發電機滑環電刷發熱的原因分析及處理方法

王紹平

(華電四川發電有限公司攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

0 引言

目前，大型發電機組轉子電刷普遍采用模塊化組件式結構設計，一般由沿轉子滑環均勻分布的固定式刷架和可移動式電刷盒組成，極大地方便了運行維護。華電四川發電有限公司攀枝花分公司#12發電機組采用東方電氣集團生產的D172F電刷(規格為25 mm×32 mm×100 mm，辮長130 mm)，每極滑環配置6組刷盒，每個刷盒配4塊電刷，每極共計24塊電刷。按照機組容量和轉子額定電壓和電流設計，5組刷盒正常投入運行能夠滿足機組強勵動通流要求。滑環采用同軸風扇密閉強迫通風冷卻方式，開式循環。2011－01－17，#12機組大修后并網發電，加負荷過程中轉子正極電刷發熱，維護和調整后未見好轉，電刷發熱在同極6個刷架電刷間移動，極不穩定，個別電刷最高溫度達到300℃，正極滑環溫度超過額定允許溫度120℃，通過外部增加風扇強迫冷卻，暫時維持機組運行。

1 運行中發電機電刷發熱原因分析

1.1 轉子滑環同軸冷卻風量不足

安裝滑環同軸風扇葉片定向應準確，應符合制造廠規定。風葉定向不符合標準，一方面會引起機組轉子軸承振動，另一方面會造成滑環冷卻風量不足，導致滑環和電刷發熱。

1.2 轉子滑環密閉風道存在堵塞或漏風

(1)機組大修抽轉子需要按照工序拆除滑環外罩、風道、刷架、刷盒等附件，要檢查和緊固同軸風扇葉片及平衡配重塊，清理進、出風口的積灰和碳粉，重點應清理滑環導向進風小孔積灰。該機組轉子滑環冷卻風流向為:進風口→同軸冷卻風扇→負極滑環小孔導向風道→混風筒→正、負極滑環小孔導向風道→出風口。此次機組大修過程中沒有認真清理正、負極風滑環小孔導向風道，滑環小孔積灰并大量堵塞，造成正極滑環冷卻風量嚴重不足，引起電刷和滑環發熱。機組運行中采用干燥、干凈的壓縮空氣吹滑環，不易清除干凈小孔內的積灰，因此，檢修中應使用帶壓縮空氣的小管認真對滑環小孔逐個進行清理。

(2)進、出風口或風道堵塞，電刷和滑環運行中產生的熱量不能隨風帶出。

(3)風道漏風造成冷卻風量不足。

1.3 電刷質量和維護方面的原因

(1)因管理不到位，電刷或刷盒型號沒有按照制造廠規定使用。多型號電刷或刷盒混合使用，引起電流在電刷和刷盒之間分布不均，部分電刷因過電流而發熱，甚至燒斷引線。

(2)電刷維護不到位，更換電刷時不認真進行研磨、拋光處理，電刷在盒內間隙偏差大。間隙不足，電刷卡澀，不能自由上下移動;間隙過大，電刷晃動度大，與滑環接觸面不吻合。

(3)電刷長短不均引起電流分布不均是電刷發熱的常見原因。

(4)未定期開展滑環吹灰和清洗工作，積灰或積碳粉是造成碳刷打火發熱的主要原因。

(5)未定期開展測量電刷電流工作，未及時發現并調整過電流或接觸不良的無電流電刷。

1.4 刷盒導體絕緣及均壓彈簧方面的原因

(1)刷盒由固定部分、操作機構和導電部分組成，導電部分與固定部分間安裝有絕緣墊片，電流在導電部分和電刷中通過并經滑環引入轉子。在機組運行中，積灰和碳粉引起絕緣能力降低或導通，改變了各電刷引流通路，各電刷電阻分布不均引起局部發熱。

(2)刷盒中的均壓彈簧使用一定時間后，會出現壓力不均、變形、裂紋、散簧等情況，都是電流不均衡所致，發熱變形反過來又加劇電流不均。

(3)刷盒鎖緊機構鎖緊力不足使整個刷盒電刷接觸不良，造成其他刷盒過電流發熱。

1.5 滑環不圓或表面粗糙引起摩擦發熱

檢修時車削滑環造成滑環不圓或表面粗糙，易引起摩擦發熱。

1.6 電刷表面不潔

電刷表面不潔最容易被忽略，正常運行的發電機電刷密封在密閉的柜子內，兩極電刷中間有套在軸上的齒輪狀軸流風扇，靠轉子轉動把磨下的碳粉、電刷運行中產生的熱量及時抽走，起到清潔、冷卻的作用。如果柜門關不嚴，或巡檢時忘記關門，外面的粉塵伴隨著熱空氣吸進電刷，附著在刷柱上，影響電刷散熱。同時，在電刷發生火花時因刷柱表面不潔，刷柱之間絕緣強度不夠，很容易環火。此外，滑環上車有一道道螺旋狀的溝槽，這是為了增加電刷散熱面積，改善同電刷的接觸，使電刷冷卻更充分，碳粉更容易被抽走。柜門若關不嚴，風扇抽力不足，外面的粉塵很容易附著在螺旋狀溝里，后果是可想而知的。勵磁機電刷電壓等級比較低，裸露在外面，檢修人員應定期進行清潔。

1.7 軸承振動引起電刷發熱

電刷隨著軸承振動，致使電刷接觸面摩擦不均、引線及彈簧松動，發生局部冒火花，進一步加劇電刷發熱。

2 運行中發電機電刷發熱的處理方法

2.1 轉子滑環同軸冷卻風量不足的處理方法

機組運行中，滑環小孔風道堵塞不易發現，即使堵塞也難以疏通，對測量的電刷電流進行分析后可確定冷卻風量不足，應采取增加冷卻通風的措施，如外部安裝軸流風機冷卻。該廠機組在滑環出風道口加裝了1臺抽風機，電刷或滑環溫度高時可以啟動風機加強表面熱交換，冷卻效果理想。

定期使用干燥、干凈的壓縮空氣吹滑環的積灰和積粉，定期清除滑環外罩灰塵，有效減緩滑環小孔積灰堵塞，停機后及時檢查和疏通滑環小孔。

定期檢查和清理進風口濾網，保證進風清潔。

2.2 提高電刷維護質量，及時消除發熱缺陷

盡可能使用廠家原裝電刷和刷盒，不能任意更改電刷和刷盒廠家和型號，如有必要，應經試驗后確定。碳刷在刷握內應上下活動自如，碳刷與刷握的間隙應為0.1～0.2 mm，電刷應無跳動、搖動或卡澀的情況;電刷磨面光亮無雜質，彈簧壓緊力應調整為11～12 N，壓緊力過小時應更換新電刷或調整壓力，滑環表面溫度應不大于120℃。

另外，當電刷磨去其高度的2/3或接觸不良時，應更換。刷架應無積垢，必要時可用布擦去積垢，也可以浸以四氯化碳或用酒精擦拭。滑環表面氧化膜過厚或表面粗糙不光滑時，應用最細的砂布或白布打磨，禁止用粗糙砂布打磨。

2.3 電刷冒火花的鑒別和處理

電刷冒火花的鑒別和處理見表1。

2.4 嚴格執行檢修工藝標準，避免滑環車削不圓

滑環不圓，除會冒火花外，還會出現電刷跳動和發熱;碳刷硬度較大時，電刷會出現掉塊或邊沿脫落等不規則狀態，電刷接觸面圓弧不均，火花放電嚴重。應降低勵磁電流運行，嚴重時應申請停機重新車削滑環。

3 防止運行中發電機電刷發熱的技術措施

(1)定期測量滑環和電刷的溫度、電流。

(2)在滑環冷卻風道出風口加裝抽風裝置，帶走電刷摩擦產生的熱量。

(3)及時更換短電刷，使用磨刷機打磨好電刷后更換;同時，應盡可能整盒更換，確保每組電刷的電流分布均勻。

表1 電刷冒火花的鑒別和處理

(4)加強電刷和刷盒管理。應建立發電機電刷使用臺賬，電刷更換后應進行記錄。記錄的內容包括機組號、電刷組號和編號、電刷型號、更換的電刷數量及編號、更換碳刷的原因。管理人員應經常檢查電刷的使用情況，及時補充電刷備品和維護工具。

(5)定期開展滑環和電刷的清灰工作。每周用壓力約0.3 MPa潔凈、干燥的壓縮空氣吹灰。

(6)加強機組大修管理，車削滑環應嚴格執行工藝要求和質量驗收標準。認真清理滑環表面的電弧灼傷點，可先用油石細銼打磨，再用#0拋光砂布清除毛刺和麻點;對集電環被火花嚴重灼傷的，若深度超過1 mm，損傷面積超過總面積的30%，可對集電環進行精車，精車后用#0砂布包在扁銼上研磨工作面，再用砂布背面緊貼集電環表面進行拋光，最后用蘸有少許機油的舊砂布進行精拋光，使表面粗糙度達 Ra0.8～1.8 μm。

(7)機組大修時，應更換所有刷盒上的均壓彈簧并校對壓力，確保各電刷電流和壓力分布均勻。

(8)充分利用停機機會清理和疏通冷卻風道各部分的積灰，確保風道通暢。

4 結束語

該機組運行中電刷發熱原因在機組停機大修時查清，原因是滑環小孔風道積灰堵塞。電刷和滑環發熱，會威脅機組的安全運行，限制機組正常出力，導致機組少發電，嚴重時甚至造成機組燒滑環被迫停機，2006年該公司1臺50 MW機組就發生過滑環燒損事故。因此，做好機組電刷的維護和管理工作至關重要，該機組電刷發熱的5個月內，共消耗電刷140塊，刷盒彈簧變形損壞4個，維護費用增加，同時限制機組出力，造成少發電1500 MW·h，增加了維護人員的工作量，容易造成人身傷害。