汕尾电厂２＃发电机集电环碳刷振损问题初探

杨　翔

摘要：汕尾电厂2#发电机自2008年6月小修完成后，励侧集电环碳刷出现振动大的现象；出现振损问题的碳刷主要出现在D列碳刷的3#和4#小碳棒上，而且4#比3#振动程度更严重，造成发电机碳刷不同程度损坏，集电环表面出现起伏状波纹，碳刷刷握弹簧断裂。a

关键词：汕尾电厂；集电环；励侧集电环碳刷；碳刷振损问题

中图分类号：TM612文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0044-02

汕尾电厂2#发电机自2008年6月小修完成后，励侧集电环碳刷出现振动大的现象。每个集电环上有16个碳刷，按2列分布，每列有8个，两个集电环上共计32个碳刷，从汽侧向励侧标记为A、B、C、D列。从汽侧向励侧看，每个碳刷水平方向上还分布着4个小碳棒，分别标记为1#、2#、3#、4#小碳棒。出现振损问题的碳刷主要出现在D列碳刷的3#和4#小碳棒上，而且4#比3#振动程度更严重（注：1#发电机2008年8月小修后，曾出现过同样的问题，后经更换碳刷后，该问题得到缓解）。

A、B、C三列的碳刷无异常振动，用手触摸碳刷辫子，几乎感觉不到振动。从汽侧向励侧逐个触摸D列每个碳刷的8根小碳棒辫，开始感觉出现异常振动，且剧烈程度依次增大，到3#、4#小碳棒时非常明显。但并非D列的8个碳刷的振动剧烈程度都相同，有的剧烈程度较小，有的则很大，可以看到有的小碳棒辫在明显地抖动。再看该小碳棒与集电环的接触部位，发现该小碳棒在上下不停地抖动。

观察振损的碳刷，发现小碳棒表面不均匀光滑，有异常波纹状，表面或四周边沿有破损现象，如图1所示：

振损的碳刷上的刷握内小弹簧片有断裂现象，且均出现在最外侧，如图2所示：

观察D列碳刷3#、4#小碳棒下方的集电环表面，也不均匀平滑，有波纹状，该波纹状与图1中破损的小碳棒表面的波纹是相吻合的。

D列中振动最剧烈的为D4、D7、D8这3个碳刷，可看到3#、4#小碳棒的4根辫子在明显抖动，其他5个碳刷振动程度较轻。将D4和D3两个碳刷对调，则仍然是D4碳刷在剧烈振动，即D4在原D3碳刷的位置仍然剧烈振动，而D3换到原D4碳刷位置后，振动程度也仍然较小。再将D8与D6对调，D7与D5对调，现象同样，即对调位置对原碳刷的异常振动没有影响。

另外，从集控室的转子振动值来看，转子的各项振动值正常。

一、原因分析

1．从上述现象分析，可以判断碳刷盒内的弹簧片断裂是由于与之相对应的小碳棒在频繁地抖动，造成该弹簧片随之大幅度地频繁伸缩，最终造成金属疲劳而发生断裂。

2．振损的小碳棒表面的不平滑的波纹，是由于集电环表面的不平滑波纹造成的。试想一下，如果集电环表面非常光滑，与之相接触的碳棒表面怎么可能出现起伏状的纹路？在与集电环表面接触磨合的过程中，小碳棒表面逐渐形成了与集电环表面相吻合的纹路。

3．小碳棒表面的破损，是由于发生了异常振动的小碳棒，不断地冲击着集电环的表面，在持续的冲击力的作用下，逐渐使小碳棒表面或四周发生破裂。

4．前面的1、2、3点其实都是一种结果，最根本的原因是集电环表面为什么会产生起伏状的波纹？以及为什么是出现在最外侧呢？还有，为什么有的小碳棒抖动不明显，而有的小碳棒却会剧烈抖动呢？

先来看第三个问题。为什么有的小碳棒抖动不明显，而有的小碳棒却会剧烈抖动？由于集电环的形状是确定的，它做360度的转动过程中，无论处在哪一个位置，对于小碳棒来说，它们之间接触面的受力关系其实都是一样的。这就是为什么D4与D3、D8与D6对调、D7与D5对调，各自的振动剧烈程度都不会发生改变的原因。每个小碳棒在与集电环磨合的过程中，由于多种因素的影响，它们的磨损程度都是不一样的，而且在与集电环表面的起伏状纹路磨合中，D列的小碳棒表面还生成了相对应的纹路。加上各个小碳棒背后的弹簧片的弹力也存在着差异，因此，这些不同的因素综合在一起，使得各个小碳棒发生的剧裂振动会有所不同。

再来看第一个问题和第二个问题，“集电环表面为什么会产生起伏状的波纹？”以及“为什么是在最外侧呢？”我们认为，它们应该是相关联的。另外，这里还要结合1#发电机曾经出现的、其实现在多多少少仍然存在的问题来解释。如前所述，1#发电机于2008年8月小修后，也曾出现过同样的问题，只是程度没有2#机这么严重，后经更换碳刷后，该问题得到缓解。其实即使是现在，用手去触摸1#发电机的D列碳刷，仍然可以感觉到该列的3#、4#小碳棒的振动明显要比其它小碳棒大。也就是说，2#发电机目前存在的问题，在1#发电机也同样存在，只是后者的程度要轻些。而且，应考虑到两者集电环表面均存在起伏状纹路。既然1#、2#发电机上都存在同样的问题，而碳刷又都是同一型号或批次生产的，哪一个碳刷插入到哪一个位置也是随机的，因此，上述第三个问题“为什么总是在最外侧呢？”，其原因应该与碳刷无关，而可能是发电机集电环方面出现了问题。如果与碳刷有关，那么应该在别的位置或另一个集电环的表面也会出现起伏状纹路，但现在从别的更换下来的正常的小碳棒，其表面都非常光滑。将D4换至B3，D4就不跳了，说明振动与碳刷无关，只与集电环有关。由于极2集电环没有问题，所以碳刷不跳了。

那么，集电环方面可能出现什么问题？可能是加工生产集电环时，生产设备方面出现了系统偏差。也有可能是装配时，同心度不好，工艺控制不到位等，造成最外侧部位超差。这样造成在运行中，碳刷与集电环接触发生异常磨擦，造成集电环表面的过度磨损，而出现了起伏状的纹路，并且总是在某一固定部位出现。

二、危害分析

该问题主要有以下几方面的影响：（1）长期这样运行，会加重集电环表面的磨损程度，不利于机组安全运行；（2）集电环表面的进一步磨损，不利于集电环的维护；（3）需经常更换小碳棒，如果是弹簧片断了，还需经常更换整副碳刷，增加维护成本；（4）小碳棒脱落的破损块，有可能堵塞集电环的通风槽，不利于集电环的散热。

三、要解决的问题及处理方法

要解决的问题有：集电环上碳刷异常振动以及碳刷损坏。

其处理方法有：（1）检查集电环的同心度；（2）利用停机机会，处理掉集电环上的起伏状波纹；（3）当有碳刷出现异常振动时，及时更换掉对应的小线棒，以免进一步损坏刷盒中的弹簧片。

2008年11月25日，经专家组最终决定，将#2机冲转至60r/min至80r/min，维持转速稳定，利用车床对#2发电机集电环进行车削，处理掉集电环上的起伏状波纹，并对集电环的同心度进行校对，#2发电机再次并网后，未出现过以上情况，确保了机组安全经济运行。

作者简介：杨翔，广东红海湾发电有限公司工程技术人员，研究方向：电力企业电厂运行管理。