杜 瀟，李小景，楊成文，曹生平

(中鹽內(nèi)蒙古化工股份有限公司鹽堿分公司，內(nèi)蒙古阿拉善 750333)

發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷系統(tǒng)可以確保發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，但在實(shí)際運(yùn)行階段，碳刷與滑環(huán)發(fā)熱與磨損現(xiàn)象較為普遍，這時(shí)如果不對其加以處理或處理方式不當(dāng)，就會(huì)增加故障范圍，甚至還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)損壞或發(fā)電機(jī)停機(jī)，進(jìn)而帶來諸多不必要的損失。

1 發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷系統(tǒng)的工作原理與正常運(yùn)行

同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在通入直流電之后會(huì)產(chǎn)生磁場，直流勵(lì)磁場電流主要是借助電刷與滑環(huán)以及引線進(jìn)入到繞組的，滑環(huán)與電刷接觸關(guān)系即為靜止與轉(zhuǎn)動(dòng)。電刷日常運(yùn)行溫度通常是在50 ℃～80 ℃，而溫升在40 ℃左右，碳刷安裝形式主要為恒壓彈簧形式，彈簧壓力應(yīng)保持在0.2 kg，并且應(yīng)在轉(zhuǎn)子滑環(huán)正負(fù)極中安裝數(shù)量相等碳刷，兩極之間的設(shè)計(jì)需要有與轉(zhuǎn)子同軸的風(fēng)扇葉片，這樣就可以在旋轉(zhuǎn)時(shí)確保碳刷小室生成負(fù)壓，借助負(fù)壓將碳刷和滑環(huán)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移出去，確保熱量與散熱在標(biāo)準(zhǔn)范圍。此外，碳刷在滑環(huán)中的摩擦與自然氧化可以使其在集電環(huán)接觸面上生成一層氧化膜，這種氧化膜稱為復(fù)合薄膜，因?yàn)槠涮荚氐膶?dǎo)電性，能夠很好地優(yōu)化碳刷和集電環(huán)的導(dǎo)流特征，具有較強(qiáng)的潤滑性能，對減少碳刷與集電環(huán)摩擦系數(shù)方面的作用十分明顯，進(jìn)而促進(jìn)碳刷和滑環(huán)有效運(yùn)行并保持正常工作。

2 發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷系統(tǒng)常見故障原因與處理措施

2.1 滑環(huán)非正常磨損

2.1.1 原因

碳刷與滑環(huán)之間的磨損主要為機(jī)械磨損與電流作用下的電氣磨損兩類。(1)碳刷與滑環(huán)表面在接觸時(shí)，材料變形等原因會(huì)導(dǎo)致兩者的接觸互相嵌入，這樣在滑動(dòng)階段就會(huì)出現(xiàn)磨損，這一過程就是機(jī)械磨損；(2)因勵(lì)磁電流會(huì)通過碳刷與滑環(huán)接觸面，這時(shí)如果出現(xiàn)碳刷較短或表面不平整等問題，就容易導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)兩者之間的接觸電阻不斷增加，一旦增加接觸面就會(huì)出現(xiàn)電弧，在電弧高溫的作用下，兩側(cè)極面局部就容易出現(xiàn)融化與脫落等現(xiàn)象。另外還容易出現(xiàn)金屬變成金屬蒸汽、碳刷結(jié)構(gòu)松化以及受氧化腐蝕等，這一過程即為電氣磨損的表現(xiàn)。電氣磨損在嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致滑環(huán)表面變得十分粗糙，進(jìn)一步說明了電氣磨損是滑環(huán)非正常磨損的關(guān)鍵因素。

2.1.2 處理措施

科學(xué)調(diào)整和優(yōu)化碳刷滑環(huán)系統(tǒng)，在過程中需要對滑環(huán)實(shí)施車削與打磨處理，這樣既可以確保滑環(huán)更加圓潤，同時(shí)還能夠提升滑環(huán)表面的光潔度。另外，還應(yīng)科學(xué)控制刷握與滑環(huán)之間的距離，可以將兩者之間的距離控制在2 mm～4 mm之間，在這一基礎(chǔ)上還需要再次打磨碳刷，確保碳刷和滑環(huán)的接觸面超出90%，這種并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行模式可以全面提升發(fā)電機(jī)運(yùn)行的有效性。

2.2 發(fā)電機(jī)碳刷溫度高

2.2.1 原因

發(fā)電機(jī)碳刷運(yùn)行階段，正常溫度即50 ℃～80 ℃，溫升在40 ℃左右，電流分布整體均衡的基礎(chǔ)上各個(gè)碳刷工作電流應(yīng)保持在20 A～100 A。另外，刷握彈簧壓力均勻且碳刷活動(dòng)自如沒有卡頓現(xiàn)象即為正常，碳刷與滑環(huán)在運(yùn)行階段會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量會(huì)被通風(fēng)系統(tǒng)帶走，過程中一旦碳刷變短，那么接觸點(diǎn)與附加電阻就容易增加，進(jìn)而導(dǎo)致碳刷運(yùn)行工況出現(xiàn)偏差，同時(shí)在工作電流增加的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)平衡力也會(huì)隨之降低，這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部溫度也會(huì)提高，容易出現(xiàn)難以控制的局面。上述問題出現(xiàn)的主要因素為：(1)冷卻裝置出現(xiàn)故障，導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量難以及時(shí)排出，這樣就會(huì)增加碳刷與滑環(huán)溫度；(2)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行超負(fù)荷，造成碳刷溫度不斷增加；(3)碳刷與滑環(huán)接觸面較小而導(dǎo)致溫度過高；(4)滑環(huán)風(fēng)道出現(xiàn)堵塞而造成的溫度過高；(5)碳刷自身質(zhì)量問題而導(dǎo)致溫度高；(6)彈簧壓力較大而導(dǎo)致溫度和熱量不斷增加。

2.2.2 處理對策

(1)因?yàn)槔鋮s裝置導(dǎo)致的風(fēng)道堵塞可以先從外部進(jìn)行冷卻處理，溫度下降到標(biāo)準(zhǔn)以后則應(yīng)立即對風(fēng)道進(jìn)行疏通處理，在疏通階段切不可讓風(fēng)道出現(xiàn)短路與漏風(fēng)現(xiàn)象；(2)勵(lì)磁系統(tǒng)在超出負(fù)荷以后需及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)電流，確保系統(tǒng)電流更加標(biāo)準(zhǔn)；(3)如果碳刷與滑環(huán)接觸面較小，應(yīng)立即對其進(jìn)行調(diào)整和打磨處理，使接觸面大于90%；(4)滑環(huán)風(fēng)道堵塞可以先用壓縮空氣來進(jìn)行吹掃，在溫度下降之后再進(jìn)行疏通處理，這一過程需要停機(jī)操作，避免出現(xiàn)安全問題；(5)如果因碳刷質(zhì)量問題導(dǎo)致其溫度升高，則需要更換零件，但應(yīng)確保新舊零件型號相同；(6)碳刷與壓緊彈簧之間的壓力范圍需要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各個(gè)碳刷壓力應(yīng)不超出10%。

2.3 碳刷滑環(huán)燒壞

2.3.1 原因

(1)發(fā)電機(jī)長時(shí)間運(yùn)行，容易導(dǎo)致刷握內(nèi)部各部分零件出現(xiàn)疲勞與接觸不可靠等現(xiàn)象，因?yàn)榱慵谂c壓力程序不同，也會(huì)使碳刷和滑環(huán)接觸電阻不同，進(jìn)而導(dǎo)致各個(gè)碳刷回路的電流分配不均衡；(2)碳刷與滑環(huán)接觸面一旦出現(xiàn)氧化問題，則就容易導(dǎo)致電流回路接觸電阻不斷增加。這一現(xiàn)象出現(xiàn)的因素即為現(xiàn)場環(huán)境溫度較高，電流接觸面發(fā)熱就會(huì)增加接觸面的氧化速度，氧化程序的不同也會(huì)導(dǎo)致接觸電阻與電流的不同；(3)碳刷與滑環(huán)在長時(shí)間運(yùn)行背景下，因磨損程度的不同會(huì)造成碳刷卡阻或接觸不良，這樣就會(huì)使碳刷與滑環(huán)兩者之間的接觸電阻與電流不同；(4)沒有定期對碳刷和滑環(huán)實(shí)施常規(guī)檢查，也沒有定期清除積碳或更換已經(jīng)出現(xiàn)問題的部件，進(jìn)而使碳刷和滑環(huán)之間的接觸電阻和電流不等。

2.3.2 處理對策

(1)可將發(fā)電機(jī)碳刷更換成為導(dǎo)電性能強(qiáng)且材料較軟的碳刷，同時(shí)在研磨碳刷工作面的過程中，需要確保其接觸面超出90%；(2)在車削與打磨發(fā)電機(jī)滑環(huán)燒蝕表面的過程中，可以先使用砂紙來進(jìn)行拋光處理，然后再使用金相砂紙來進(jìn)行細(xì)致拋光處理，最后使用酒精在進(jìn)行擦拭處理，經(jīng)過這些工序操作就能夠提升發(fā)電機(jī)碳刷滑環(huán)表面的光潔度，并且確保表面光潔度符合規(guī)范要求；(3)依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來對發(fā)電機(jī)碳刷滑環(huán)進(jìn)行檢查并做好記錄，同時(shí)還應(yīng)及時(shí)清除積碳，更換不符合要求的碳刷。

3 發(fā)電機(jī)碳刷滑環(huán)常見故障的預(yù)防

3.1 定期檢修維護(hù)

(1)在發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)行以后，需要及時(shí)對滑環(huán)與碳刷以及風(fēng)道進(jìn)行清掃，確保通風(fēng)冷卻效果可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；(2)則應(yīng)測量每一個(gè)碳刷壓簧壓力情況，保障壓簧壓力在要求范圍內(nèi)，避免長時(shí)間使用導(dǎo)致其出現(xiàn)過熱或勞損等問題；(3)在發(fā)電機(jī)組檢修階段，需要測量滑環(huán)的橢圓度與表面的光潔度，發(fā)現(xiàn)問題快速處理，避免碳刷出現(xiàn)跳動(dòng)問題。

3.2 運(yùn)行監(jiān)督

(1)依照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)來選擇碳刷形態(tài)，所有碳刷型號都應(yīng)保持統(tǒng)一，同時(shí)還需要檢查碳刷外觀是否良好；(2)運(yùn)用直流鉗形電流表對碳刷電流開展測量，然后做好記錄，以此來科學(xué)調(diào)整工況相對較差的碳刷；(3)運(yùn)用測溫裝置來對碳刷溫度開展全方位測量，避免碳刷溫度過高而影響其運(yùn)行質(zhì)量；(4)在碳刷磨損達(dá)到限值時(shí)需立即更換，新舊碳刷型號應(yīng)保持統(tǒng)一，需要注意的是如果在運(yùn)行中更換，更換不可超出3塊。

4 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)組滑環(huán)碳刷系統(tǒng)的常見故障主要為滑環(huán)非正常磨損、發(fā)電機(jī)碳刷溫度高以及碳刷滑環(huán)燒壞等，為提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，需要對故障進(jìn)行細(xì)致分析，并且提出相應(yīng)的處理對策。另外，還需要運(yùn)用行之有效的預(yù)防措施來避免滑環(huán)與碳刷出現(xiàn)故障問題，如定期檢修維護(hù)與運(yùn)行監(jiān)督等，這樣才可以促進(jìn)發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷系統(tǒng)有序運(yùn)行。