同步發電機有刷勵磁系統異常運行分析及處理

范宜林（華電國際鄒縣發電廠,山東　鄒城　273522）

同步發電機有刷勵磁系統異常運行分析及處理

范宜林
（華電國際鄒縣發電廠,山東鄒城273522）

摘要：本文認真分析、研究碳刷產生冒火的原因，及時有效地監測設備運行情況，并有針對性地采取相應對策，有效防止發生此類故障的發生。

關鍵詞：同步發電機；有刷；勵磁系統；異常分析；處理

目前，同步發電機有刷勵磁系統主要由電刷、刷架、刷握、恒壓簧、絕緣隔板、滑環、冷卻風機等部件組成。發電機運行中出現碳刷冒火是較為典型故障之一，若不及時有效地進行消除，將引起碳刷及滑環過熱，嚴重時出現環火，燒壞滑環和碳刷，危及發電機安全運行。通過認真分析、研究碳刷產生冒火的原因，及時有效地監測設備運行情況，并有針對性地采取相應對策，可有效防止發生此類故障的發生。

1　有刷系統主要組成部件

1.1滑環

滑環與發電機組的轉軸固定在一起，發電機組旋轉時與電刷產生滑動摩擦，將勵磁電流傳輸到旋轉中的勵磁繞組中。長時間運行后，滑環的表面上會有一層氧化膜。它具有一定的電阻，但具有很好的潤滑性能，由于它的存在，降低了滑環的磨損，也降低了碳刷的噪音以及抖動。

1.2電刷

發電機的電刷主要有天然石墨電刷和電化石墨電刷。電刷的電阻系數決定著它的用途,。不同型號電刷的電阻系數不同，與滑環產生的接觸電阻也不同，同一發電機滑環上不能混用不同型號的電刷。最好用同一廠家同一批次的碳刷產品為好。

1.3恒壓彈簧

電刷一般采用恒壓彈簧，其壓力應滿足規定的要求。一般來說，制造廠家會根據不同性能的電刷對恒壓彈簧的運行壓力提出明確要求。為保持一個合適壓力值。在檢修時應檢測恒壓彈簧及電刷的壓力是否合適。

1.4冷卻風機

大容量有刷勵磁發電機組，多采用同軸離心風機來抽吸轉子滑環室所產生的熱量。該風機抽吸后熱風及細微刷末，通過風道排到廠房外。目的都是降低轉子滑環室運行中產生的熱量，并吹（吸）走電刷與滑環面摩擦時所產生的細小刷末，起到降溫、潔凈的作用。

2　碳刷異常運行原因分析

（1）碳刷在運行中出現異常時的現象是比較明顯的,一是碳刷與滑環的接觸面冒火花，輕微時火花很小,嚴重時會有火花飛濺出來,再就是振動,如果碳刷安裝不當或彈簧壓力不適,或由于機組軸系振動,碳刷會在刷握內顫動,嚴重時碳刷接觸面會成為花邊狀,直至破損。還有一個是碳刷過熱,可以用測溫儀測量,溫度不應大于120℃,如果長時間過熱,刷辮顏色會變淺且發亮，刷辮上的絕緣套也會變色。

（2）滑環和碳刷通過接觸面來傳遞電流，碳刷與滑環接觸面的穩定以及各碳刷的均流和碳刷冒火及振動息息相關。滑環表面不清潔或者刷架有輕微偏斜都會造成碳刷接觸電阻的差異,從而造成并聯碳刷間電流分布不均勻,長時間運行容易造成碳刷冒火及振動。

（3）碳刷有“負溫度特性”，即隨著碳刷溫度的升高,它的接觸電阻降低,在80～100℃時最低,當溫度超過100℃時,接觸電阻會急劇增加,這對接觸面的穩定和各碳刷之間的穩流非常不利。

正常運行中應定期測量碳刷溫度，當發現某一塊碳刷溫度達到80℃時，及時對該電刷及其與之并聯的電刷進行調整,使該極電刷電流均衡，從而降低其溫度。防止由于負溫度效應,碳刷的溫度達到80℃后接觸電阻減少。這樣,流過此碳刷的電流將增加,使得該塊碳刷愈加發熱,造成接觸電阻降低,流過的電流更大。這種惡性循環,使原流經此碳刷的電流進行重新分配,可能會使碳刷上的電流負荷差達10倍以上，造成電刷因過流而冒火花。如果發現不及時，會使得整個電刷系統“崩潰”。

（4）機組軸系振動對碳刷的影響。發電機組軸系發生振動時滑環會與其一起振動,使得碳刷與滑環的接觸電阻發生變化。造成碳刷間電流分配不均，從而產生冒火、振動等現象,使碳刷運行劣化。嚴重的甚至有可能產生共振,造成刷辮斷股、電刷碎裂，造成嚴重的事故。

3　運行維護與調整措施

3.1電刷的安裝工藝

（1）由于新電刷接觸面是平直的，因此與圓弧形的滑環接觸面很少，因此每次更換電刷時，每極的更換數量不宜超過3塊。如果一次更換電刷過多，必須將電刷接觸面磨成與滑環相同的圓弧面后才能使用。注意電刷磨合后，應用干凈布將電刷表面擦干凈，防止遺留的硬粒對滑環面造成磨損。（2）電刷在刷握中應抽動靈活，電刷與刷架連接螺栓應緊固，保證刷辮與刷架接觸良好。（3）恒壓彈簧應安放牢靠，不磨、卡刷辮。各電刷恒壓彈簧的壓力應均等，不能更換壓力值差別大的彈簧。

3.2運行人員日常巡檢中，應加強對碳刷和滑環等部位檢查，檢查內容主要有

（1）檢查滑環和碳刷間有無冒火情況，碳刷有無晃動、卡澀現象。（2）檢查碳刷均流度及滑環面溫度是否正常。（3）檢查碳刷聯線是否完整，接觸是否良好，碳刷磨損后長度是否低于規定要求。（4）檢查冷卻風機風量是否正常，檢查風機濾網是否需清理。（5）檢查各電纜引線及接頭有無過熱及損壞現象，如有應及時進行修理。（6）檢查轉動部分與固定部分有無摩擦現象。（7）用手抓住電刷刷辮輕輕向外拉，檢查電刷在刷握內有無過松或發卡現象。測量電刷及其引出連接線接頭部分溫度，看其有無發熱。定期用鉗形電流表測量各電刷電流，檢查各電刷間的電流分配是否均勻，及時進行調整。（8）檢查恒壓彈簧是否正常。檢查電刷尾部的絕緣墊是否完好，否則恒壓彈簧會有電流通過，長時間運行會造成彈簧損壞。

3.3發現碳刷有冒火跡象時，應及早進行分析、處理

對冒火碳刷進行仔細檢查、處理，包括：碳刷在刷握內能否自由起落、有無卡澀及破損情況，碳刷接觸是否良好，聯線是否正常，彈簧壓力是否正常。對冒火側的碳刷組均流度進行測量，對電流較小的碳刷進行適當調整，并檢查滑環面溫度變化情況。調整間隙，應注意觀察、測量調整后的碳刷冒火及均流度分布情況，避免大范圍的盲目調整。對碳刷調整后、冒火基本消除時，應縮短檢查周期，密切注意觀察發展情況。用白布蘸酒精擦滑環與調整小電流碳刷要同步進行，更換失效的壓力彈簧，并檢查機組振動等情況。

碳刷冒火調整時，可根據情況適當降低發電機無功出力，避免處理不及時形成環火。

通過深入學習并掌握預防及處理等方面的知識，做好日常對碳刷的檢查、維護工作，就能大大減少發生碳刷冒火異常的幾率，有效避免碳刷冒火嚴重形成環火而構成事故的發生，從而保證發電機安全、經濟運行。

作者簡介：范宜林（1974-），畢業于山東大學,研究方向：電力系統自動化專業。