳刷压簧绝缘垫脱落或者过热损坏，压簧流过电流使压簧失去弹性，也会缩短压簧使用寿命，最终导致碳刷分流不均。发电机刷握底端卡板大部分不能正常使用，在发电机运行期间由于转子高速运转，刷握在装取时会导致碳刷崩角甚至断裂，破碎的边缘为高速气流提供了入口，使碳刷与滑环之间形成了空气薄层，导致接触压降急剧增加，摩擦系数急剧降低，使碳刷运行很不稳定，造成电流分布不均匀。

（3）转子滑环通风不畅。转子滑环之间装有1只离心式风扇，通过进、出口风道带动风循环。在滑环上开有许多斜向通风小孔，随转子转动，带动外部风进入冷却槽对发电机集电环进行冷却。发电机运行一段时间后，滑环表面由于碳粉进入滑环通风小孔在孔口堆积，致使通风小孔口堵塞，导致热风引导不畅，破坏了风循环。通风冷却进出风道采用下进风下出风结构，管道拐弯曲折、通风阻力大，加剧外罩小室内负压情况，且进出风口均在中间层，冷热风易混流、噪声会叠加增大，同时中间层油污大、灰尘多，会污染滑环小室环境，引起积尘或油污，从而导致滑环与碳刷导电接触不良、载流分布不均匀。

（4）油污的原因。由于发电机轴瓦处于排烟末端，轴瓦内负压本来就小，再加上轴瓦上部的排烟管堵塞或排油烟风机效率较低的原因，致使轴瓦内的油烟从油档齿处向外冒出。滑环小室运行中处于负压状态，故油气通过转子大轴被吸入到滑环上，导致滑环表面氧化膜呈现“镜面”现象。“镜面”导致碳刷在滑环表面“打滑”。

3 发电机碳刷发热处理方法

（1）为保证碳刷与滑环的接触面积，减小金属集电环外表面压强，改善电流分布不均匀情况，减少发热量的产生。我厂特研究了一种发电机碳刷研磨装置。装置碳刷研磨工具主要对与发电机转子集电环部分尺寸相同。在弧形钢板上安装5个刷据，其角度可调整成同发电机各刷据角度相同。在假轴外圆表面固定一圈细砂纸，待研磨碳刷插入刷握中，用手稍施压力，同时手动转动假轴，研磨碳刷至达到合格标准。该装置能研磨合格的碳刷，其与集电环外表面接触截面积大，使其对金属集电环外表面压强减少，减少了对集电环表面的摩擦伤害，摩擦发热。延长集电环使用寿命，减缓集电环外表面波浪度的形成，从而也减少了碳刷的磨损速度，尤其是不再产生碳刷打火、碎裂等异常现象。降低维护成本。

（2）刷握及恒压弹簧处理。尽量使用发电机原厂的刷握，不能随意更改刷握的厂家和型号。对卡板进行维修，卡板的作用是将碳刷控制在刷握上，在安装时不会上下活动，为避免碳刷直接在压簧的作用下打到集电环上，取刷握时会将碳刷固定在刷握上，以保证安全。新换上的碳刷能快速有效地分担励磁工作电流，避免其他碳刷电流大不均匀，发热。

（3）转子滑环通风不畅处理。为缓解滑环小孔的堵塞情况，停机之后对滑环小孔是否疏通进行及时检查。对堵塞通风小孔口进行清理。尽量减少通风管道弯折程度，防止噪声叠加增大，并增加进风口噪声吸音结构，以降低噪声等级，最终达到减小管道通风阻力、避免冷热风混流、降低噪声等级、消除油污灰尘影响。对进风口滤网给予定期检查与清理，确保进风的风量和清洁性。

（4）油污的处理。在发电机大修的时候，对五瓦、六瓦油档进行检查、清理，并且调整密封间隙。对密封间隙进行调整，减少油气的进入。调整合适的密封油压力，适当减小其他轴瓦的负压，使发电机轴瓦负压增大。检修期间对排烟风机进行检查，保证排烟效果。防止油烟气因负压吸入外罩小室附着在集电环上。

4.运行中发电机碳刷维护与措施

（1）加强碳刷和刷盒管理。应建立发电机电刷使用台账，电刷更换后应进行记录。研磨合格的碳刷，其与集电环外表面接触截面积大，使其对金属集电环外表面压强减少，减少了对集电环表面的摩擦伤害，摩擦发热。延长集电环使用寿命，减缓集电环外表面波浪度的形成。从而也减少了碳刷的磨损速度，降低成本。

（2）建立碳刷和滑环温度、电流定期测量工作制度。用远红外测温仪，测量和掌握集电环表面无过热现象，刷架温度应不高于100℃，刷体温度控制在不大于80℃，用直流钳形电流表对每个碳刷进行测量，并做好测量记录。定期对滑环和所有碳刷的温度和电流进行测量并且详细记录，根据测量结果分析碳刷运转情况，对运行状况差的碳刷进行调整。

（3）及时更换短电刷，每次更换20% 的碳刷机的每个刷杆的20%。使用新碳刷前必须要用磨刷机打磨，以保证碳刷和滑环表面接触达到80%以上后进行更换；领用新碳刷时应该首先进行碳刷阻值测量，并将阻值相同的碳刷分别编号存放。更换碳刷时，必须在同一极滑环使用同一阻值的碳刷，严禁不同阻值的碳刷在同一极滑环上使用。

结语：碳刷温度过高时会增大碳刷的电阻，会产生恶性循环，对碳刷和滑环产生破坏，甚至出现环火，烧掉整个集电环。发电机励磁碳刷一旦出现温度过高的情况，必须采取一定的措施，查找问题原因，及时处理，保证碳刷的安全稳定运行。

参考文献：

[1]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：2019.

[2]王晓庆，毛云姣，邓亚军.发电机滑环电刷发热的原因分析及处理方法的分析[J].科技创新与运用，2019.