发电机碳刷的日常维护与运行

李 琳

（华电能源牡丹江第二发电厂，黑龙江 牡丹江 157013）

1 机组滑环、碳刷工作情况

牡二电厂的#1～#4发电机型号为 QFN－100－2型，主励磁机为同轴50 Hz三相同步发电机，定子输出的三相交流电经机端变压器后，经过发电机碳刷能够长期供给发电机转子1614A的额定励磁电流。发电机励磁系统配有自动化水平较高的自动励磁调节装置两套，以保证机组安全稳定运行。

2 碳刷在现场运行中出现的问题分析

牡二电厂的发电机碳刷在使用中出现了各个碳刷电流分布较不均匀的问题，个别碳刷载流量超高，且调整后维持时间较短的问题，直接导致部分碳刷温度骤升，曾高达230 ℃左右。励磁电流分布在每个碳刷上的电流平均值应接近，但实际的电流分布的很不均匀，若通过调整其压簧压力不能增加其载流量，由此现象基本能够判断是集电环偏心度误差大的因素。因为个别碳刷载流量较大，势必造成其温度过高、刷辫变色严重等现象，并伴随出现了碳刷打火、振动，甚至是刷辫烧断，运行人员频繁调整，但是效果并不明显，徒增运行维护量。机组在强励时，很可能因为少数碳刷过多的承载电流而导致刷辫烧断，最终导致机组励磁系统崩溃。

牡二电厂的#1～#4发电机都出现过原来用于压紧碳刷的弹簧，因碳刷的跳动使弹簧被弹出，起不到压紧碳刷的作用；况且弹簧因受热性能改变，压力渐渐失常，虽然在运行中控制弹簧压力选取在94～125 kPa之间，但最终仍出现了较大偏差，造成碳刷的电流分布不均，导致一些碳刷过流、发热乃至出现打火现象。但是由于碳刷布置的位置不同，整个刷架的自重使位于滑环上下部的碳刷所施压力是不一样的，致使各碳刷电流仍非绝对均匀。在滑环上发生连续火花而转变为弧形火花，是因为大量碳刷都存在大量冒火而形成的，牡二电厂的#3发电机就因碳刷环火曾造成发电机大轴烧损的事故，发生连续火花除了正常接触不良之外，碳刷过软将产生碳刷发生端部破裂、损坏。牡二电厂在2006年11月－2007年6月间经历了较长时间的异常温度的运行和处理过程，这方面的因素较多。

3 解决方法

发电机电刷装置的安装位置不对，使得碳刷中心与滑环中心线不垂直，造成碳刷与滑环表面摩擦的受力不均匀，出现打火现象。可以利用停机机会重新配置刷框位置，并使其与滑环中心线垂直。发电机滑环由于各种原因造成失圆后，造成碳刷跳动，打火更加严重，给运行维护带来不利。在停机时应检查滑环的状态，用千分表测量滑环表面的摆度（最大值与最小值之差）不应超过0.05 mm（3 000 r/min）或0.07（3 000 r/min）；滑环表面凸凹不平，光滑度应不超过0.5～1.0 mm。否则，应对发电机滑环进行车削、复圆，并进行研磨剖光。

牡二电厂的#1~#4发电机都不同程度地出现过碳刷引线、引线和接线端子的固定螺丝松动甚至脱落的情况，原因是在长期高温运行及高速旋转产生的振动下可能造成个别碳刷的引线松脱或紧固螺丝松动，使得接触电阻增大，温度升高。应加强巡回检查，在检查时应试拉各碳刷刷辫，发现有松动、脱落时应立即予以紧固，刷辫变色的应予以更换，在更换新的碳刷时还应检查同一组的其他碳刷连接是否紧固。

碳刷和滑环表面脏污，碳刷和滑环在长期运行中，由于积灰和碳刷粉末加上轴承座轴封处漏出的油气侵入，会在碳刷和滑环表面聚集许多油污，阻塞滑环通风孔，使得碳刷温度升高，可能在个别甚至全部碳刷上发生火花。应对碳刷及滑环表面进行定期吹扫擦拭，保持其清洁干净。吹扫时应使用洁净的压缩空气（无油、无水），压缩空气压力应在250～300 kPa/cm2。使用毛刷时应注意防止刷毛脱落，尤其是卡入碳刷与刷框间。滑环擦拭应注意大轴转向，擦拭时，帆布呈顺转向拖拽方向，防止帆布脱落卷入滑环内。当需要沾酒精擦拭时，应在无火花时进行。将碳刷及滑环表面进行吹扫擦拭工作列入定期工作。牡二电厂在2006年11月－2007年6月间由于碳刷运行质量差，清扫碳刷甚至达到了一周对同一台机清扫两次的情况。

碳刷在刷握中卡涩，电流减小。由于所使用的个别刷握内部不光滑，在更换碳刷时都要对碳刷进行人工打磨，因而碳刷表面很难达到平整光滑，碳刷与刷握的接触面很难达到要求，在运行中经常会出现卡涩。应尽可能选用与刷握相匹配的碳刷，使碳刷在刷握内有0.1～0.2 mm的间隙，并利用停机的机会将刷握内侧表面打磨光滑。运行中要经常检查使碳刷在刷握内活动自如，并且在选择电刷时应选择电刷基体中鳞片石墨量偏高、自润滑性能好的碳刷。

碳刷在刷握中振动造成碳刷冒火，由于刷握与滑环间的距离相对较远，基本上都在1 mm以上（安装标准值为2～3 mm），当碳刷磨损到一定程度的时候，刷握对碳刷的固定作用变差，使碳刷在刷握中随着电机的旋转而振动冒火，有些碳刷甚至出现个别边角被打掉的现象，严重影响机组的安全运行。因此在检查中对于碳刷长度磨损至规定值时（碳刷长度的1/3）应及时更换，同时在安装时应合理调整刷握与滑环的距离，保持2～3 mm的间距。由于原始弹簧与电刷无绝缘，电流流经弹簧，一方面使弹簧发热变软、失去弹性；另一方面导致电刷的电压降增大，不利于碳刷的工作。应将弹簧与碳刷绝缘，并注意使各压簧压力均匀，其差别不应超过5%。

虽然现场碳刷压簧都已经进行了技改，日常的跟踪仍在深入进行，牡二电厂规定：每日加强对发电机碳刷的检查，尤其是启机后、高峰时对碳刷进行仔细检查，发现调节困难的，可以通过消除卡涩、均衡碳刷氧化膜、更换压簧位置等方式消除异常情况。由于滑环电阻率不均、环氧化膜不均匀的原因，在日常维护中要及时发现因轴向位移变化引起的碳刷跳动和磨损，避免引发严重后果，因发热依旧能够使得弹簧的特性发生改变，所以采用更好的弹簧之后，我们应认识到影响弹簧特性的因素：高温、金属疲劳、刷架偏心度等。

4 结论

经过采取以上方法及数据可以说明，牡二电厂经过多次碳刷改造，#1~#4发电机的碳刷维护、调整取得了长足的进步，基本能够保证碳刷电流的分布均匀，形成了一整套行之有效的运行维护机制，因此，在发电机碳刷的运行维护调整上已经积累了丰富的经验和调整手段。在正常的环境温度情况下，滑环、碳刷运行最高温度在60～70 ℃之间，且消除了碳刷打火现象，在继#3发电机大轴、滑环烧伤事件之后，多年来未出现滑环烧伤事件。在碳刷的维护管理上，开始对弹簧进行技术数据积累，对其使用寿命、压力变化特性以及弹簧片疲劳特性进行把握，并由此掌握弹簧性能变化的前期诊断技术，以确保弹簧良好的工作状态。此外再通过降低碳刷振动幅度和频度、通过改变碳刷与滑环接触面积改善电流分布等方法，开始着手进行摸索和试验，争取在任何情况下缓解碳刷所出现的打火、振动、损坏严重等问题。