談發電機集電環打火與溫度過高的處理方法

陳卓

（國家電投集團貴州鴨溪發電有限公司，貴州 遵義 563108）

當前科技不斷更新換代，集電環作為發電機轉子電流的承載體，對發電機組運行狀態具有較大影響。由于其在運行中高速滑動，在打火時容易受電刷發熱因素影響，導致溫度驟然升高，從而引發發電機停機事故。對此，技術人員應加強重視，并通過更換碳刷、電刷、恒壓彈簧等方式，使打火時溫度得到有效控制，避免此類故障的發生。

1 事故發生

某廠擁有兩臺300MW的火力發電機，2017～2019年，二者在運行時連續多次發生故障，且均因集電環打火導致溫度過高，使碳刷刷握被燒毀，火電機組被迫降低負荷甚至幾次停機整修，不但使檢修任務量提升，還對當地正常發電造成嚴重影響，為企業帶來極大的經濟損失。

2 原因分析

為了能夠徹底解決這一問題，技術人員到廠后從多個方面探究問題的成因，主要總結為以下幾點。

2．1 碳刷質量不佳

在本廠的1#火電機組碳刷打火中，將碳刷替換下來，發現其表面存在不均勻的崩角，一些刷握與刷辮之處存在松動。究其原因，可能因碳刷跳動幅度過大，也可能因材質不佳所致，在二者連接之處有所松動導致接觸電阻提高，碳刷電流分布不夠均勻，即便碳刷能夠靈活運動，但在壓簧的作用下活動范圍受限，很容易導致碳刷與滑環之間無法有效接觸，實際承擔的電流數值也隨之降低，甚至清零，這樣勢必會導致打火時碳刷被燒紅。

2．2 冷卻風道漏風處理

冷卻風壓與風量之間存在正比關系，且風阻與截面、風道長度、彎曲度等均存在一定聯系，成型的風阻可看成恒定值，風壓與風量之間存在直接聯系。風量不但由風機的送風流量而決定，還受風道氣密性的影響，當風道漏氣時，通風口處的風壓勢必隨之增加，但到達冷卻處時卻較小，進而對電環處的冷卻效果產生不良影響。該廠自從火電機組投入運行后始終沒有對泄漏問題進行檢驗，在本次維修中對風道進行檢查，發現在主風道上存在一個漏風口，口徑為150mm×150mm。在機組安裝時，該孔與地面平齊，上方鋪設了膠墊，目前，膠墊已經老化，存在許多孔隙，氣密性也受到較大影響，出現較為嚴重的泄漏，導致冷卻風量不足，風壓與正常相比較低，集電環的散熱性因此受到影響，熱量聚集在一起，溫度升高后直至打火。

2．3 集電環受損嚴重

部分機組中的集電環因長期運作未得到及時更換，表面存在溝槽，電刷與集電環在更換時接觸面減少，導致環體與電刷的溫度提升，二者接觸不良或產生火花，接觸面高溫致使電阻溫度隨之提升，因電刷自身帶有負溫度系數，當溫度提升時電阻值降低，電刷與電流量增加并逐漸加熱，溫度驟然提升，使電刷與引流銅線被燒毀。此外，如若集熱環上方的通風口被油煙、污漬堵塞，使其冷卻位置通風不良，同樣會影響其散熱性能發揮，導致溫度提升。

2．4 壓簧壓力不足

彈簧在高溫狀態下會拉長，彈性受到不良影響，導致碳刷實際接觸面積變小，更換下來的彈簧中未發現嚴重損壞的痕跡，只是彈性有所下降。但在以往的打火故障中，經常出現恒壓彈簧受損甚至斷裂的情況，因彈簧壓力不均勻或者力度不足，導致碳刷所承受的電流不盡相同。對此，技術人員對不同碳刷電流進行卡測得知，因彈簧壓力不足，部分碳刷承受的電流數值有所提升高于100A，由此導致碳刷在打火燒紅。

2．5 其他原因

（1）碳刷受到油污影響阻礙通風，導致滑環溝槽長期運行被堵塞。碳刷粉也因此結垢，碳刷在使用時卡澀，無法靈活地移動，同樣會導致電流分布不均或者滑環表面溫度升高；

（2）刷握調整不科學，碳刷位置無法與滑環周圍法線方向相匹配，肉眼觀察便可發現刷握與滑環之間的高度不同，一些無法與滑環周圍法線方向相同。在軸系旋轉過程中很容易產生偏心，滑環與握刷相交之處被損壞，導致滑環表面不夠平整，由此引發打火問題；

（3）刷牌號不同。但此種情況在該廠中基本不會發生，因為該廠電刷已經派遣專人負責管理，且統一配置，當前全廠電刷的型號已經做到統一；如若電刷質量不佳，也可能導致環體發熱或者電刷發熱，這一問題也不會發生，因為該廠的電刷質量已經經過檢測，完全與標準相符。

3 解決措施

針對當前發電機故障，利用紅外線測溫儀對電環溫度進行測量。發現在其正常運行狀態下，勵磁端電環的表面溫度在60～85℃；當處于故障狀態時，環體的溫度會持續提升，增長到135℃，極大地影響發電機組的正常運行。對此，急需采取有效措施進行預防和解決。技術人員經過檢測得知，當發電機的電刷出現打火現象時，可根據相關規定采取以下措施予以解決。

3．1 加強電刷碳刷檢查

根據以往的處理經驗，首先，應在不同狀態下對電刷運行情況進行檢查，對于不打火、溫度適宜的電刷，應對其接觸性進行檢查。對于打火、溫度過熱的碳刷來說，有可能接觸性良好；如若先對接觸良好的碳刷進行處理，可能導致碳刷打火現象加劇。因此，應先對不打火狀態下的電刷性能進行檢查。其次，更換不同類型的碳刷。根據相關規定可知，當碳刷上方與刷握平齊時，便要對碳刷進行更換。同一排碳刷同時更換的數量不可超過3塊，且每塊碳刷與滑環之間的接觸面均要超過2/3或者70%。在碳刷更換之前，應對其進行細致的打磨，使滑環與碳刷相交的面變得粗糙，有助于二者更好的接觸，勵磁電刷所采用的碳刷牌號應相同。最后，針對接觸不良、重新打磨、接觸面異常的碳刷，在按照規定利用砂紙進行打磨后，對過熱失效、剛度較弱的壓簧進行替換，確保壓簧的壓力范圍在0.11～0.12MPa。

3．2 集電環打磨降溫

在溫度為135℃環境中，電刷將電環表面燒出氧化層，加上環體表面產生溝槽，導致電刷與電環之間出現接觸異常現象。對此，可用絲布與酒精混合后對環體進行降溫，使溫度降低到70℃，采用2000號砂紙對電環進行磨砂。在磨砂過程中，技術人員手戴橡膠手套擺好姿勢后，將電環打磨位置固定，用手指壓住砂紙對電環進行打磨，直至將環體表面的黃色氧化層全部磨除，透出環體本身光澤為止。此時，環體溝槽處也被基本磨平，可利用酒精輕輕擦除，同時，用電刷對表面進行清擦，將原本發熱的電刷替換下來，更換上摩根S27型的電刷，在投入48h運行后，發現電刷溫度與環體溫度均滿足指標要求，且各項指標的運行狀態良好。

3．3 調整碳刷電流大小

根據當前發電機組電流數值，對每塊碳刷電流均值進行計算，并根據電流實際大小調整碳刷，使各個碳刷中電流分擔差值控制在合理范圍內。碳刷電流均值的計算公式為：

W＝M/N

式中，W代表的是碳刷電流均值；M代表的是勵磁電流；N代表的是碳刷數量。同時，還應確保優質碳刷的貨源渠道可靠，在每次替換碳刷之前，應對其外觀進行檢查，判斷碳刷與刷辮之間的接觸是否穩固，并對碳刷的直流電阻進行測定，選擇質量合格的碳刷，如若無法達到要求便更換刷型，采用質量良好的碳刷。該廠在此次維修處理中，將原本D172型的電刷全部替換成S27型，在質量方面提高一個層次，且碳刷的替換量得到顯著降低。

4 應用效果

采用上述措施對集電環故障進行處理后，使以往經常出現的打火、溫度過高等問題得到有效控制和預防，有效減少了電刷刷握燒毀現象發生。同時，針對電環與風道等位置進行跟蹤監測可知，電環冷卻系統的氣密性得到顯著提升，集電環的溫度被控制在允許的指標范圍內，且各項指標的運行狀態良好，該廠的發電機組能夠健康穩定地持續運行。

5 結語

綜上所述，發電機作為主要發電設備，在其運行中很容易出現集電環打火等故障，應定期開展維護與檢修工作。為了確保機組穩健運行，應充分利用規程與相關知識，對碳刷打火現象的成因進行分析，并采取科學有效的維護措施，通過對碳刷與各部件的精心維護，把打火等故障問題扼殺在萌芽狀態，促進發電機組的可持續運行。