发电机滑环温度高的原因及对策

吴干东，张 雄

(广东粤华发电有限责任公司，广东 广州 510731)

某公司发电机励磁采用静止整流型励磁系统，发电机转子额定励磁电压为430 V，额定励磁电流为1 820 A，发电机励磁电流由静止碳刷通过旋转滑环流入转子绕组，碳刷安装在刷架上，通过恒压式弹簧的压迫，与滑环滑动接触。滑环外表面有螺旋沟，沿滑环表面均布倾斜30°的通风孔，每极滑环碳刷有40只，设置成4列，二极共8列。热能由装在转子上的离心式风扇驱散。

1 故障现象

2009年11月，运行人员在定期检查发电机组时，发现碳刷存在过热现象，安排人员对其进行测温。通过测温发现，5号发电机第5列碳刷温度相对较高。具体数据如下：41号为87 ℃，43号为85 ℃，45号为71 ℃，47号为75 ℃，而其他机组滑环碳刷的温度基本在40～60 ℃，最高点的温度也只有66 ℃。对碳刷的弹簧压力进行测量，压力为21 kPa，在合格范围内，而碳刷和刷辫均未有严重过热迹象。用手触模触头引至碳刷的刷握时，明显地感觉到整个第5列碳刷的振动要比其他几列大。现场对准备更换的碳刷进行检查，发现碳刷原始接触面局部底角边缘位置有大量紫铜色痕迹。仔细检查紫铜色表面并用工具清除后，发现里面有气孔。对这些未使用的碳刷进行批量检查，发现65 %以上都存在这一现象，比例非常高。咨询运行人员有关碳刷使用情况，得知现更换的碳刷系某公司生产的，已经更换了好几批，4台机组前后已换上了约38只。

另外，检查更换下来的碳刷接触镜面存在刮痕，表面出现微小坑洞，碳刷接触面四周边缘出现面积不等的残损。对碳刷进行测量监视，发现5，6列刷握盒弹簧槽的底部(离温度最高点的滑环表面位置最近)温度达到125～134 ℃。

2 滑环发热的相关因素

5号发电机滑环在2009年8月进行了一次红外线测温，在当时环境温度35 ℃的情况下，其最高点的温度为103 ℃，温升68 ℃，而在这次环境温度只有27 ℃的情况下，其相同点温度达到120℃。为此对发热的相关因素进行了分析。

2.1 热量平衡

碳刷正常运行温度，一般为40～60 ℃，滑环在70 ℃左右。理论上，流过每只碳刷的电流大致一样，可实际上相差甚大，最大的超过100 A，而最小的不到10 A。碳刷与滑环运行中所产生的热量由通风系统带走，要求发热与散热达到基本平衡。当发电机加负荷时，励磁电流也会随之增大，温度会有短时升高，但系统能维持在新的平衡点上。

2.2 发热因素

碳刷发热主要由4部分组成：碳刷自身电阻发热、碳刷接触面压降发热、刷辫与刷握接触电阻发热和摩擦发热。当然，这4部分热量在碳刷发热中所占的份额不是一成不变的，而是随着碳刷运行时间及工况的改变不断变化的。

滑环发热主要由3部分组成：滑环自身电阻发热，滑环接触压降发热，碳刷热传导发热。在这3者之中，滑环自身电阻发热所占比例甚少，可以忽略不计；滑环接触压降发热所占比例也不多，所以滑环的发热主要由碳刷的发热所决定，随着碳刷温度的不断变化，滑环温度也随之变化。

3 存在问题

3.1 机械磨损

对碳刷详细检查发现，碳刷接触面残余大量紫铜杂质，增大了滑环表面的机械磨损。从碳刷镜面可以看出，碳刷磨面上的粗颗粒子易嵌入滑环表面。在高速运转中，刷面上的硬粒对滑环表面刮伤严重，加重了机械磨损，甚至引起摩擦振动，久而久之，造成恶性循环，导致摩擦增大，温度升高。

3.2 氧化膜的形成

碳刷接触面在运行中形成氧化膜，氧化膜的润滑性能降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生。氧化膜通常在65 ℃时较易形成，当温度达到100 ℃以上时，即使换上新的碳刷，氧化膜也不易形成。该厂的故障情况与各个碳刷的物理性能不同有很大关系，更换后的碳刷破坏了原有的氧化膜，无法形成新的氧化膜，导致碳刷磨损加剧，温度继续升高。

3.3 滑环振动

5号发电机滑环第5列的10只碳刷几乎都存在振动大的问题，这表明滑环表面可能存在大量粗颗粒以及偏心度可能超标(发电机运行10多年来，表面车削修理数次)。5号机6号瓦振动值最大，达到40 μm，在高速运转中，影响到滑环寿命。

3.4 滑环与刷架调整存在偏差

由于刷架与滑环是分开检修的，再加上刷架安装基本上在检修的最后阶段，而此时工作最紧张，因此可能导致刷架的位置调整存在偏差。

3.5 碳刷与刷握配合问题

碳刷更换时技术标准执行不严。按照规程要求，碳刷在刷握内的间隙应为0.1～0.2 mm，如碳刷打磨过多，碳刷在刷握内晃动，易破损，还会造成接触面过小而发热；打磨过少，又容易造成碳刷膨胀后卡涩而发热。从已检查的情况来看，2种情况都存在。

3.6 电流偏差

(1) 由于不同厂家、不同批次的碳刷混用，致使各碳刷的电阻系数不一样，造成电流分配不均匀，磨损增大。

(2) 碳刷中心线并非完全垂直于滑环表面，有一定的倾斜角度，目前使用的碳刷顶部也为斜面，致使运行中恒压弹簧压力在表面上产生水平与垂直2个分压力，加之弹簧压力不一致，导致碳刷与滑环的接触面不均匀，造成碳刷电流偏差增大，引起发热与振动。

(3) 滑环冷却螺旋槽内有积碳粉现象，导致冷却效果差，滑环与碳刷之间的摩擦温度升高，从而造成部分碳刷导电能力下降，引起电流偏差。

4 措施和对策

根据以上分析，对温度较高的5号发电机碳刷进行定时定量的更换，对其他机组碳刷也进行一批更换，并采取了如下几项措施：

(1) 增加对滑环和碳刷的红外测温检查次数，每个班次对5号发电机滑环和碳刷测温1次并记录，同时记录当时的发电机有功负荷及励磁电流；

(2) 将碳刷逐步更换为性价比高、品牌好的碳刷，并做好有关更换记录；

(3) 用红外线成像技术对4台发电机的滑环、碳刷进行日常检查，并对各点温度进行分析；

(4) 碳刷更换前对备品进行检查，对20 %的碳刷进行直流电阻测量，电阻大的不用，保证换上去的碳刷质量良好；

(5) 定期对碳刷之间的负载电流分配情况和碳刷的弹簧压力进行测量和检查，用仪用压缩空气对各台发电机的滑环和碳刷架等进行吹扫，做好记录;

(6) 加强对环火、发热、火花较大的滑环和碳刷的监测，及时汇报并调整无功负荷，对滑环凹凸不平严重的及时停机车削，以防事故扩大。

采取以上措施后，发电机滑环和碳刷温度高的现象基本上得到了解决。

1 耿道波. 发电机励磁碳刷滑环发热的分析预防和应急处理分析[J]. 甘肃电力技术，2007(4).