發電機碳刷冒火花原因分析與處理

葉馬進

在發電廠運行生產中，我們經常會遇到發電機碳刷冒火花的缺陷，這起初雖是一件小事，但如果不及時發現隱患并作出正確的處理，特別是機組滿負荷時會逐漸發展成環火短路引起發電機組跳閘，造成不必要的損失。發電機集電環碳刷冒火花的原因甚多，相關技術資料都作出了詳細的論述，在這里我主要結合實際生產中遇到的問題與大家共同探討一下，發電機集電環碳刷冒火花最常見的幾點原因及采取的有針對性的主要處理方法。

一、碳刷壓力不均勻或不符合技術要求

電氣運行規程明確規定集電環碳刷不發生火花的最小壓力為200 – 300 g/cm2，且各碳刷壓力應均勻[1]。而引起碳刷壓力不均勻的原因很多例如：①混用恒壓彈簧；②恒壓彈簧受熱軟化，壓力不足；③個別碳刷磨擦過短，壓力彈簧無法壓緊；④碳刷在刷握內的活動間隙小于0.1毫米，碳刷向下滑動時出現機械卡澀現象。針對以上四種原因工作人員應使用正規廠家的統一型號的恒壓彈簧，調整各彈簧壓力應基本一致，更換過短跳動的碳刷（同一排碳刷不能同時更換三只以上），調整碳刷與刷握裝配間隙，使碳刷在刷握內的活動間隙滿足0.1～0.3毫米的要求并且能上下自由活動，防止運行中碳刷發熱膨脹出現軋剎現象。

二、碳刷間負荷分配不均勻

若一小部分碳刷由于以下幾種原因：①磨損過短；②彈簧壓力不足；③刷辮斷股；④碳刷與集電環接觸面減少等；不能正常分擔負荷時，為了維持發電機正常出力，通過其他碳刷電流密度必將增大，而碳刷發熱量與電流的平方成正比（Q=I2Rt），致使溫度急劇上升，產生火花，這種情況在機組滿負荷且碳刷接觸面磨偏不規則時更為嚴重，逐步惡化形成環火。碰見這種情況，工作人員應及時做好準備，使用鉗形電流表測量各碳刷電流分布情況，更換磨損發熱及過短跳動的碳刷，同時更換受熱軟化的壓力彈簧，對負荷過重，過輕的碳刷及時調整，重點是使碳刷壓力均勻，位置對準電環圓周的法線方向，使碳刷與集電環充分接觸。每個碳刷對集電環的壓力都應基本一致，并符合技術要求達14.5N±20% /只（用彈簧秤測量）[2]。

三、碳刷和刷辮，刷辮和刷架間的連接松動

由于金屬片連接松動直接會造成接觸電阻增大，根據熱量公式Q=I2Rt，發熱量跟電阻成正比，當負荷電流不變時，發熱量隨電阻增大而增加，如果積聚的熱量未能及時散發出去時，溫度就會逐漸上升，到達一定程度就會產生火花，火花產生后會進一步燒紅碳刷的刷辮，使碳刷的工作環境更加惡劣，從而惡性循環，冒火花變得更為嚴重，有幾個這種情況時就會發生環火。因此，在日常維護中，運行人員應重點檢查碳刷及刷辮，刷辮和刷架間的接觸是否良好，定期使用紅外線測溫儀測量碳刷及金屬連接片是否過熱（一般控制在120℃以下），檢查接頭片正常狀態下應搪錫，且無假焊現象，若發現有松動的應聯系檢修人員設法緊固。

四、碳刷接觸面不潔

正常時發電機集電環碳刷密封在裝設有有機玻璃的防護罩內，但長期運行之后防護罩橡皮嵌條容易老化脫出，外面的粉塵伴隨著空氣通過防護罩不嚴密處被大軸上風葉刮入，并附著在碳刷和刷柱上，不但影響了碳刷散熱，還容易造成刷柱間環火（因絕緣強度降低引起），對于這種情況最普遍的做法是將不潔凈的碳刷逐個拉提出來，用干凈帆布或電工刀刮去接觸面的污垢，并用細號木砂紙研磨其表面及接觸面直至平整光滑，同時修復防護罩橡皮嵌條，填堵漏洞。為了加強碳刷的通風冷卻，改善碳刷與滑環的接觸，有效地排除碳粉，制造廠家將集電環表面加工成螺旋狀的溝槽[3]。但如果天氣潮濕，研磨出的碳粉沉積過多未能及時排走就會降低碳刷間絕緣電壓等級，很容易引起環火短路。建議在停機狀態下，由檢修人員清掃碳粉，及時疏通滑環風道，并用0.5kg/cm2干燥的壓縮空氣吹掃集電環部位及附近的灰塵，這樣便可避免一起發電機碳刷冒火花被迫停機事故了。

五、滑環燒蝕生銹或者是磨損失圓

一方面，發電機滑環在長期運行中一當發生燒蝕生銹，在其表面上就會留下不同程度的熔點和麻坑，使得發電機滑環光潔度下降，這些燒蝕的熔點和麻坑與碳刷接觸，不但加劇碳刷磨損，還會加劇滑環表面氧化，導致滑環發熱，又由于摩擦的碳粉積聚容易引起滑環氧化膜變厚，使得碳刷接觸電阻增大，溫度升高，從而產生火花，造成滑環表面的燒傷。另一方面，由于碳刷機械摩擦不平衡，致使滑環偏心失圓，碳刷與滑環接觸不穩定，碳刷跳動，部分碳刷過熱冒火花，繼而發生環火，燒毀碳刷及刷架，甚至燒毀滑環，造成轉子回路短路接地。對于以上兩種情況工作人員應在停機狀態下對滑環進行全面檢查，如有輕微燒蝕可用“0”號砂紙打磨，再用干凈的棉紗稍蘸酒精或汽油擦拭滑環和碳刷接觸面，如有嚴重的燒蝕現象，則應進行精車加工；同時視具體情況測量滑環厚度及偏心度，當滑環的實際厚度小于名義尺寸20毫米以上，且機械強度明顯減弱時應予以更換；滑環偏心度不得大于0.015-0.12毫米，否則應進行車削和研磨加工處理。

六、汽輪發電機組軸承振動大

如果發電機組在運行中由于軸承油膜振蕩；大軸的彎曲度過大；發電機與汽輪機連接時中心校驗不正；機組與軸承座安裝不牢固等原因引起軸承振動加大時，碳刷就會隨著機組跳振，致使刷柱摩擦不均，引線及彈簧松動，甚至刷握與滑環產生觸碰，發生局部火花慢慢進一步影響到全局。對此，我們運行人員應該改變汽輪機抽汽方式改善機組振動，檢查潤滑油溫是否偏高，嚴格控制軸承油溫在38-42℃之間，并適當減少勵磁電流防止電磁力過大引起的電磁激振。如果經過上述的處理都無法將機組振動降下來時，應停機處理，由檢修人員加平衡塊做動平衡或重新校驗大軸中心等方法來改善振動問題。但帶有勵磁機的發電機組（A廠#1、2機組），由于設備舊，軸系長等原因，振動很難降到最低值，碳刷冒火花問題時有發生，針對這種情況，我們唯有加強設備巡視，必要時更換過短或發熱碳刷，提前消缺，防患于未然。

引起發電機碳刷冒火花的原因還有很多方面的，例如：碳刷制造材質差，研磨不良，滑環與刷架安裝不合理，機組軸系偏心導致振動等等都會引起碳刷冒火花，在這里不再一一闡述了，但在近幾年實際生產中以上論述的六點情況最為常見。無論何種原因引起發電機碳刷冒火花，我們運行人員的主要工作首先是減少發電機勵磁電流，并適當降低機組負荷，減輕局部不良碳刷工作壓力，再配合檢修人員做進一步的處理，但在處理過程中務必要防止發電機勵磁調節器強勵或失磁的動作，避免擴大事故。這些是我個人一點淺見，其中有不妥或未詳盡之處，敬請各位同仁批評指正。

參考文獻：

[1]《云浮發電廠125MW（135MW）機組電氣運行規程》

[2]《電氣運行技術問答》中國電力出版社出版發行，王彥忠，周巧俏主編

[3]《電機學》重慶大學出版社出版發行，謝明琛，張廣溢主編

[4]《發電廠電氣部分》第二版水利電力出版社出版發行 四川省聯合大學 范錫普主編