浅析水轮发电机碳刷打火、温度异常升高原因及措施

田征前，王志宝，李伟伟

（贵州乌江水电开发有限责任公司沙沱发电厂，贵州 铜仁 554300）

碳刷也叫电刷，作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到了广泛的应用。碳刷在产品应用材质主要有石墨、浸脂石墨、金属（含铜，银）石墨。碳刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置。

碳刷的缺陷与异常中最为常见的有异常打火、温度升高等情况。碳刷严重打火易造成发电机转子滑环正负极短路故障，碳刷温度过高将烧损转子回路并引起短路或接地故障。

1 处理前的碳刷运行情况

1.1 4台机普遍存在的现象

（1）负极集电环、碳刷比正极温度高。

（2）负极碳刷发生打火现象。

（3）靠近励磁引线的几个碳刷相比较温度较高。

1.2 各台机碳刷打火温度异常升高历史温度记录情况

2014年5月，根据碳刷运行巡视记录，总体情况如下：碳刷运行温度随并网时间延长、负荷增大普遍增高，特别是励磁电流增大时部分碳刷温度升高较明显，个别碳刷温度存在超标的现象，且负极有打火情况发生，趋势图如1。

2 碳刷打火、温度异常升高的原因分析

2.1 对4台机集电环表面检查（表1）

表1

图1

由上表分析得出，集电环表面光洁度稍差，致使负极集电环未形成氧化膜，在运行中容易吸附粉尘，致使集电环表面存在高点或凹点，接触不良，碳刷温度升高后易造成打火。

2.2 由于励磁电缆集中布置于导电环端部，电流分配不均

致使靠导电环端部的碳刷通过的电流稍大，温度相对偏高，是造成碳刷打火温度升高原因之一（见图2）。

2.3 对4台机碳刷发热时运进行电流测试（表2）

分析得出，负极碳刷通过的电流差异较大，最高为265A。因碳刷通过的电流不均衡，运行电流大的碳刷负载大发热量高，是造成碳刷打火温度升高的重要原因。

3 碳刷打火、温度异常升高的处理措施

3.1 针对集电环难形成氧化膜问题

图2

表2

在机组检修中，将集电环拆除，对集电环表面进行加工处理，使集电环表面光洁度满足要求。

处理前：集电环表面光洁度完全不能满足运行需求，光洁度极差，且存在凹凸点（见图3）。

处理后：将集电环拆除，对集电环表面加工倒角后，集电环表面光洁度满足运行要求（图4）。

采取此措施后，碳刷不再打火，但靠近导电环端部的碳刷温度还是偏高于其他位置的碳刷。

4.2 针对励磁电流分布不均问题

改变集电环励磁电缆的接入方式，将励磁电缆平均分布布置于导电环上。

处理前：正、负极6根励磁电缆分别集中布置于正、负极导电环端部（图5）。

图3

图4

图5

处理后：正、负极6根励磁电缆分别平均分布于正、负极导电环上（图6）。

采取此措施后，靠近电环上附近的碳刷温度总体不再偏高，但随着机组励磁电流的增大，其他位置的碳刷仍然存在部分温度异常升高的情况。

3.3 针对碳刷通过电流差异较大的问题

采取将正、负极碳刷数量由初始设计的30个增至56个，增大碳刷的总量，同时根据碳刷的增加量重新制作导电环，并进行安装。

处理前：正、负极碳刷分别为30个，分别布置于正、负极导电环上，见图7。

改造后：将正、负极导电环更换改造，增长导电环的周长，分别增加正、负极碳刷至56个，将碳刷布置于正、负极导电环上，见图8。

采取此措施后，随机组负荷的调整及励磁电流的增大，所有碳刷温度不再发生温度异常升高的现象。

采取上述处理后措施后碳刷运行情况：

2015年5～10月，根据碳刷运行巡视记录，总体运行情况如下：1#～4#机更换集电环、碳刷架后碳刷温度相对较稳定。5月统计的1#～4#机碳刷温度趋势图，见图9。

6 取得的成果

图6

图7

图8

图9

通过对集电环表面打磨，使集电环表面光洁度满足要求，在碳刷发生温度异常升高时不再发生打火现象，防止励磁回路因打火（环火）造成短路。通过对集电环励磁电缆的接入方式的改变，将励磁电缆平均分布布置于导电环上，使靠近电环上附近的碳刷温度总体不再偏高。通过增加碳刷数量，有效地降低了负极各碳刷流过的电流，使碳刷不再发热，运行一段时间后集电环表面能可靠的形成氧化膜，更加保障了机组励磁回路能长周期的安全稳定运行。

经过上述对集电环打火（环火）、碳刷发热等原因的分析及处理，针对不同的问题，充分分析其原因及采取合理的处理措施，有效地解决了我厂碳刷打火、温度异常升高的问题，为我厂机组长周期安全稳定运行夯实了坚实的基础。