淺談600 MW水輪發電機組碳刷打火原因及處理方法

張 瑜, 雷 浩

(國大渡河檢修安裝有限公司,四川 沙灣 614900)

1 概 述

瀑布溝水電廠共有6臺水輪機組，每臺機組配有碳刷共50個，正極碳刷25個，負極碳刷25個，通過兩個銅排勵磁引線接入勵磁系統。2017年12月，瀑布溝運行人員在進行常規巡檢時，發現瀑布溝1號機組碳刷出現輕微打火現象，經與檢修人員協調后，建議在檢修期進行處理。

2 碳刷打火危害

勵磁碳刷出現輕微打火對機組并無太大影響，但如處理不及時，火花就會越來越嚴重，如若發熱嚴重，便會燒壞碳刷和滑環，破壞發電機的勵磁回路，對機組安全運行造成巨大威脅，甚至破壞電力系統穩定運行。

3 碳刷打火原因分析

碳刷打火的主要原因是碳刷在運行過程中發熱，在高溫下與滑環摩擦產生劇烈火花。碳刷發熱主要有三部分組成碳刷自身電阻發熱Q1，碳刷接觸壓降發熱Q2和磨擦發熱Q3，刷辮與碳刷接觸電阻和散流電流發熱Q4。

碳刷自身電阻發熱功率：W1=I2R

碳刷接觸壓降發熱功率：W2=I△E

磨擦發熱功率：W3=FV

接觸電阻和散流電阻發熱：W4=I2R

碳刷總體發熱量為:Q=Q1+Q2+Q3+Q4

其中：I為流過碳刷的電流；R為碳刷電阻；

△E為接觸壓降；F為碳刷壓緊力；V為碳刷與滑環的相對運動速度；R為接觸電阻和散流電阻等效值。

結合瀑布溝電站機組運行的情況和設備情況分析，碳刷打火的可能原因有如下幾點：

3.1 恒壓彈簧壓力不足

碳刷彈簧使用的是恒壓彈簧，碳刷規定壓力為180 cN/cm2。運行一段時間后，隨著不斷處于高溫環境下，造成彈簧彈力下降，以致造成碳刷與滑環接觸面積過小，使電流分布不均，在機組運行的過程中發生打火現象。若在碳刷底部施加壓力時，打火現象消失，這種情況下需進行更換彈簧。

3.2 機組振動 滑環表面不平整

由于機組的振動，使滑環與靜止的刷握產生接觸，損壞滑環而使滑環表面產生毛刺，振動也會使碳刷與滑環接觸不良而造成打火。

3.3 維護不到位

機組在長期高負荷運行情況下，碳刷與滑環長期摩擦會產生大量碳粉，發電機都裝有碳粉吸收裝置吸收碳粉，但也不能全部吸收，在長時間的運行過程中部分殘留的碳粉就會使滑環溝道發生堵塞，使碳刷粉結垢，碳刷積垢臟污后容易卡澀，不能活動自如，摩擦增大，產生大量熱量，發生打火現象。 機組運行中如大罩不嚴會使得灰塵沙粒進入滑環表面，就會引起碳刷跳動加劇、摩擦增大、接觸不良，并且產生大量的碳粉。碳粉聚集在刷握內會造成碳刷卡澀。也會影響電流的分配而導致打火的發生。

4 檢修處理方法

檢修人員在處理碳刷打火問題時，應嚴格按照運行規程中的方法進行處理。具體措施如下：

(1)更換磨損嚴重的碳刷。運行規程規定：當碳刷上沿與刷握平齊時，該碳刷就應予以更換；同一排碳刷不能同時更換三塊以上，且每一塊碳刷與滑環的接觸面積不小于70%或2/3以上；更換新碳刷前 要對新碳刷進行仔細打磨，保證碳刷與滑環之間接觸良好。

(2)更換剛度不足和過熱失效的恒壓彈簧。將之前20 N的恒力彈簧全部更換為22 N。

(3)滑環和電刷表面存在碳粉堆積，采用無塵白布蘸取少許酒精進行清洗，同時清洗碳刷表面。

(4)在巡檢過程中如發現個別碳刷存在嚴重燒紅，按照規程積極進行處理。

(5)如出現滑環嚴重過熱或局部刷架燒紅，應立即匯報值長，降低勵磁電流后盡快通知檢修人員到場協同處理。

5 防范措施

加強碳刷電流的檢測：

(1)運行人員要增加對碳刷電流的實時監測的次數，特別是在出現打火現象時更應如此，以便掌握碳刷的電流分布情況。如碳刷電流在12～80 A，說明運行正常；如碳刷出現零電流或高于標準值的情況，說明運行碳刷異常，電流過大繼續運行則會燒毀碳刷，嚴重時造成異常停機。

(2)根據機組運行時碳刷打火現象的嚴重情況，及時更換長度過短的碳刷。

(3)開發碳刷紅外測溫或聲定位監測系統，利用二次監測碳刷打火現象。

6 結 語

發電機碳刷打火現象在電機的運行中時有發生，嚴重威脅發電機的安全運行。因此，對碳刷的監視、維護保養并及時處理超溫故障，是保證發電機長期穩定運行的重要工作之一。充分利用規程規定及相關知識，積極采取措施控制勵磁系統的常見故障，防止和消除發電機組運行中碳刷打火的現象，對碳刷進行精心的維護，將碳刷打火消除在萌芽狀態顯得尤為重要。