張萌，唐杰

（北京京能未來燃氣熱電有限公司，北京 100000）

1 現(xiàn)狀分析

2017年6月以來，1#汽機發(fā)電機滑環(huán)碳刷經(jīng)常出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，2017年7月3日維護人員用紅外成像儀檢測發(fā)現(xiàn)負極有3只碳刷都在90℃以上，超過平均溫度的2倍。用鉗形電流表檢測電流都在100A以上，超出了平均電流的3倍，且有其它碳刷有不帶負載現(xiàn)象，測得電流為0A。

2 碳刷和滑環(huán)發(fā)熱的產(chǎn)生發(fā)展過程

碳刷正常運行中的最佳溫度一般在50℃左右，碳刷電流的分布趨于平衡，每塊碳刷正常工作電流在20～40A。機組正常運行的應具備以下條件：碳刷本身材質(zhì)的電阻；壓簧壓力為180～250g/cm2；氧化膜厚度在25nm左右；接觸面粗糙度Ra不大于1.25μm,不小于0.6μm；碳刷在刷盒中可以自由活動且無振動卡澀現(xiàn)象；碳刷底部與滑環(huán)表面無碳粉與油污污染；當機組正常運行情況下，所產(chǎn)生的熱量由通風系統(tǒng)帶走，也就是發(fā)熱與散熱達到基本平衡。

正常運行狀態(tài)下，運行負荷增加時，電流會隨之增大，溫度會有短時的變化，但是系統(tǒng)依舊可以維持相對的平衡。當出現(xiàn)壓簧壓力變小、氧化膜形成不好、接觸面粗糙度過大或者過小、碳刷在刷盒中卡澀等現(xiàn)象，運行負荷增加時，系統(tǒng)平衡能力降低，直接導致碳刷電流分布不均，部分碳刷電流達到甚至超過100A，而另外一些碳刷電流接近于零，致使整個系統(tǒng)內(nèi)碳刷出現(xiàn)較大的溫度差，而溫度過高的碳刷可能導致恒壓壓簧壓力衰減，刷盒變形，碳刷在刷盒內(nèi)卡澀，大量碳刷出現(xiàn)不正常的跳動，甚至會出現(xiàn)大量火花，導致刷辮燒斷或者脫辮。

3 運行中發(fā)電機碳刷發(fā)熱原因分析

（1）刷握及恒壓彈簧的原因。壓簧材質(zhì)、工作壓力、碳刷壓簧絕緣墊以及其他一些因素都會影響刷盒中的恒壓壓簧的使用壽命。刷盒中的恒壓壓簧使用一定時間后，會出現(xiàn)壓力不均、變形、裂紋、散簧等情況，導致恒壓壓簧壓力存在偏差，使碳刷分流不均勻，會出現(xiàn)嚴重超溫現(xiàn)象。而個別碳刷因壓力小，幾乎沒有電流通過。例如：碳刷壓簧絕緣墊脫落或者過熱損壞，壓簧流過電流使壓簧失去彈性，也會縮短壓簧使用壽命，最終導致碳刷分流不均。

發(fā)電機刷握底端卡板大部分不能正常使用，在發(fā)電機運行期間由于轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)，刷握在裝取時會導致碳刷崩角甚至斷裂，破碎的邊緣為高速氣流提供了入口，使碳刷與滑環(huán)之間形成了空氣薄層，導致接觸壓降急劇增加，摩擦系數(shù)急劇降低，使碳刷運行很不穩(wěn)定，造成電流分布不均勻。另外，由于灰塵清理不及時，碳刷在刷握盒中會出現(xiàn)卡阻情況導致碳刷失效，致使其它碳刷分配的電流增加、溫度增加。

（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)通風不暢。轉(zhuǎn)子滑環(huán)之間裝有1只離心式風扇，通過進、出口風道帶動風循環(huán)。在滑環(huán)上開有許多斜向通風小孔，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，帶動外部風進入冷卻槽對發(fā)電機集電環(huán)進行冷卻。發(fā)電機運行一段時間后，滑環(huán)表面由于碳粉進入滑環(huán)通風小孔在孔口堆積，致使通風小孔口堵塞，導致熱風引導不暢，破壞了風循環(huán)。

通風冷卻進出風道采用下進風下出風結(jié)構(gòu)，管道拐彎曲折、通風阻力大，加劇外罩小室內(nèi)負壓情況，且進出風口均在中間層，冷熱風易混流、噪聲會疊加增大，同時中間層油污大、灰塵多，會污染滑環(huán)小室環(huán)境，引起積塵或油污，從而導致滑環(huán)與碳刷導電接觸不良、載流分布不均勻。

（3）油污的原因。由于發(fā)電機軸瓦處于排煙末端，軸瓦內(nèi)負壓本來就小，再加上軸瓦上部的排煙管堵塞或排油煙風機效率較低的原因，致使軸瓦內(nèi)的油煙從油檔齒處向外冒出?；h(huán)小室運行中處于負壓狀態(tài)，故油氣通過轉(zhuǎn)子大軸被吸入到滑環(huán)上，導致滑環(huán)表面氧化膜呈現(xiàn)“鏡面”現(xiàn)象?！扮R面”導致碳刷在滑環(huán)表面“打滑”。

（4）轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面氧化膜的原因。發(fā)電機滑環(huán)上的氧化膜實際是一層貴金屬薄膜，主要增加導電性。氧化膜的厚度會影響電流傳遞的程度。氧化膜的光潔度也會影響，一般對氧化膜光潔度要求在Ra0.8以上，除此之外，還要考慮氧化膜的附著力。夏季機組停機期間空氣濕度大，導致滑環(huán)表面出現(xiàn)銹跡現(xiàn)象，破壞了氧化膜。另外，碳刷質(zhì)量不過關(guān)也會造成滑環(huán)表面的損傷破壞了氧化膜。

4 發(fā)電機碳刷發(fā)熱處理方法

（1）刷握及恒壓彈簧處理。盡量使用發(fā)電機原廠的刷握，不能隨意更改刷握的廠家和型號。對卡板進行維修，卡板的作用是將碳刷控制在刷握上，在安裝時不會上下活動，為避免碳刷直接在壓簧的作用下打到集電環(huán)上，取刷握時會將碳刷固定在刷握上，以保證安全。定期對刷握進行灰塵清理，碳刷在刷握內(nèi)應上下活動自如，碳刷與刷握的間隙應為0.1～0.2mm，碳刷應無跳動、搖擺或卡澀的情況。

（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)通風不暢處理。為緩解滑環(huán)小孔的堵塞情況，可定期應用干凈干燥的壓縮空氣來吹滑環(huán)積粉或者積灰，停機之后對滑環(huán)小孔是否疏通進行及時檢查。對滑環(huán)小室外罩進行改造，新設(shè)計的通風冷卻進出風道采用上進風下出風結(jié)構(gòu)，進風口設(shè)置在外罩小室頂部，減少通風管道彎折程度，防止噪聲疊加增大，并增加進風口噪聲吸音結(jié)構(gòu)，以降低噪聲等級，而出風口仍然布置在中間層，最終達到減小管道通風阻力、避免冷熱風混流、降低噪聲等級、消除油污灰塵影響。對進風口濾網(wǎng)給予定期檢查與清理，確保進風的風量和清潔性（圖1）。

圖1

（3）油污的處理。在發(fā)電機大修的時候，對軸瓦油檔進行檢查、清理，并且調(diào)整密封間隙。將滑環(huán)室的3齒風擋密封改為5齒，同時對密封間隙進行調(diào)整，減少油氣的進入。適當減小其他軸瓦的負壓，使發(fā)電機軸瓦負壓增大。

（4）轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面氧化膜的修復。在發(fā)電機停機盤車期間，用清潔磨石壓在滑環(huán)表面上，然后沿著滑環(huán)旋轉(zhuǎn)方向慢慢地來回移動，以使離心壓力與正常運行中的一樣，時間一般在3～5min，并使每一槽都得到修整。

（5）經(jīng)上述方法處理后統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，1#汽機發(fā)電機滑環(huán)碳刷電流的分布更趨于平衡，沒有再出現(xiàn)碳刷超溫的情況，發(fā)電機的運行工況進一步得到了改善。

5 運行中發(fā)電機碳刷維護與措施

（1）加強碳刷和刷盒管理。應建立發(fā)電機電刷使用臺賬，電刷更換后應進行記錄。記錄的內(nèi)容包括機組號、電刷組號和編號、電刷型號、更換的電刷數(shù)量及編號、更換碳刷的原因。管理人員要經(jīng)常檢查電刷的使用情況，及時補充電刷備品和維護工具。

（2）建立碳刷和滑環(huán)溫度、電流定期測量工作制度。用遠紅外測溫儀，測量和掌握集電環(huán)表面無過熱現(xiàn)象，刷架溫度應不高于120℃，刷體溫度控制在不大于80℃，用直流鉗形電流表對每個碳刷進行測量，碳刷電流控制在20～100A，并做好測量記錄。定期對滑環(huán)和所有碳刷的溫度和電流進行測量并且詳細記錄，根據(jù)測量結(jié)果分析碳刷運轉(zhuǎn)情況，對運行狀況差的碳刷進行調(diào)整。

（3）及時更換短電刷，每次更換20%的碳刷（即每臺機的每個刷桿的20%）。使用新碳刷前必須要用磨刷機打磨，以保證碳刷和滑環(huán)表面接觸達到70%后進行更換；領(lǐng)用新碳刷時應該首先進行碳刷阻值測量，并將阻值相同的碳刷分別編號存放。更換碳刷時，必須在同一極滑環(huán)使用同一阻值的碳刷，嚴禁不同阻值的碳刷在同一極滑環(huán)上使用，且每個碳刷均應標明阻值。

6 結(jié)語

發(fā)電機勵磁碳刷在運行中會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，對發(fā)電機的安全運行產(chǎn)生嚴重的影響。所以，為了保證發(fā)電機長期安全穩(wěn)定運行，日常維護工作中需要定期監(jiān)視集電環(huán)和碳刷的運行情況，若出現(xiàn)發(fā)熱情況需要及時處理。發(fā)電機勵磁碳刷運行中大部分會用紅外測溫儀對碳刷進行定期測量溫度，查看其是否存在發(fā)熱情況，同時用鉗形直流表測量各個碳刷上承載的電流，盡可能使各個碳刷上承載的電流均衡。當發(fā)電機勵磁碳刷溫度過高時，一定要采取相應的措施控制溫度，降低溫度。碳刷溫度過高時會增大碳刷的電阻，會產(chǎn)生惡性循環(huán)，對碳刷和滑環(huán)產(chǎn)生破壞，甚至出現(xiàn)環(huán)火，燒掉整個集電環(huán)。發(fā)電機勵磁碳刷一旦出現(xiàn)溫度過高的情況，必須采取一定的措施，查找問題原因，及時處理，保證碳刷的安全穩(wěn)定運行。