淺析水輪發電機碳刷打火、溫度異常升高原因及措施

田征前，王志寶，李偉偉

（貴州烏江水電開發有限責任公司沙沱發電廠，貴州 銅仁 554300）

碳刷也叫電刷，作為一種滑動接觸件，在許多電氣設備中得到了廣泛的應用。碳刷在產品應用材質主要有石墨、浸脂石墨、金屬（含銅，銀）石墨。碳刷是電動機或發電機或其他旋轉機械的固定部分和轉動部分之間傳遞能量或信號的裝置。

碳刷的缺陷與異常中最為常見的有異常打火、溫度升高等情況。碳刷嚴重打火易造成發電機轉子滑環正負極短路故障，碳刷溫度過高將燒損轉子回路并引起短路或接地故障。

1 處理前的碳刷運行情況

1.1 4臺機普遍存在的現象

（1）負極集電環、碳刷比正極溫度高。

（2）負極碳刷發生打火現象。

（3）靠近勵磁引線的幾個碳刷相比較溫度較高。

1.2 各臺機碳刷打火溫度異常升高歷史溫度記錄情況

2014年5月，根據碳刷運行巡視記錄，總體情況如下：碳刷運行溫度隨并網時間延長、負荷增大普遍增高，特別是勵磁電流增大時部分碳刷溫度升高較明顯，個別碳刷溫度存在超標的現象，且負極有打火情況發生，趨勢圖如1。

2 碳刷打火、溫度異常升高的原因分析

2.1 對4臺機集電環表面檢查（表1）

表1

圖1

由上表分析得出，集電環表面光潔度稍差，致使負極集電環未形成氧化膜，在運行中容易吸附粉塵，致使集電環表面存在高點或凹點，接觸不良，碳刷溫度升高后易造成打火。

2.2 由于勵磁電纜集中布置于導電環端部，電流分配不均

致使靠導電環端部的碳刷通過的電流稍大，溫度相對偏高，是造成碳刷打火溫度升高原因之一（見圖2）。

2.3 對4臺機碳刷發熱時運進行電流測試（表2）

分析得出，負極碳刷通過的電流差異較大，最高為265A。因碳刷通過的電流不均衡，運行電流大的碳刷負載大發熱量高，是造成碳刷打火溫度升高的重要原因。

3 碳刷打火、溫度異常升高的處理措施

3.1 針對集電環難形成氧化膜問題

圖2

表2

在機組檢修中，將集電環拆除，對集電環表面進行加工處理，使集電環表面光潔度滿足要求。

處理前：集電環表面光潔度完全不能滿足運行需求，光潔度極差，且存在凹凸點（見圖3）。

處理后：將集電環拆除，對集電環表面加工倒角后，集電環表面光潔度滿足運行要求（圖4）。

采取此措施后，碳刷不再打火，但靠近導電環端部的碳刷溫度還是偏高于其他位置的碳刷。

4.2 針對勵磁電流分布不均問題

改變集電環勵磁電纜的接入方式，將勵磁電纜平均分布布置于導電環上。

處理前：正、負極6根勵磁電纜分別集中布置于正、負極導電環端部（圖5）。

圖3

圖4

圖5

處理后：正、負極6根勵磁電纜分別平均分布于正、負極導電環上（圖6）。

采取此措施后，靠近電環上附近的碳刷溫度總體不再偏高，但隨著機組勵磁電流的增大，其他位置的碳刷仍然存在部分溫度異常升高的情況。

3.3 針對碳刷通過電流差異較大的問題

采取將正、負極碳刷數量由初始設計的30個增至56個，增大碳刷的總量，同時根據碳刷的增加量重新制作導電環，并進行安裝。

處理前：正、負極碳刷分別為30個，分別布置于正、負極導電環上，見圖7。

改造后：將正、負極導電環更換改造，增長導電環的周長，分別增加正、負極碳刷至56個，將碳刷布置于正、負極導電環上，見圖8。

采取此措施后，隨機組負荷的調整及勵磁電流的增大，所有碳刷溫度不再發生溫度異常升高的現象。

采取上述處理后措施后碳刷運行情況：

2015年5～10月，根據碳刷運行巡視記錄，總體運行情況如下：1#～4#機更換集電環、碳刷架后碳刷溫度相對較穩定。5月統計的1#～4#機碳刷溫度趨勢圖，見圖9。

6 取得的成果

圖6

圖7

圖8

圖9

通過對集電環表面打磨，使集電環表面光潔度滿足要求，在碳刷發生溫度異常升高時不再發生打火現象，防止勵磁回路因打火（環火）造成短路。通過對集電環勵磁電纜的接入方式的改變，將勵磁電纜平均分布布置于導電環上，使靠近電環上附近的碳刷溫度總體不再偏高。通過增加碳刷數量，有效地降低了負極各碳刷流過的電流，使碳刷不再發熱，運行一段時間后集電環表面能可靠的形成氧化膜，更加保障了機組勵磁回路能長周期的安全穩定運行。

經過上述對集電環打火（環火）、碳刷發熱等原因的分析及處理，針對不同的問題，充分分析其原因及采取合理的處理措施，有效地解決了我廠碳刷打火、溫度異常升高的問題，為我廠機組長周期安全穩定運行夯實了堅實的基礎。