發(fā)電機碳刷的日常維護與運行

李 琳

（華電能源牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江 157013）

1 機組滑環(huán)、碳刷工作情況

牡二電廠的#1～#4發(fā)電機型號為 QFN－100－2型，主勵磁機為同軸50 Hz三相同步發(fā)電機，定子輸出的三相交流電經(jīng)機端變壓器后，經(jīng)過發(fā)電機碳刷能夠長期供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子1614A的額定勵磁電流。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)配有自動化水平較高的自動勵磁調(diào)節(jié)裝置兩套，以保證機組安全穩(wěn)定運行。

2 碳刷在現(xiàn)場運行中出現(xiàn)的問題分析

牡二電廠的發(fā)電機碳刷在使用中出現(xiàn)了各個碳刷電流分布較不均勻的問題，個別碳刷載流量超高，且調(diào)整后維持時間較短的問題，直接導致部分碳刷溫度驟升，曾高達230 ℃左右。勵磁電流分布在每個碳刷上的電流平均值應接近，但實際的電流分布的很不均勻，若通過調(diào)整其壓簧壓力不能增加其載流量，由此現(xiàn)象基本能夠判斷是集電環(huán)偏心度誤差大的因素。因為個別碳刷載流量較大，勢必造成其溫度過高、刷辮變色嚴重等現(xiàn)象，并伴隨出現(xiàn)了碳刷打火、振動，甚至是刷辮燒斷，運行人員頻繁調(diào)整，但是效果并不明顯，徒增運行維護量。機組在強勵時，很可能因為少數(shù)碳刷過多的承載電流而導致刷辮燒斷，最終導致機組勵磁系統(tǒng)崩潰。

牡二電廠的#1～#4發(fā)電機都出現(xiàn)過原來用于壓緊碳刷的彈簧，因碳刷的跳動使彈簧被彈出，起不到壓緊碳刷的作用；況且彈簧因受熱性能改變，壓力漸漸失常，雖然在運行中控制彈簧壓力選取在94～125 kPa之間，但最終仍出現(xiàn)了較大偏差，造成碳刷的電流分布不均，導致一些碳刷過流、發(fā)熱乃至出現(xiàn)打火現(xiàn)象。但是由于碳刷布置的位置不同，整個刷架的自重使位于滑環(huán)上下部的碳刷所施壓力是不一樣的，致使各碳刷電流仍非絕對均勻。在滑環(huán)上發(fā)生連續(xù)火花而轉(zhuǎn)變?yōu)榛⌒位鸹ǎ且驗榇罅刻妓⒍即嬖诖罅棵盎鸲纬傻?，牡二電廠的#3發(fā)電機就因碳刷環(huán)火曾造成發(fā)電機大軸燒損的事故，發(fā)生連續(xù)火花除了正常接觸不良之外，碳刷過軟將產(chǎn)生碳刷發(fā)生端部破裂、損壞。牡二電廠在2006年11月－2007年6月間經(jīng)歷了較長時間的異常溫度的運行和處理過程，這方面的因素較多。

3 解決方法

發(fā)電機電刷裝置的安裝位置不對，使得碳刷中心與滑環(huán)中心線不垂直，造成碳刷與滑環(huán)表面摩擦的受力不均勻，出現(xiàn)打火現(xiàn)象?？梢岳猛C機會重新配置刷框位置，并使其與滑環(huán)中心線垂直。發(fā)電機滑環(huán)由于各種原因造成失圓后，造成碳刷跳動，打火更加嚴重，給運行維護帶來不利。在停機時應檢查滑環(huán)的狀態(tài)，用千分表測量滑環(huán)表面的擺度（最大值與最小值之差）不應超過0.05 mm（3 000 r/min）或0.07（3 000 r/min）；滑環(huán)表面凸凹不平，光滑度應不超過0.5～1.0 mm。否則，應對發(fā)電機滑環(huán)進行車削、復圓，并進行研磨剖光。

牡二電廠的#1~#4發(fā)電機都不同程度地出現(xiàn)過碳刷引線、引線和接線端子的固定螺絲松動甚至脫落的情況，原因是在長期高溫運行及高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動下可能造成個別碳刷的引線松脫或緊固螺絲松動，使得接觸電阻增大，溫度升高。應加強巡回檢查，在檢查時應試拉各碳刷刷辮，發(fā)現(xiàn)有松動、脫落時應立即予以緊固，刷辮變色的應予以更換，在更換新的碳刷時還應檢查同一組的其他碳刷連接是否緊固。

碳刷和滑環(huán)表面臟污，碳刷和滑環(huán)在長期運行中，由于積灰和碳刷粉末加上軸承座軸封處漏出的油氣侵入，會在碳刷和滑環(huán)表面聚集許多油污，阻塞滑環(huán)通風孔，使得碳刷溫度升高，可能在個別甚至全部碳刷上發(fā)生火花。應對碳刷及滑環(huán)表面進行定期吹掃擦拭，保持其清潔干凈。吹掃時應使用潔凈的壓縮空氣（無油、無水），壓縮空氣壓力應在250～300 kPa/cm2。使用毛刷時應注意防止刷毛脫落，尤其是卡入碳刷與刷框間。滑環(huán)擦拭應注意大軸轉(zhuǎn)向，擦拭時，帆布呈順轉(zhuǎn)向拖拽方向，防止帆布脫落卷入滑環(huán)內(nèi)。當需要沾酒精擦拭時，應在無火花時進行。將碳刷及滑環(huán)表面進行吹掃擦拭工作列入定期工作。牡二電廠在2006年11月－2007年6月間由于碳刷運行質(zhì)量差，清掃碳刷甚至達到了一周對同一臺機清掃兩次的情況。

碳刷在刷握中卡澀，電流減小。由于所使用的個別刷握內(nèi)部不光滑，在更換碳刷時都要對碳刷進行人工打磨，因而碳刷表面很難達到平整光滑，碳刷與刷握的接觸面很難達到要求，在運行中經(jīng)常會出現(xiàn)卡澀。應盡可能選用與刷握相匹配的碳刷，使碳刷在刷握內(nèi)有0.1～0.2 mm的間隙，并利用停機的機會將刷握內(nèi)側(cè)表面打磨光滑。運行中要經(jīng)常檢查使碳刷在刷握內(nèi)活動自如，并且在選擇電刷時應選擇電刷基體中鱗片石墨量偏高、自潤滑性能好的碳刷。

碳刷在刷握中振動造成碳刷冒火，由于刷握與滑環(huán)間的距離相對較遠，基本上都在1 mm以上（安裝標準值為2～3 mm），當碳刷磨損到一定程度的時候，刷握對碳刷的固定作用變差，使碳刷在刷握中隨著電機的旋轉(zhuǎn)而振動冒火，有些碳刷甚至出現(xiàn)個別邊角被打掉的現(xiàn)象，嚴重影響機組的安全運行。因此在檢查中對于碳刷長度磨損至規(guī)定值時（碳刷長度的1/3）應及時更換，同時在安裝時應合理調(diào)整刷握與滑環(huán)的距離，保持2～3 mm的間距。由于原始彈簧與電刷無絕緣，電流流經(jīng)彈簧，一方面使彈簧發(fā)熱變軟、失去彈性；另一方面導致電刷的電壓降增大，不利于碳刷的工作。應將彈簧與碳刷絕緣，并注意使各壓簧壓力均勻，其差別不應超過5%。

雖然現(xiàn)場碳刷壓簧都已經(jīng)進行了技改，日常的跟蹤仍在深入進行，牡二電廠規(guī)定：每日加強對發(fā)電機碳刷的檢查，尤其是啟機后、高峰時對碳刷進行仔細檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)困難的，可以通過消除卡澀、均衡碳刷氧化膜、更換壓簧位置等方式消除異常情況。由于滑環(huán)電阻率不均、環(huán)氧化膜不均勻的原因，在日常維護中要及時發(fā)現(xiàn)因軸向位移變化引起的碳刷跳動和磨損，避免引發(fā)嚴重后果，因發(fā)熱依舊能夠使得彈簧的特性發(fā)生改變，所以采用更好的彈簧之后，我們應認識到影響彈簧特性的因素：高溫、金屬疲勞、刷架偏心度等。

4 結(jié)論

經(jīng)過采取以上方法及數(shù)據(jù)可以說明，牡二電廠經(jīng)過多次碳刷改造，#1~#4發(fā)電機的碳刷維護、調(diào)整取得了長足的進步，基本能夠保證碳刷電流的分布均勻，形成了一整套行之有效的運行維護機制，因此，在發(fā)電機碳刷的運行維護調(diào)整上已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗和調(diào)整手段。在正常的環(huán)境溫度情況下，滑環(huán)、碳刷運行最高溫度在60～70 ℃之間，且消除了碳刷打火現(xiàn)象，在繼#3發(fā)電機大軸、滑環(huán)燒傷事件之后，多年來未出現(xiàn)滑環(huán)燒傷事件。在碳刷的維護管理上，開始對彈簧進行技術(shù)數(shù)據(jù)積累，對其使用壽命、壓力變化特性以及彈簧片疲勞特性進行把握，并由此掌握彈簧性能變化的前期診斷技術(shù)，以確保彈簧良好的工作狀態(tài)。此外再通過降低碳刷振動幅度和頻度、通過改變碳刷與滑環(huán)接觸面積改善電流分布等方法，開始著手進行摸索和試驗，爭取在任何情況下緩解碳刷所出現(xiàn)的打火、振動、損壞嚴重等問題。