水電站碳刷發(fā)熱打火導(dǎo)致碳刷引線燒斷案例分析

摘 要：本文對(duì)某水電站3F機(jī)組碳刷發(fā)熱打火致使碳刷引線燒斷缺陷進(jìn)行分析。分析表明，某水電站3F機(jī)組在運(yùn)行中碳刷發(fā)熱打火，致使碳刷引線燒斷是由于使用不同廠家碳刷，集電環(huán)、碳刷架、刷握位置不正，彈簧壓力不均、刷握內(nèi)毛刺、棱角等原因造成的。為此，作者對(duì)某水電站3F機(jī)組碳刷發(fā)熱打火致使碳刷引線燒斷缺陷進(jìn)行分析及總結(jié)處理過程。

關(guān)鍵詞：碳刷；打火；燒斷；處理

中圖分類號(hào)：F40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1碳刷引線燒斷時(shí)運(yùn)行工況

某水電站3F機(jī)組帶有功負(fù)荷44MW運(yùn)行，無功2MVAR，勵(lì)磁電流485A，1F、2F機(jī)組備用。運(yùn)行人員進(jìn)行碳刷測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)11號(hào)碳刷溫度達(dá)238℃，維護(hù)人員立即處理，用鉗形電流表測(cè)量勵(lì)磁電流達(dá)321A，碳刷引線發(fā)紅，退出11號(hào)碳刷后發(fā)現(xiàn)碳刷引線與碳刷結(jié)合處已燒斷。其余運(yùn)行碳刷電流重新分布，部分碳刷電流、溫度升幅較大。11號(hào)碳刷更換成新碳刷后，電流立即轉(zhuǎn)移，11號(hào)碳刷電流達(dá)215A，溫度128℃，并有上升趨勢(shì)，馬上開備用2F機(jī)組運(yùn)行，將3F機(jī)組負(fù)荷轉(zhuǎn)移至2F機(jī)組，并將3F機(jī)組解列停機(jī)進(jìn)行消缺處理。

2檢查情況

碳刷型號(hào)一致，但使用三個(gè)不同廠家。不同廠家的碳刷成分略有不同，碳刷的電氣、物理性能也不盡相同，摩擦系數(shù)大小也不一樣，因此接觸電阻，電氣損耗和摩擦損耗也不盡相同。碳刷硬度和導(dǎo)電性能不同，導(dǎo)致碳刷電流不均，從而出現(xiàn)打火、發(fā)熱現(xiàn)象。導(dǎo)電性能好，與集電環(huán)接觸電阻小的碳刷流過電流最大，碳刷開始發(fā)熱打火后，碳刷的接觸電阻變小，這樣，流過該碳刷的電流將增加，則該碳刷愈加發(fā)熱，直至接觸電阻降至飽和最低值，流過的電流至飽和最大值。如此惡性發(fā)展，使碳刷持續(xù)受熱升溫。同時(shí)，碳刷引線由于流過很大電流，也發(fā)熱升溫，經(jīng)過一段時(shí)間后，溫度達(dá)到碳刷引線的熔點(diǎn)溫度時(shí)，碳刷的引線燒斷。當(dāng)故障極部分碳刷引線燒斷或受熱變形卡澀退出運(yùn)行后，正常運(yùn)行的碳刷將承擔(dān)全部轉(zhuǎn)子電流而出現(xiàn)過載現(xiàn)象，導(dǎo)致其過熱，并重復(fù)上述碳刷的過熱過程。若不及時(shí)處理將出現(xiàn)惡性循環(huán)，形成環(huán)火，集電環(huán)表面將會(huì)燒毀，造成正負(fù)極短路，釀成事故。

碳刷全部拆卸后與記錄的碳刷溫度和碳刷電流對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)溫度最高幾個(gè)碳刷刷握與集電環(huán)位置如圖中1號(hào)碳刷，刷握與集電環(huán)中心傾斜，碳刷與集電環(huán)接觸面A1-B1嚴(yán)重傾斜，碳刷與集電環(huán)接觸面積最大，在集電環(huán)摩擦力作用下容易出現(xiàn)卡澀，此時(shí)接觸電阻最小，流過碳刷電流最大；碳刷溫度較高幾個(gè)碳刷刷握與集電環(huán)位置如圖中2號(hào)碳刷，刷握與集電環(huán)中心垂直，運(yùn)行時(shí)碳刷與集電環(huán)接觸面A2-B2有一定的傾斜，碳刷與集電環(huán)接觸面積較大，在集電環(huán)摩擦力作用下偶爾出現(xiàn)卡澀，接觸電阻較小，流過碳刷電流較大；碳刷溫度最低幾個(gè)碳刷刷握與集電環(huán)位置如圖中3號(hào)碳刷，刷握與集電環(huán)中心向上偏2-3度，運(yùn)行時(shí)碳刷與集電環(huán)中心垂直，接觸面A3-B3有無傾斜，碳刷與集電環(huán)接觸面積最小，在集電環(huán)摩擦力作用下不出現(xiàn)卡澀，接觸電阻恒定，流過碳刷電流較小。

檢查刷握時(shí)發(fā)現(xiàn)刷握內(nèi)部有一定的毛刺，影響碳刷在刷握里自由移動(dòng)；刷握內(nèi)側(cè)兩端棱角較鋒利，也影響碳刷在刷握里自由移動(dòng)。碳刷在彈簧作用力下緊貼集電環(huán)運(yùn)行，集電環(huán)運(yùn)行時(shí)有一定擺渡，碳刷在集電環(huán)作用力下向后移動(dòng)時(shí)，受到刷握內(nèi)毛刺和刷握內(nèi)側(cè)棱角影響，碳刷后退摩擦力增大，不能及時(shí)后退，在彈簧壓力和集電環(huán)反推力作用下，碳刷與集電環(huán)緊密接觸，此時(shí)在并聯(lián)運(yùn)行的14只碳刷中，此只碳刷接觸電阻最小，大部分勵(lì)磁電流通個(gè)此碳刷，造成此碳刷溫度急劇升高，使碳刷引線快速燒斷。

刷握與集電環(huán)的位置調(diào)整不當(dāng)。因安裝時(shí)碳刷架位置調(diào)整不當(dāng)，部分刷握與集電環(huán)距離較大，最大達(dá)到15mm。集電環(huán)與刷握位置調(diào)整不當(dāng)可以使碳刷與集電環(huán)之間壓力出現(xiàn)不均，造成碳刷與集電環(huán)接觸電阻不均勻，刷握離集電環(huán)距離較遠(yuǎn)碳刷因彈簧壓力較小易打火，長(zhǎng)期打火將損壞集電環(huán)，使集電環(huán)表面凹凸不平，出現(xiàn)惡性循環(huán)。

檢查彈簧發(fā)現(xiàn)壓力不勻，主要是受碳刷高溫影響彈簧壓力變低。彈簧在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)熱，會(huì)使彈性變差，以致碳刷與集電環(huán)之間的壓力出現(xiàn)不均，從而使得彈簧壓力大的碳刷電流大，彈簧壓力小的碳刷電流小，分布嚴(yán)重不均，出現(xiàn)發(fā)熱打火現(xiàn)象。

3處理情況

機(jī)組碳刷全部更換成同一廠家，同一型號(hào)，同一批次碳刷。調(diào)整碳刷架位置，使碳刷架中心與機(jī)組勵(lì)磁集電環(huán)中心一致，調(diào)整碳刷架至水平。調(diào)整刷握與集電環(huán)距離保持在4mm，刷握與集電環(huán)中心向上偏2-3°，運(yùn)行時(shí)碳刷與集電環(huán)中心垂直。彈簧全部更換成壓力相近的新彈簧，確保每個(gè)碳刷受力均勻。打磨刷握里的毛刺，刷握內(nèi)側(cè)兩端較鋒利棱角打磨成圓弧狀，讓碳刷在刷握里任何傾斜位置都能靈活移動(dòng)。對(duì)不平整集電環(huán)用金剛砂紙進(jìn)行研磨、拋光，使碳刷與集電環(huán)接觸良好。

處理后運(yùn)行情況：3F機(jī)組處理完畢后，空轉(zhuǎn)一小時(shí)對(duì)碳刷進(jìn)行研磨。機(jī)組建壓后測(cè)量碳刷溫度在40-50℃，碳刷電流在15-20A，比較均勻。空載半小時(shí)檢查所有碳刷無異常后并網(wǎng)帶滿負(fù)荷運(yùn)行，碳刷溫度45-55℃，碳刷電流在50-60A。隨后一個(gè)月，運(yùn)維人員每日測(cè)量碳刷溫度和電流，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，無明顯變化，運(yùn)行工況良好。

結(jié)語(yǔ)

作者通過對(duì)此次缺陷分析，需要電站運(yùn)維人員在更換碳刷、刷握、彈簧時(shí)選取材料最優(yōu)，安裝工藝做到最佳，加強(qiáng)碳刷溫度和電流監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)正確處理，避免缺陷擴(kuò)大成事故，造成不必要損失。

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