淺談發電機滑環及碳刷發熱原因及預防措施

江蘇華電揚州發電有限公司 黃長春

淺談發電機滑環及碳刷發熱原因及預防措施

江蘇華電揚州發電有限公司 黃長春

本文通過對本廠330MW機組的一次碳刷滑環燒毀事故，分析發電機滑環及碳刷發熱原因及預防措施。

發電機；碳刷；滑環；發熱

碳刷及滑環是發電機一個重要的組成部分，為發電機轉子提供直流電源，通過調節發電機勵磁電流的大小來調節無功出力。

本廠2009年11月22日11時33分，#7機組運行正常，有功235MW，無功2Mvar，勵磁電流1580A。運行人員聽見機房內有“嗒嗒”聲，立即出外查看，發現#7發電機碳刷消音罩延大軸向東冒火光。11時32分～11時34分期間，#7發電機勵磁電流有幾次瞬間升高且增幅逐次明顯增大（1580A↗2016A，1580A↗2083A，1580A↗2382A，1580A↗2576A）。11時35分，DCS上發“發變組A2轉子一點接地保護”報警，此時負荷234MW，無功4.5Mvar，勵磁電流1589A。11時36分，勵磁電流開始連續較大晃動（1450A～2460A），勵磁電壓隨其晃動（勵磁電流增，勵磁電壓增；勵磁電流減，勵磁電壓減），立即快速減有功、無功負荷。11時40分，緊急切換廠用電正常；此時發電機刷屋、廠房平臺南側格柵有大量濃煙冒出，立即向公司消防2119報警，同時組織人員滅火，打開機房門窗通風。11時41分，勵磁電流晃動幅度明顯減小。11時44分，有功158MW，汽機打閘，破壞真空緊急停機。滅火后后至就地檢查發現#7發電機東側10組碳刷、刷握、滑環損壞。

一、以我廠#7發電機碳刷、滑環燒毀事故為例，分析碳刷及滑環常見發熱原因及處理方法

在發電機運行過程中，碳刷和滑環的作用是將勵磁電流倒入至發電機轉子，在運行中出現故障表現為發熱、冒火、環火、燒紅、破碎、甚至燒損碳刷刷握刷架及滑環。通過對本次事故的分析，總結原因主要有以下幾個方面：

1、由于#7發電機機碳刷冷卻系統出風口碳粉堆積導致出風不暢，從而使冷卻風量下降，引起發熱。尤其是事故發生前期，#7機組處于迎峰度夏期間，負荷較高勵磁電流較大，導致#7發電機碳刷及滑環溫度長時間偏高，加劇碳刷磨損，出風口積聚碳粉量增加，從而引起冷卻性能下降。同時冷卻風道內的碳粉不能及時排除，導致部分碳粉在滑環表面螺旋狀散熱槽內堆積，使得滑環散熱性能進一步急劇惡化，這是#7發電機碳刷及滑環燒毀的重要原因之一。因此在機組大小修時，應及時清理通風道、滑環表面螺旋狀通風槽內的碳粉。

2、由于#7發電機滑環因表面有麻點被車削過，導致接觸電阻過大、壓力分布不均勻而產生的發熱。碳刷是在圓周形滑環表面滑動過程中將勵磁電流導入轉子，因此每組碳刷布置的方向、角度均不一樣，導致接觸電阻及電流分布情況存在差異，從壓力和接觸電阻引起發熱的原因有以下幾個：（1）碳刷與滑環的接觸電阻過大、碳刷與刷辮之間的電阻過大、刷辮與刷握連接處電阻過大，引起總壓降增大，從而引起發熱。此時須檢查刷辮與刷架連接螺絲是否緊固，刷架上的恒力彈簧壓力是否正常，碳刷表面是否清潔。（2）若刷握上恒力彈簧壓力不符合要求，可能是碳刷過短、彈簧老化等原因。應及時更換碳刷或恒力彈簧。恒力彈簧應用銅鉚釘或銅螺栓固定，壓力應符合規程規定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5%，同一刷架上每個碳刷的壓力應均勻。（3）刷辮與刷握連接處電阻過大，這種情況應檢查固定刷辮的銅質螺絲是否緊固，必要時予以更換。（4）同發電機上應使用同一型號、同一廠家的碳刷，對于外觀有明顯差異的碳刷應不予使用。

3、由于機械摩擦造成過熱：滑環與碳刷發熱原因中，機械摩擦導致的發熱占較大部分。汽輪機沖轉過程中，發電機尚未加勵磁，此時應加強碳刷、滑環檢查，從而能排除因機械磨擦導致發熱。若此時出現滑環與碳刷發熱，拔下幾組碳刷后，溫度立即降低，可以肯定是由于機械及摩擦原因導致的。機械摩擦引起碳刷及滑環發熱的情況較多，以下為常見的幾個原因：（1）碳刷研磨工藝不良或一次更換過多的碳刷。運行中更換碳刷時，每8個小時且是低負荷時，每極刷架上只允許更換1-2組碳刷。換上的新碳刷應在專用模具上磨出與舊碳刷一樣的弧度，廠家和品牌須一樣。若在大修時一次更換的碳刷過多，應在機組啟動前應充分盤車，使碳刷表面形成氧化膜。（2）碳刷和滑環接觸面積應足夠，接觸面積一般不應小于單個碳刷截面的75%。（3）碳刷在刷盒中應活動自如，無卡澀或者搖晃，間隙應符合規程規定。（4）刷握與滑環表面間隙過大。由于碳刷材質較脆，當刷握與滑環表面間隙過大時，運行中易引起碳刷傾斜、側面磨損，甚至造成碳刷碎裂。

二、通過本次#7發電機碳刷、滑環燒毀事故總結出來的預防措施

1、進一步加強對碳刷滑環的認識，從發生的故障事故中總結，主要有以下幾個原因：（1）溫度過高：當滑環、碳刷出現嚴重發熱，溫度通常都會達到150℃，甚至更高。此時即便換上新的碳刷，因表面氧化膜不易形成，無法起到潤滑作用，碳刷磨損將加劇，導致溫度繼續升高，成為惡性循環。此時應降低發電機的有功、無功，同時打開碳刷小室門，在外部加裝風扇對碳刷及滑環強制冷卻，迫使使溫度降到正常范圍內，讓碳刷表面氧化膜逐漸形成。因碳刷小室門已打開，此時要派專人監視，防止小動物闖入或人員誤碰，冷卻風扇及電源線應固定好，防止造成人身傷害。（2）檢查發電機周圍是否存在油氣泄漏：油氣泄漏導致碳刷及滑環表面形成臟污，導致接觸電阻過大，引起發熱 。同時油氣與粉塵、碳粉等物質混合，在滑環表面螺旋狀通風槽和冷卻風道內堆積成油泥，導致散熱性能下降，從而進一步引起碳刷及滑環發熱。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：碳刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發生氧化作用而產生，當含氧量過低時也不利于氧化膜的形成。

2、物資部在碳刷、刷握采購過程中須嚴格把好質量關： 即便同一廠家生產的碳刷、刷握，也可能來自不同的子公司，這就要求我們在采購過程中對產品質量和產地均須把關，同時對生產廠家的工藝和質量檢測手段及程序進行了解。

3、嚴格按照我廠《汽輪發電機運行規程》的要求對滑環、碳刷進行檢查和運行維護。以下為維護措施：（1）每班接班后兩小時、交班前全面檢查碳刷和滑環并測溫。（2）定期測量正極、負極每只碳刷電流并記錄。（5）定期測量正極、負極每只碳刷電流并錄簿。（6）重點檢查項目如下：滑環表面應清潔無傷痕，碳刷邊緣應完整，無剝落，其聯接軟線完整無過熱斷股現象；碳刷無嚴重磨損，碳刷無冒火、發熱；碳刷在刷盒內無搖動或卡澀現象，應能上下自由起落（一般間隙為0.1～0.2mm）；滑環表面應無變色、過熱現象；滑環溫度不超過120℃；尤其應注意碳刷發熱情況，一般不超過120℃；碳刷發熱、發生火花時，若型號不對，應及時更換；注意碳刷壓力（一般為200～300g/cm2）均勻，各碳刷壓力差別不超過10%；測量發電機勵磁各碳刷電流，電流在12—80A為運行正常，電流超過120A為不正常，應及時調整；發現碳刷長度接近低于刷握的1/3時，應及時更換，注意新舊牌號一致，對于新更換的碳刷，更換后3小時內每小時測量一次電流和溫度；如某塊碳刷冒火花或跳動，調整此塊碳刷，如有卡澀，更換碳刷；如發現某塊碳刷燒紅，更換此塊碳刷；如發現滑環上有明顯環火，立即減無功接近于零，并測量各碳刷電流，取下一組火花較大的碳刷，必要時降有功負荷，進行調整、更換工作；如發現碳刷系統著火或對大軸放電產生火花，立即解列發電機，并檢查確認滅磁開關跳閘；發電機解列后，立即派人至現場滅火。

［1］江蘇華電揚州發電有限公司《330MW機組運行規程》.

［2］中國華電集團公司《電力生產事故調查規程》.