火电厂发电机励磁碳刷故障检修分析

火电厂发电机励磁碳刷故障检修分析

张文全、杨埃林

（内蒙古蒙电华能热电股份有限公司乌海发电厂，内蒙古 乌海 016000）

摘要：发电机电流不均衡，引发碳刷温度过高，可能导致碳刷破损、机组运行异常，严重时还可导致冒火。本文以火电厂发电机的励磁碳刷为研究对象，针对励磁碳刷的常见故障进行简单概述。并从碳刷冒火、碳刷破损、温度过高、碳刷跳动、预防合并因素与偶然事件五个方面，阐述了碳刷故障时的维修检测对策。为确保发电机组的正常、稳定、安全运行，提供参考性的意见。

关键词：火电厂；发电机；励磁碳刷；故障检修

前言：碳刷又名电刷，广泛应用在各种电气设备中，是一种滑动接触零件。在火电厂发电机的运行过程中，如果碳刷使用不当或维护不及时，很可能引发风险事故。其中，造成碳刷故障的常见因素有电流、化学、机械、时间、电阻等。

一、火电厂发电机励磁碳刷常见故障

（一）励磁电流呈现两极分化

正常处于合格范围状态内的恒压弹簧压力，其碳刷电流分布较低，几乎不存在电流荷载现象，数值仅为1A左右，碳刷与刷盒不会卡涩。超过正常标准、电流分布状态不均匀的励磁碳刷，经测量，其数据数值高达150A，远超最佳载流量。当电流过大，可能导致碳刷温度过高，最终引起正极碳刷起火，造成发电机故障。

（二）化学因素

当发电机处于缺氧或腐蚀性气体条件下进行工作时，受各种外界因素影响，会出现氧化反应。当碳刷表面形成氧化膜，可能造成集电极电刷污染。这会提高火花出现的概率，致使接触电阻增大，电流不稳定，将原本属于励磁的电流转移给其他电路的碳刷，造成故障。

（三）机械原因

支撑碳刷的刷架内部出现松动、碳刷压力不正确或不均匀、各个轴承柱之间存在空气空间的位置不均衡、换向器清洁不到位、单元振动过大、转子不平衡、换向器中心乏力、换向器与预测绝缘之间出现凸起导致磁碳刷的接触面出现裂纹都可能造成发电机的故障[1]。

（四）时间因素

随着使用时间的增长，刷握的寿命会降低，出现如碳粉积聚、变形、氧化、潮湿等问题。这会造成碳刷卡槽内表面不再光滑。粗糙的内表面会影响碳刷的正常活动，导致碳刷在卡槽内卡死。此外，不仅是碳刷，碳刷卡板与励磁的滑环也可能因为相同的原因，出现变形、老化与锈蚀，影响碳刷的自由活动。

（五）电阻过大

第一，在对发电机进行换乘时，因人为因素导致操作不当，可能影响火花开关的正常接触，继而造成电阻增大，负荷增加，碳刷电流分布失衡，这会提高短路问题出现的概率。当电压异常出现短路，发电机组就会罢工。

第二，不同发电机的励磁刷握在设计上也会有所差异。恒压弹簧的布置方法为单根设计的发电机，弹簧在进行回卷收缩活动时，会给予碳刷一个与收缩方向相互垂直的作用力。在该作用力的影响下，碳刷对握刷内壁做运动时，必然会多出现一个摩擦力。由于弹簧压力和摩擦力方向相反，这便会降低滑轮接触面与碳刷间的压力，从而导致电流变小，电阻增大，造成发电机温度提高。当温度超过临界限，就会导致发电机故障。

二、火电厂发电机励磁碳刷故障检修对策

（一）碳刷冒火的维修对策

在进行维修前，应判断造成冒火的原因。造成碳刷着火的常见原因主要有碳卡与滑环间歇性接触不良、碳刷的电流过高等。当碳刷出现冒火，首先应根据出现火灾大小，采取与之相符的处理措施，以消除火灾为优先处理方案。其次，若未出现火灾，应判断碳刷出现问题的原因。针对碳刷温度低、不亮、不卡的问题，可尝试对碳刷间的弹簧夹进行更换。更换弹簧夹能对不亮碳刷施加新的工作压力，促进发亮碳刷间的电流出现转移，这对于消除火灾隐患有着积极作用。针对碳刷温度低、不冒火、但卡涩的问题，可尝试拆除刷柄与碳刷，将二者进行打磨，助力碳刷在刷柄中稳定、正常、顺利工作。最后，对碳刷的连接带及时检查，判断正负极是否正常，发电机隐患是否消除，本次维修是否成功[2]。

（二）碳刷破损的维修对策

针对破损碳刷，应找出破损位置，针对破损点的损坏大小，进行维修还是更换碳刷的合适对策，并对破损原因进行分析，以防再次损失。当碳刷破损严重，需要更换时，应做好后期检测工作，对碳刷的电流和温度进行测量，确保更换过程正确无误。此外，若碳刷在运动过程中出现高频率的损坏，首先应对碳刷重新进行质量检测。相关人员需从同一批碳刷中抽样严查，以减少企业可能出现的成本损失。其次，检查抛光过程中是否因碳刷的接触面或辐射面太小，才导致碳刷难以在保留范围内正常活动。在此情况下，即便发电机的运行振动不大，也可能导致碳刷经常出现卡顿，造成开裂或损坏。最后，及时调整机组的振动参数与碳刷位置，确保碳刷能灵活、正常地在保留范围内自由活动。

（三）温度过高的维修对策

1.电机温度过高的维修对策

在进行维修前，首先应判断发动机温度过高的原因。造成发电机组温度过高的常见原因主要有滑环与碳刷的接触面积出现问题、冷却设备故障、碳刷脱辫与断辫现象导致的滑环孔堵塞。这些问题都可能导致电机系统负荷增大，温度持续升高，处于不正常状态。其次，根据电机组温度升高的情况，控制励磁电流，调整无功负荷参数与电流组的工作参数，使电机温度降低，恢复正常水平。再次，若出现熄火现象，在电流参数降低，恢复平衡后，需及时更换碳刷。同时，为减少事故多发，更换碳刷时不可强制更换，应根据实际情况完成调换。最后，对通风口进行定期清理，确保风力发电机的快速散热功能正常、稳定。

2.碳刷温度过高的维修对策

当碳刷的温度不超过100度，可尝试通过调整减少碳刷卡涩、更换成弹性更小的刷握弹簧与工作电流更小、磨损更短的碳刷，以优化电流分配，降低发热情况。当碳刷的温度超过120度，此时不可强制更换碳刷，最主要的维修对策应该是找到故障原因，从源头降低碳刷的工作温度。相关人员可先考虑是否是环境温度变化导致碳刷温度升高。若不是，并且此时部分碳刷出现振动现象，可对引发振动的碳刷进行精准拔出。待观察一段时间后，若温度降低，其他碳刷仍能正常工作，只需对缺位进行补充即可。在补充前，可对引发振动的位置涂抹凡士林，以减少摩擦力，预防新装入的碳刷继续故障。若无法判断原因，可采取实验法，通过每隔一段时间将碳刷依次拔出的方法，直到整体温度出现明显降低，完成维修。

（四）碳刷跳动的维修对策

碳刷跳动是导致碳刷损坏或破裂的主要原因。此时，应对刷锁的弹簧压力进行检测，若压力未处于正常范围，及时对刷锁弹簧进行更换。随后，检查碳刷的手柄是否出现变形。若只是简单地接触不良，只需对碳刷的上下方向进行调整。若在此过程中伴随有敲击现象，出现明显问题，应对刷子手柄进行及时更换。

（五）预防合并因素与偶然事件

第一，在火电厂的运行中，必然会存储相对应的备品备件。长期存储时，为避免自然环境对备品造成的损伤，应保持外界环境的干燥，同时控制数量，防止重物挤压碳刷造成碳刷质量损伤。如此，才能尽可能确保备品质量优秀，品质较好。

第二，对滑环与碳刷进行及时保养。在停机后，拔出励磁刷，利用烤灯对转子滑环加热，或适宜的砂纸与百洁布打磨滑环表面，以减缓腐蚀生锈速度。并且，可定期对励磁母排进行换相，以减少正负极损耗。此外，还可定期对变形老化的碳刷保持器进行矫正，或打磨碳刷卡槽内壁，清扫碳粉，以降低碳刷活动阻力。

第三，由于偶然事件具有较强的不可预测性，相关人员可从加强技术管理、进行细致巡检、增强责任心等方面进行预防，以减少维修次数。即便是螺丝松动、出现异响，也应及时进行检查，寻找引发问题的原因[3]。

结论：综上所述，励磁碳刷是构成火电厂发电机组的重要部件，其运行的稳定性关乎电力系统能否正常运转。为确保电力能顺利、稳定地在全国各地运转，相关人员需不断提高自身的能力水平，做好碳刷维护工作，如此才能最大程度发挥生产效益的安全性，保障电力资源的可持续使用。

参考文献：

[1]白家玮.火电厂发电机励磁碳刷故障检修策略的研究[J].电工技术,2023,(23):204-206+209.

[2]刘安国,詹飞,朱允筹,等.马马崖电站发电机励磁碳刷温度在线监测系统设计[J].水电与抽水蓄能,2022,8(02):117-120.

[3]刘刚,赵健龙.发电机励磁碳刷运行故障检测方法[J].计算机测量与控制,2022,30(06):53-58.