晴朗水电站集电环负极磨损分析及处理

高代兵

摘要：晴朗水电站为单一的发电工程，晴朗水电站在非汛期进行日调节，在电力系统中主要承担峰荷和部分腰荷。文章叙述了晴朗水电站水轮发电机组碳刷负极磨损原因及处理过程。

关键词：负极碳刷；磨损处理；晴朗水电站

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0141-02

1 工程概述

毛尔盖河是黑水河左岸的一级支流，黑水河流域位于阿坝藏羌族自治州中部。毛尔盖河干流的开发方案为“一库三级”，自上而下依次为剑科水电站、晴朗水电站和西里水电站。晴朗水电站为低闸引水式电站，最大闸高20m，水库总库容20.45万m3，具有日调节能力，电站装机容量180MW，多年平均年发电量8.024亿kW·h，水轮发电机型号SF-J60-12/4380额定转速500r.p.m采用静止可控硅自并励，额定励磁电压197V，励磁电流834A，发电机转子正负极各有14只电刷和一个集电环，集电环安装在发电机大轴上，直径为Φ800mm。晴朗水电站为单一的发电工程。剑科水库电站建成前（目前剑科水电站正在建设中），晴朗水电站在非汛期进行日调节，在电力系统中主要承担峰荷和部分腰荷。

2 晴朗水电站运行以来集电环出现的问题

晴朗水电站1、2、3台机组分别于2011年2月1日2011年3月3日2011年4月28日投产运行以来三台机组集电环负极都存在不同程度的磨损。2011年6月#3发电机机组在停机检查过程中发现机组滑环上环（负极极）有凹槽现象集电环的表面因炭刷摩擦会形成小沟，深度达0.5mm时，下环（正极）比较光滑，个别碳刷没有正对大轴中心线，与滑环没有完全接触。2012年12月和2013年4月#1与#3水轮发电机组在停机检查过程中集电环也出现类似3号机组情况负极磨损较严重。

晴朗水电站水轮发电机组投产运行以来因碳刷磨损较严重虽然未影响正常发电给电站造成损失，但是却加重了运行人员对水轮发电机组运行维护工作，频繁的检查碳刷磨损情况用低压气吹扫停机备用时用酒精清洗。加之晴朗电站水轮发电机组设计原因不便于清扫在不吊出滑环罩时清洗集电环，截止晴朗电站投产以来共对#1机组集电环清洗11次，#2机组集电环清洗7次，#3机组集电环清洗15次，三台机组存在以下共性：（1）负极集电环磨损严重出现条痕最大深度达0.3mm；（2）正极集电环磨损轻微；（3）运行状态上、下集电环温度

相近。

磨损前 处理后

3 晴朗水电站负极磨损较块分析

造成集电环磨损过快可能以下几种原因：

碳刷安装质量不良，晴朗电站碳刷安装确实存在一定的误差，从晴朗电站三台机组碳刷磨损情况来看，负极磨损严重，正极磨损轻微，负极直接磨损与安装质量和同心度不存在明显的正比关系，所以这里排出碳刷安装质量不良的因素。

碳刷选型不合适碳刷和滑环间工作面的磨损有两种：一是纯机械磨损；二是在电流作用下的电气磨损和机械磨损。（1）纯机械磨损碳刷和滑环表面相接触，由于弹簧压力作用和材料弹性变形的缘故，使直接接触部分互相嵌入。当相对滑动时，当然有摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细软，则碳粉易被沾在滑环表面，使滑环成为具有亮滑的石磨镜面，碳刷的磨面也很光滑，两者的机械磨损都较小。但如果碳刷质量不佳，颗粒粗硬，或甚至含有少数如金刚砂之类的硬质颗粒，则必然会对滑环表面进行刮割，使后者出现金属光泽或纹路，碳刷本身磨面也会出现硬粒脱落后而划出的纹道，这就使机械磨损大大增加。晴朗电站自投产运行以来经过多方咨询已将三台机组碳刷更换全部更换为摩根新材料有限公司生产的型号为D172规格为25*30*60，这里也可以排除碳刷选型和机械磨损。（2）在电流作用下的电气磨损和机械磨损在电弧作用下，由于集电环电流过大在电流的作用下负极集电环表面大量的金属蒸发使集电环表面磨损严重，同时，这些金属离子也易附于碳刷磨损面上反过来会使集电环表面严重磨损，出现条痕，在这种情况下，集电环表面粗糙，呈金属光亮，接触面机械磨损大。因此这里晴朗电站集电环表面磨损严重的一个重要因素。

4 集电环负极磨损的处理办法

（1）当铜环表面磨损和烧伤程度比较严重，深度超过1mm，面积占总面积的20%～30%，并且靠手工打磨已无法恢复原状，不能保证电机正常运行时；（2）电机转速在1000r/min及以上的集电环，其径向偏摆超过0.05mm；（3）转速在100r/min以下的集电环，径向偏摆在0.08mm时。

晴朗电站对于电机集电环面轻微烧痕、麻点、刷痕等缺陷，可用油石、细锉打磨，最后用零零号砂布打光。在一般情况下，不应轻易车削集电环，因车削一次便会降低很多寿命。

5 结语

碳刷是水电站水轮发电机组运行过程中的薄弱环节，因为碳刷与集电环以滑动接触传递励磁电流，而且无法像对水轮发电机轴承一样通过自动化元件进行监测。电刷是否能安全运行，直接关系到水轮发电机组安全运行。晴朗电站这种高水头的水轮发电机组，应加强碳刷日常检查和维护；为此建议机组在今后的运行中注意以下几点：

（1）为使滑环电蚀均匀，运行一段时间后须调换滑环的正、负极性，每运行半年倒换1次。

（2）电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量：目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求我们在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。

（3）及时检查弹簧压力和集电环与刷盒之间的

距离。

（4）合理安排无功负荷。

（5）生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：运行中及时检查碳刷温度，加强碳刷、集电环系统的专职维护制度，严格按照《水轮发电机运行规程》的要求对集电环、碳刷进行检查和运行维护。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、碳刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。endprint

摘要：晴朗水电站为单一的发电工程，晴朗水电站在非汛期进行日调节，在电力系统中主要承担峰荷和部分腰荷。文章叙述了晴朗水电站水轮发电机组碳刷负极磨损原因及处理过程。

关键词：负极碳刷；磨损处理；晴朗水电站

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0141-02

1 工程概述

毛尔盖河是黑水河左岸的一级支流，黑水河流域位于阿坝藏羌族自治州中部。毛尔盖河干流的开发方案为“一库三级”，自上而下依次为剑科水电站、晴朗水电站和西里水电站。晴朗水电站为低闸引水式电站，最大闸高20m，水库总库容20.45万m3，具有日调节能力，电站装机容量180MW，多年平均年发电量8.024亿kW·h，水轮发电机型号SF-J60-12/4380额定转速500r.p.m采用静止可控硅自并励，额定励磁电压197V，励磁电流834A，发电机转子正负极各有14只电刷和一个集电环，集电环安装在发电机大轴上，直径为Φ800mm。晴朗水电站为单一的发电工程。剑科水库电站建成前（目前剑科水电站正在建设中），晴朗水电站在非汛期进行日调节，在电力系统中主要承担峰荷和部分腰荷。

2 晴朗水电站运行以来集电环出现的问题

晴朗水电站1、2、3台机组分别于2011年2月1日2011年3月3日2011年4月28日投产运行以来三台机组集电环负极都存在不同程度的磨损。2011年6月#3发电机机组在停机检查过程中发现机组滑环上环（负极极）有凹槽现象集电环的表面因炭刷摩擦会形成小沟，深度达0.5mm时，下环（正极）比较光滑，个别碳刷没有正对大轴中心线，与滑环没有完全接触。2012年12月和2013年4月#1与#3水轮发电机组在停机检查过程中集电环也出现类似3号机组情况负极磨损较严重。

晴朗水电站水轮发电机组投产运行以来因碳刷磨损较严重虽然未影响正常发电给电站造成损失，但是却加重了运行人员对水轮发电机组运行维护工作，频繁的检查碳刷磨损情况用低压气吹扫停机备用时用酒精清洗。加之晴朗电站水轮发电机组设计原因不便于清扫在不吊出滑环罩时清洗集电环，截止晴朗电站投产以来共对#1机组集电环清洗11次，#2机组集电环清洗7次，#3机组集电环清洗15次，三台机组存在以下共性：（1）负极集电环磨损严重出现条痕最大深度达0.3mm；（2）正极集电环磨损轻微；（3）运行状态上、下集电环温度

相近。

磨损前 处理后

3 晴朗水电站负极磨损较块分析

造成集电环磨损过快可能以下几种原因：

碳刷安装质量不良，晴朗电站碳刷安装确实存在一定的误差，从晴朗电站三台机组碳刷磨损情况来看，负极磨损严重，正极磨损轻微，负极直接磨损与安装质量和同心度不存在明显的正比关系，所以这里排出碳刷安装质量不良的因素。

碳刷选型不合适碳刷和滑环间工作面的磨损有两种：一是纯机械磨损；二是在电流作用下的电气磨损和机械磨损。（1）纯机械磨损碳刷和滑环表面相接触，由于弹簧压力作用和材料弹性变形的缘故，使直接接触部分互相嵌入。当相对滑动时，当然有摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细软，则碳粉易被沾在滑环表面，使滑环成为具有亮滑的石磨镜面，碳刷的磨面也很光滑，两者的机械磨损都较小。但如果碳刷质量不佳，颗粒粗硬，或甚至含有少数如金刚砂之类的硬质颗粒，则必然会对滑环表面进行刮割，使后者出现金属光泽或纹路，碳刷本身磨面也会出现硬粒脱落后而划出的纹道，这就使机械磨损大大增加。晴朗电站自投产运行以来经过多方咨询已将三台机组碳刷更换全部更换为摩根新材料有限公司生产的型号为D172规格为25*30*60，这里也可以排除碳刷选型和机械磨损。（2）在电流作用下的电气磨损和机械磨损在电弧作用下，由于集电环电流过大在电流的作用下负极集电环表面大量的金属蒸发使集电环表面磨损严重，同时，这些金属离子也易附于碳刷磨损面上反过来会使集电环表面严重磨损，出现条痕，在这种情况下，集电环表面粗糙，呈金属光亮，接触面机械磨损大。因此这里晴朗电站集电环表面磨损严重的一个重要因素。

4 集电环负极磨损的处理办法

（1）当铜环表面磨损和烧伤程度比较严重，深度超过1mm，面积占总面积的20%～30%，并且靠手工打磨已无法恢复原状，不能保证电机正常运行时；（2）电机转速在1000r/min及以上的集电环，其径向偏摆超过0.05mm；（3）转速在100r/min以下的集电环，径向偏摆在0.08mm时。

晴朗电站对于电机集电环面轻微烧痕、麻点、刷痕等缺陷，可用油石、细锉打磨，最后用零零号砂布打光。在一般情况下，不应轻易车削集电环，因车削一次便会降低很多寿命。

5 结语

碳刷是水电站水轮发电机组运行过程中的薄弱环节，因为碳刷与集电环以滑动接触传递励磁电流，而且无法像对水轮发电机轴承一样通过自动化元件进行监测。电刷是否能安全运行，直接关系到水轮发电机组安全运行。晴朗电站这种高水头的水轮发电机组，应加强碳刷日常检查和维护；为此建议机组在今后的运行中注意以下几点：

（1）为使滑环电蚀均匀，运行一段时间后须调换滑环的正、负极性，每运行半年倒换1次。

（2）电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量：目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求我们在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。

（3）及时检查弹簧压力和集电环与刷盒之间的

距离。

（4）合理安排无功负荷。

（5）生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：运行中及时检查碳刷温度，加强碳刷、集电环系统的专职维护制度，严格按照《水轮发电机运行规程》的要求对集电环、碳刷进行检查和运行维护。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、碳刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。endprint

摘要：晴朗水电站为单一的发电工程，晴朗水电站在非汛期进行日调节，在电力系统中主要承担峰荷和部分腰荷。文章叙述了晴朗水电站水轮发电机组碳刷负极磨损原因及处理过程。

关键词：负极碳刷；磨损处理；晴朗水电站

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0141-02

1 工程概述

毛尔盖河是黑水河左岸的一级支流，黑水河流域位于阿坝藏羌族自治州中部。毛尔盖河干流的开发方案为“一库三级”，自上而下依次为剑科水电站、晴朗水电站和西里水电站。晴朗水电站为低闸引水式电站，最大闸高20m，水库总库容20.45万m3，具有日调节能力，电站装机容量180MW，多年平均年发电量8.024亿kW·h，水轮发电机型号SF-J60-12/4380额定转速500r.p.m采用静止可控硅自并励，额定励磁电压197V，励磁电流834A，发电机转子正负极各有14只电刷和一个集电环，集电环安装在发电机大轴上，直径为Φ800mm。晴朗水电站为单一的发电工程。剑科水库电站建成前（目前剑科水电站正在建设中），晴朗水电站在非汛期进行日调节，在电力系统中主要承担峰荷和部分腰荷。

2 晴朗水电站运行以来集电环出现的问题

晴朗水电站1、2、3台机组分别于2011年2月1日2011年3月3日2011年4月28日投产运行以来三台机组集电环负极都存在不同程度的磨损。2011年6月#3发电机机组在停机检查过程中发现机组滑环上环（负极极）有凹槽现象集电环的表面因炭刷摩擦会形成小沟，深度达0.5mm时，下环（正极）比较光滑，个别碳刷没有正对大轴中心线，与滑环没有完全接触。2012年12月和2013年4月#1与#3水轮发电机组在停机检查过程中集电环也出现类似3号机组情况负极磨损较严重。

晴朗水电站水轮发电机组投产运行以来因碳刷磨损较严重虽然未影响正常发电给电站造成损失，但是却加重了运行人员对水轮发电机组运行维护工作，频繁的检查碳刷磨损情况用低压气吹扫停机备用时用酒精清洗。加之晴朗电站水轮发电机组设计原因不便于清扫在不吊出滑环罩时清洗集电环，截止晴朗电站投产以来共对#1机组集电环清洗11次，#2机组集电环清洗7次，#3机组集电环清洗15次，三台机组存在以下共性：（1）负极集电环磨损严重出现条痕最大深度达0.3mm；（2）正极集电环磨损轻微；（3）运行状态上、下集电环温度

相近。

磨损前 处理后

3 晴朗水电站负极磨损较块分析

造成集电环磨损过快可能以下几种原因：

碳刷安装质量不良，晴朗电站碳刷安装确实存在一定的误差，从晴朗电站三台机组碳刷磨损情况来看，负极磨损严重，正极磨损轻微，负极直接磨损与安装质量和同心度不存在明显的正比关系，所以这里排出碳刷安装质量不良的因素。

碳刷选型不合适碳刷和滑环间工作面的磨损有两种：一是纯机械磨损；二是在电流作用下的电气磨损和机械磨损。（1）纯机械磨损碳刷和滑环表面相接触，由于弹簧压力作用和材料弹性变形的缘故，使直接接触部分互相嵌入。当相对滑动时，当然有摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细软，则碳粉易被沾在滑环表面，使滑环成为具有亮滑的石磨镜面，碳刷的磨面也很光滑，两者的机械磨损都较小。但如果碳刷质量不佳，颗粒粗硬，或甚至含有少数如金刚砂之类的硬质颗粒，则必然会对滑环表面进行刮割，使后者出现金属光泽或纹路，碳刷本身磨面也会出现硬粒脱落后而划出的纹道，这就使机械磨损大大增加。晴朗电站自投产运行以来经过多方咨询已将三台机组碳刷更换全部更换为摩根新材料有限公司生产的型号为D172规格为25*30*60，这里也可以排除碳刷选型和机械磨损。（2）在电流作用下的电气磨损和机械磨损在电弧作用下，由于集电环电流过大在电流的作用下负极集电环表面大量的金属蒸发使集电环表面磨损严重，同时，这些金属离子也易附于碳刷磨损面上反过来会使集电环表面严重磨损，出现条痕，在这种情况下，集电环表面粗糙，呈金属光亮，接触面机械磨损大。因此这里晴朗电站集电环表面磨损严重的一个重要因素。

4 集电环负极磨损的处理办法

（1）当铜环表面磨损和烧伤程度比较严重，深度超过1mm，面积占总面积的20%～30%，并且靠手工打磨已无法恢复原状，不能保证电机正常运行时；（2）电机转速在1000r/min及以上的集电环，其径向偏摆超过0.05mm；（3）转速在100r/min以下的集电环，径向偏摆在0.08mm时。

晴朗电站对于电机集电环面轻微烧痕、麻点、刷痕等缺陷，可用油石、细锉打磨，最后用零零号砂布打光。在一般情况下，不应轻易车削集电环，因车削一次便会降低很多寿命。

5 结语

碳刷是水电站水轮发电机组运行过程中的薄弱环节，因为碳刷与集电环以滑动接触传递励磁电流，而且无法像对水轮发电机轴承一样通过自动化元件进行监测。电刷是否能安全运行，直接关系到水轮发电机组安全运行。晴朗电站这种高水头的水轮发电机组，应加强碳刷日常检查和维护；为此建议机组在今后的运行中注意以下几点：

（1）为使滑环电蚀均匀，运行一段时间后须调换滑环的正、负极性，每运行半年倒换1次。

（2）电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量：目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求我们在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。

（3）及时检查弹簧压力和集电环与刷盒之间的

距离。

（4）合理安排无功负荷。

（5）生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：运行中及时检查碳刷温度，加强碳刷、集电环系统的专职维护制度，严格按照《水轮发电机运行规程》的要求对集电环、碳刷进行检查和运行维护。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、碳刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。endprint